Почвообразующих породах

Содержание и формы соединений химических элементов в почвах и

Химический состав почв и пород

Цели и задачи изучения модульной единицы

Целью является знакомство с химическим составом почв в сравнении с химическим составом почвообразующих пород.

Содержание химических элементов в почвах и почвообразующих породах.

Почва является четырехфазной системой. Она включает твердую, жидкую, газообразную и живую фазы. Каждая фаза имеет специфический химический состав. Твердая фаза автоморфных почв является преобладающей по массе и преимущественно состоит из минеральных — 80-90% и, в меньшей мере, — 10-15% — органических веществ. Минеральная часть почвы в основном состоит из кислорода и кремния. Затем идут в убывающем порядке алюминий и железо, кальций, калий, натрий и магний (табл.13.1). Эти 8 элементов в сумме составляют около 99% минеральной части почв и почвообразующих пород. Около 1% приходится на все остальные элементы. Среди них повышенное содержание имеют титан, фосфор, марганец, сера и хлор, водород и углерод, которые относятся к макроэлементам. Очень незначительную часть почвы занимают микроэлементы: Cu, Zn, Mo, B, Pb и др. Углерод, азот и, частично, водород, сера и фосфор содержатся в основном в составе органических веществ.

Литосфера и почвы имеют близкий химический состав. Однако в составе почв значительно больше содержится углерода и азота, что связано с их биологическим накоплением в составе органических веществ. Несколько больше в почвах, по сравнению с литосферой, содержится кислорода, водорода и кремния и меньше — алюминия, железа, кальция, магния, натрия, калия и других металлов, что связано с процессами выветривания и почвообразования. В результате этих процессов относительно накапливается кремний в составе устойчивых к выветриванию минералов и, прежде всего, кварца; выносятся за пределы почвенного профиля алюминий, железо и др. элементы.

Валовой состав минеральной части почвы принято выражать в виде процентного содержания оксидов на сухую навеску, а также на прокаленную почву. Пересчеты на безгумусную, бескарбонатную и прокаленную почву необходимы для суждения о перераспределении элементов в почвенном профиле в процессе почвообразования.

В большинстве типов почв преобладают оксиды кремния (SiO₂). Содержание их в среднем составляет 60-70%, с колебаниями от 30% в ферраллитных почвах тропиков до 90% в песчаных почвах. На долю полуторных оксидов (R₂O₃), основную часть которых составляют оксиды железа и алюминия, приходится, в среднем, 15-20%, с колебаниями от 1-2% в песчаных почвах до 50 и более — в ферраллитных почвах тропиков. Валовое содержание оксидов кальция, магния, калия и натрия в сумме составляет 5 -6%, с колебаниями от 1-2% в песчаных до 20% и более в засоленных почвах и в почвах, формирующихся на породах с повышенным содержанием карбонатов. Содержание остальных оксидов (TiO₂, P₂O₅, SO₃ и др.) в сумме составляет около 1%.

Формы соединений химических элементов в почвах. Химические элементы в почвах находятся в форме различных соединений, отличающихся строением, составом, степенью устойчивости к выветриванию, растворимостью и др. Выделяют следующие формы соединений химических элементов в почвах: первичные и вторичные минералы, органические вещества, органо-минеральные соединения, обменные (поглощенные) формы, почвенные растворы, газообразные формы в составе почвенного воздуха, живое вещество почв.

Первичные и вторичные минералы. В форме первичных и вторичных минералов находится преобладающая часть химических элементов в минеральных почвах как по их числу, так и по массе: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, калий, натрий, марганец, титан, хлор, частично фосфор и сера. Наблюдается приуроченность важнейших микроэлементов к минералам. Так, медь обнаруживается в составе авгита, апатита, биотита, полевых шпатов; цинк, кобальт и никель — в составе роговых обманок, биотита, магнетита; свинец — в авгите, апатите, мусковите, полевых шпатах. На основании данных по содержанию химических элементов можно получить приближенные сведения о минералогическом составе почв и почвообразующих пород.

Органическое вещество. Гумус и органические остатки состоят в основном из углерода (25-65%), кислорода (30-50%), азота (1-5%), водорода (2-5%). В составе молекул органических соединений всегда присутствуют сера, фосфор, а также ряд металлов, в том числе и микроэлементов.

Органо-минеральные соединения. Эта форма представлена продуктами взаимодействия органических веществ с минеральной частью почв: простыми гетерополярными, комплексно-гетерополярными солями гумусовых кислот с ионами металлов и глиногумусовыми сорбционными комплексами.

Обменные ионы в составе почвенного поглощающего комплекса (ППК). Обменные ионы составляют небольшую часть от общего содержания химических элементов в почвах. Их количество измеряется единицами и десятками мг-экв на 100 г почвы. Поскольку в почвах преобладают отрицательно заряженные коллоиды, то в поглощенном (обменном) состоянии преобладают катионы. Преобладающими в ППК и играющими большую роль в почвенных процессах и формировании физико-химических свойств почв являются катионы: Ca²⁺, Mg²⁺, H⁺, Al³⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺. Присутствуют также катионы Mn²⁺, Fe²⁺, лития, стронция и др. В поглощенном состоянии могут находиться и анионы (SO₄^2-, PO₄^3-, NO₃^- и др.) на положительно заряженных участках коллоидной мицеллы.

Почвенный раствор. В почвенном растворе содержатся минеральные, органические и органоминеральные вещества в виде ионных, молекулярных и коллоидных форм. В них также присутствуют растворенные газы: СО₂, О₂ и др. Концентрация почвенного раствора обычно находится в пределах 1 или несколько граммов на литр.

Почвенный воздух. Состав почвенного воздуха аналогичен атмосферному. В нем содержатся О₂, NO₂, CO₂, а также в небольших количествах метан, сероводород, аммиак, водород и др. В отличие от атмосферного, состав почвенного воздуха более динамичен как во времени, так и в пространстве.

Живое вещество. В состав живой фазы почв входят грибы, водоросли, бактерии, актиномицеты, мезо- и микрофауна. Основную массу живых организмов составляют: кислород (70%), водород (10%), азот, кальций (1-10%); сера, фосфор, калий, кремний (0,1-1%); железо, натрий, хлор, алюминий, магний (0,01-0,1%).

Агроэкологическая оценка химического состава почв. Химический состав почв является одним из основных факторов почвенного плодородия. В настоящее время установлено 20 элементов, которые относятся к необходимым элементам питания. Это азот, фосфор, калий, кальций, магний, натрий, железо, углерод, кислород, водород, сера, хлор, медь, цинк, бор, молибден, йод, марганец, кобальт, ванадий. Кроме того, 12 элементов считаются условно необходимыми: кремний, алюминий, серебро, литий, никель, фтор, свинец, титан, стронций, кадмий, хром, селен. Каждый элемент играет определенную физиологическую роль в жизни растений. Как недостаток, так и избыток любого элемента, как правило, отрицательно сказывается на росте и развитии растений. Так, при недостатке азота, фосфора, калия, кальция, магния и др. снижается урожай культурных растений, при недостатке железа возникает заболевание хлорозом; при недостатке цинка и избытке фосфора — розеточность плодовых культур. Недостаток или избыток того или иного элемента в почвах отрицательно сказывается на качестве урожая и может вызывать заболевания животных и человека. Так, например, избыток молибдена способствует развитию подагры, недостаток йода — эндемии зоба, избыток тяжелых металлов — онкологическим заболеваниям и болезням нервной системы.

Диагностику степени обеспеченности растений элементами питания проводят не по валовому их содержанию в почвах, а по количеству доступных, или усвояемых форм. К доступным относятся водорастворимые, подвижные (растворимые в слабых растворах кислот и щелочей) и обменные формы элементов, а также связанные с легкоразлагаемым органическим веществом.

Недостаток того или иного элемента в почвах компенсируется применением органических и минеральных удобрений.

Дата добавления: 2014-01-14