| К. К. ГЕДРОЙЦ | ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЧВ |
Твердая фаза почвы представляет собою совокупность минеральных, органических и минерало-органических частиц (зерен) самой разнообразной степени раздробленности (дисперсности). Каждая почва, смешанная с водою дает дисперсную систему; степень дисперсности дисперсной фазы этой системы есть величина определенная, зависящая от целой совокупности свойств почвы; она не может быть изменена без изменения этих свойств почвы. Как известно, реакционная способность между твердым телом и раствором, вообще говоря, ничтожна; имеются исключения, обусловливаемые специфическими свойствами твердого тела и соприкасающегося с ним раствора: так, напр., в случае карбонатов щелочно-земельных металлов и растворов кислот; но система: алюмосиликатная и гумусная часть почвы + почвенный раствор, имеющий всегда почти нейтральную реакцию, представляет собою систему со слабо выраженной реакционной способностью. Однако последнее справедливо лишь до тех пор, пока степень раздробленности твердой фазы почвы или части этой фазы находится ниже некоторой величины; по мере раздробления твердой фазы почвы, реакционная способность возрастает, и, начиная с известной степени раздробления, частицы почвы, достигшие этой степени дисперсности, начинают проявлять уже ясно выраженную, легко констатируемую нашими методами, способность к различным реакциям с веществами почвенного раствора и между собою (реакции взаимного осаждения коллоидально раздробленных частиц с противоположными электрическими зарядами); между этими реакциями особое значение и особый интерес имеют реакции взаимного обмена основаниями междутвердыми частицами почвы и солеобразными веществами, находящимися в растворенном состоянии.
Эта способность к реакции взаимного обмена основаниями достаточно резко проявляется у почвенных частиц лишь в том случае, когда они достаточно уже мелки; она проявляется заметно только в той части почвы (как алюмосиликатной, так и органической и органо-минеральной), степень дисперсности, которой выше некоторой величины: само собою разумеется, что на самом деле резкой разницы между дисперсностью частиц, обладающих этой способностью и не обладающих таковой, нет; способность эта постепенно возрастает вместе с уменьшением диаметра частиц и с увеличением числа мелких частиц; это так теоретически, а практически, в соответствии с методикой исследования и с запросами современной теории и практики, границу эту можно, нужно и должно установить.
Та часть почвы, которая, вследствие степени дисперсности ее частиц, обладает достаточно резко выраженной обменной способностью (физико-химической поглотительной способностью), получила издавна в почвоведении наименование "цеолитной части" почвы; когда это название давалось этой части почвы, в то время, во-1-х, предполагалось существование в почвах цеолитов-минералов, а во-2-х, не придавалось особого значения обменной способности гумуса; теперь присутствие Б. почвах цеолитов отвергается большинством почвоведов, а участие гумусовых веществ почвы в обмене основаниями несомненно; но, несмотря на все это, мы считаем более правильным сейчас еще сохранять название цеолитной части за минеральным поглощающим комплексом почвы, как имеющее за собой хоть одно безусловное основание - историческую давность; всякое другое название при неполной еще изученности явления обмена (между прочим мы еще в точности не знаем той величины дисперсности, которая необходима, чтобы частица проявляла обменную способность в достаточной степени) будет заведомо неправильным. В виду этих соображений мы называем весь тот почвенный комплекс, состоящий из алюмосиликатных соединений и гумусовых веществ (а также органо-минеральных соединений), который при соприкосновении с растворами электролитов проявляет резко выраженную способность к обмену основаниями, "цеолитною" и "гуматною" частями почвы, не предрешая вопрос о соотношении и взаимной связи между тем и другим. Означенный алюмосиликатный и гуматный комплекс, обладающий способностью к обмену своих оснований, состоит из двух частей: из части поглощающей (если проводить аналогию с солеобразными соединениями, то эта часть его будет соответствовать кислотному радикалу или аниону) и из части поглощенной, т. е. катионов, находящихся в этой части в поглощенном состоянии; это те катионы, которые находятся в молекулах алюмосиликатной и гуматной части, расположенных в самом поверхностном слое частичек (зерен) этой части почвы; почти наверное можно утверждать, что кроме этих катионов ("цеолитных" и "гуматных" катионов), обладающих способностью обмениваться на другие катионы, эта часть почвы содержит и другие катионы, не обладающие таковою способностью (содержатся в молекулах, расположенных в почвенных частицах более глубоко).
Таким образом поглощающий почвенный комплекс, цеолитная и гуматная часть почвы в вышеуказанном понимании этого термина, является той активной частью почвы, в которой сосредоточена реакционная деятельность почвы и, в частности, ее способность к обменным реакциям и которая играет поэтому исключительную роль в жизни почвы. Естественно, что познание этой части почвы, ее физических, химических и биологических свойств 1), ее состава и пр. является существенно необходимым для развития почвоведения. Прежде всего здесь необходимо иметь методику исследования этой части: учета общего количества ее, отдельно количества алюмосиликатной части и гуматной части, элементарного состава поглощающей части той и другой, количественного и качественного состава цеолитных и гуматных катионов и состава тех катионов этой части, которые не обладают способностью к обмену. Можно итти еще далее; на основании того, что уже сейчас намечается в этой области, можно говорить, что почвенный комплекс, обладающий обменной способностью по своему происхождению состоит из двух частей; что он, с одной стороны, представляет твердые частицы минеральной и органической части почвы, распыленные в процессе выветривания материнской породы и почвы; это мелко раздробленные остатки выветривания; такой способ образования может быть назван дисперсионным способом возникновения этой активной части почвы.
1) В сущности к этой части почвы принадлежит и ее микрофлора.
С другой стороны, алюмосиликатный и гуматный комплекс почвы, обладающий обменной способностью, возникает в почве и другим, противоположным способом, способом конденсации высококоллоидальных веществ почвы: осаждением электролитами и взаимным осаждением коллоидально растворенных гуминовых веществ, гидратов окисей алюминия и железа и коллоидально растворенной кремнекислоты. Многие свойства конденсационно-возникшей активной части почвы и части, возникшей дисперсионным путем будут различны; поэтому возникает вопрос о методике исследования и учета той и другой части.
До настоящего времени для суждения об алюмосиликатном и гуматном поглощающем комплексе пользовались механическим анализом, извлечением гумусовых веществ из почвы щелочною вытяжкою, а главное данными 10%-й солянокислой вытяжки. Количество илистой фракции почвы несомненно дает некоторое представление о величине поглощающего почвенного комплекса, но представление, очень недостаточное и неполное; общее количество гумусовых веществ, могущее быть выщелоченным из почвы, напр., содовым раствором, также дает некоторое представление о величине поглощающей гуматной части почвы. Больше всего же пользовались 10%-й солянокислой вытяжкой; считалось, что эта вытяжка извлекает (и разрушает) преимущественно цеолитную часть почвы, извлекает ее целиком и почти не затрагивает других кремнекислых соединений почвы, не обладающих обменного способностью; такой взгляд не был обоснован вовсе какими-либо опытными данными, а покоился лишь на довольно шатких теоретических предпосылках.
Для суждения о количестве и составе цеолитной части почвы по данным солянокислой вытяжки поступали следующим образом из общей суммы минеральных веществ, извлекаемых из 100 гр. сухой почвы 10%-й солянокислой вытяжкой, сложенной с кремнекислотой, извлекаемой содовой вытяжкой (или вытяжкой раствором едкой щелочи) из остатка почвы после ее обработки 10%-й соляной кислотой, вычитаются все не силикатные соли почвы, т. е. фосфорная кислота (она при этом не связывается с каким-либо основанием, так как вопрос, с чем ее связать, совершенно неопределенный), серная кислота и соответствующее ей количество извести, углекислота и, если ее больше 0,05%, соответствующие ей количества извести и магнезии, при чем если в почве определялись количества СаО и MgO, связанных с СО2, непосредственно (см. стр. 22), то вычитаются, именно, эти количества; если же таковые не определялись, то их находят вычислением, допуская, что количества извести и магнезии, находящихся в почве в виде карбонатов, обратно пропорциональны молекулярным весом СаО и MgO и прямо пропорциональны валовому количеству каждого из них в почве 1). Процентное содержание минеральных веществ в почве, полученное в результате отнятия указанных веществ из общей суммы минеральных веществ, извлекаемых из почвы 10%-й НСl, плюс "цеолитная" кремнекислота, принимается за процентное содержание в почве "цеолитной" части. Процентный состав "цеолитной" части определяется перечислением всех веществ, извлекаемых из нее-10%-й солянокислой (и содовой или щелочной) вытяжкой [т. е. SiO2, A12O3, Fe2O3, СаО (за вычетом части, связанной с SO3 и с СО2), MgO (за вычетом части,. связанной с СО2), К2О и Na2O] в проценты от всей "цеолитной" части почвы.
Исследования последнего времени 2) показали, однако, что метод 10%-ой солянокислой вытяжки дает в отношении количественного и качественного состава почвенных поглощенных оснований (т. е. суммы "цеолитных" и "гуматных" оснований) очень неправильные, не соответствующие действительности показания: этим методом извлекается из почвы значительно больше каждого из поглощенных оснований и кроме того извлекаются и такие элементы, которые могут вовсе не обладать способностью обмениваться на другие катионы (напр., К и Na).
1) Понятно, что такой способ вычисления имеет очень условный характер.
2) Е. Гедройц. Поглотительн. способность почвы. Ж. Оп. Агр. 1916 г., стр. 511.
Быть может 10%-ая солянокислая вытяжка дает нам общую сумму как "цеолитных" и "гуматных" оснований, т. е. способных к обмену, так и других оснований, к обмену неспособных, но входящих в поглощающий почвенный комплекс; но это прежде всего требует опытной проверки; на основании общих соображений, однако, такое совпадение трудно допустить. Так как соединения, составляющие "цеолитную" и "гуматную" часть почвы, представляют из себя солеобразные соединения то задача исследования этого комплекса сводится к количественному определению входящих в него анионов и катионов; для определения анионов поглощающего комплекса мы до настоящего времени не имеем соответствующего метода, так как единственный предложенный до сих пор способ- 10%-ая солянокислая вытяжка дает в этом отношении, по всей вероятности, сильно преувеличенные результаты как для кремния и алюминия, так особенно для железа; во всяком случае пригодность этого метода ничем еще не доказана.
Что касается катионов, входящих в состав алюмосиликатного и гуматного поглощающего комплекса, то из них мы в настоящее время имеем возможность достаточно точно определять те именно, которые способны к обмену на другие катионы, т. е. сумму "цеолитных" и "гуматных катионов". Из этих катионов некоторые почвы содержат только металлические катионы ("цеолитные" и "гуматные" основания), это будут почвы насыщенные основаниями, другие же наряду с металлическими "цеолитными" и "гуматными" катионами содержат еще водородный ион, - почвы, ненасыщенные основаниями. Мы изложим ниже отдельно определение в почве, с одной стороны, "цеолитных" и "гуматных" оснований (металлических катионов), и с другой стороны, водородного иона, или степени ненасыщенности почвы основаниями.