10. Общий химический состав почв.

Поскольку почва является верхней частью коры выветривания литосферы, то именно он почти полностью наследует ее химический состав. Однако именно почти полностью, а не на 100 процентов, поскольку вследствие воздействия живого вещества содержание некоторых элементов претерпит кардинальных изменений по сравнению с литосферой.

Итак, как в литосфере, так и в почве около половины занимает кислород. Второе место (почти четвертая часть) — кремний. Примерно десятую часть — алюминий и железо. Всего лишь несколько процентов занимают кальций, магний, натрий, калий. На все другие элементы, за исключением углерода, приходится менее одного процента.

Кроме элементов в почве присутствует вода, газы и органические вещества.

Однако учтите, что существенные изменения в содержании биогенных элементов связаны с живой фазой. В частности, углерода в почвах в более 20 раз больше, чем в литосфере, а азота — в 10. Поскольку водород является элементом воды, то и его содержание в педосфере выше.

В большинстве случаев грунты почти на 90% представлены минеральными ЕГЧ, а потому их валовой химический состав будет определяться в основном составом и количественным соотношением минералов. Среди основных минералов крупную фракцию составляют кварц и полевые шпаты, а тонкодисперсную — глинистые алюмосиликаты. Согласно этому, в валовом химическом составе почв преобладают кислород и кремний, меньше алюминия, очень мало железа, титана, кальция и натрия, другие элементы — в микроколичествах.

Известно, что почва образуется в результате длительных процессов изменения материнской (почвообразующей) породы и содержит продукты выветривания этих пород, а также продукты разложения растительных и животных организмов. Такое сочетание продуктов выветривания и продуктов разложения образует чрезвычайно сложный химический состав и большое многообразие содержащихся в почве химических элементов. В составе почвы обнаружены почти все известные химические элементы, но практический интерес представляют лишь немногие из них, необходимые для питания растений.

В основном в состав почв входят следующие элементы (в % к валовому количеству): кислород (содержится преимущественно в органическом веществе) - 55; кремний (значительная часть в кварце) - 20; углерод (в гумусе, органических остатках) - 2; водород (больше в гумусе) - 5; азот (в основном в гумусе) -0,1; фосфор (в гумусе, в минеральной части) - 0,08; сера (в гумусе) - 0,04; железо - 2; кальций - 2; магний - 0,6; калий - 1; натрий - 1.

Почвы далеко не равноценны по плодородию, и агрохимический состав их очень различен. К примеру, общее содержание основных элементов азота, фосфора и калия в пахотном слое дерново-подзолистых почв в среднем составляет (в процентах): азота - 0,04 - 0,13, фосфора (в окислах) -0,02-0,15, калия (в окислах) -0,5-2,5, а в низинных торфах с травяной растительностью количество азота в десятки раз, фосфора в 2-5 раз больше, а калия в несколько раз меньше. Резко отличается содержание азота, фосфора и калия в почвах с разным механическим составом: например, в глинистых почвах, как правило, больше азота, чем в легкосуглинистых, а последние богаче песчаных. Это различие усиливается под влиянием естественной растительности.

12 Химические элементы и их соединения в почвах

В почве в очень небольших количествах (тысячные доли процента) присутствуют рассеянные элементы и микроэлементы, однако, они чрезвычайно важны для жизнедеятельности растений. Валовое содержание этих элементов в основном связан с содержанием в почве первичных минералов, отчасти глинистых минералов и органического вещества.

Наблюдается такая приуроченность важнейших микроэлементов и рассеянных элементов в первичных минералов: Ni, Co, Zn — авгит, биотит, ильменит, магнетит, роговая обманка; Си — авгит, апатит, биотит, гранаты, калиевые полевые шпаты, плагиоклаз; V — авгит, биотит , ильменит, мусковит, роговая обманка, сфен; Рb — авгит, апатит, биотит, калиевые полевые шпаты, мусковит; Li — авгит, биотит, роговая обманка, турмалин, В — турмалин; Zr — циркон; редкоземельные элементы — эпидот, монацит.

Носителями микроэлементов и рассеянных элементов в крупных фракциях почв могут быть также зерна кварца и обломков пород, содержащих кварц, потому что в них нередко встречаются субмикроскопические вкрапления перечисленных первичных минералов.

Железо. Этот элемент присутствует в почвах в составе как первичных, так и вторичных минералов, являясь компонентом магнетита, гематита, титаномагнетита, глауконита, роговых обманок, пироксенов,биотита, хлоритов, глинистых минералов, минералов группы оксидов железа. Во почвах содержится и аморфных соединений железа, особенно различных гидроксидов (гетит, гидрогетит и др.). Общее содержание в почве Fe2O3 колеблется в очень широких пределах (в%): от 0,5-1,0 в кварцево-песчаных почвах и 3-5 в почвах на лессах до 8-10 в почвах на элювии плотных феромагнезиальни пород и до 20 -50 в ферраллитные почвах и латеритом тропиков. В почвах также часто наблюдаются железистые конкреции и прослойки.

По С. В. Зонной (1982), соединения этого элемента в почвах представлены следующими формами:

1) силикатным железом, входящая в состав кристаллических решеток: а) первичных минералов, б) вторичных (глинистых) минералов;

2) несиликатним (свободным) железом: а) слабо или сильно окристализованим железом оксидов и гидроксидов б) железистых и гумусово-железистых аморфных соединений в) обменных и воднорозчинних подвижных соединений.

Для понимания причин формирования особенностей валового химического состава грунта и его варьирование по профилю всегда необходимо учитывать, что содержание отдельных элементовопределяется присутствием их в почве в составе различных конкретных минеральных и органических соединений.

Кремний. Содержимое этого элемента определяется в основном присутствием в почве кварца и в меньшей степени первичных и вторичных силикатов и алюмосиликатов. В ряде случаев может присутствовать, в том числе и в больших количествах, аморфный кремнезем в виде опала или халцедона, генезис и накопление которых в почве связаны с биогенными (опаловые фитолитарии, спикулы губок, скелеты диатомей и т.п.) или гидрогенных (окремниння почв) процессами. Валовой содержание SiO2 в почве колеблется от 40-70% в глинистых почвах до 90-98% по песчаным, а во ферраллитные почвах тропиков может быть и гораздо ниже.

Алюминий. Содержание алюминия в почвах обусловлен в основном присутствием полевых шпатов, глинистых минералов и отчасти других, богатых », алюминием первичных минералов, например, слюд, эпидот, граната, корунда. Может присутствовать и в свободном глиноземе, в виде различных гидроксидов алюминия (диаспор, бемит, гидраргалит) в аморфной или кристаллической форме. Валовое содержание А12O3 в почвах обычно колеблется от 1-2 до 15-20%, а в ферраллитные почвах тропиков и бокситах может превысить 40%.

Кальций. Содержание Са в безкарбонатних суглинистых почвах составляет 1-3% и определяется в основном присутствием глинистых минералов тонкодисперсных фракций, а также гумусом и органическими остатками, в связи с чем наблюдается тенденция к биогенного обогащения кальцием верхней органо-аккумулятивно части профиля. Однако в ряде случаев его повышенный валовое содержание может быть обусловлен присутствием в крупных фракциях обломков карбонатных пород и первичных минералов, кальцийсодержащих минералов (кальцита, гипса, основных плагиоклаз и др.). В почвах сухостепной и аридной зон повышенного валовое содержание кальция может быть обусловлен образованием и накоплением вторичного кальцита или гипса в процессе почвообразования. Много кальция может аккумулироваться в почве гидрогенных путем, вплоть до образования известковых или гипсовых корь.

Магний. Валовой содержание Mg в почве обычно близкий к содержимому Са и обусловлен главным образом присутствием глинистых минералов, особенно монтмориллонита, вермикулита, хлорита. В крупных фракциях магний содержится в обломках доломитов, оливин, роговая обманка, пироксенах; в почвах аридной зоны много магния аккумулируется при засоле почв в виде хлоридов и сульфатов.

Калий. Содержание К2О составляет в почвах 2-3%. Этот элемент присутствует чаще в глинистых минералах тонкодисперсных фракций, особенно в гидрослюды, а также в составе таких первичных минералов крупных фракций, как биотит, мусковит, калиевые полевые шпаты. Наряду с кальцием, калием относится к числу органогенив, необходимых для развития растений; в ряде случаев калий может быть в дефиците, в связи с чем его внесения в почву положительно сказывается на плодородии.