Temat: SORPCJA GLEBY

Opracowała: Ela Ulatowska

SORPCJA GLEBY, adsorpcja gleby, zdolność zatrzymywania przez stałe cząstki gleby (zwł. koloidy glebowe) zwane sorbentem (od łacińskiego słowa sorbens ~ntis, co znaczy „wchłaniający”) jonów, cząsteczek zawiesin, mikroorganizmów, molekuł, gazów i par rozpuszczanych w powietrzu glebowym lub w roztworze glebowym.

Wyróżnimy dwa rodzaje sorpcji:

• sorpcja powierzchniowa zwana adsorpcją polegająca na zbieraniu (zagęszczeniu) się substancji pochłanianej na powierzchni ciała stałego(gleby).

• sorpcja wgłębna zwana absorpcją polegająca na pochłanianiu substancji przez całą objętość ciała stałego - tym razem nazywanego absorbentem.
  

Na wielkość sorpcji gleby wpływa tzw. kompleks sorpcyjny gleby.

KOMPLEKS SORPCYJNY GLEB jest to ta część masy glebowej, która posiada zdolność wchłaniania, zatrzymywania i wymiany jonów pomiędzy roztworem glebowym a cząstkami komponentu koloidowego. Jest to rozdrobniona, mineralno-organiczna stała frakcja gleby. Wielkość kompleksu sorpcyjnego uzależniona jest od wielu czynników, a przede wszystkim ilości i jakości poszczególnych składników tworzących ten kompleks. Kompleks sorpcyjny gleb zbudowany jest głównie z koloidów glebowych.

KOLOIDY GLEBOWE, najdrobniejsze cząstki gleby o średnicy 0,5-0,001 µm; występują w roztworze glebowym w postaci zolu lub żelu; tworzą aktywne układy o równowadze niestałej; koloidy glebowe decydują o właściwościach fizycznych. i chemicznych gleby (zwięzłość, lepkość, struktura, stosunki wodne gleb, odczyn, sorpcja gleby i in.)

Koloidy glebowe dzielimy na:

• organiczne (np. próchnica koloidalna, białka glebowe),

• mineralne (np. minerały ilaste, krzemionka koloidalna, wodorotlenki glinu i żelaza)

• organiczno- mineralne(gł. związki kwasów próchnicznych z mineralnymi koloidami glebowymi).

Koloidy glebowe w zależności od ładunku mogą być naładowane ujemnie lub dodatnio. Ujemnie naładowane koloidy przyciągają kationy, czyli jony z ładunkiem dodatnim: sód, potas, wapń, magnez, jon amonowy. Każdy kation w zależności od średnicy jonu, może być z różną siłą przyciągany, to znaczy wiązany z koloidami glebowymi. Jeżeli kation wiązany jest słabą siłą, to ulega łatwo wymianie, natomiast wiązany dużymi siłami, trudno ulega wymianie. Za pomocą koloidów glebowych mogą być wiązane również aniony, ale ich sorpcja jest znacznie mniejsza. Dzięki posiadaniu ładunku elektrycznego ( + lub - ) oraz dużej powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej, kompleks sorpcyjny zbudowany z koloidów jest zdolny do sorbowania jonów i całych cząsteczek.

RODZAJE SORPCJI

Sorpcja mechaniczna - polega na zatrzymaniu zawiesin i drobnoustrojów w mniejszych od nich przestworach glebowych; można ją porównać z działaniem sączka, który zatrzymuje mechanicznie stałe cząstki zawieszone w wodzie. Dzięki temu woda
przesączając się przez glebę jest oczyszczana nawet z bakterii. Sorpcja ta zależy od
składu granulometrycznego, budowy i miąższości gleb. Im gleba ma więcej frakcji
drobniejszych, tym silniej sorbuje mechanicznie.

Sorpcja fizyczna - to zdolność gleby do zatrzymania gazów, par, zawiesin i molekuł na powierzchni stałej gleby. Zależna jest od porowatości, struktury, ciśnienia, temperatury, wilgotności i charakteru zatrzymywanych cząstek.

Sorpcja chemiczna - to powstawanie w glebach nierozpuszczalnych związków soli, np. fosforanu wapnia i glinu. Wytrącane, nierozpuszczalne sole nie są wymywane z gleby, ale stają się mniej dostępne dla roślin; Zachodzi w glebach kwaśnych oraz zasadowych. Przedstawiona jest na przykładzie jonów fosforanowych.

Ca(H₂PO₄)₂ + Ca(HCO₃)₂ -> 2CaHPO₄ + 2H₂CO₃ (zw. rozpuszczalny w H₂O)

2CaHPO₄ + Ca(HCO₃)₂ -> Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂CO₃ (zw. nierozpuszczalny)

Sorpcja biologiczna - to pobieranie składników pokarmowych przez mikroorganizmy glebowe i system korzeniowy roślin, które zatrzymują jony w organizmach na okres życia - po obumarciu ulegają rozkładowi i uwalniają pobrane składniki. Zbyt intensywna sorpcja może doprowadzić do okresowego niedoboru pewnych składników w glebach. Sorpcja ta ma duże znaczenie w przypadku azotu, gdyż wiązany przez mikroorganizmy azot saletrzany nie podlega wymyciu z gleby. Saletrzana (azotanowa) forma azotu nie podlega w glebie innym sorpcjom, stąd tak łatwo może być wymywana;

Sorpcja wymienna lub fizykochemiczna, to równoważna wymiana jonów pomiędzy glebowym kompleksem sorpcyjnym i roztworem glebowym (na miejsce jonów zasorbowanych na powierzchni koloidów glebowych wchodzi równoważona chemicznie ilość jonów z roztworu glebowego). Sorpcja ta jest najważniejszą w procesie nawożenia gleb i odżywiania roślin, gdyż wprowadzane z nawozami składniki pokarmowe są w glebie zatrzymywane. Dzięki tej sorpcji stężenie roztworu glebowego po nawożeniu nie ulega dużym zmianom. Nawozy, czyli sole są wiązane w glebowym kompleksie sorpcyjnym i ich wymywanie przez wodę glebową jest ograniczone. Ze względu na tak ważną funkcję, jaką spełnia sorpcja wymienna, konieczne jest dbanie o utrzymanie wysokich zdolności sorpcyjnych gleb. Zdolność sorpcyjna gleb zależy od ilości iłu koloidalnego w glebie, na co rolnik nie ma wpływu. W dużym jednak stopniu pojemność sorpcyjna zależy od zawartości próchnicy glebowej, czyli od systematycznego dostarczania substancji organicznej, szczególnie na glebach lżejszych, w których następuje jej szybki rozkład.

Możemy wyróżnić dwa rodzaje sorpcji wymiennej: kationów i anionów

SORPCJA WYMIENNA KATIONÓW
Elektroujemny ładunek większości koloidów glebowych decyduje o tym, że w glebach występuje przede wszystkim sorpcja wymienna kationów. Podczas reakcji wymiany ustala się między ilością kationów wymiennych (występujących w kompleksie sorpcyjnym) a ilością kationów zawartych w roztworze stan dynamicznej równowagi. Gleba dąży do wyrównania stężeń jonów pomiędzy roztworem glebowym a kompleksem sorpcyjnym. [Np. jeśli korzenie roślin pobiorą z roztworu glebowego jakieś kationy, to wówczas odpowiednia ilość tego kationu przejdzie z fazy stałej do roztworu glebowego]. Ładunki zmienne koloidów zależą od dysocjacji. Najczęściej w tworzeniu tych ładunków biorą udział:

-COOH H⁺ oraz >-OH H⁺


Najczęściej spotykanymi kationami wymiennymi w glebach są:
(Szereg kompleksu sorpcyjnego)

Li⁺ < Na⁺ < NH₄⁺ < K⁺ < Mg²⁺ < Ca²⁺ < Al³⁺ < Fe³⁺ < H⁺

Czynniki wpływające na sorpcję wymienną:

-budowa sorbenta

-odczyn gleby

-rodzaj kationu
-rodzaj towarzyszącego anionu

-stężenie kationu w roztworze
-stężenie roztworu

-temperatura

SORPCJA WYMIENNA ANIONÓW
Tylko niektóre z anionów podlegają sorpcji wymiennej. Biorą w niej udział niektóre minerały ilaste. Ma ona jednak niewielkie znaczenie.

Spośród anionów w glebie najczęściej występują:

Cl^- < NO^3- < H₂BO₃^- < SO₄^2- < MnO₄^2- < HPO₄^2-

POJEMNOŚĆ SORPCYJNA GLEB W STOSUNKU DO KATIONÓW:

Pojemnością sorpcyjną gleb (T)- całkowita ilość kationów wymiennych, łącznie z jonami wodorowymi, jaką jest w stanie zasorbować 100g gleby. Zależy ona od składu granulometrycznego i zawartości próchnicy w glebie. Im wyższa pojemność sorpcyjna gleb tym większe zatrzymywanie składników pokarmowych. Kationy z różną siła wpływają do kompleksu sorpcyjnego.

T = S + H

S- suma kationów metali o charakterze zasadowym

H- jony wodorowe zawarte w kompleksie sorpcyjnym.

Zdolność sorpcyjną gleb charakteryzuje się również stopniem nasycenia kompleksu
sorpcyjnego jonami metali o charakterze zasadowym (V).

V = S/T 100%

ZNACZENIE SORPCJI W GLEBIE

• wpływa na strukturę gleby

• wpływa na odżywianie roślin- gleba magazynuje wiele cennych substancji niezbędnych do życia roślin

• chroni kationy przed wymywaniem- składniki wprowadzone do gleby, między innymi w postaci nawozów - zarówno naturalnych jak i sztucznych, nie są wymywane przez wodę opadowa i mogą być stopniowo pobierane przez rośliny.

• w dużym stopniu wpływa na żyzność gleby

• powoduje magazynowanie wszystkich zanieczyszczeń dostających się do gleby z opadami i spływami

• na skutek nadmiernej kumulacji szkodliwych związków, powoduje obumieranie roślinności
  

Na właściwości sorpcyjne gleb wpływają m.in. pH oraz porowatość gleb.

Źródła:

Dobrzański B. „Gleboznawstwo”

Internet

Pytania na kolokwium:

1. Wymienić i opisać rodzaje sorpcji w glebie

2. Wyjaśnić pojęcia: kompleks sorpcyjny gleby i koloidy glebowe

3. Znaczenie sorpcji w glebie

---