Лекція №5. Ґрунтовий розчин

При розкладанні органічних решток утворюється багато органічних кислот, які при деяких умовах нейтралізуються не повністю і тому передають грунтам кислу реакцію. Особливо це має місце під лісовою рослинністю. Більша частина лісових грунтів має кислу реакцію, що впливає в свою чергу на ґрунтоутворення та властивості грунтів. Тому дуже важливо знати, що таке ґрунтова кислотність, в яких формах вона проявляється та яким чином змінюється.

Кислотність грунту – це його здатність підкислювати ґрунтовий розчин чи розчин солей внаслідок наявності у складі грунту кислот, а також ввібраних катіонів водню та алюмінію.

 В першому випадку ми маємо справу з кислотністю, що викликається во-

дорозчинними сполуками, які зустрічаються в грунтовому розчині: вуглецева, масляна, щавлева, оцтова, гумусові кислоти. В іншому випадку мова іде про кислотність, причиною якої є обмінні катіони, які можуть обмінюватись на Іони водню та алюмінію.

Грунтову кислотність розділяють на актуальну та потенціальну кислотність грунту. Актуальна кислотність обумовлена наявністю в грунтовому розчи­ні вільних іонів водню. Ці іони не пов’язані з ГВК. Актуальна кислотність вимі­рюється при взаємодії грунту з дистильованою водою у співвідношенні 1:2,5. Останнім часом стали визначати ї в ґрунтових пастах та безпосередньо в грунті.

Слід зазначити, що реакція грунту залежить від сукупної дії ряду факторів: хімічного та мінералогічного складу, вмісту та якості органічної речовини, складу грунтового повітря, вологості грунту та життєдіяльності мікроорганізмів Однією з найбільш поширених в грунті мінеральних кислот є вугільна. В залежності від термодинамічних умов та біологічної активності вона може підтримувати рН грунту в межах 3,9 – 5,7. Значне підкислення ґрунтового розчину можуть викликати не насичені катіонами гумінові та фульвокислоти ( рН може знизитись до 3,0- 3,5). Напіврозкладені рештки лісової підстилки мають рН  3,5- 5,0, а мохи – 2,5 – 3,0. В результаті діяльності грибів в грунті можуть утворюватись органічні кислоти.

Не слід забувати також і про кореневі системи рослин, що в процесі споживання із грунту катіонів та аніонів з поживних речовин, виділяють в

нього еквівалентну кількість іонів Н⁺, ОН^–, НСО,  СО, які здатні зрушувати реакцію середовища в той чи інший бік.

Потенціальна кислотність – обумовлена наявністю поглинутих грунтово­вбирним комплексом іонів водню та алюмінію. При взаємодії ґрунтово-вбирного комплексу (ГВК) з катіонами ґрунтового розчину або розчинами солей іони водню та алюмінію переходять в розчин, обмінюючись на його катіони, тим самим визначаючи величину потенціальної кислотності. Визначають потенціальну кислотність в сольових витяжках. В залежності від того, якою сіллю витискаються поглинуті грунтом іони, розрізняють дві її форми: обмінну та гідролітичну.

Обмінна кислотність проявляється при взаємодії грунту з розчинами нейтральних солей. При цьому відбувається еквівалентний обмін катіону нейтральної солі на іони водню, алюмінію та інших, що знаходяться в ГВК. Вимірюється обмінна кислотність як в мг-екв на 100 г грунту, так і величиною рН сольової витяжки.

При взаємодії кислого грунту з розчином хлориду калію в результаті обміну калію на водень утворюється соляна кислота, а при обміні на алюміній - хлорид алюмінію:

(ГВК)^Н+ + КСl   =  (ГВК) К⁺  +  НСl ,  (ГВК) Al⁺³  + 3КCl = (ГВК)3К +АlCl₃, який зазнає гідролітичного розщеплення з утворенням соляної кислоти:

AlCl₃  + 3Н₂О = Al(ОН)₃   +  3НСl

Гідролітична кислотність проявляється при дії на грунт розчину гідролітично лужної солі. В цьому випадку відбувається більш повне витиснення ввібраних водню та алюмінію, тому гідролітична кислотність завжди вище обмінної. Для визначення цієї форми кислотності застосовують 1н розчин оцтовокислого натрію з рН 8,2.

(ГВК)Н  +  СН₃СООNa  =  (ГВК)Na  +  СН₃СООН

Кількість утвореної оцтової кислоти визначають титруванням і виражають в мг-екв. на 100 г грунту.

Кислотність грунту це явище,  яке розцінюють як негативне з точки зору умов росту та розвитку рослин. Особливо це стосується багатьох культурних рослин. Однак і на продуктивність лісової рослинності кислотність нерідко оказує негативний вплив. Суть останнього може бути пояснена тим, що при більш менш кислій реакції в ґрунтовому розчині з’являються іони алюмінію та марганцю, причому в таких концентраціях, які стають вже шкідливими для більшості рослин, що ростуть на цих грунтах.

Тому в сільському господарстві, використовуючи заходи по усуненню надмірної кислотності, отримують більш високий та якісний урожай.

Щоб змінити склад ввібраних катіонів, тим самим послабити дію кислотності, покращити фізичний стан грунту та інші агровиробничі характеристики грунту - застосовують хімічні меліорації - вапнування кислих грунтів.

Для цього в грунт вносять гашене вапно, а в більшості випадків, вуглекисле у вигляді дрібно розмолотого вапняку. Ця операція називається вапнуванням грунтів. Хід цієї реакції нейтралізації можна виразити схематично:

(ГВК) 2Н   +  СаСО₃  =  (ГВК) Са⁺²   +  Н₂СО₃

Вуглекислий кальцій при цьому вступає в реакцію з обмінним воднем чи алюмінієм, причому водень, що витіснився кальцієм, вступає в зв’язок з карбонатним аніоном, утворюючи вуглекислоту, яка розкладається на СО₂ та воду, а алюміній випадає у вигляді гідроокисі.

Критеріями для встановлення необхідності вапнування найчастіше служать рН сольової витяжки та ступінь насиченості грунту основами. Згідно з рекомендаціями УНДІЗ /І984/ для умов України грунти за потребою в вапнуванні діляться на такі групи:

1.          рН менше 4 - дуже сильно кислі

2.          рН 4,І...4,5 - дуже кислі,

3.          рН 4,6...5,0 – середньо кислі,

4.          рН  5,1...5,5- слабо кислі,

5.          рН  5,6...6,0- близькі до нейтральних,

6.          рН більше 6,0 – нейтральні.

Дозу вапна, необхідну для нейтралізації надмірної кислотності в орному шарі грунту розраховують за формулою:  Д т на га   =  1,5  Нг,   де Нг - гідролітична кислотність, мг.-екв. на 100 г грунту. Є і більш складні формули, що враховують цілий ряд властивостей грунту, особливостей сівозмін та окремих культур.

ЛУЖНІСТЬ ГРУНТІВ. Лужність грунтів, як і кислотність, буває актуальною та потенціальною. Актуальна лужність зумовлена наявністю в ґрунтовому розчині гідролітично лужних солей, при дисоціації яких, утворюється іон гідроксилу ОН. Такими солями в грунтах найчастіше бувають карбонати та гідрокарбонати лужних та лужноземельних металів  (NaНСО_3, Na₂СО₃, СаСО₃,  Са(НСО₃)₂. Вимірюють актуальну лужність величиною рН водної витяжки або титруванням  водної витяжки кислотою і вираженням результатів в мг-екв на 100 г грунту.

Потенційна лужність проявляється в грунтах, що містять в ГВК ввібраний натрій. При взаємодії такого грунту з вугільною кислотою, що завжди є в грунтовому розчині відбувається реакція: (ГВК)2Na + Н₂СО₃  = (ГВК)2Н + NaСО₃. Утворена сода обумовлює дуже сильно лужну реакцію розчину.

Лужна реакція шкідлива для більшості рослин, крім того вона зумовлює негативні фізичні та хімічні властивості грунтів. При рН 9...10 грунт має високу в’язкість, липкість, низьку водопроникність, без структурність, високу твердість /зцементованість/ в сухому стані. Лужність характерна для засолених грунтів солончаків та солонців.

Потенціальна та актуальна лужність солонців зумовлює специфічний профіль грунту. Пептизовані натрієм гумусові речовини стають розчинними в воді впливом гравітаційних сил, рухаються з верхніх горизонтів у нижні, що веде до утворення освітлених верхніх /надсолонцевих/ та темних, збагачених колоїдами нижніх /солонцевих / горизонтів.

З розглянутого раніше видно, що всі негативні властивості солонців пов’язані з наявністю в їх складі обмінних катіонів - іону натрію, вміст якого в солонцевих горизонтах досягає 20% ємності вбирання. Тому для проведення меліорації солонців треба убрати із складу обмінних катіонів натрій. Це досягається шляхом заміни його Іоном кальцію, який коагулює грунтові колоїди, покращую чи тим самим , властивості грунтів. Найбільш простим та ефективним методом меліорації солонців є внесення в них гіпсу. Цей захід називається гіпсуванням солонців, при цьому в грунті проходить реакція: (ГВК)2Na + CаSО₄ = (ГВК)Са + Na₂SО₄

Внесення гіпсу потребує обов’язкової глибокої оранки та промивки водою, щоб як найглибше промити вниз утворений при гіпсуванні сірчанокислий натрій.