Почвенно-поглощающий комплекс (ППК)

Материальным носителем обменной способности почв является почвенный поглощающий комплекс (ППК) — совокупность минеральных, органических и органо-минеральных соединений высокой степени дисперсности, нерастворимых в воде и способных к обменным реакциям.

Поглотительной способностью обладала коллоидные частицы (0,001—0,200 мкм) и в меньшей степени предколлоидная фракция (0,2—1,0 мкм). Основным механизмом обменной поглотительной способности почв является процесс сорбции. Природа и состав ППК связаны с типом почвообразования.

Строение почвенно-поглощающего комплекса (по Н.И. Горбунову, 1974): А — минеральная коллоидная частица; Б — органическая коллоидная частица

Общее количество поглощенных (обменных) катионов называется емкостью поглощения, или емкостью катионного обмена (ЕКО). Она зависит от содержания в почве илистой фракции, природы ППК и реакции среды.

Группировка почв по емкости катионного обмена

Емкость катионного обмена больше в почвах тяжелого гранулометрического состава, чем в легких. Органические коллоиды обладают более высокой ЕКО, чем минеральные. Минеральные коллоиды в почвах, содержащих монтмориллонит, характеризуются большим ЕКО, чем в почвах с преобладанием каолинита и гидрослюд.

В обменной форме находятся многие макро — и микроэлементы минерального питания растений. Наиболее важны для диагностики процессов почвообразования и плодородия почв обменные катионы почвенного поглощающего комплекса: Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, Н⁺, Аl³⁺.

Обменные катионы выполняют в почве следующие экологические функции:

Са²⁺ — присутствует во всех почвах, но в разных количествах и соотношениях с другими катионами, оптимальное содержание — 80—90% ЕКО (чернозёмы), способствует оструктуриванию, гумусообразованию, кислотно-основной буферности, способен к ионе обменному поглощению корнями растений;

Мg²⁺ — всегда сопровождает Са²⁺ (типичное соотношение концентраций Са²⁺ и Мg²⁺ составляет 5:1, в этом случае действие Mg²⁺ аналогично действию Са²⁺), при увеличении доли в ППК вызывав повышение щелочности, присутствуя в ППК поддерживает солонцеватость почв и приводит в отдельных случаях к образовании особых почв — магниевых солонцов;

К⁺ — играет важную роль в питании растений;

Аl³⁺ — участвует в формировании потенциальной кислотности почв, играет важную роль в перераспределении веществ в почвенном профиле, способствует образованию труднодоступных фосфатов алюминия, при концентрации в растворе более 2 мг/л токсичен для растений, физиологически токсичен;

NH⁴⁺ — единственная возможная аккумуляция доступного растениям азота, легко используется корневыми системами растений не накапливается в количествах, превышающих 3 % ЕКО;

Н⁺ — источник почвенной кислотности, присутствует всегда бескарбонатных почвах, при pH от 6,5 до 7,2 присутствует в ПП в количествах менее 5 % ЕКО, при более высоком содержании начинают проявляться кислотные свойства почв, тем в большей степени, чем выше доля Н⁺ в ППК, максимум кислотности достигается, когда доля водорода в ППК превышает 40—50 %, почва при этом становится кислой и сильнокислой (pH 3—5);

Na⁺ — в количествах менее 3 % ЕКО является важным условием оптимального функционирования биоценозов, обеспечивает дисперсность коллоидов, подвижность гумусовых веществ и пополнение почвенных растворов биологически необходимыми компонентами, активный пептизатор коллоидов при концентрации в почвенном растворе ниже порога коагуляции — при этом коллоидный системы переходят в состояние золя, почва приобретает признаю солонцеватости, в растворах появляются щелочные соли, pH может достигать 9,5—10,0, образуются особые почвы — солонцы;

Fe³⁺ — интенсивный коагулятор коллоидов, как и алюминий, во влажных тропических почвах, участвует в образовании труднорастворимых соединений, органо-минеральных комплексов, в реакциях окисления-восстановления, является причиной заохривания почв, ожелезненные почвы малопластичны, не набухают, склонны к образованию латеритов.

От состава обменных катионов зависят физические и химические свойства почвы. Обменный Na⁺ вызывает пептизацию коллоидов, образование корки на поверхности почвы, ухудшение водной проницаемости почвы. Обменный Са²⁺ способствует образованию водопрочных агрегатов, с ним связана нейтральная реакция почвы.

Большое содержание в ППК обменных Н⁺ и Аl³⁺ обусловливает кислую реакцию почвы. На физико-химической поглотительной способности почв основаны некоторые виды мелиорации: известкование кислых почв, гипсование солонцов.

Важной характеристикой ППК является степень насыщенности основаниями — суммарное количество обменных катионов Са²⁺ и Мg²⁺, выраженное в процентах от емкости поглощения. По степени насыщенности основаниями определяют потребность почвы в известковании:

Потребность почвы в известковании