Агрофак

ПОМОЩНИК АГРОНОМА

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Home Почвоведение Свойства почв Органические и комплексные коллоиды

Органические и комплексные коллоиды

В этой главе мы рассмотрим только коллоидальные и комплексообразующие свойства гумуса; его химическим и биологическим особенностям посвящена отдельная глава.

Гумусовые коллоиды электроотрицательны и гидрофильны: слой воды, окружающий молекулы, сильно затрудняет флокуляцию катионами. Одновалентные катионы К+, Na+ бессильны по отношению к гумусу; Са++ и Mg++ могут флокулировать его, но с большим трудом и за более длительное время по сравнению с глиной.

Большая часть гумусовых кислот легко растворяется в щелочной среде, отсюда и метод их выделения раствором соды с последующим титрованием перманганатом калия.

Будучи относительно устойчивыми к химическим агентам, гумусовые коллоиды быстро реагируют на физические воздействия. Например, постепенные и нерезкие колебания увлажнения и иссушения приводят к образованию зернистой устойчивой структуры. В этом аспекте необходимо различать два больших типа гумусовых комплексов, по-разному реагирующих на действие различных флокулирующих агентов. Это гумусовые кислоты, образовавшиеся в карбонатной среде и легко флокулирующиеся (кальциевый гумус), и гумусовые кислоты, образовавшиеся в кислой среде; их молекулы отличаются меньшими размерами, они часто бывают диспергированными и мало склонны к флокуляции даже в присутствии кальция.

С точки зрения почвенной структуры наиболее благоприятны гумусовые кислоты, образовавшиеся в нейтральной среде. Они являются самым прочным и устойчивым цементом. Обилие же кальция в почве косвенно влияет на структуру не столько своими флокулирующими свойствами, сколько воздействием на образование тех или иных гумусовых кислот.

Гумусовые кислоты еще сильнее, чем набухающие глины, увеличиваются в объеме. Как правило, содержание гигроскопической влаги в них повышено, и даже в сухом состоянии они сохраняют известное количество воды. Наконец, гумусовые кислоты, как и глины, поглощают некоторые так называемые обменные катионы.

Емкость поглощения у гумусовых соединений в 4—5 раз больше, чем у глин.

Глины, окислы железа и алюминия образуют комплексы с органическими соединениями. Если молекулы последних сильно полимеризованы, такие комплексы нерастворимы, в противном случае они могут быть диспергированы или находиться в растворе.

Глинисто-гумусовый комплекс (рис. 6). Гумусовые кислоты, обладающие тем же знаком заряда, что и глины, образуют с ними особый комплекс; более мелкие, чем у глины, молекулы гумуса стремятся создать вокруг молекул глины защитную оболочку. При этом водная пленка вокруг молекул гумуса препятствует проникновению катионов и флокуляции, то есть по отношению к глине гумус играет роль защитного коллоида и замедляет флокуляцию.

Если же глинисто-гумусовый комплекс оказался во флокули - рованном состоянии, гумус препятствует возможной дальнейшей диспергации глины от каких-либо энергично действующих агентов, например резкой гидратации. В присутствии гумуса хлопья глины становятся более устойчивыми. Таким образом, при уже имеющей место флокуляции глинисто-гумусовый комплекс менее подвержен диспергированию, чем глина. Вот почему гумус является наилучшим цементом для создания устойчивых агрегатов.

Структура глинисто - гумусового комплекса. Во флокулированном состоянии глинисто-гумусовый комплекс играет очень важную роль в создании микроструктуры почв.

Очень часто в рассматриваемый комплекс входят и окислы железа и алюминия, находящиеся в двух возможных состояниях: 1) катионном; по-видимому, в этом случае окислы железа осуществляют связь между отрицательным зарядом глины и групп СОО- гумуса; 2) анионном; окислы железа и алюминия включены в комплексный органический анион, как показала Александрова. Щелочные вытяжки извлекают их именно в таком состоянии.

Кроме связей, образованных положительным зарядом Fe+++ или А1+++, вероятно, между глиной и гумусовыми соединениями существуют и другие связи: а) связи Ван дер Ваальса, молекулярное притяжение, водородные связи; б) прямые связи кислота — основание; Si(OH)4 глин с NH2 аминокислот и СООН органических кислот с А1+++ кристаллов глин.

Другие комплексы: глинисто-протеиновые или глинисто-аминокислотные. Набухающие глины могут фиксировать аминокислоты (и даже протеины) между плоскостями. Причиной такой фиксации являются положительные заряды свободных групп, легко поглощаемые в кислой среде. С другой стороны, внедряющиеся молекулы кислот раздвигают пакеты глинистых минералов. Например, если первый слой аминокислот покрывает поверхность пакета меньше чем на 50%, межплоскостные расстояния монтмориллонита, по Джордану, увеличиваются только на 4 А, а при покрытии аминокислотами более 50% поверхности они увеличиваются на 8 А, так как между пакетами умещается уже по две молекулы аминокислот.

Подобная прямая адсорбция аминокислот чаще имеет место в биологически активных почвах, она способствует снижению отношения C/N, хотя серые гумусовые кислоты, характерные для таких почв (черноземов), обычно бедны азотом.

Органо-минеральные псевдорастворимые комплексы. Помимо рассмотренного глинисто-гумусового комплекса, обычно флокулированного в почвах, существуют и псевдорастворимые комплексы, образованные растворимыми органическими веществами и гидроокислами железа. Они играют большую роль в процессах выноса и будут подробно рассмотрены во второй части книги.

Эти комплексы представляют собой в основном комплексы слабо полимеризованного органического вещества, более или менее растворимого, и гидроокислов железа, реже — алюминия. Они могут быть двух типов: в первом случае ион металла зажат как бы в клещах между химически связанными между собой органическими молекулами («хелаты», например комплекс железа с ЕДТА — этилен-диамин-тетрауксусной кислотой). Хелаты используют для искусственной мобилизации малоподвижных окислов железа.

В почвах преобладает другой тип комплексных соединений, называемый комплексами Вернера. В этом случае катион находится в центре октаэдра из шести органических молекул, не связанных между собой химически.

Все растворимые органические вещества, то есть кислоты и полифенолы, образуют подобные комплексы с железом, тем самым переводя его в подвижное состояние.

Исследования Александровой показали, что железо (или алюминий) могут существовать в комплексах в двух формах — катионной, когда Ре+++или Fe++ связано с группой СОО-, например Fe(COO)2 или А1(ОН)2СОО, и анионной, включенной в комплексный ион.

Псевдорастворимые комплексы с кремнеземом. Обычно кремнезем находится в почвах в нерастворимом состоянии, либо в составе сложных минералов — силикатов, глин, либо в виде кристаллического кварца — основного, в силу своей устойчивости, компонента минерального скелета почвы (кварц может растворяться лишь в горячем щелочном растворе).

Однако кремнезем может находиться и в растворимой, и в коллоидной форме. Растворяется он лишь при крайне низких концентрациях (100 — 140%) в форме Si(OH)4; с повышением концентрации он полимеризуется и выпадает или в виде кварца (при постепенном возрастании концентрации и чистом растворе), или опала (при резких изменениях концентраций и наличии примесей).

Вынос кремнезема в виде раствора может иметь место в любой среде при достаточном промывании. При просыхании горизонта В кремнезем выпадает в форме геля.

Железо-кремниевый комплекс. Растворимый кремнезем образует комплекс с окислами железа (FeO и Fe203), предохраняя их от выпадения даже в слабокислой среде. Как и все электроотрицательные коллоиды, он можетфлокулироваться кальцием. Бастис показал, что скоагулированный кальцием гель содержит больше Fe203, чем остающийся в растворе комплекс. По мере последовательных выпадений железа, при миграциях, он обедняется железом.

Алюмо-кремниевые комплексы значительно менее растворимы, чем предыдущие. Они находятся в форме гелей — аллофанов, особенно обильных в андосолях (почвах на вулканических пеплах) и горизонте В подзолов. Аллофаны постепенно переходят в глинистые минералы.

 

Кто на сайте

Сейчас 15 гостей онлайн