7.3. Грунтовий розчин

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.

Для виділення та вивчення грунтових розчинів застосовуються різні групи методів. Перша – 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.

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.

Третя: 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.

Четверта: 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 Са²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺, NО₃^-, Сl^- тощо.

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: Са²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺ NH₄⁺, Al³⁺, Fe²+, аніони: НСО₃^-, СО₃^2-, NO₃^-, Cl^-, SО₄^2-, H₂PO₄^-, НРO₄^2-. Залізо та алюміній, багато мікроелементів знаходяться у вигляді комплексних органо-мінеральних сполук, у яких ці елементи знаходяться в аніонній частині.

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 (Н⁺) і гідроксильних (ОН) іонів і вимірюється показником рН – від'ємним логарифмом активності іонів водню.

рН 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 рН 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 НСО₃^-, Ca²⁺, Mg²⁺, рН – 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.

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.