Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 29
Текст из файла (страница 29)
В водах каналов, по которым вода поступает на орошаемыемассивы, доля Na+ в составе катионов постепенно повышается по мереудаления от водохранилища. Такие воды при поливе смещают сложившееся равновесие в системе ППК—почвенный раствор и в составе обменных катионов увеличивается доля обменного натрия. Особенно быстро идет этот процесс, когда для орошения используются воды артезианских скважин с повышенным содержанием натриевых и магниевых солей (табл. 26); как видно, уже через пять лет количество обТ а б л и ц а 26Влияние орошения сильноминерализованными водами на состав обменных катионовтемно-каштановой почвы (содержание Na+ в воде — 78% от суммы катионов;по Болдыреву, 1980)Обменные катионы, мг*экв/100 гПродолжительностьорошенияГлубина,смНеорошаемая почва0—2020—4040—600—2020—4040—600-2020—4040—60Орошение 5 летОрошение 10 летNa+Са*+Mg*+0,90,60,92,21.91,94,82,92,018,515,310,515,014,510,18,411,89,98,09,17,99,99,57,812,79,96,7менного Na+ увеличилось более чем в 2 раза, а через 10 лет — в5,5 раза, причем этот процесс захватывает и глубокие горизонты почвы.Чтобы прогнозировать вероятность вхождения Na+ в почвенныйпоглощающий комплекс, а следовательно, и потенциальную опасностьосолонцевания почвы при ее орошении минерализованными водами,используют специальный показатель адсорбируемости натрия, или натриевое адсорбционное отношение.
Этот показатель обозначают абревиатурой ПАН, или в латинской транскрипции SAR (sodium adsorption ratio). Величину SAR рассчитывают по результатам определенияконцентрации катионов в ирригационной воде:S A R =[Na+]2/ [Са +] + [Mgg+]_1,41 [Na+]K[Ca2+] + [Mg^+Jгде квадратные скобки обозначают концентрации соответствующих катионов в воде (в мг-экв/л). По смыслу величина SAR отвечает правойчасти уравнения изотермы катионного обмена, и поэтому при равновесии доля обменного натрия в составе ППК находится в прямой (хотя ине всегда прямолинейной) зависимости от SAR. Этот показатель, сле106довательно, позволяет оценить качество поливной воды, ее пригодностьдля орошения без опасности вызвать осолонцевание почвы.Опасность осолонцевания зависит не только от величины SAR, нои от общей минерализации ирригационных вод, что объясняется нелинейностью изотермы катионного обмена и влиянием ионной силы наактивности катионов раствора.
Общая теория этих взаимодействийеще не разработана, и поэтому оценка вод по их пригодности дляорошения и потенциальной опасности засоления и осолонцевания почвимеет пока эмпирический характер (табл. 27).Т а б л и ц а 27Оценка качества воды по опасности засоления и осолонцевания почв(по Ричардсу, 1953)Опасность осолонцевания (уровни SAR)Общая минерализацияводы, г/л<11—22—3>.зОпасность засоленияпочвынизкаясредняявысокаяочень высокаянизкаясредняявысокаяоченьвысокая8—106—84—62—415—1812—159—126—922—2618—2214—1811—14>26>22»18>14При величине SAR ниже 8 опасность осолонцевания невелика привсех уровнях минерализации воды, а при SAR>16—18 она становитсявысокой, и использовать такие воды для орошения незасоленных почвнецелесообразно.Изменение состава обменных катионов происходит и при естественном рассолении или промывке засоленных почв; эти процессы смещают сложившееся в природных условиях соотношение катионов почвенного раствора.
Изменение состава обменных катионов при рассолении использовал К. К. Гедройц для объяснения происхождения солонцов из почв, засоленных нейтральными солями. По К. К. Гедройцу,удаление легкорастворимых солей вызывает следующие процессы в почвах: обменный Na+ реагирует с присутствующим СаСОз с образованием соды, что вызывает появление щелочной реакции. А посколькупосле удаления солей отсутствуют электролиты, вызывающие коагуляцию высокодисперсной части почв, то наступает набухание и пептизация коллоидальной части почвы с последующим развитием характерных признаков солонца. Гипотеза К.
К. Гедройца применима для техслучаев, когда в составе легкорастворимых солей преобладают натриевые соли — NaCl, Na2S04, а почва не содержит гипса.Промывка или естественное рассоление почв в присутствии гипсаили при значительном содержании легкорастворимых кальциевых солей приводят к эффекту рассолонцования, т.
е. к замене Na+ в поглощающем комплексе на Са 2+ и Mg 2+ . Это вытекает, в частности, изуравнения ионного обмена. Если уравнение обмена ионов Na+ и Са 2+записать в виде:N лNa^ал.__ ^Na+(уравнение Никольского), то из этого следует, что даже простое разбавление равновесного раствора должно вызвать изменение соотношения Na+ : Са2+ в ППК.107Допустим, что правая часть уравнения К -Na~>1/2 ,. = п.
Приразбав-2«Са +лении раствора в 2 раза концентрации ионов (а в первом приближении и их активности) также уменьшаются в 2 раза. Тогда+ -21/2(°Ш+У-21,4Na n0,7л.К- (л С а 2 + :2) 1/2 Кi+-2СаСледовательно, если до разбавления отношение катионов в ППК, выраженное как N +:N[/l+, равнялось п, то после разбавления оноуменьшилось в 0,7 раза и доля обменного Na+ снизилась. Понятно,что этот эффект разбавления имеет место только применительно к обмену разновалентных ионов.
Если в обмене участвуют ионы с одинаковыми зарядами, то разбавление не влияет на их соотношение в ППК(если не принимать во внимание изменение коэффициентов активности). Таким образом, мы приходим к выводу, что рассоление почв, каки промывки, должно снижать опасность осолонцевания почв. Вместес тем при промывках проявляется и другой эффект, также снижающийопасность осолонцевания. Он заключается в различных скоростях выщелачивания из почвенного профиля натриевых и кальциевых солей.Натрий менее прочно удерживается твердыми фазами почвы, чемкальций.
Поэтому при промывке обычно наблюдается быстрое выщелачивание Na+ и С1~, они вымываются в первую очередь.Уже с первыми порциями фильтрата при промывке солончака выносится 60—70% всего количества Na + и С1~, вслед за этими ионамивымываются Са2+, Mg 2+ ,S 0 4 2 - и наиболее медленно Н С 0 3 - (рис. 16). В результате соотношение катионов в почвенном растворе промываемой почвы непрерывно изменяется, снижается доля Na+ и нарастает относительное содержание Са 2+ . Это явлениетакже сдерживает возможность нежелательного раз50010001500вития осолонцевания почто01ъем промывных бед, млвы. Более того, происходитулучшение состава обменРис.
16. Относительная скорость выщелачиных катионов. Если в исвания ионов при промывке засоленной почходном солончаке обменвы (модельный опыт)ный Na+ составлял 40% отсуммы обменных катионов,то после промывки его доля снизилась до 26%, а в опыте с добавлением гипса — до 7% (табл. 28). Приведенные материалы представляюттолько результат модельного опыта и характеризуют общее направление процесса.
Количественный результат процесса в производственныхусловиях может быть иным в зависимости от реального состава солей,значения рН и условий промывки.Для улучшения свойств почв с высоким содержанием обменногоNa+ применяют различные способы химической мелиорации, чаще всего гипсование. Те же приемы используют и для предупреждения развития солонцеватости в почвах, орошаемых минерализованными вода108Т а б л и ц а 28Изменение состава обменных катионов после промывкисолончакаОбменные катионы , % от суммыПочваСа2+Mg a +Na+к+До промывкиПосле промывкибез гипсас гипсом25324034675261626722ми. Теоретические основы гипсования солонцов и солонцеватых почв•были разработаны К. К.
Гедройцем. В основе метода лежит реакциявытеснения обменного Na+ ионами кальция гипса:Ш а 2 + CaS04 ^ Ш а 2 + Са2+ + SO2,- ^ ПСа + 2Na+ + SO 2 - .Гипс CaS04-2H 2 0 сравнительно хорошо растворим; при равновесииактивность ионов Са 2+ в растворе достигает 1,2-Ю-2 М/л, причем гипсприсутствует в твердой фазе, и по мере вхождения Са 2+ в поглощающий комплекс активность Са2+ в растворе поддерживается на сравнительно постоянном уровне за счет дополнительного растворения гипса.Продуктом реакции является Na2S04 — легкорастворимая соль,•способствующая коагуляции почвенных коллоидов и легко вымываемая из почвы при последующей промывке. Таким образом, достигаетсявысокая эффективность гипсования.Количество гипса, необходимое для гипсования солонцеватых почви солонцов, рассчитывают исходя из содержания обменного натрия.Не трудно подсчитать, что если в почве содержится 12 мг-экв/100 г•обменного натрия, то в пересчете на мелиорируемый почвенный слоймощностью в Я см и площадью 1 га это составит12-Я-сМООО экв/га,где d — объемная масса почвы.