Дисперсные системы и строение коллоидной частицы
Различают дисперсную фазу, которая растворена в дисперсионной среде. Среди дисперсных
систем выделяются грубодисперсные системы с частицами дисперсной фазы крупнее 0,1 мк.
и коллоидно-дисперсные системы (дисперсоиды) с частицами от 0,1 мк до 1 нм. Более
мелкие дисперсные частицы представляют крупные молекулы, которые образуют молекулярно-дисперсные системы.
Коллоидно-дисперсные системы могут быть представлены различными комбинациями дисперсионной среды и дисперсной фазы. Для процессов почвообразования значение имеют системы, дисперсионной средой которых является жидкость, дисперсной фазой – твердое вещество. Это коллоидные растворы.
Ионы кристаллической решетки, находящиеся на поверхности, способны воздействовать на свободные ионы — отталкивать или притягивать. Явление притяжения под
влиянием остаточных сил ионов, называется адсорбцией. в крупных обломках влияние этих сил
незначительно. Однако при измельчении обломков, когда удельная поверхность возрастает,
эффект воздействия поверхностных ионов становится значительным.
Находясь в растворе, коллоидные частицы в результате взаимодействия с ионами раствора
приобретают определенное строение и электрический заряд.
Коллоидная частица с двойным электрическим слоем называется мицеллой, внутренняя часть
мицеллы — ядром. Слой ионов, прилегающих к ядру, наз. потенциалопределяющим, а внешний слой компенсирующим. В компенсирующем слое выделяются неподвижный слой и диффузный. Диффузный слой может существовать только при наличии дисперсионной среды, т. е. воды.
|
|
|
Если почва высохнет, то ионы диффузного слоя переходят в неподвижный слой; мицелла без диффузного слоя называется частицей.
Ясно выраженными коллоидными свойствами обладают частицы размером от 0,001 мм и менее.
Высокодисперсные частицы почвы в подавляющем большинстве случаев заряжены
отрицательно и поэтому сорбируют различные катионы. В качестве обменных оснований,
составляющих диффузный слой мицелл, встречаются обычно кальций, меньше — магний. В поглощающем комплексе много натрия. Ион калия встречается часто, но, небольшом количестве. При действии на высокодисперсную часть почвы раствором КС1 образуется соляная кислота. Это явление, получившее название обменной кислотности, происходит в результате обмена ионов калия из раствора на ионы водорода, поглощенные тонкодисперсными частицами.
Если подействовать на коллоиды гидролитически щелочной солью уксуснокислым натрием (СН3 COONa), то можно вытеснить почти все поглощенные ионы водорода. Это явление называется гидролитической кислотностью. При этом образуется больше кислоты, чем при обмене с катионами нейтральной соли.
|
|
|
Количество поглощенных оснований и водорода называется емкостью поглощения или
обмена.
Диффузный слой коллоидных мицелл может быть полностью насыщен катионами
(кальцием, магнием, натрием, калием) или частично занят ионами водорода.
Для поглотительной способности почвенных коллоидов значение имеет содержание в них
гумусовых веществ; не менее важным является минеральный состав. Минеральный состав
высокодисперсной части почв определяется составом почвообразующих пород.
Почвенный воздух
Суммарный объем почвенных пор (порозность) составляет от 25% до 60% объема почвы. Соотношение между почвенным воздухом и водой определяется степенью увлажнения почвы. Корневые системы растений и аэробные микроорганизмы поглощают кислород и выделяют СО2. Избыток СО2 выделяется в атмосферный воздух, а обогащенный кислородом, проникает в почву. Припочвенный слой атмосферы содержит больше углекислоты, чем воздух на высоте нескольких метров. Особенно много СО2 выделяет почва в ландшафтах лесостепи. Количество углекислоты в почвенном воздухе достигает максимума в теплое время года и минимума зимой.
|
|
|
Газообмен почвы с атмосферой может быть затруднен плотным сложением почвы, избыточной увлажненностью. В этом случае в почвенном воздухе резко уменьшается содержание кислорода и начинают развиваться анаэробные микробиологические процессы, приводящие к образованию метана, сероводорода, аммиака и др.газов.
Твердое вещество почвы легче поглощает молекулы водяного пара, чем молекулы газов, а поэтому поглощение газов почвой невелико. По способности сорбироваться следующий ряд: Н2О - СО2 > О2 - N2.
Иногда в составе почвенного воздуха могут присутствовать газы, проникающие через горные породы из мест их скопления. В результате почвы над нефтяными и газовыми месторождениями бывают обогащены углеводородами; над скоплениями радиоактивных элементов — радиоактивными элементами, отчасти гелием. На этом основаны специальные газовые геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых (нефтегазовая съемка, эманационная съемка и др.).
Почвенный раствор
Основные химические и биологические процессы в почве могут совершаться только при
наличии свободной воды. В почвенной воде происходит миграция и дифференциация химических элементов. Многие вещества содержатся в свободной воде в виде истинных или коллоидных растворов, поэтому свободную почвенную воду наз. почвенным раствором.
|
|
|
Большая часть соединений находится в почвенном растворе в виде ионов. Основные анионы [НСО3] –, [NO2]– и [NO3] – поступают в почвенный раствор от биологических процессов.
Основная масса оксидов азота в почве связана с микробиологическими процессами
Нитрификации(аммиак до азотной к.) Содержание фосфат-, хлор- и сульфат- ионов - растворение минералов и разрушение растительных остатков.
В незасоленных почв преобладает гидрокарбонат-ион. В засоленных почвах возрастает содержание хлоридов и сульфатов.
Среди катионов в почвенном растворе постоянно находятся в значительном количестве Са2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+, H+.
В почвенном растворе некоторых почв содержатся Fe3+, Fe2+, Аl3+.
В растворе засоленных почв резко увеличивается количество Na+ и Mg2+, а из рассеянных химических элементов — Sr2+ и В3+.
Присутствуют водорастворимые органические соединения: фульвокислоты,
органические кислоты, аминокислоты, сахара, спирты и др.
Осмотическое давление раствора определяется количеством частиц, находящихся в единице объема раствора. Если осмотическое давление почвенного раствора больше, чем клеточного сока, то прекращается поступление воды в корневые клетки.
Состав и концентрация почвенного раствора обусловливают его активную реакцию.
рН почвенного раствора изменяется от 3 до 9, при этом по значению рН различают:
Сильнокислые................................................................3,0—4,5
Кислые............................................................................3,5—5,5 .
Слабокислые...................................................................3,5—6,5
Нейтральные...................................................................6,5—7,0
Слабощелочные..............................................................7,0—7,5
Щелочные.......................................................................7,5—8,5
Сильнощелочные........................................................8,5 и более
Степень кислотности почв характеризует генетические и производственные качества почвы. Различные растения нормально развиваются в определенных интервалах значения
рН.
Почва обладает буферностью, т. е. свойством сохранять свою реакцию при сравнительно
небольшом добавлении кислот или щелочей. Буферность почв обусловливается в основном составом поглощенных оснований.
21.
Морфологические признаки почвы являются результатом процессов ее формирования и отражают ее химические и физические свойства. В качестве основных морфологических признаков почвы выделяют: 1) почвенный профиль: 2) новообразования: 3) почвенную структуру: 4) цвет (окраску) почвы: 5) включения.
Почвенный профиль
Изменение почвенной толщи сверху вниз, напоминающее слоистость, обусловлено разделением почвенной толщи на генетические горизонты, составляющие почвенный профиль. Они обособляются постепенно в процессе формирования почвы, но часто
не имеют резкой границы и постепенно переходят. Принцип расчленения
почвы на генетические горизонты установлен В. В. Докучаевым, им же введены буквенные обозначения для генетических горизонтов.
1. Перегнойно-аккумулятивная часть профиля ( А). Здесь - преобразование отмершего органического вещества и накопление почвенного перегноя, аккумуляция зольных элементов, необходимых для нормального питания растений.
Часть хим. выносится за пределы гумусового горизонта A1. Цвет аккумулятивной части профиля темный, мощность от сантиметров почти до метра. На поверхности накапливаются слабо измененные раст. остатки, образуя лесную подстилку или степной войлок (А0), или торфяной горизонт (Ат). гумусовый горизонт - А.
2. Переходная часть - постепенный переход от гумусового горизонта к почвообразующей породе. В пределах переходной части профиля совершаются различные, часто противоположно направленные процессы.
Явления вымывания характерны для верхнего горизонта переходной части. В
этом случае обособляется самостоятельный горизонт вымывания (В1), откуда вынесены все более или менее подвижные соединения.
Горизонт вымывания имеет белесую окраску и резко выделяется на почвенном профиле.
В нижней половине переходной части профиля преобладают явления вмывания,
т. е. выпадения соединений, которые были вымыты из верхней части почвенной толщи. Иллювиальный горизонт (вмывания)(В2) четко выделяется в почвенном профиле более темной окраской и большей плотностью.
Символом В обозначается весь переходный горизонт когда не происходит обособления горизонтов вымывания и иллювиального.
3. Ниже переходной части профиля залегает почвообразующая порода (С).
Когда почвообразующая порода имеет небольшую мощность, в обнажении вскрывается почвоподстилающая порода (D).
Новообразования
Часть элементов образует соединения, имеющие тенденцию к обособлению.
Морфологически хорошо сформированные, четко обособленные от почвенной массы
скопления минералов, возникших в процессе гипергенеза и почвообразования, носят название новообразований.
Морфологически новообразования весьма разнообразны: пленки, землистые массы, корочки, изолированные кристаллы и их сростки, друзы, щетки, пропластки и целые плиты. Почвенные и гипергенные новообразования представлены: сульфиды, галогениды, оксиды, нитраты, карбонаты, сульфаты, фосфаты, силикаты и др.
В таежно-подзолистой зоне - гидроксидов железа и марганца. Железистые в глинистых почвах - мелких конкреций, а в песчаных – пропластков. Марганцевые - вид черных пятен и мелких дробовидных конкреций.
Для гидроморфных почв этой зоны - трубчатые конкреции, вокруг отмерших корней, скопления и пропластки фосфатов железа.
В почвах лесостепной зоны железомарганцевые с севера на юг заменяяются карбонатными. Они образуют налеты, рыхлые скопления и пятна и стяжения.
В условиях степной зоны железо-марганцевые н. и железистые силикаты формируются в гидроморфных почвах. В автоморфных почвах - карбонатные и гипсовые - мелкокристаллические друзочки и конкреции. В сухих степях умеренного климата карбонатные, гипсовые и водорастворимые минералы (хлориды и сульфаты),образующие тонкие налеты и скопления.
В пустынных условиях субтропической и тропической зон - гипсовые и водорастворимые хлоридно-сульфатные. Для пустынных почв - реликтовые новообразования (шестоватый гипс и др.).
В почвах влажных и переменно-влажных тропиков и субтропиков вновь появляются новообразования железа и марганца.
Своеобразные новообразования представляют собой фитолитарии – минеральные
соединения, возникающие в растениях и после разложения органических остатков
остающиеся в почве.
Под структурностью подразумевается способность почвы распадаться на отдельности,
имеющие определенный размер и форму.
Форма структурных отдельностей, их размер и прочность четко отражают процессы, протекающих в почве.
Структурные отдельности:
1. Кубовидный тип,:
а) глыбистая – структурные элементы неправильной формы с плохо выраженными
гранями, размеры их от 5 см;
б) комковатая – размеры от 0,5 до 5см.
в) ореховатая – отдельности правильной формы с хорошо выраженными гранями
и ребрами, размеры от 5 до 10мм;
г) зернистая – отдельности округлые, размеры от 0,5 до 5 мм.
2. Призмовидный тип – для отдельностей характерно развитие по вертикальным осям:
а) столбчатая – отдельности правильной формы, размеры от 3 до 5 см;
б) призматическая – отдельности с ровными поверхностями, с острыми ребрами, размеры от 1 см до 5 см;
3. Плитовидный тип – отдельности развиты по двум горизонтальным осям:
а) плитчатая – слоеватая, размеры от 1 мм до 5 мм.;
б) чешуйчатая – изогнутые горизонтальные плоскосчти, острые ребра, размеры
от 1мм до 3 мм.
22. Морфологические признаки почвы являются результатом процессов ее формирования и отражают ее химические и физические свойства. В качестве основных морфологических признаков почвы выделяют: 1) почвенный профиль: 2) новообразования: 3) почвенную структуру: 4) цвет (окраску) почвы: 5) включения.
Окраска почв зависит от состава почвообразующих пород и типа почвообразования. Темная окраска верхнего горизонта обусловлена гумусовыми соединениями. Красновато-ржавый цвет указывает на присутствие оксидного железа. Сизые тона – отсутствие свободных оксидов железа. Черные пятна и прослойки на красновато-буром фоне связаны с гидроксидами марганца. Белесая окраска при накоплении кварцевых зерен. Белый цвет-скопления карбонатов и сульфатов.
Цвет нижних горизонтов определяется окраской почвообразующих пород, их составом и степенью выветривания. Характерны оттенки коричнево-бурого цвета, обусловленные окраской плейстоценовых отложений. Окраска меняется от степени влажности и источника света.
Для цветовых определений. Захаров предложил треугольник цветов, в вершинах которого расположен белый, черный и красный цвет, а по сторонам и
медианам возможные цвета. За границей используются цветные таблицы Манселла. Количественная оценка цвета в лабораторных условиях возможна при помощи фотометра.
Первый опыт был сделан Г. Покровским. Обухов и Д.С.Орлов И. И. Карманов, при помощи спектрофотометра определили спектральную отражательную
способность почв. В. В.Добровольским и Р. П. Чупахиной - методика полевого определения цвета почв и рыхлых отложений на основе использования портативного фотоэлектрического люксметра с набором светофильтров. Гуминовые кислоты и гумин резко снижают отражение по всему диапазону световых волн.
Как установили А. И. Обухов и Д. С. Орлов, поглощение света почвой связано с количеством гуминовых кислот. Гуминовые кислоты являются сильным поглотителем света.
Включения - выделяющиеся элементы почвенной массы, генетически не связанные с процессом почвообразования. К ним относятся единичные валуны или гальки, остатки животных (кости, раковины), захороненные стволы деревьев, а также археологические остатки.
Включения дают возможность судить о генезисе почвообразующих пород. Например, единичные валуны в покровных отложениях указывают на связь состава этих отложений с ледниковыми. Сведения о возрасте почв можно получить при нахождении в них археологических остатков.
Микроморфология почвы
На первых этапах развития почвоведения внимание исследователей привлекали
преимущественно крупные морфологические признаки. В последние десятилетия энергично
изучаются микроскопические морфологические признаки почвы, исследование которых
невозможно невооруженным глазом. Это направление, исследующее микроморфологию почвы создано немецкий ученый В. Л. Кубиена.
Особенностью микроморфологии является систематическое изучение в шлифах с
ненарушенной структурой почв всей суммы микроморфологических признаков для познания генезиса почв.
В результате этих исследований было обнаружено явление гипергенного метасоматоза.
В различных генетических горизонтах образуются неодинаковые почвенные
микроотдельности. Они сочетаются в более сложные агрегаты, образуя общее микростроение почвы.
Смотреть №11.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 376; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!