Грунтовий розчин: його склад і показники. Буферність грунту

Грунтовий розчин – це рідка фаза грунтів, яка містить грунтову воду, розчинені в ній солі, органічні та органо-мінеральні сполуки, гази й колоїдні золі.

В.І.Вернадський вважав грунтові розчини "головним субстратом життя", "головним елементом механізму біосфери".

Джерелами грунтових розчинів є:

1. атмосферні опади;
2. грунтові води;
3. зрошувальні (поливні) води.

Вміст вологи в грунтах, кількість грунтового розчину може коливатися в широких межах – від десятків відсотків (вона може займати усі пори) до одиниці або часток відсотка, коли в грунті знаходиться тільки адсорбована вода. Фізично міцно зв'язана вода (гігроскопічна, частково максимальна гігроскопічна) являє собою так званий нерозчинний об'єм грунтової води. Не встигає стати грунтовим розчином і гравітаційна вода. Отже, грунтовий розчин містить усі форми капілярної, пухко й відносно міцно зв'язаної води грунту.

Методи виділення грунтових розчинів

Для виділення та вивчення грунтових розчинів застосовуються різні групи методів.

1. водні витяжки, тобто розчин добувають додаванням до грунту води. Найбільш часто застосовується співвідношення грунт:вода = 1:5. Вони використовуються для характеристики кількості в грунтах легкорозчинних солей і легкодоступних для рослин поживних речовин.
2. Друга група базується на застосуванні зовнішньої сили
   1. тиску, який створюється пресом;
   2. тиску стисненого газу;
   3. відцентрової сили;
   4. здатності різних рідин витісняти з грунту воду.
   Найбільш часто застосовуються перший і останній, тобто відпресування розчину або витіснення іншою рідиною.
3. лізиметричні методи, що діють за принципом заміщення й витіснення грунтових розчинів талими або дощовими водами. Лізиметри бувають різних конструкцій:
   1. лізиметри-контейнери з бетонними стінами і дном, куди грунт насипається;
   2. лізиметри-моноліти;
   3. лізиметри-лійки;
   4. площинні лізиметри закритого типу, що найменше порушують природне залягання грунту;
   5. лізиметричні хроматографічні колонки. 
4. безпосереднє дослідження водної фази в грунті в природному заляганні у польових умовах. Застосовуються електроди, якими визначається волога й електропровідність грунтів (облік запасу солей), активність іонів водню, окисно-відновний потенціал, визначення іонів Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH⁴⁺, NO^3-, Cl^- тощо.

Склад грунтових розчинів

Склад грунтових розчинів залежить від:

1. кількості та якості атмосферних опадів;
2. складу твердої фази грунту;
3. кількості та якості рослинного матеріалу надземної та підземної частин біогеоценозу;
4. життєдіяльності рослин – поглинання з розчину визначених іонів і виділення з коренів.

Речовини можуть бути у формі справжніх розчинів і колоїдно розчинених сполук. Останні представлені золями кремнієвої кислоти, півтораоксидів заліза та алюмінію, органічними та органо-мінеральними сполуками. У розчині містяться катіони: Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺ NH⁴⁺, Al³⁺, Fe²⁺, аніони: HCO₃^-, CO₃^2-, NO^3-, Cl^-, SO₄^2-, H₂PO₄^-, HPO₄^2-. Залізо та алюміній, багато мікроелементів знаходяться у вигляді комплексних органо-мінеральних сполук, у яких ці елементи знаходяться в аніонній частині.

Показники грунтових розчинів

Грунтові розчини характеризуються такими показниками:

• реакцією,
• концентрацією,
• осмотичним потенціалом.

Наявність у грунтовому розчині вільних кислот і лугів визначає актуальну реакцію грунтового розчину.

Реакція грунтового розчину визначається активністю вільних водневих (H⁺) і гідроксильних (OH^-) іонів і вимірюється показником pH – від'ємним логарифмом активності іонів водню.

pH грунтових розчинів грунтів змінюється від 2,5 (кислі сульфатні грунти) до 8-9 і вище (карбонатні й засолені грунти), у солонцях і содових солончаках – 10-11.

Концентрація грунтових розчинів невелика й коливається від десятків міліграмів до декількох грамів речовини на 1 л. Підзолисті грунти мають концентрацію грунтового розчину, яка складає декілька десятків міліграмів на 1 л розчину при pH від 5 до 6. Такі ж концентрації головних компонентів у грунтах вологих субтропіків і тропіків. Вміст органічного вуглецю досягає декількох десятків мг/л, органічна речовина представлена фульвокислотами. У степових грунтах (чорноземи, солонці) концентрація грунтового розчину досягає 1-3 г/л і більше. У них багато HCO₃^-, Ca²⁺, Mg²⁺, pH  – нейтральний і лужний. У засолених грунтах багато катіонів та аніонів. Загальна сума водорозчинних речовин у водних витяжках вища, ніж у грунтових. Ця різниця тим більша, чим менше розчинних солей. Кількість окремих катіонів і аніонів виражається мг-екв на 1 л розчину.

Динаміка концентрації грунтового розчину пов'язана зі змінами температури й вологості грунту, інтенсивністю діяльності мікрофлори, мікрофауни грунтів, метаболізмом вищих рослин, процесами розкладу органічних решток у грунті. Ці зміни визначають добову й сезонну динаміку грунтового розчину. Для більшості типів грунтів характерне поступове збільшення концентрації грунтового розчину, особливо в поверхневих горизонтах, від весни до літа. У період осінньо-зимових дощів атмосферні опади розбавляють грунтовий розчин і розчиняють частину солей – настає фаза розбавлення грунтових розчинів. 

Дуже важливо те, що грунтові розчини – безпосереднє джерело живлення рослин. Зрошення й осушення, внесення мінеральних добрив сприяє оптимізації грунтових розчинів за вмістом елементів-біофілів. Крім того, останні відіграють важливу роль у створенні оптимального осмотичного тиску грунтового розчину. А це, у свою чергу, сприяє кращому живленню рослин. Засолені грунти характеризуються високим осмотичним тиском, який досягає 30-40 МПа, а сильно засолені – 50-60 МПа. При умовах, коли осмотичний тиск збільшується до 150-160 МПа, волога перестає поступати в рослини, а навпаки – з рослин поступає до грунту. Всмоктувальна сила коренів більшості сільськогосподарських рослин не перевищує 100-120 МПа.

Людина в процесі сільськогосподарського використання грунту регулює склад грунтового розчину шляхом зрошення й осушення, внесення добрив тощо.

Буферність грунтового розчину

Грунтові розчини, як і грунти в цілому, володіють буферністю, яка виконує надважливу екологічну функцію.

Буферністю грунту називають його здатність протистояти різкій зміні активної реакції середовища при надходженні кислих чи лужних речовин (наприклад, при удобренні сільськогосподарських культур).

А в більш широкому розумінні буферність – це здатність едафотопу зберігати свою організацію. Буферність грунтового розчину визначається складом твердої фази, наявністю карбонатів і колоїдів. Вона проявляється сильніше у грунтах з високою ємністю поглинання, а також в умовах, коли в складі поглинутих катіонів переважають основи.