Механизмы поглощения анионов почвенным поглощающим комплексом и их особенности

Поглощение катионов в почвах происходит при биологическом, химическом и обменном поглощении. Эти процессы были описаны при изложении видов поглотительной способности почвы. Ниже рассмотрим поглощение анионов почвой.

Поглощение анионов почвами зависит от заряда коллоида, строения и химических свойств почвенного поглощающего комплекса, реакции среды и природы аниона. В сильнокислых дерново-подзолистых почвах и красноземах возможно поглощение анионов, обусловленное проявлением базоидных свойств почвенных коллоидов. Поглощение анионов может наблюдаться как на положительно заряженных коллоидных частицах (коллоидах гидратов полуторных оксидов), так и на положительно заряженных участках отрицательно заряженных коллоидов (у минералов каолинитовой группы, коллоидов белковой природы). В обоих случаях поглощение анионов происходит в обмен на ионы ОН–, которые при кислой реакции отщепляются от молекул, расположенных на поверхности коллоидной частицы. По способности к поглощению анионы располагаются в следующий ряд:

Сl   NO3  SO 24  CO32  PO 34  SiO 44  OH .

Чем больше валентность аниона, тем больше его способность адсорбироваться на поверхности коллоидов. Исключение составляет лишь анион ОН–, обладающий наибольшей активностью, несмотря на малую валентность. Это можно объяснить тем, что с увеличением валентности аниона уменьшается диссоциация соединения, образующего двойной слой, а реакция идет в сторону образования наименее диссоциированных соединений. Очень слабо диссоциируют и соединения, которые образует анион ОН– с катионами Al3+ и Fe3+, стоящими во внутренней обкладке двойного слоя положительно заряженных коллоидов.

Анионы NO3– и Cl– не образуют нерастворимых соединений ни с одним из встречающихся в почве катионов, для них характерна отрицательная физическая сорбция. Отрицательная сорбция этих анионов обусловлена снижением их концентрации во внутренней части сорбционной пленки, за счет чего концентрация анионов в более рыхло связанных, а следовательно, и в более подвижных слоях водной пленки возрастает. Отрицательная адсорбция нитратов усиливает процессы вымывания их из почвы, что приводит к обеднению почв азотом. Удаление хлора из почвы – положительный момент, так как для большинства культурных растений он вреден, но вместе с ним вымывается сопутствующий катион (аммоний, калий, кальций), потеря которого нежелательна. Закрепление этих анионов обязано биологической поглотительной способности почвы.

В сельскохозяйственной практике с отсутствием поглощения анионов NO3– и Cl– необходимо считаться. Так, нитратные формы азотных удобрений вносят непосредственно перед посевом или в подкормки в период вегетации растений, чтобы предотвратить их вымывание из корнеобитаемого слоя почвы. Хлорсодержащие калийные удобрения, наоборот, вносят в почву заблаговременно, чтобы ион Cl– до посева успел вымыться осадками.

В поглощении анионов большую роль играют процессы солеобразования. Анионы SO42+ и CO32– со всеми встречающимися в почве катионами образуют легкорастворимые соли, кроме кальция. При их взаимодействии происходит химическое поглощение этих анионов и кальция, сопровождающееся образованием слаборастворимых солей CaSO4 и CaCO3, переходящих в твердую фазу почвы.

Механизм поглощения фосфат-ионов разнообразен. Различают следующие виды поглощения почвой фосфат-ионов:

1) образование малорастворимых фосфатов в результате взаимодействия внесенных в почву растворимых фосфатов с солями почвенного раствора (химическое поглощение). Такой вид поглощения фосфат-анионов возможен при наличии в почве ионов алюминия, железа, кальция при нейтральной или щелочной реакции среды;

2) образование слаборастворимых фосфатов с катионами почвенного поглощающего комплекса (с кальцием, магнием) после вытеснения их катионами почвенного раствора;

3) поглощение фосфат-ионов при взаимодействии их с минераламисолями: гипсом, доломитом, кальцитом. Часть фосфат-иона связывается непосредственно с кальцием, перешедшим в раствор. Не исключено поглощение фосфат-иона на поверхности минералов без вытеснения кальция, частичное окклюдирование фосфата в минерале;

4) механический захват фосфат-ионов аморфным кремнеземом – процесс окклюдирования;

5) обменная сорбция фосфат-ионов на положительно заряженных участках коллоидной мицеллы:

ППК 3ОН  К 3 РО 4  ППК РО 4  3КОН

2КОН  СО2  К 2 СО3  Н 2 О;

6) хемосорбция фосфат-ионов гидроксидами алюминия и железа. Связь осуществляется с твердой фазой на внешней поверхности коллоида. Одна из схем реакций:

(NH 4) 2 HPO 4  Al(OH)3  / Al  PO 4 /  NH 4

OH \ NH 4

При этом поглощение фосфат-ионов в значительной степени зависит от дисперсности. Свежеосажденные оксиды поглощают фосфаты в большем количестве. При кристаллизации полуторных оксидов поглощение фосфатов уменьшается в 10 раз;

7) необменное поглощение фосфат-ионов глинными и неглинными алюмо- и ферросиликатными минералами на их внешней и реже внутренней поверхности. При этом фосфат-ион адсорбируется в потенциалопределяющем слое отрицательных коллоидов, притягиваясь к алюминию кристаллической решетки.

Органические вещества, насыщенные основаниями, также поглощают фосфатионы, но значительно меньше, чем полуторные оксиды и глинные минералы.

Фосфор в почве ведет себя нестабильно: даже при высоком его содержании растения могут испытывать дефицит питания. Дело в том, что фосфаты находятся в почве в соединениях разной степени доступности. Если условия на поле неблагоприятны, внесенный фосфор быстро переходит в прочно связанные, недоступные для культуры формы.

Как вернуть заблокированный фосфор в оборот

Связывание фосфатов не означает их безвозвратную потерю для урожая. Недоступный фосфор накапливается в почве в поглощенном состоянии, формируя резервный фонд. Со временем этот накопленный запас снова начинает переходить в доступную для растений форму.

Главным двигателем этого процесса выступают почвенные микроорганизмы. Под их воздействием прочно связанные соединения постепенно разрушаются, высвобождая фосфор в почвенный раствор. Чтобы этот механизм работал эффективно, на полях необходимо поддерживать активность почвенной биоты и контролировать факторы, блокирующие элемент.