6.2. Минералогический и химический состав почвы

Твердая фаза составляет основу почвы, которую характеризуют минеральная и органическая части.

Минеральная составляющая почвы – это основа породы, на которой она образовалась. Поэтому минералогический, химический, гранулометрический состав, физические свойства породы передаются почве. Но в ходе взаимодействия элементарных процессов создаются новообразования, которые характерны почвам. Ортштейны, ортзанды, латериты, известняк и другие.

Породы, которые составляют почвы, отличаются по происхождению (генезису): моренные, водно-ледниковые и другие наиболее богатые породы и почвы по удержанию химических элементов на ледниковых отложениях и наиболее промытые – водно-ледниковые породы. Однако породы могут быть одного происхождения, но разные по механическому (гранулометрическому) составу, и это также влияет на урожайность почвы. Более плодородные – глинистые, менее плодородные – песчаные почвы.

Гранулометрический состав определяется по количеству частичек физической глины, которые имеют диаметр менее 0,01 мм. Если физической глины содержится в почве до 5%, такую почву называют рыхлопесчаной, 5–10% – связнопесчаной, 10–15% – рыхлосупесчаной, 15–20% – связносупесчаной, 20–30% – легкосуглинистой, 30–40% – среднесуглинистой, 40–50% – тежелосуглинистой, 50–65% – легкоглинистой, более 65% – тяжелоглинистой. Частички почвы, которые имеют диаметр менее 0,001 мм, называют глеем, а менее 0,0001 мм – коллоидными частичками. Они включаются в физическую глину.

Рыхлые осадочные породы, преобладающие среди почвообразующих пород, являются комплексом разнообразных продуктов выветривания. Поэтому минералогический состав этих пород и почв, формирующихся на них, довольно сложный.

В состав почвообразующих пород и почв входят первичные и вто­ричные минералы. Минеральная часть почвы состоит из первичных минералов, которые постепенно разрушаются под влиянием выветривания до более мелких частиц. Вода в присутствии катализатора СО₂ гидролизует первичные минералы и преобразует их во вторичные (глинистые) минералы. Первичные минералы почти полностью сконцентрированы в гранулометрических фракциях размером > 0,001 мм, вторичные – < 0,001 мм. Как правило, в почвах первичные минералы преобладают по массе над вторичными минералами.

Наиболее распространенными первичными минералами в породах и почвах являются следующие: кварц, полевые шпаты, амфиболы, пироксены и слюды. Кварц и полевые шпаты крупнозернистые, потому что они стойкие к выветриванию минералы. Они сконцентрированы, главным образом, в песчаных и пылеватых частичках. Амфиболы, пироксены, слюды легко поддаются выветриванию, поэтому в рыхлых породах и почвах они содержатся в небольших количествах.

Значение первичных минералов разносторонне. Они обусловливают агрофизические свойства почв, являются резервным источником зольных элементов питания растений, а также источником образования вторичных минералов.

Состав распространенных в почвах и породах вторичных минералов небольшой. Среди вторичных минералов встречаются глинистые минералы (монтмориллонит, каолинит, гидрослюды, хлориты и др.), минералы гидрооксидов и оксидов железа и алюминия (гематит, гетит, гидрогелит и др.), минералы простых солей (доломит, галит, кальцит и др.).

Насчитывается несколько десятков глинистых минералов, которые по сходству свойств объединяются в группы. Наиболее распространены в почве следующие группы: монтмориллонитовые, гидрослюдистые и каолинитовые. Строение их слоистое, промежуток между слоями может изменяться при увлажнении или при усыхании. В межпакетный простор входят и задерживаются химические элементы, соединения. Такое явление носит название сорбция (емкость поглощения). Наиболее высокая сорбция, а значит и удержание химических элементов, характеризуется монтмориллонитовая группа (100–150 мг·экв/100 г) глинистых минералов, а наименьшей – каолинитовая группа (10–20 мг·экв/100 г). Гидрослюдистая группа занимает среднее положение (50–70 мг·экв/100 г). Чем больше сорбция химических элементов в почве, тем больше плодородие почвы, это значит почва с преобладанием монтмориллонита. Глинистые минералы также гидролизуются, образуя гидрооксиды химических элементов.

Таким образом, вторичные минералы существенно влияют на формирование воднофизических свойств почвы, их поглотительную способность и режим питания растений.

Минералогический состав почвы определяет химический состав минеральной части.

Под химическим составом обычно понимают элементный состав минеральной части почвы, а также содержание в ней гумуса, азота, углекислого газа и химически связанной воды. В состав почвы входят почти все известные химические элементы. При изучении полного валового состава почвы в ней определяют: Si, Al, Fe, Ca, Mg, К, Na, S, P, Ti и Mn.

Наиболее распространенными в почве являются следующие элементы: кислород (49 %), кремний (33 %), алюминий (7,13%), железо (3,80 %), углерод (2,0 %), кальций (1,37 %), калий (1,36 %), натрий (0,63 %), магний (0,63%), азот (0,10%).

Кроме того, в почве находится большая группа химических элементов, содержание которых невысокое (10^-2–10^-5 %), но они играют биологическую роль, это – бор, медь, марганец, цинк, кобальт, фтор и др.

По валовому химическому составу можно судить о направлении процессов почвообразования, Так, например, накопление кремнезема в верхних горизонтах, а железа и алюминия в средней части профиля свидетельствует о разрушении алюмосиликатов и выносе из верхних горизонтов подвижных продуктов разрушения.

Формы нахождения химических элементов в почве могут быть иными – в составе минералов, органического вещества, в форме гидроксндов и оксидов, солей, в составе почвенных коллоидов и др., а значит, доступность их растениям разная. Поэтому часто важно определить не валовое содержание элемента в почве, а его доступные растениям количества. С этой целью используют различные растворители (растворы солеслабых кислот, щелочей), в вытяжках которых и определяют содержание элементов питания растений. Таким образом, химический состав почвы можно рассматривать как показатель экологического состояния почвы. Часто это состояние оказывается неудовлетворительным с точки зрения минерального питания растений, земледелец оптимизирует эту экологическую функцию почвы с помощью внесения удобрений.

Культурные растения по-разному реагируют на один и тот же уровень содержания в почве доступных (легкорастворимых) элементов питания. Так, наиболее требовательными к пищевому режиму почвы являются овощные и плодово-ягодные культуры, менее требовательны яровые зерновые, лен, травы, промежуточное положение занимают пропашные – картофель, кукуруза.