agronom.me
Меню

Агрохимия

Влияние состава катионов и емкости обмена на плодородие почвы

Студенту

3 мин чтения

Влияние состава катионов и емкости обмена на плодородие почвы

Как состав катионов влияет на питание растений и свойства почвы

От состава обменных катионов напрямую зависит реакция почвенного раствора и физическое состояние пашни. В большинстве плодородных почв основу поглощающего комплекса составляют кальций и магний. При внесении растворимых минеральных удобрений (например, NH₄NO₃ или KCl) в почвенный раствор вытесняются те катионы, которые преобладали в почве. В черноземах это будет безвредный кальций, тогда как в кислых дерново-подзолистых почвах вытесняются водород и алюминий, что приводит к опасному подкислению среды.

Обменные катионы также определяют физическую структуру почвы, вызывая склеивание (коагуляцию) мелких коллоидных частиц. Сила этого процесса напрямую зависит от валентности катиона и возрастает в кислой среде (при щелочной реакции она ослабевает). Способность катионов соединять почвенные частицы увеличивается в следующем порядке: NH₄⁺ < Na⁺ < K⁺ < Mg²⁺ < Ca²⁺ < H⁺ < Fe³⁺ < Al³⁺.

Если в почве преобладает кальций, коллоиды стабильно коагулируют, формируя благоприятную мелкокомковатую структуру. Напротив, высокая концентрация натрия разрушает водопрочность почвенных агрегатов. В результате ухудшаются физические свойства почвы, ее водный и воздушный режимы.

При вытеснении натрия из почвенного поглощающего комплекса в раствор образуется гидрокарбонат натрия. Это соединение обусловливает щелочную реакцию среды, которая крайне неблагоприятна для роста большинства культур.

  • Ca и Mg в черноземах — 80–90 % емкости обмена
  • H и Al в красноземах и подзолах — 50 % и более
  • Единица измерения ЕКО — ммоль-эк/кг почвы

От чего зависит емкость катионного обмена

Емкость катионного обмена (ЕКО) — это максимальное количество катионов, которое почва способна удерживать в обменном состоянии. Данный показатель характеризует поглотительную способность пашни и определяет, насколько хорошо почва удерживает питательные вещества от вымывания. Величина ЕКО зависит от четырех ключевых факторов:

  • Гранулометрический состав: чем больше в почве глинистых и илистых частиц, тем выше емкость поглощения. Глинистые и суглинистые почвы удерживают катионы значительно лучше супесчаных и песчаных.
  • Минералогический состав коллоидов: преобладание минералов монтмориллонитовой группы и гидрослюд увеличивает ЕКО. Минералы группы каолинита, а также гидроксиды железа и алюминия, напротив, снижают ее.
  • Содержание гумуса: органическое вещество резко повышает емкость обмена, поэтому в черноземах она существенно выше, чем в дерново-подзолистых почвах.
  • Кислотность среды: кислая реакция снижает отрицательный заряд почвенных коллоидов, из-за чего падает и сама емкость обмена катионов.

Песчаные и супесчаные почвы имеют наименьшую емкость обмена катионов из-за крайне низкого содержания коллоидов. По этой причине они обладают самым низким естественным плодородием.

Ниже приведены данные по содержанию обменных катионов в различных типах почв на разных глубинах (в ммоль-эк/кг):

Почва Глубина взятия образца, см Ca Mg H, Al Na Емкость обмена катионов
Краснозем 0–14 20 40 110 — 170
14–40 10 10 80 — 100
Дерново-подзолистая 0–14 50 20 70 — 140
20–30 30 20 50 — 100
Серая лесная 0–10 140 20 40 — 200
20–30 150 20 30 — 200
Чернозем мощный 0–10 500 100 50 — 650
20–30 390 100 10 — 500
Солонец столбчатый 1–6 100 40 — 20 160
9–14 90 150 — 90 330

Как избыток водорода разрушает почву и чем регулировать состав катионов

Накопление поглощенного водорода постепенно разрушает минералы почвенного поглощающего комплекса. В результате этих процессов ухудшается физическая структура грунта на поле. Дополнительно падает емкость обмена, что снижает способность почвы удерживать питательные вещества.

При вытеснении ионов водорода и алюминия в почвенный раствор увеличивается его кислотность. Это напрямую угнетает культурные растения и мешает их нормальному развитию.

Состав и соотношение обменных катионов в почве необходимо регулировать искусственно. Для этого в агрономической практике применяют химическую мелиорацию. Выбор конкретного мелиоранта зависит от типа почвы и характера проблемы:

  • В кислые дерново-подзолистые почвы вносят известь;
  • В солонцовые почвы вносят гипс.

Читайте также