Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Радиус иона К + равен 1,33 А, радиус иона кислорода, соответствующий в первом приближении радиусу этих пустот,равен 1,36 А. Таким образом, калий плотно входит в пустоты и прочносвязывает пакеты слюды, что выгодно в термодинамическом отношении. Меньший по размерам ион Na+ (радиус 0,98 А), а тем более Li+(радиус 0,68 А) не могут обеспечить столь выигрышного положения вструктуре слюды.В каркасных силикатах ионы металлов расположены в пустотах жесткой решетки и меньший по размерам ион Na+ может легче заниматьразличные положения.Эти особенности Na и К отражаются на их распределении по резервам и по фракциям механических элементов почвы. Полевые шпатыи другие, как их иногда называют, первичные минералы тяготеют ккрупным фракциям, тогда как слюдоподобные минералы — к тонкоТ а б л и ц а 10Содержание Na и К в механических фракцияхглубокостолбчатого солонца, % (по Манучарову, 1973)Гор.
СГор. Л,Фракция, ммменее 0,0010,001—0,0050,005—0,010,01—0,050,05—0,250,25—0,5Почва в целомNaКNaК0,291,201,341,160,240,090,742,021,981,401,330,600,141,460,311,441,280,880,440,040,842,201,961,371,050,500,071,24дисперсной части почв. В табл. 10 приведены примеры распределенияNa и К по механическим фракциям.Оба элемента резко дифференцированы по фракциям механическихэлементов. В песчаных фракциях солонца резко понижено содержаниеNa и К — в 10 и даже 20 раз по сравнению с почвой в целом, чтовызвано преобладанием кварца или других минералов, не содержащихрассматриваемых элементов.
В пылеватой фракции содержание К иNa нарастает, но затем содержание натрия резко уменьшается во фракции <0,001 мм, а количество калия непрерывно нарастает от среднегопеска к илу. Это объясняется тем, что в илистой фракции преобладаютслоистые силикаты с повышенным содержанием калия.Специфика калия и натрия проявляется также в зональном распределении обменных К + и Na+. Обменный Na+ присутствует в значительных количествах только в солонцах и засоленных почвах как следствие накопления натриевых солей в почвенном растворе. ОбменныйК + распределен в различных почвах более равномерно в соответствиис содержанием слюдистых минералов и емкостью катионного обмена.Это создает необходимые условия для питания калием растений.
Обменный К+ считается доступным растениям, и его определяют метода59ми вытеснения; например, по методу Масловой ион К + вытесняют изпочвы 1 н. раствором CH3COONH4:ПК + +СНзСООНН 4 =^ГШН4 + +СНзСОО-+К + .Почвы, богатые калием, содержат 0,3—0,5 мг-экв обменного К + в 100 г.Сродство калия к слюдам удерживает его в составе почв и рыхлых горных пород более прочно, чем натрий.В результате этих особенностей почвы аккумулятивных ландшафтов накапливают преимущественно натриевые, а не калиевые соли.В почвенных растворах солончаков количество Na обычно в десяткираз превышает содержание К (табл.
11).Т а б л и ц а 11Содержание Na и К в некоторых соляных аккумуляцияхпустынь (по Ковде, 1973)NaКОбъектПочвенный растворсолончака (Голоднаястепь)Почвенный растворсолончака (Фергана)Рапа (русло р. Узбой)г/лМ/лг/лМ/л93,404,067,030,1835,611,551,230,03105,074,570,340,009Эта разница еще больше возрастает, если сравнивать не массы,а количества вещества. Поскольку атомные массы Na и К различаютсяпочти в два раза (23 и 39), то при вычислении числа молей соотношение Na : К изменяется в пользу Na в 1,7 раза (23:39). Следовательно,геохимическое и почвенно-химическое поведение К резко отлично отповедения Na, хотя они и являются ближайшими соседями в периодической системе элементов.Соединения Са и Mg более разнообразны в почвах, чем соединения щелочных металлов, и кроме устойчивых силикатов они входят всостав карбонатов и сульфатов, накапливающихся не только в крайнеаридных условиях, как это характерно для К и Na, но и лугово-степных почвах, и даже в некоторых почвах таежной зоны.Конституционное значение из элементов II группы имеют толькоСа и Mg; барий иногда накапливается в областях карбонатных аккумуляций (см.
рис. 6,г).Устойчивых в условиях земной коры соединений щелочных земель(подгруппа кальция) много больше, чем соединений щелочных металлов. Они также входят в состав полевых шпатов, фельдшпатидов и других силикатов (пироксены, амфиболы, оливины, гранаты). Магний присутствует в слюдоподобных минералах (тальк), слюдах, хлоритах(табл.
12). Силикаты относительно устойчивы в почвенных условияхи образуют тот основной минералогический скелет, на основе которогоформируется твердая часть почвы.Важную почвенно-химическую и геохимическую роль играют простые кальциевые и магниевые соли: карбонаты, сульфаты, фосфаты,хлориды и фториды.Растворимость хлоридов щелочей и щелочных земель велика исоставляет от 34 г безводного КС1 в 100 г воды до 75 г/100 г для СаС12.60Т а б л и ц а 12"Почвенные минералы, содержащие щелочные землиСодержание, %МинералыПолевые шпатыанортитцельзианФельдшпатидынефелинПироксеныэнстатитдиопсидродонитволластонитАмфиболыТремолитОливиныфорстеритоливинГранатыпиропгроссулярСлюдоподобныеталькСлюдыбиотитХлоритыхризотилГидрослюдывермикулитМонтмориллонитКарбонатыкальцитдоломитанкеритжелезистыйдоломитмагнезитСульфатыбаритцелестинангидритгипсглауберитполигалитэпсомиткизеритБоратыгидроборацитборацитФосфатыапатитХлоридыкарналитФторидыфлюоритГидроокислыбруситФормулаCaAl 2 Si 2 0 8BaAl 2 Si 2 0 8CaMgBaSr14,4——36,5—•——•———————————•——NaAlSi0 4 +nKAlSi0 4 ++pCaAlSi0 4 +NaAlSi 3 0 8~~MgSiiC-зCaMgSi 2 0 6CaMn 6 (Si0 3 ) sCaSi0 318,55,234,5Ca 2 Mg 5 (Si 4 On) 2 (OH) 29,914,8Mg 2 Si0 4(Mg, Fe)Si0 4——34,314—15———Mg3Al2(Si04)3Ca 3 Al 2 (Si0 4 ) 3—17,926,7—————H 2 Mg 3 (Si0 3 ) 4—23,8—•—K(Mg, Fe) 3 (Si 3 AlO 10 )•(OH, F) 2~—2411,1.—•~H 4 Mg 3 Si 2 0 926,1(Ca, Mg)(Mg, Fe 2 +) 3 (Si,Al) 4 O 10 -(OH) 2 -4H 2 OMg3(Al, Fe) 2 (Si 4 O 10 )(OH) 2 .•4H 2 0———•—CaC0 3MgCa(C0 3 ) 2Ca(Mg, Fe)(C0 3 ) 2CaFe(C0 3 ) 240—————————————MgC0 3—28,6——BaS0 4SrS0 4CaS0 4CaSCv2H 2 0Na 2 Ca(S0 4 ) 2K 2 MgCa 2 (SO) 4 -2H 2 0MgS0 4 -7H 2 0MgS0 4 -H 2 0•————58,829,423,314,413,3————•—47,7——4,09,817,4———————•———————MgCaB 6 0, r 6H 2 0Mg 3 ClB 7 0 1313,1—7,820,9————Ca 5 (F, CI, OH)(P0 4 ) 338—40———MgCl 2 KCl-6H 2 0—8,7——CaF 267,8———41,4——Mg(OH) 2~61Хорошо растворимы сульфаты калия и натрия (11 и 19 г/100 г воды•соответственно), а также карбонаты и бикарбонаты щелочных металлов.
При такой растворимости количество воды, используемой дляприготовления водной вытяжки (500 мл на 100 г почвы), достаточнодля полного растворения этой группы солей даже в солончаках. Поэтому эту группу называют легкорастворимыми, или водорастворимыми,солями. Высокая растворимость позволяет использовать для извлечениятаких солей и более узкое отношение почва : раствор, например смачивание почвы до влажности 30—50%. Полученный в таких условияхэкстракт имитирует почвенный раствор и дает более правильное представление о реальном солевом составе почв, не искаженном влияниемобменных реакций, протекающих при большом разбавлении.Увлажнение до 30—50% теоретически обеспечивает полное растворение легкорастворимых солей в преобладающем числе почв. Однакопроцесс растворения при низкой влажности лимитируется скоростьюдиффузии ионов из тонких пор, и поэтому для достижения равновесияво многих почвах требуется длительное время.Скорость диффузии в разбавленных растворах солей определяетсяпервым законом Фика:/=0(Ca-Ci)/x,где / — скорость потока диффундирующего вещества между объемамираствора с концентрациями С2 и Си (С 2 —С^/х—градиент концентрации, D — коэффициент диффузии.
Скорость потока / показывает количество вещества, диффундирующего за 1 с через поперечное сечениепотока площадью 1 см2. Соответственно, коэффициент диффузии имеетразмерность см 2 с -1 . Изменение концентрации диффундирующего вещества во времени описывается вторым законом Фика:дС __. D d2Cdtдх- 'где t — время.В разбавленных растворах коэффициент диффузии Na+ при 25° Сравен 1,35-10-5 ciAr 1 , для К+ — 1,98-10~5 и Са2+ — 0,78-10"5 см2с->.В почве скорость диффузии значительно меньше и коэффициентыдиффузии имеют величины порядка Ю -6 —Ю -7 см 2 с -1 . Это обусловленотем, что диффузия замедляется взаимодействием ионов с зарядами наповерхности почвенных микропор. Вторая причина — извилистость пути, по которому происходит диффузия. В природных условиях ограничивающим фактором является и невысокая влажность.
При естественном увлажнении за сутки диффундирующие катионы проходят в почвепуть порядка сотых и десятых долей сантиметра.Скорость диффузии может играть решающую роль при установлении химических равновесий в почвах, когда она является лимитирующим фактором. Большое значение она имеет в процессах минеральногопитания растений.К труднорастворимым солям щелочно-земельных катионов, встречающимся в почвах, относится CaSCu; его растворимость в воде составляет 0,20 г на 100 г воды. В присутствии других солей, не имеющиходноименных ионов, растворимость этого соединения повышается.К числу наиболее труднорастворимых из числа обычно встречающихся в почвах солей относятся: СаС0 3 — его произведение растворимости 3,8-10-9 (растворимость 6,5-Ю-3 г/100 г); Са 3 (Р0 4 ) 2 с ПР == 2- Ю-29, CaF2—4- Ю-11.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
