Катионообменная способность почв

Реакцию обмена в общем виде можно представить уравнением:

ППК(М₁ⁿ⁺) + n M₂^m+= ППК(М₂^m+) + m M₁ⁿ⁺,

где М₁ⁿ⁺ и M₂^m+ - обменные катионы; ППК – почвенно – поглощающий комплекс. Наиболее часто в реакциях обмена участвуют катионы: Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺, H⁺, Al³⁺.

Емкость катионного обмена (ЕКО) - одна из важнейших характеристик почвенно–поглощающего комплекса (ППК). Стандартная ЕКО – общее количество катионов одного рода, удерживаемых почвой при стандартных условиях и способных к обмену на катионы взаимодействующего с почвой раствора. При определении стандартной ЕКО почву насыщают ионами Ва²⁺ из буферного раствора с рН 6, 5. После насыщения емкость определяют по количеству поглощенного почвой Ва²⁺ и выражают в смоль(р⁺)/кг (сантимолях положительных зарядов в 1 кг почвы). Реальную, или эффективную, ЕКО определяют при обработке почвы не буферными растворами солей. О реальной емкости катионного обмена можно судить по сумме обменных катионов. Дифференциальную ЕКО характеризует приращение емкости катионного обмена с увеличением рН равновесного раствора: ∆ ЕКО/∆ рН. Для определения дифференциального ЕКО почву насыщают катионами одного рода из буферных растворов с различными значениями рН (например, 6, 5 и 8, 2), а затем рассчитывают или общее приращение ЕКО, или ее приращение на единицу рН.

Поглощающая способность почв определяется илистой фракцией почв. Структурные элементы почв с размерами более 0, 2 – 0, 5 мм практически лишены способности к катионному обмену.

Почвы можно разделить на две группы: почвы, насыщенные основаниями (не содержат Н⁺ и Al³⁺), и почвы, не насыщенные основаниями (содержат Н⁺ и Al³⁺).

Степень насыщения почв основаниями определяется по формуле:

V = (S / ЕКО)∙ 100%,

где V – степень насыщения почв основаниями в % от ЕКО; S – сумма концентраций обменных оснований (сумма концентраций катионов Са²⁺, Mg ²⁺, Na⁺, K⁺); ЕКО – стандартная емкость катионного обмена.

Почвы обладают различной способностью селективно поглощать катионы одного рода в ущерб катионам другого рода. Коэффициент селективности катионного обмена К, количественно характеризующий это явление, может быть определен по формуле:

К = (M_i a_i^Zi) / (M_j a_j^Zj),

Где M_i и Mj - концентрации обменных катионов i –го и j – го видов в ППК; Z_i и Z_j – их заряды; a_i и a_j активности соответствующих катионов в равновесном растворе. Предпочтительнее связываются катионы с более высоким зарядом, а при равных зарядах – катионы с большей атомной массой.

В качестве одной из характеристик природных и сточных вод, применяемых для орошения, принято использовать показатель адсорбируемости натрия (в англоязычном варианте - sodium absoption ratio - SAR), который позволяет оценить опасность засоления и осолонцевания почв:

SAR = 1, 41 [Na⁺] / ([Ca²⁺] + [Mg²⁺])^1/2,

где [Na⁺], [Сa²⁺], [Mg²⁺] – концентрация соответствующих катионов в воде (н).