Proprietatile chimice ale solului

Proprietatile chimice ale solului

COLOIZII SOLULUI

Totalitatea particulelor fine ale solului, adica cele de marimi coloidale (0,1 microni in chimie si 2 microni in pedologie) ce se gasesc fie libere, in stare de dispersie in spatiile dintre particulele de nisip, praf si argila, fie fixate sub forma de particule fine la suprafata acestora.

Coloizii minerali

dispersarea mineralelor primare in particule din ce in ce mai mici in timpul procesului de solificare

prin dispersarea si condensarea produsilor de alterare in complexe coloidale.

argila, hidroxizi de Fe, Al, Mn, silicea coloidala, diverse minerale primare

Coloizii organici (proces de humificare):

dispersarea inaintata a resturilor organice in timpul descompunerii

condensarea produsilor rezultati in molecule complexe si agregate de molecule.

acizi humici si alte materii humice, hidrati de carbon si proteine

Coloizii organo-minerali:

compusi formati din acizi humici sau alti acizi organici, cu elemente si compusi minerali

complexe organo-minerale.

humati, argilo-humati, fero si aluminohumati

In cadrul complexelor argilo-humice sau complexelor adsorbtive legatura dintre materia organica si mineralele argiloase se face prin intermediul cationilor metalici. Mg si Ca formeaza o legatura mai slaba iar Al si Fe o legatura mai puternica.

Prezenta acestor ioni este necesara, deoarece sarcinile negative ale substantelor humice sunt respinse de sarcinile negative ale mineralelor argiloase. Astfel de complexe argilo-humice se formeaza si prin trecerea materiei organice si minerale prin tubul digestiv al lumbricidelor, insectelor, etc.

Coloizii solului trec in mediul de dispersie, reprezentat prin solutia solului, sub forma de particule cu o anumita alcatuire, cunoscute sub denumirea de micele coloidale.

Coloizii solului trec in mediul de dispersie, reprezentat prin solutia solului, sub forma de particule cu o anumita alcatuire, cunoscute sub denumirea de micele coloidale.

Alcatuirea micelei coloidale

nucleul este format dintr-un agregat de molecule de SiO₂. Moleculele de la suprafata nucleului reactioneaza cu apa (mediul de dispersie) formandu-se molecule de acid silicic (H₂SiO₃) care disociaza in SiO₃ si 2H₂⁺. Ionii de SiO₃ se retin la suprafata nucleului formand stratul intern determinant de potential, deci silicea este un coloid electronegativ. O parte din ionii de H dau nastere stratului dens de ioni iar o parte stratului difuz de ioni: coloid electronegativ

Micela de hidroxid de fier

In cazul unei solutii coloidale de hidroxid de fier Fe(OH)3 in stratul superficial de molecule rezulta un strat de ioni de FeO cu sarcini pozitive. Stratul de contraioni este format din anioni, Cl in cazul unei solutii de clorura ferica: coloid electropozitiv

Micela acidului humic

nucleul format din moleculele acizilor respectivi, stratul intern determinant de potential contine ioni negativi rezultati din disocierea gruparilor carboxilice si hidroxilfenolice COO-, O si OH- (deci este un coloid electronegativ) iar stratul dens si cel difuz din ioni de H: coloid electronegativ

Micela de argila

nucleul este reprezentat dintr-un fragment sub 1-2 microni al retelei cristaline respective, stratul intern determinant de potential este alcatuit din ioni negativi iar stratul de contraioni din ioni pozitivi dispusi in cele doua straturi, imobil si mobil de ioni.

Capacitatea de peptizare si coagulare a coloizilor

potential termodinamic sau plin Nucleul, stratul intern de ioni (stratul determinant de potential) poseda sarcina electrica sau

potential electrocinetic sau zeta Nucleul, stratul intern stratul dens de contraioni valoare mai mica decat potentialul termodinamic

Potentialul electrocinetic creste sau scade in functie de grosimea stratului difuz de contraioni

ZOL

potential electrocinetic este mare se manifesta actiunea fortelor de respingere si ca urmare coloidul se afla in stare de dispersie, suspensie sau peptizare.

GEL

cand potentialul electrocinetic ajunge la zero (punctul izoelectric) particulele coloidale nu se mai resping, din contra, se atrag, formeaza agregate mai mari care se separa de lichid si se depun

Fenomenul de trecere a unui coloid din starea dispersa in starea de gel poarta denumirea de coagulare

Coagularea are loc sub influenta cationilor din solutia solului, proveniti din disocierea diferitelor saruri

este diferita in functie de valenta si greutatea moleculara, cu exceptia H.

Na K Mg Ca H Fe Al

Coagularea argilei si humusului datorita cationilor din solutia solului poate fi reversibila si ireversibila.

soluri in care predomina Ca si Mg (soluri saturate in baze)

soluri cu un continut ridicat de H (soluri acide)

soluri cu continut mare de Na (soluri alcalice).

"complexe adsorbtive ale solului" CAS

Insusirile, functiile si dinamica complexului coloidal al solului

Capacitatea de adsorbtie a solului

Insusirea solului de a atrage din solutia solului si de a retine substante minerale in stare de dispersie moleculara sau ionica, se numeste adsorbtie.

adsorbtie moleculara

adsorbtie ionica - a) cationica

- b) anionica

A. Capacitatea de adsorbtie moleculara adsorbtie fizica sau apolara

atragerea, adsorbtia sau retinerea la suprafata particulelor de sol a unor substante in stare de dispersie moleculara.

la suprafata particulelor coloidale, care au sarcini electrice libere si care atrag moleculele dipolare din solutia solului.

apa de higroscopicitate si peliculara, moleculele de amoniac, CO2, acizi humici, oxizi de Fe, etc.

la solurile cu textura argiloasa capacitatea de retinere moleculara este maxima, iar la solurile cu textura nisipoasa este minima.

B. Capacitatea de adsorbtie cationica

adsorbtie fizico-chimica sau adsorbtie polara sau schimb cationic

consta in adsorbtia din solutia solului a ionilor pozitivi, adica a cationilor (Ca, Mg, Na, K, H, Al, Fe. Mn, Zn, Cu, etc).

are loc un permanent schimb de cationi intre faza solida si faza lichida a solului, fixarea cationilor fiind superficiala.

LEGILE SCHIMBULUI CATIONIC

= legea echivalentei - numarul de miliechivalenti (m.e.) de cationi adsorbiti de complexul coloidal este egal cu numarul de m.e. ce trec din complexul coloidal in solutie.   

= legea reversibilitatii - schimbul de cationi este un proces reversibil.

Ex: - cand solutia solului saraceste in cationi de K, se elibereaza cationi de K din complex si invers, daca se imbogateste solutia solului in K, printr-un aport de ingrasaminte potasice, complexul coloidal se imbogateste in cationi de K.

= legea echilibrului - schimbul cationic are loc pana la stabilirea unui echilibru intre solutia solului si complexul coloidal.

Depinde de:

natura anionilor sau cationilor din solutie;

modificarea compozitiei si concentratiei solutiei solului prin ploi sau irigatii;

aportul de cationi prin incorporarea ingrasamintelor si amendamentelor.

= legea energiei de adsorbtie - energia de adsorbtie a cationilor din solutie si energia de deplasare a cationilor din complexul coloidal depinde de valenta si de gradul de hidratare a cationilor.

Ex: - cationii bivalenti sunt adsorbiti din solutie si retinuti in stare adsorbita cu energie mai mare decat cei monovalenti.

gradul de hidratare a cationilor energia de adsorbtie din solutie si de retinere in stare adsorbita

Indici de caracterizare a capacitatii de schimb cationic:

q          capacitatea de schimb pentru baze;

q          capacitatea de schimb pentru hidrogen;

q          capacitatea totala de schimb cationic;

q          gradul de saturatie in baze;

q          a) Capacitatea de schimb pentru baze

q          Suma cationilor bazici (Ca, Mg, Na, K) adsorbiti in complexul coloidal al solului se numeste capacitate de schimb pentru baze.

q          - SB sau S si se exprima in me/100 g sol uscat la 105⁰C.

q          - limite intre 1-40 sau 1-50 me

b) Capacitatea de schimb pentru hidrogen

Suma cationilor de H⁺ adsorbiti in complexul coloidal al solului se numeste capacitatea de schimb pentru hidrogen.

se noteaza cu SH sau H;

se exprima in me/100 g sol uscat la 1050 C;

valoarea acestui indice in conditiile tarii noastre rar ajunge sa depaseasca 10 me/100 g sol uscat la 105⁰ C;

c) Capacitatea totala de schimb cationic

Reprezinta suma tuturor cationilor adsorbiti si care pot fi inlocuiti prin reactii de schimb.

se noteaza cu T;

se exprima in me/100 g sol uscat la 105⁰ C;

valorile acestui indice variaza intre 8 - 44 me/100 g sol uscat la 105⁰ C

d) Gradul de saturatie in baze (V%)

Reprezinta gradul in care complexul coloidal este saturat cu cationi bazici (Ca, Mg, K, Na), adica raportul dintre suma bazelor schimbabile si capacitatea totala de schimb cationic.

se exprima in procente;

se calculeaza cu relatia V% =

sau V%=

V% = 100 - complexul coloidal saturat numai cu cationi bazici

C. Capacitatea de adsorbtie anionica

chemosorbtie sau adsorbtie chimica

fenomenul de retinere a anionilor din solutia solului (PO₄, H₂PO₄, SO₄, NO₃, Cl^-) la suprafata complexului coloidal, sau de trecere a acestora in componenta unor compusi greu solubili sau insolubili.

adsorbtia anionica este mai redusa (1 - 5%) si numai la solurile cu orizonturi bogate in hidroxid de Fe si Al care sunt coloizi electropozitivi, sau cu caracter amfoter.

importanta deosebita in regimul fosforului din sol, deoarece adsorbtia anionilor fosforici poate fi reversibila sau ireversibila, iar anionii retinuti ireversibili nu pot fi folositi de catre plante, cum sunt fosfatii greu solubili sau insolubili (fosfatii de fier si aluminiu).

SOLUTIA SOLULUI

apa din sol incarcata cu diferite substante minerale si organice dizolvate sau dispersate coloidal, care imbraca particulele solului si umple o parte din spatiile lacunare.

- mediul din care plantele isi absorb substantele nutritive sau "sangele solului".

Formarea si compozitia solutiei solului

Sursele de aprovizionare

precipitatiile atmosferice (CO₂, O, NH₄, oxizi de azot, Cl, hidroxid sulfurat)

panzele freatice;

apa din irigatie;

Sursa principala de substante minerale = faza solida - minerala si organica.

Compozitia solutiei solului

NPK, Mg, S, Fe, Na, etc.

acizi minerali (azotos, azotic, carbonic, clorhidric, etc.);

sarurile acizilor minerali cu Ca, Mg, K, Na;

acizi organici (acizi huminici, aminoacizi, acid acetic, oxalic, succinic, etc.);

sarurile acizilor organici;

compusi ai Fe, Al si Mg;

amoniac si CO₂;

Variaza de la un sol la altul in functie de:

continutul in humus si alte substante organice;

intensitatea activitatii biologice (microorganisme si radacini);

cantitatea, gradul de solubilizare si natura substantelor solubile;

complexul coloidal al solului;

cantitatea de apa si capacitatea de dizolvare a fazei lichide;

masurile agrotehnice, agrochimice si ameliorative aplicate;

constituie sursa directa de aprovizionare a plantelor cu elemente nutritive

uneori poate fi daunatoare cresterii si dezvoltarii plantelor = soluri cu continut mare de saruri solubile, soluri foarte puternic acide sau foarte alcaline.

Salinitatea, alcalitatea si alcalinitatea solului.

Toleranta plantelor la saruri.

Salinitatea

Acumularea unor cantitati prea mari de saruri determina conditii ecologice nefavorabile pentru plante prin:

cresterea suctiunii osmotice a solutiei solului si odata cu aceasta scade accesibilitatea apei pentru plante;

efectul toxic al diferitilor ioni in exces prin producerea unor perturbari in absorbtia altor ioni. Gradul de toxicitate al diferitelor saruri : Na₂SO₄ si MgSO₄=1; NaCl si Mg Cl =2-3; Na₂CO₃ = 4 - sarea cea mai toxica (soda).

Alcalitatea

este data de gradul de saturatie a complexului coloidal cu Na care peste o anumita limita influenteaza negativ cresterea si dezvoltarea plantelor prin influenta negativa asupra proprietatilor solului sau chiar efect toxic.

Alcalinitatea

se datoreaza concentratiei excesive a ionului de OH- fata de ionul de H+ determinand o reactie slab alcalina pana la foarte alcalina (pH=8,0 - 10,0) avand un puternic efect toxic datorita formarii in sol a Na₂CO₃ (soda).

Toleranta plantelor la saruri

Insusirea plantelor de a suporta o concentratie ridicata de saruri usor solubile in solutia solului sau de a produce recolte bune chiar si in conditii de salinitate slaba sau moderata.

Gradul de toleranta depinde de:

conditiile climatice;

concentratia si natura sarurilor;

textura;

regimul hidric al solului;

continutul in CaCO3 si CaSO4;

modul de folosinta a terenului: irigat sau neirigat;

specia sau soiul cultivat;

faza de crestere a plantei;

Toleranta plantelor la salinitate

scazuta 0,1 - 0,4% ex.: mar, par, fasole, bob.

mijlocie 0,4 - 0,6% ex. vita de vie, ceapa, trifoi, orez;

ridicata > 0,6 % ex. maslin, mei, spanac, orz;

Toleranta plantelor la alcalitate

Efect direct - toxicitate, efect indirect - insusirile solului.

scazuta (Na+ adsorbit < 10% din T) ex. pomi;

mijlocie (Na+ adsorbit = 20 - 30% din T) ex. ovaz;

ridicata (Na+ adsorbit = 40 - 60% din T) ex. grau;

Concentratia mare de OH^- fata de H⁺ => fenomene toxice

= dereglari in adsorbtia de Fe, Zn si P ( in regiunile umede de Ba si Mn).

= La un pH mai mare de 10 apar vatamari si chiar dizolvarea radacinilor subtiri

REACTIA SOLULUI

Ionii de H:

induc reactia acida a solului

sunt cei mai mici ioni ai solului (Ų = 0,10 - 0,12 A 1A=0,0000001 mm

au cea mai mare mobilitate in solutie

Aciditatea totala a solului

totalitatea cationilor de H si Al din solutia solului precum si cei din complexul adsorbtiv al solului.

Sursele de ioni de H si Al:

apa din sol;

compusii solubili sau dispersati coloidal;

secretiile radacinilor plantelor si microorganismelor;

substante fertilizante, etc.;

ACIDITATEA TOTALA

ACTUALA (efectiva, activa, culturala) (pH)

POTENTIALA de schimb (As); hidrolitica (Ah)

Aciditatea actuala

Totalitatea ionilor de H+ liberi existenti la un moment dat in solutia solului.

◘se exprima prin pH - logaritmul zecimal cu semn schimbat al concentratiei ionilor de H+.

pH = -log [H+] = log 10 ^-7 = 7

◘1l apa distilata contine 1/10.000.000 H⁺ sau 10^-7 ioni gram de H+ si 10 ^-7 ioni gram de OH^-.

solutie acida = o concentratie mai mare de ioni de H⁺, adica 10^-6, 10^-5, ., pH = 6,5,4

solutie alcalina = o concentratie mai mica de ioni de H⁺, adica 10^-8, 10^-9, .., pH = 8,9,10

Formarea aciditatii solului

1. Levigarea elementelor bazice:

Nota: si natura materialului parental determina valorile pH-ului. In conditiile aceluiasi climat bazaltul sau calcarele vor avea o mai mare saturatie in baze decat granitele sau gresiile.

2. Inlocuirea elementelor bazice cu cele acide

surse de aciditate :

Apa: H₂O H⁺ + OH^-

CO₂ rezultat in urma procesului de respiratie

CO₂ + H₂O H₂CO₃ H⁺ + HCO₃^-

acid carbonic

Acizii organici din humus sau descompunerea materiei organice

RH R^- + H+

◘ Oxidarea S si N

S H₂SO⁴ 2 H⁺ + SO₄^-2

NH₃ HNO₃ H⁺ + NO₃^-

Importanta reactiei solului

determinarea si aprecierea pH-ul solului este importanta pentru studiile pedologice.

pH-ul caracterizeaza sistemul sol, activitatea ionilor de H din solutia de sol influenteaza solubilitatea constituentilor solului, implicit a elementelor necesare in nutritia plantelor.

Valorile de pH optim pentru nutritia plantelor sunt considerate intre 6,0 si 6,5, domeniu in care solubilitatea si accesibilitatea elementelor nutritive din sol este optima.

La valori pH sub 5,0 se mareste solubilitatea ionilor de Zn2+, Al3+, Mn2+, Cu2+, etc. ducand la atingerea unor concentratii toxice a acestor ioni pentru unele plante. In conditii de aciditate ridicata ionii de P si Mo sunt imobilizati sub forma de compusi insolubili cu Fe si Al din sol.

Valori mai mari de 8,5 indica in sol prezenta carbonatului de sodiu sau un continut mare de sodiu schimbabil, in complexul adsorbtiv al solului.

daca valoarea aciditatii actuale este peste 5,5 azotul, sub forma de nitrat, prezinta cea mai mare accesibilitate pentru plante. Pe de alta parte, fosforul este accesibil plantelor, numai cand pH-ul solului are valori cuprinse intre 6,0 si 7,0.

in aplicarea pesticidelor trebuie sa se tina cont de reactia solului, o reactie acida impiedica retinerea acestor substante la nivelul solului, fiind spalate in profunzime ajungand in apa freatica, determinand poluarea acesteia.

reactia solului serveste la caracterizarea agroproductiva a unui sol, constituie un criteriu important a modului de folosinta a terenului, in alegerea sortimentului de plante. Majoritatea plantelor de cultura obtin productii optime la valori de pH neutru, cuprins intre 6,8 -7,2. In conditiile unor reactii extreme ale solului (prea acid sau prea bazic) alegerea sortimentului de plante corespunzator reactiei solului este prioritara.

Astfel pe soluri cu reactie puternic acida (pH sub 5,0) se vor cultiva plante tolerante la aceasta reactie cum sunt: secara, ovazul, cartoful, soia, tutunul, lupinul galben, marul, ciupercile iar pe solurile cu reactie puternic alcalina (pH peste 8,4) graul, majoritatea plantelor legumicole, speciile pomicole si vita de vie.

pH-ul influenteaza grupele fiziologice de microorganisme, optimul activitatii lor fiind la anumite valori de pH. Bacteriile nitrificatoare sunt deosebit de sensibile la reactia solului, ele desfasurandu-si activitatea in solurile cu o reactie neutra sau slab alcalina

3. Sursa antropica

Ingrasaminte chimice si organice

Ploi acide - gaze cu N si S rezultate in urma procesului

de ardere

Exploatari miniere, etc.

Capacitatea de tamponare a solului

Reprezinta insusirea solului de a se opune tendintei de modificare a concentratiei unor ioni (OH, H, K, Ca) din solutia solului, prin actiunea reciproca dintre faza solida si lichida.

Principalele sisteme tampon din sol

complexul coloidal (argilo-humic)

acizi slabi si sarurilor lor ex. acid carbonic: carbonat, bicarbonat; acid fosforic: fosfati, etc.

substantele amfotere adica acele substante care se comporta ca un acid sau ca o baza in functie de pH-ul solutiei solului ex. acizi humici, Al(OH)₃, Fe(OH)₂.

Depinde de

cantitatea coloizilor din sol.

compozitia coloizilor din sol.

natura cationilor de schimb.

Importanta capacitatii de tamponare

legatura directa cu activitatea microorganismelor si cresterea plantelor deoarece acestea nu suporta variatii bruste de pH;

in utilizarea amendamentelor si ingrasamintelor dand indicatii asupra felului amendamentului sau ingrasamantului care trebuie folosit intr-un caz sau altul

Ex: pentru corectarea reactiei acide a solului se recomanda CaCO3 iar pentru corectarea reactiei alcaline se recomanda gipsul (CaSO4 x 2H₂O).

Ex: in cazul utilizarii fertilizantilor, trebuie sa se tina cont de reactia fiziologica a acestora. Pe solurile care nu au capacitate de tamponare pentru acizi, NU se vor administra fertilizanti cu reactie fiziologic acida. Pe solurile care nu au capacitate de tamponare pentru baze, NU se vor administra fertilizanti cu reactie fiziologic alcalina.

La solurile cu capacitate de tamponare redusa, se recomanda aplicarea fertilizantilor in doze mici si la intervale scurte (pe solurile nisipoase).

La solurile cu capacitate de tamponare mare, se recomanda aplicarea unor cantitati mari de ingrasaminte si la intervale mai mari (la solurile bogate in argila si humus).