Кислотность почвы — свойство почвы, обусловленное наличием ионов водорода в почвенном растворе и обменных ионов водорода и алюминия в поглощающем комплексе почвы.
Интервал pH 5,5-7 соответствует наиболее агрономически благоприятной структуре почвы, высокому качеству гумуса и оптимальному водному режиму.
Реакция среды почвенного раствора
Реакция среды почвенного раствора — соотношение концентрации Н+ и OH—ионов почвенного раствора, выраженное в виде pH водной или солевой вытяжки. Удобрения, как правило, изменяют реакцию почвенного раствора.
Реакция почвы оказывает влияние на питательный режим почв, рост, развитие и урожайность растений, деятельность микроорганизмов почвы, трансформацию форм питательных элементов удобрений и почвы, агрофизические, агрохимические, физико-химические и биологические свойства почв. Удобрения и мелиоранты позволяют регулировать реакцию почв в желаемую для возделываемых культур сторону.
Реакция почвенного раствора определяется концентрацией ионов водорода (Н+) и гидроксид-иона (OH—). В чистой воде с нейтральной реакцией, концентрация ионов водорода совпадает с концентрацией гидроксид-иона и равна 1⋅10-7 моль/л. При добавлении 1 ммоль соляной и азотной кислоты к 1 л воды, которые полностью диссоциируют в водном растворе, концентрация ионов водорода составит 1 ммоль Н+, или 1⋅103 моль/дм3. Концентрацию ионов водорода выражают через показатель pH, равный:
рН = -lg(СH+),
где CH+ — концентрация ионов водорода в растворе, моль/дм3.
В растворе с нейтральной реакцией концентрация ионов водорода равна 0,0000001 = 1 · 10-7 моль/дм3, или pH = 7.
По реакции среды (рН) почвы деляться на:
- очень сильнокислые — <4,0 (рНсол),
- сильнокислые — 4,1-4,5,
- среднекислые — 4,6-5,0,
- слабокислые — 5,1-6,0,
- нейтральные — 6,1-7,4,
- слабощелочные— 7,5-8,5 (рНвод),
- сильнощелочные — 8,6-10,0,
- резкощелочные — >10,0.
Реакция почвенных растворов может колебаться в широких пределах от pH = 3-3,5, характерная для сфагновых торфов и лесных подстилок сфагновых лесов до pH = 10-11 у солонцов.
Для большинства возделываемых сельскохозяйственных культур благоприятны почвы с нейтральной или близкой к нейтральной реакцией, однако значительные площади сельскохозяйственных угодий характеризуются неблагоприятной реакцией.
Кислотность почвы
В почвенном растворе содержится углекислота (точнее, ион водорода H+ и гидрокарбонат-ион HCO3—, так как соединения H2CO3 при нормальных условиях не существует), которая образуется в результате деятельности почвенной биоты и при растворении углекислого газа атмосферы в воде. Она оказывает подкисляющее действие на почвенный раствор:
Н2O + СO2 = Н+ + НСО3—.
Кислотность, создаваемая в этом случае, нейтрализуется поглощенными основаниями и карбонатами кальция и магния:
При наличии в поглощающем комплексе почвы натрия в растворе возможно образование гидрокарбоната или карбоната натрия:
Гидрокарбонаты в растворе подвергаются диссоциации:
Ca(HCO3)2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 4H+ + 2CO32-,
NaHCO3 + H2O = NaOH + 2H+ + CO32-.
Карбонаты и гидрокарбонаты кальция, магния и натрия в водных растворах имеют щелочную сторону.
Реакция почвенного раствора различных почв зависит от состава поглощенных катионов и содержания карбонатов. Если в поглощающем комплексе высокое содержание натрия, например, в солонцах и солончаках, то реакция почвенного раствора определяется наличием карбонатов натрия. У этих почв она достигает 8-8,5. При преобладании в поглощающем комплексе катионов кальция или карбонатов кальция и магния, например, в карбонатных почвах и многих черноземах, реакция обуславливается преимущественно бикарбонатом кальция; pH таких почв находится в пределах 7-8. Если в почве кроме кальция и магния содержится алюминий и водород, например, выщелоченные и деградированные черноземы, дерново-подзолистые почвы, реакция почвенного раствора обуславливается одновременным присутствием ионов водорода и гидрокарбонат-ионов кальция, а также растворимых органических кислот и их солей. Чем меньше концентрация кальция и больше водорода, тем больше реакция среды будет смещаться в кислую сторону от 5 до 7.
Кроме растворенного углекислого газа и органических кислот почвенный раствор могут подкислять соли алюминия:
АlСl3 + 3Н2O = Аl(ОН)3 + 3НСl = Аl(ОН)3 + 3Н+ + 3Cl—.
Актуальная кислотность
Актуальная кислотность почвенного раствора обусловлена наличием ионов водорода и гидрокарбонат-монов (углекислотой) и частично растворимыми органическими кислотами и гидролитически кислыми солями. Проявляется при определении pH почвенного раствора или водной вытяжки из почвы.
Актуальная кислотность возникает при образовании органических и аминокислот от разложения органического вещества почвы и органических удобрений, а также присутствием диоксида углерода и воды. Кроме того органические кислоты и аминокислоты являются продуктами корневых выделений растений и микроорганизмов почвы, а углекислый газ — при дыхании живых организмов.
Также актуальную кислотность почв создает образующаяся в процессе жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий азотная кислота и физиологически кислые аммонийные удобрения (NH4Сl; (NH4)2SO4).
Потенциальная кислотность
Потенциальная кислотность обусловлена обменно-поглощенными почвенным поглощающим комплексом ионами водорода, алюминия, железа и марганца. В зависимости от способности к обменному вытеснению этих ионов другими ионами потенциальная кислотность подразделяется на обменную и гидролитическую.
Обменная кислотность
Обменная кислотность обусловлена наличием в ППК ионов водорода, алюминия, железа и марганца, которые могут вытесняться катионами нейтральных солей, в том числе от удобрений, например, КСl, КNO3, К2SO4:
AlCl3 + 3H2O → Al(OH)3 + 3HCl;
FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl.
В слабокислых почвах обменная кислотность незначительная, в щелочных — отсутствует. Обменная кислотность кислых почв переходит в актуальную при взаимодействии твердой фазы почвы с водорастворимыми удобрениями, мелиорантами и солями жидкой фазы.
Обменная кислотность (рНсол) является показателем необходимости известкования почв.
Величину обменной кислотности выражают в рН солевой вытяжки, то есть суспензии почвы в 1 н. растворе КСl, или в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. При обработке почвы раствором нейтральной соли (KCl) в почвенной суспензии наряду с имевшейся актуальной кислотностью, появляются вытесненные из ППК катионы, обусловливающие обменную кислотность, поэтому величина обменной кислотности всегда больше, чем актуальной.
Гидролитическая кислотность
Гидролитическая кислотность обусловлена частью катионов ППК потенциальной кислотности, которые могут вытесняться при обработке почвы 1 н. раствором щелочной соли, например ацетатом натрия СН3СООNa:
CH3COONa + H2O ⇔ CH3COOH + Na+ + OH—.
Щелочная реакция водного раствора этой соли позволяет более полно, чем нейтральная КСl, вытеснить из ППК ионы водорода, алюминия, железа и марганца:
Гидролитическая кислотность (Нг) определяется как общая кислотность, включающая актуальную, обменную и гидролитическую. Она больше обменной и выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы.
При отсутствие актуальной и обменной кислотности гидролитическая кислотность не вредна для растений и микроорганизмов. Это отмечается на всех черноземах, кроме южных.
Гидролитическая кислотность имеет значение при определении степени насыщенности почв основаниями (Г) и для обоснования замены суперфосфатов фосфоритной мукой (фосфоритование). Для кислых почв, таких как болотные, подзолистые и дерново-подзолистые, серые лесные, красноземы, желтоземы величина гидролитической кислотности позволяет определить оптимальную норму внесения извести.
Актуальная щелочность
В щелочных почвах, таких как южные черноземы, каштановые и солонцовые, различают актуальную и потенциальную щелочность.
Актуальная щелочность обусловлена наличием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей, например, Nа2СO3, К2СO3, NaНСO3, КНСO3, Мg(НСO3)2, Са(НСO3)2, МgСO3.
Актуальная щелочность проявляется при обработке почвы водой и выражается в мг-экв/100 г почвы или рНвод. Полученные значения показывают степень нуждаемости почв в нейтрализации избыточной щелочности за счет гипсования или кислования.
Потенциальная щелочность
Потенциальная щелочность проявляется в почвах, ППК которых в обменно-поглощенном состоянии содержится натрий, способный при его вытеснении в раствор увеличивать щелочность почвенного раствора:
По содержанию натрия в ППК определяют степень нуждаемости почв в нейтрализации и нормы расхода гипсосодержащих материалов или технических кислот.
Литература
Агрохимия. Учебник/В.Г. Минеев, В.Г. Сычев, Г.П. Гамзиков и др.; под ред. В.Г. Минеева. — М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. — 854 с.
Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.
