Почва – трехфазная система

Почва состоит из газообразной, жидкой и твердой фаз.

1. Газообразная фаза (почвенный воздух)

Отличается от атмосферного повышенным содержанием СО₂ (~ 1 – 3%) и меньшим содержанием О₂. Состав почвенного воздуха зависит от интенсивности

газообмена между почвой и атмосферой. Образование СО₂ в почве происходит в результате разложения органического вещества микроорганизмами и дыхания корней. Образующийся СО₂ частично выделяется из почвы в атмосферу, улучшая воздушное питание растений, а частично растворяется в почвенной влаге, вызывая подкисление раствора, в результате этого усиливается растворение и перевод в усваиваемую для растений форму, содержащихся в почве нерастворимых минеральных солей Са и Mg (чаще – фосфаты).

2.Почвенный раствор.

Почвенный раствор

Растения питаются не твердыми химическими соединениями, а растворенными в почве. Растворяются химически е соединения в той влаге, которая попадает в почву. Поэтому почвенная влага и представляет собой почвенный раствор.

Изучение почвенного раствора имеет большое значение:

• Дает возможность по химическому составу почвенного раствора судить о направленности процессов почвообразования.

  • Например, если в почве содержится много не окисленных соединений, то почвообразование идет по болотному типу,

  • Если в составе почвенного раствора содержится много свежих фульвокислот, то образование почвы идет по подзолистому типу, а много гуминовых кислот – по дерновому.

    • Дает возможность обнаружить наличие в почве токсичных веществ, таких как закиси железа, алюминия.

    • Дает возможность разработать систему агротехники и, прежде всего, внесения минеральных удобрений.

Методы выделения почвенного раствора:

• Отжим почвы прессами,

• Центрифугирование,

• Вакуумный метод,

• Метод замещающих жидкостей (этиловый спирт пропускают через колонку почвы, и он вытесняет раствор, который собирается в приемник).

• Лизиметрический (сбор просачивающихся через толщу почвы вод). Недостаток – можно использовать только на влажных почвах. Фильтры нарушают естественный ход фильтрации. Их желательно использовать в сочетании с отжимом. Лизиметры: контейнеры с насыпной почвой, лизиметры-монолиты, лизиметры-воронки.

Состав и концентрация почвенного раствора могут быть различны и зависят от характера почвы, от материнской горной породы, от времени года, от растительности и др. Поэтому состав и концентрация почвенного раствора очень динамичны.

Концентрация почвенного раствора невелика и не превышает нескольких граммов вещества на 1 л. Исключение – засоленные почвы, в них концентрация может достигать десятки и сотни граммов на 1 л.

Почвенный раствор по составу сложен. В него входят следующие соединения:

• Минеральные – присутствуют в почве в виде анионов (Сl^­-, SO₄^2-, NO₃^-, CO₃^2- и др.) и катионов (Ca₂⁺, Mg₂⁺, Na⁺, K⁺, H⁺, NH₄⁺, Al⁺³, Fe³⁺), или в виде коллоидов; в кислых

• Органические – продукты разложения органического вещества и жизнедеятельности живых организмов (растений и микроорганизмов). Это органические кислоты, эфиры, спирты, аминокислоты и др.

• Органоминеральные – комплексы органических соединений и некоторых катионов, например, в кислых почвах с катионами алюминия и железа.

• Растворенные газы – диоксид углерода, кислород, на болотных почвах – метан, сероводород.

Содержание химических соединений в разных почвах и генетических горизонтах разное.

Так, в болотных, болотно-подзолистых, целинных подзолистых почвах преобладают органические соединения над минеральными, в черноземах – их соотношение примерно одинаково, а в засоленных преобладают минеральные соединения.

В гумусовых горизонтах преобладают органические соединения, их содержание падает с глубиной почвенного профиля.

Почвенный раствор характеризуется 2 свойствами:

• Реакция, которая характеризуется актуальной, или активной, кислотностью и щелочностью; она оказывает влияние на все биохимические процессы, происходящие в почве и на роста растений;

• Осмотическое давление, которое обеспечивает поступление питательных веществ в растение. Величина осмотического давления зависит от концентрации почвенного раствора. При повышении его прекращается поступление питательных веществ в растения.

• Окислительно-восстановительное состояние.

Окисление – это процессы присоединения кислорода, отдачи водорода и электронов. Обратные процессы относят к восстановлению.

В почве окислительные процессы происходят при превращении органического вещества. Гумификация в целом процесс окислительный.

Окислительные процессы делят на:

• Обратимые – процессы окисления и восстановления железа (трехвалентное в двухвалентное и обратно), марганца, азота, кислорода, водорода, серы.

• Необратимые – окисление органических веществ.

Основной окислитель в почве – молекулярный кислород почвенного воздуха. Поэтому окислительно-восстановительные процессы тесно связаны с аэрацией, температурой и влажностью почвы, и зависят от таких свойств почвы как скважность, плотность сложения, механический состав, содержания органического вещества и др.

Окислительно-восстановительное состояние почвы характеризуется окслительно-восстановительным потенциалом Еh, который характеризует разность потенциалов, возникающую между почвенным раствором и электродом из инертного материала (платины), помещенным в почву. Определяется потенциометром. Благоприятная величина Eh - 450 – 700 мВ (милливольты). Ниже – идут восстановительные процессы, выше – окислительные.

Различия в окислительно-восстановительном состоянии особенно заметны у автоморфных, полугидроморфных и гидроморфных почвах. Большое значение имеют водные и воздушные режимы, формирующиеся на этих почвах, и определяющие микробиологический режим почв, которые и создают окислительно-восстановительный режим.

Окислительно-восстановительный режим почв – это соотношение ОВ-процессов в почвенном профиле в годичном цикле почвообразования.

Различают следующие ОВ-режимы почв:

• Почвы с абсолютным господством окислительных процессов. Этот режим характерен для автоморфных почв степи, полупустыни и пустыни (черноземы, каштановые, бурые полупустынные и др.);

• Почвы с господством окислительных процессов но с проявлением восстановительных в отдельные сезоны или годы с повышенным увлажнением (автоморфные почвы таежно-лесной зоны, почвы лесостепи, бурые лесные почвы, почвы влажных субтропиков);

• Почвы с контрастным ОВ-режимом (полугидроморфнае почвы различных зон, в том числе болотно-подзолистые почвы).

• Почвы с устойчивым развитием восстановительных процессов (гидроморфные – болотные).

Окислительно-восстановительные процессы проявляются:

• В превращении органических веществ (гумус или торф),

• В оглеении – окисные формы превращаются в закисные при развитии восстановительных процессов.

• В восстановлении серы приводит к образованию Н₂S.

• В повышении подвижности элементов, особенно железа (3-валентное неподвижно, 2-валентное подвижно).

• В появлении токсичных веществ в почве (закисное железо).

Состав и концентрацию почвенного раствора, а, следовательно, его реакцию, осмотическое давление и окислительно-восстановительные процессы можно регулировать:

• Внесением минеральных удобрений,

• Внесением в почву адсорбентов (цеолитов и др.), которые регулируют состав катионов и анионов,

• Внесением органических удобрений для регулирования содержания диоксида углерода в почвенном воздухе (это улучшит состав почвенного раствора),

• Регулированием влажности почв, известкованием и гипсованием,

• Внесением бактериальных препаратов,

• Промывкой засоленных почв.

• Осушением и орошением.