Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Часть С0 2 почвенноговоздуха растворяется в почвенном растворе и взаимодействует с карбонатами щелочей и щелочных земель.Содержание С0 2 в почвенном воздухе колеблется в широких пределах и значительно превышает его концентрацию в атмосферном воздухе.
В атмосферном воздухе концентрация С0 2 составляет около0,03%; вода, находящаяся в равновесии с воздухом такого состава,имеет рН около 5,6. В почвенном воздухе концентрация С0 2 может достигать 10%, и тогда равновесная величина рН снижается до 4,4. Еслисчитать, что почвенный раствор в равновесии с почвенным воздухомимеет рН около 4,4—4,5, то, следовательно, повышение рН более 5,0—5,5 говорит уже о накоплении оснований (подщелачивании) в почве, адля вывода о развитии кислотообразующих (кроме С0 2 ) процессов необходимо наблюдать снижение рН до величин 4,5—5,0 и ниже.Диоксид углерода — бесцветный газ значительно тяжелее атмосферного воздуха, и поэтому его выделение в атмосферу из почвы связано с изменениями температуры, давления или влажности почвы.При 20° С один объем воды растворяет около 0,9 объема С0 2 ; это небольшая растворимость, соответствующая примерно 0,17 г С0 2 в 100 гводы.При растворении С0 2 в воде часть его расходуется на образованиеугольной кислоты по реакции:С0 2 + Н 2 0 ^ Н 2 С 0 3 .164Константы диссоциации угольной кислоты равны:[Н+ЦНСОП[Н2С03][Н+][СО|-]5-Ю-44,7-10-».Угольная кислота присутствует в почвах не только в свободнойформе, но и в форме солей — карбонатов и бикарбонатов.
В почвах спромывным водным режимом таежной зоны карбонаты можно встретить только в форме остаточных образований. Остатки карбонатовможно встретить даже в профиле дерново-подзолистой почвы; если такая почва формировалась на карбонатной морене, то в гор. В2 и В3Сможно обнаружить небольшие обломки известняка, унаследованныеот породы. Характерно, что эти остатки известняков вскипают при действии НС1, тогда как остальная почвенная масса не вскипает. Остаточные карбонаты характерны также для рендзин.Карбонатами обогащены некоторые пойменные почвы, в них нередки прослои известковых туфов, а также темноцветные и перегнойнокарбонатные почвы, формирующиеся в местах выхода жестких грунтовых вод.В зональном ряду почв при движении с севера на юг карбонатыв форме псевдомицелия впервые появляются в типичных мощных черноземах, а затем в обыкновенных и южных черноземах в форме белоглазки.
В почвах более аридных зон карбонаты присутствуют повсеместно и очень часто с поверхности.Преобладающая в почвах соль угольной кислоты — СаС0 3 , кальцит.Другие минералы того же химического состава — арагонит и люблинит — имеют ограниченное распространение. Значительно ниже в почвах содержание MgC0 3 , причем преобладающей его формой является,видимо, минерал несквегонит MgC0 3 -3H 2 0.Натриевые соли угольной кислоты встречаются в заметных количествах только в содово-засоленных почвах; в них может присутствоватьсода Na2CO3-10H2O, трона № 2 С0 3 -МаНС0 3 -2Н 2 Оинахколит NaHC03<Карбонат-ион является одним из важнейших компонентов, определяющим формы соединений в почвах многих макро- и микроэлементов.В карбонатных почвах он выступает в качестве группового осадителямногих катионов.
Растворимость большинства карбонатов (за исключением карбонатов щелочных металлов) мала; относительно повышенаТ а б л и ц а 38Растворимость некоторых почвенных карбонатов,г безводного вещества на 100 г водыСоединенияСаСОзСа(НС0 3 ) 2MgC0 3 -3H 2 0К 2 С0 3 -1,5Н 2 0КНСОзNa2CO3-10H2ONa 2 C0 3 -H 2 0NaHC0 3о°с8,1-Ю- 30,1620,149105,322,67,0—,6,920°С50°С6,5- Ю- 30,1660,092110,533,321,53,8-Ю- 30,1730,037121,352,0>—;48,5 (40° С)14,5—9,6165растворимость карбоната магния и Са(НС0 3 ) 2 (табл.
38, 39). Следуетобратить внимание на то, что растворимость Са(НС0 3 )г значительновыше растворимости СаСОз, тогда как при переходе от карбонатов щелочных металлов к их гидрокарбонатам (бикарбонатам) растворимостьпонижается в несколько раз. Поэтому накопление С0 2 в почвенномвоздухе по-разному влияет на концентрацию и миграцию соответствующих солей.Карбонаты практически всех важнейших макро- и микроэлементов(кроме щелочных металлов) характеризуются произведениями растворимости порядка Ю-9—Ю-12 (табл. 39). Только №С0 3 и MgC0 3 имеютболее высокую растворимость, a Hg 2 C0 3 — значительно более низкую;для последней соли а^ 2 +- f l c o 2- =8,9-Ю- 1 7 .
Карбонат-ион практическивсегда присутствует в почвенных растворах, и, если почвы не содержаткислот более сильных, чем угольТ а б л и ц а 39ная кислота, образование соотПроизведения растворимости (ПР)ветствующих карбонатов являетнекоторых почвенных карбонатовся одной из важнейших реакций,регулирующихсостояние элементов, представленных в почвеСоединенияпррПР=—lgnpкатионами.Присутствиекарбонатов104,0-10~9,40ВаСОзобусловливает многие важней9СаСОз3,8-Ю- 128,42шие свойства почвы: порозность,CdC0 31,0-Ю- 1012,0связность и плотность почвы,С0СО31,05- Ю-109,982,5-109,6СиСОзфракционный состав гумуса, соFeC0 33,5- Ю- 1110,46став почвенных растворов.
ВажHg 2 C0 38,9-10-"16,05ная роль принадлежит карбонаMgCOs2,1 -Ю- 54,67там в формировании щелочностиМпСОз1,8-10-"10,741,3-Ю-76,87КЧСОзпочв.РЬСОз7,5-Ю- 1413,13Влияние карбонатов на пло10SrCOa1,1-Ю-129,96дородиепочвнеоднозначно.U0 2 C0 31,9- Ю11,73Умеренное содержание СаСОзZnC0 31,45- Ю-1110,84благоприятно влияет на структуру, буферность, поддерживаетблизкую к нейтральной реакцию почв. Высокий уровень накопленияСаСОз часто ухудшает физические свойства почвы, цементирует поч<венную массу.Отрицательное влияние на почву оказывают карбонаты натрия,сода. Резкое снижение плодородия наблюдается уже при содержании впочве соды порядка 0,05—0,1%. Отрицательное влияние соды обусловлено ее высокой токсичностью для растений; кроме того, при действиина почвенную массу сода вызывает пептизацию почвенных коллоидов,разрушается структура, снижается водопроницаемость почв.
Такоедействие соды вызвано ее высокой растворимостью, сильно выраженными основными свойствами и низкой прочностью связи ионов Na+ с почвенным поглощающим комплексом. Содержащие соду почвы могутиметь рН 10 и выше.Гипотезы происхождения содыЕдиной теории происхождения соды в почвах пока нет. Высказанонесколько гипотез и предложено несколько механизмов, объясняющихпоявление и аккумуляцию соды в почвах; возможно, что каждый изэтих механизмов может проявляться в определенных конкретных условиях. Наибольшее значение имеют гипотезы происхождения соды за166счет выветривания кристаллических горных пород, за счет химическихреакций или ионного обмена, а также гипотеза биологического образования соды.Гипотеза образования соды в результате выветривания кристаллических пород впервые была предложена К- Бишофом в 1863 г.
Привыветривании пород земной коры, по А. Е. Ферсману, количество катионообразующих элементов в 25—30 раз превышает количество образующихся анионов. Эта разница покрывается за счет С0 2 , постояннопродуцируемого в результате деятельности живого вещества. Это должно приводить к накоплению в продуктах выветривания карбонатов и,в частности, соды. По мнению В. А. Ковды, выветривание алюмосиликатов сопровождается отщеплением NaHSi0 3 . Эта соль обладает щелочной реакцией и при взаимодействии с С0 2 воздуха дает Na2C03. Такого рода механизм образования соды вполне реален для конкретныхчастных условий, но не имеет универсального значения.Другой путь образования соды связывают с трансформациейСаС0 3 .
К. Бертолле считал возможным образование соды в природепо реакцииCaC0 3 + NaCl-^Na 2 C0 3 ,а Е. Гильгард выразил эту реакцию несколько иначе:CaC03 + Na2S04—NaijCOs.Экспериментально Гильгард подтвердил образование гидрокарбонатанатрия по реакции:CaC0 3 + Na2S04 + C02->NaHC0 3 .Реакция Гильгарда осуществима, но она требует высокой концентрации С0 2 , что далеко не всегда встречается в природной обстановке.Академик К. К. Гедройц предложил коллоидно-химическую гипотезу образования соды, которая была экспериментально проверена работами А. Зигмонда (Венгрия), У. Келли (США) и других ученых.
Сущность этой гипотезы заключается в следующем. Солонец-солончак содержит в ППК обменный Na+ и различные соли в твердых фазах ипочвенном растворе. Выщелачивание легкорастворимых солей припромывном режиме вызывает относительное накопление в почве СаС0 3 .В дальнейшем обменный Na+ реагирует с СаСОз или с Н 2 С0 3 :nNa 2 + CaC08-*nCa+Na 2 C03илиnNa 2 + H 2 C0 3 -^nH 2 + Na 2 C0 3 .Такой путь образования соды возможен, но он также не универсален,а масштабы этого процесса значительно ниже реального уровня накопления соды в почвах.Среди других гипотез особый интерес представляет биологическая(или биохимическая) концепция.
Эта гипотеза основывается на деятельности сульфатредуцирующих бактерий в почвах. В почвах с анаэробным режимом при достаточном содержании органического вещества развиваются сульфатредуцирующие бактерии, относящиеся к родамDesulfovibrio, Desulfotomaculum и др.При участии сульфатредуцирующих бактерий в присутствии органического вещества происходит восстановление сульфатов:Na 2 S0 4 +2C->Na 2 S + 2C0 2 ,а затемNa2S + С 0 2 + Н 2 0 + H 2 S + Na 2 C0 3 .167Предложено несколько схем реакций восстановления сульфатов в•затопленных почвах, грязях, илах, морских осадках, в том числе с участием сульфатов железа. Общими необходимыми условиями для восстановления сульфатов и преобразования их в соду являются присутствие органического вещества как энергетического материала для сульфатредуцирующих бактерий, минимально необходимый уровень концентрации S0 4 2 ~ и анаэробные условия.Ни одна из гипотез содообразования не может претендовать науниверсальность, но каждый из механизмов может быть осуществлен вконкретных условиях.Кроме общих, вековых процессов аккумуляции соды и повышениящелочности почв часто наблюдается кратковременное повышение щелочности (вспышки щелочности), в частности при поливах карбонатныхи некоторых других почв.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
