25. Почвенный воздух. Воздушные свойства почвы.

Почвенный воздух – смесь газов, заполняющих поры почвы, свободные от воды. Процесс обмена почвенного воздуха с атмосферным называют газообменом или аэрацией. Почвенный воздух находится в почве в трех состояниях: свободном, адсорбированным и растворенном.

Свободный почвенный воздух – смесь газов в порах почвы. Он обладает подвижностью, способен перемещаться в почве и обмениваться с атмосферным. Его объем в воздушно-сухой почве соответствует ее порозности. В составе почвенного воздуха выделяют защемленный почвенный воздух — воздух, находящийся в порах, со всех сторон изолированных водными пробками.

Адсорбированный почвенный воздух — смесь газов, сорбированных поверхностью твердой фазы почвы.

Растворенный почвенный воздух — смесь газов, растворенных в почвенной воде. Хорошо растворяются в воде аммиак, сероводород, углекислый газ. Растворимость кислорода сравнительно небольшая.

Свободный почвенный воздух состоит из тех же газов, что и атмосферный, но отличается высокой динамичностью химического состава. Наиболее динамичные компоненты в почвенном воздухе — О₂ и СО₂.

К воздушным свойствам почв относятся воздухопроницаемость и воздухоемкость. Воздухопроницаемость — способность почвы пропускать через себя воздух. Она измеряется количеством воздуха в мл, прошедшим под определенным давлением через 1 см² при толщине слоя в 1 см. Зависит от гранулометрического состава, структуры и влажности почвы.

Воздухоемкость - содержание воздуха в почве в объемных процентах. Зависит от влажности и пористости (порозности) почв.

Воздушный режим почв — совокупность всех явлений: поступления, передвижения, изменения состава и физического состояния воздуха при взаимодействии с твердой, жидкой и живой фазами почвы, а также газообмен почвенного воздуха с атмосферным.

26. Газообмен почвенного воздуха с атмосферным.

Между почвенным и атмосферным воздухом происходит постоянный газообмен (аэрация). Он осуществляется через воздухоносные поры почвы и зависит от ряда факторов. К факторам газообмена относятся: диффузия, изменение влажности, температуры, атмосферного давления и др.

Диффузия — перемещение газов в соответствии с парциальным давлением, которое определяется их концентрацией. Так как в почвенном воздухе более высокая концентрация СО₂ и более низкая концентрация О₂, то О₂ поступает в почву, а СО₂ в атмосферу, Диффузия является основным фактором газообмена.

Изменение влажности почвы приводит к поступлению воздуха в почву при высыхании и его вытеснению в атмосферу при увлажнении.

Изменение температуры и атмосферного давления приводят к расширению или сжатию почвенного воздуха, что влияет на газообмен.

27. Органическая часть почвы. Состав гумуса.

В органической части почвы различаются следующие формы:

Почти не разложившиеся или слабо разложившиеся остатки преимущественно растительного происхождения. Цвет растительных остатков бурый.

Остатки в стадии глубокого преобразования, которые невооруженному глазу наблюдателя представляется в виде однородной рыхлой черной массы перегноя. Однако под микроскопом можно увидеть, что эта масса состоит из физически и химически измененных растительных остатков. Цвет эти остатков бурый ближе к черному цвету.

Различают следующие формы нахождения органического вещества в почве.

1. Неразложившиеся или слаборазложившиеся остатки преимущественно растительного происхождения, буроокрашенные. Образуют лесную подстилку, степной войлок, торфяные горизонты. Это так называемый грубый гумус, или мор.

2. Остатки в стадии глубокого разложения, образующие рыхлую темно-бурую или черную массу, под микроскопом – полуразложившиеся остатки. Эта форма получила название модер (труха).

3. Специфические органические образования, представляющие собой

собственно гумус, составляющие 85–90% от органического вещества почвы. Это – муллевая форма.

Неспецифические органические соединения (лигнин, целлюлоза, воск, дубильные вещества, сахара, аминокислоты, белки, высшие жирные кислоты, органические основания, органические кислоты и т.п.) присутствуют в почве как результат жизнедеятельности организмов, так же к ним относятся продукты выщелачивания и промежуточные продукты разложения органических остатков.

Специфическая органическая часть почвы — гуминовые вещества —

представляют собой неоднородную (гетерогенную) полидисперсную систему высокомолекулярных азотсодержащих ароматических соединений кислотной природы. Гуминовые вещества образуются в результате сложного биофизико-химического процесса трансформации (гумификации) продуктов разложения органических остатков, попадающих в почву. Микроскопически не обнаруживаются следы растительных тканей. Специфические почвенные образования составляют собственно гумус. Образование гумусовых веществ совершается при участии процессов двух типов.

Процессы первого типа обеспечивают частичное разложение (расщепление) мертвого органического вещества до более простых соединений: белки расщепляются на аминокислоты, углеводы - на простые сахара, расщепление лигнина изучено недостаточно.

В результате процессов второго типа происходит конденсация ароматических соединений фенольного типа (продуктов распада лигнина и целлюлозы) с аминокислотами (продуктами распада микроорганизмов).

В итоге возникает система органических высокомолекулярных кислот, способных к дальнейшей полимеризации. В процессе формирования гумуса и поддерживания его состава важную роль играют гетеротрофные и автотрофные микроорганизмы.

Гумус это сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации органических остатков.

По отношению к различным растворителям выделяют следующие компоненты гумуса: фульвокислоты и их соли фульваты, гуминовые кислоты и их соли гуматы, гумин. Резкой границы между этими образованиями нет, так как, согласно современным представлениям, они связаны между собой постепенными переходами.

Гуминовые кислоты, не растворимы в воде, но растворяются в щелочах, в сухом состоянии бурого цвета с переходом до черного. Для элементарного состава гуминовых кислот характерно повышенное содержание углерода и азота по сравнению с фульвокислотами. Гуматы не растворимы в воде, кроме гуматов щелочных металлов и аммония.

Фульвокислоты - группа светло-окрашенных (от желтой до бурой) гумусовых кислот, сходных по составу и строению с гуминовыми кислотами, но имеющих ряд существенных отличий:

- более выраженная периферическая часть молекулы и, в меньшей степени, ароматическая ядерная, более низкие молекулярные массы;

- хорошо растворяются не только в щелочных растворах, но и в кислотах и в воде, на чем основано их отделение от гуминовых кислот в щелочных растворах;

- в элементном составе меньше углерода (40- 52%), но больше кислорода (40-48%), примерно такое же, как у гуминовых кислот, содержание азота и водорода, но подвижного азота больше;

- больше карбоксильных и фенолгидроксильных функциональных групп и более высокая емкость катионного обмена;

- обладают большей подвижностью в почвенном профиле и агрессивностью по отношению к минеральной части почв.

При взаимодействии фульвокислот с катионами образуются соли, которые называются фульваты.

При выделении гуминов из почвы и разрушении этих связей происходит гидролитическое расщепление молекул гуминовых и фульвокислот, что не позволяет детально изучить состав этой группы соединений.

Гумин является частью гумусовых соединений, которая не растворяется ни в одном растворителе. Неизвлекаемые растворителями гумусовые соединения частично представлены гуминовыми кислотами, прочно связанными с высокодисперсными гипергенными минералами. Специальной обработкой гуминовые кислоты можно отделить от минеральной части почв.

Важная характеристика вещества — его химические свойства, то есть способность вступать в реакции с другими соединениями. Спектр реакций, в которые могут вступать гуминовые вещества, очень широк, особенно это касается их наиболее реакционноспособной частью являются гумусовые кислоты. Благодаря карбоксильным, гидроксильным, карбонильным группам и ароматическим фрагментам гумусовые кислоты вступают в ионные, донорно-акцепторные и гидрофобные взаимодействия.

Органо-минеральные соединения.

Большая часть гумусовых веществ в почвах связана с минеральными соединениями. В зависимости от характера взаимодействия между гумусовыми веществами и минеральными компонентами выделяют три группы органоминеральных соединений.

Простые гетерополярные соли – гуматы и фульваты аммония, щелочных металлов. Они образуются в результате обменной реакции между водородом кислых функциональных групп гумусовых кислот и катионами, находящимися в почвенном растворе.

Комплексно-гетерополярные соли образуются при взаимодействии гумусовых кислот с поливалентными металлами: железом, алюминием, а также медью, цинком, никелем и др.

Адсорбционные органо-минеральные соединения образуются путем сорбции гумусовых веществ на поверхности твердых частиц почвы. К ним относятся алюмо- и железогумусовые сорбционные комплексы, глино- и кремнегумусовые комплексы.