Механізми поглинання аніонів ґрунтовим поглинальним комплексом та їхні особливості

Поглинання катіонів у ґрунтах відбувається при біологічному, хімічному та обмінному поглинанні. Ці процеси були описані при викладі видів поглинальної здатності ґрунту. Нижче розглянемо поглинання аніонів ґрунтом.

Поглинання аніонів ґрунтами залежить від заряду колоїда, будови та хімічних властивостей ґрунтового поглинального комплексу, реакції середовища і природи аніона. У сильнокислих дерново-підзолистих ґрунтах і червоноземах можливе поглинання аніонів, зумовлене проявом базоїдних властивостей ґрунтових колоїдів. Поглинання аніонів може спостерігатися як на позитивно заряджених колоїдних частинках (колоїдах гідратів полуторних оксидів), так і на позитивно заряджених ділянках негативно заряджених колоїдів (у мінералів каолінітової групи, колоїдів білкової природи). В обох випадках поглинання аніонів відбувається в обмін на іони ОН–, які при кислій реакції відщеплюються від молекул, розміщених на поверхні колоїдної частинки. За здатністю до поглинання аніони розташовуються в такий ряд:

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

Чим більша валентність аніона, тим більша його здатність адсорбуватися на поверхні колоїдів. Виняток становить лише аніон ОН–, що володіє найбільшою активністю, попри малу валентність. Це можна пояснити тим, що зі збільшенням валентності аніона зменшується дисоціація сполуки, яка утворює подвійний шар, а реакція йде в бік утворення найменш дисоційованих сполук. Дуже слабко дисоціюють і сполуки, які утворює аніон ОН– з катіонами Al3+ і Fe3+, що стоять у внутрішній обкладці подвійного шару позитивно заряджених колоїдів.

Аніони NO3– і Cl– не утворюють нерозчинних сполук з жодним із катіонів, що зустрічаються в ґрунті, для них характерна негативна фізична сорбція. Негативна сорбція цих аніонів зумовлена зниженням їхньої концентрації у внутрішній частині сорбційної плівки, за рахунок чого концентрація аніонів у більш пухко зв'язаних, а отже, і в більш рухливих шарах водної плівки зростає. Негативна адсорбція нітратів посилює процеси вимивання їх із ґрунту, що призводить до збіднення ґрунтів на азот. Видалення хлору з ґрунту – позитивний момент, оскільки для більшості культурних рослин він шкідливий, але разом із ним вимивається супутній катіон (амоній, калій, кальцій), втрата якого є небажаною. Закріплення цих аніонів зумовлене біологічною поглинальною здатністю ґрунту.

У сільськогосподарській практиці з відсутністю поглинання аніонів NO3– і Cl– необхідно рахуватися. Так, нітратні форми азотних добрив вносять безпосередньо перед сівбою або в підживлення в період вегетації рослин, щоб запобігти їхньому вимиванню з кореневмісного шару ґрунту. Хлорвмісні калійні добрива, навпаки, вносять у ґрунт завчасно, щоб іон Cl– до сівби встиг вимитися опадами.

У поглинанні аніонів велику роль відіграють процеси солеутворення. Аніони SO42+ і CO32– з усіма катіонами, що зустрічаються в ґрунті, утворюють легкорозчинні солі, крім кальцію. При їхній взаємодії відбувається хімічне поглинання цих аніонів і кальцію, що супроводжується утворенням слабкорозчинних солей CaSO4 і CaCO3, які переходять у тверду фазу ґрунту.

Механізм поглинання фосфат-іонів різноманітний. Розрізняють такі види поглинання ґрунтом фосфат-іонів:

1) утворення малорозчинних фосфатів у результаті взаємодії внесених у ґрунт розчинних фосфатів із солями ґрунтового розчину (хімічне поглинання). Такий вид поглинання фосфат-аніонів можливий за наявності в ґрунті іонів алюмінію, заліза, кальцію при нейтральній або лужній реакції середовища;

2) утворення слабкорозчинних фосфатів із катіонами ґрунтового поглинального комплексу (з кальцієм, магнієм) після витіснення їх катіонами ґрунтового розчину;

3) поглинання фосфат-іонів при взаємодії їх з мінералами-солями: гіпсом, доломітом, кальцитом. Частина фосфат-іона зв'язується безпосередньо з кальцієм, що перейшов у розчин. Не виключено поглинання фосфат-іона на поверхні мінералів без витіснення кальцію, часткове оклюдування фосфату в мінералі;

4) механічне захоплення фосфат-іонів аморфним кремнеземом – процес оклюдування;

5) обмінна сорбція фосфат-іонів на позитивно заряджених ділянках колоїдної міцели:

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

2КОН  СО2  К 2 СО3  Н 2 О;

6) хемосорбція фосфат-іонів гідроксидами алюмінію та заліза. Зв'язок здійснюється з твердою фазою на зовнішній поверхні колоїда. Одна зі схем реакцій:

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

OH \ NH 4

При цьому поглинання фосфат-іонів значною мірою залежить від дисперсності. Свіжоосаджені оксиди поглинають фосфати у більшій кількості. При кристалізації полуторних оксидів поглинання фосфатів зменшується в 10 разів;

7) необмінне поглинання фосфат-іонів глинистими та неглинистими алюмо- і феросилікатними мінералами на їхній зовнішній і рідше внутрішній поверхні. При цьому фосфат-іон адсорбується в потенціалозалежному шарі негативних колоїдів, притягуючись до алюмінію кристалічної ґратки.

Органічні речовини, насичені основами, також поглинають фосфат-іони, але значно менше, ніж полуторні оксиди та глинисті мінерали.

Фосфор у ґрунті поводиться нестабільно: навіть за високого його вмісту рослини можуть відчувати дефіцит живлення. Річ у тім, що фосфати знаходяться у ґрунті у сполуках різного ступеня доступності. Якщо умови на полі несприятливі, внесений фосфор швидко переходить у міцно зв'язані, недоступні для культури форми.

Як повернути заблокований фосфор в обіг

Зв'язування фосфатів не означає їх безповоротну втрату для урожаю. Недоступний фосфор накопичується у ґрунті в поглиненому стані, формуючи резервний фонд. З часом цей накопичений запас знову починає переходити у доступну для рослин форму.

Головним двигуном цього процесу виступають ґрунтові мікроорганізми. Під їхнім впливом міцно зв'язані сполуки поступово руйнуються, вивільняючи фосфор у ґрунтовий розчин. Щоб цей механізм працював ефективно, на полях необхідно підтримувати активність ґрунтової біоти та контролювати фактори, що блокують елемент.