•Реакцию между минералом и кислыми агентами выветривания называют кислотным гидролизом. Взаимодействие СаСО3 с угольной кислотой приводит

кобразованию достаточно стабильного иона бикарбоната НСО3− и ионов Са+2.

•Процессы растворения СО2 в почвенных водах, последующей диссоциации Н2СО3 и образования НСО3− в результате кислотного гидролиза при выветривании приводят к тому, что поверхностные воды имеют нейтральную реакцию и преобладающим ионом является НСО3−.

Контрольные вопросы

1.К какому типу реакций гипергенеза относится взаимодействие галита с водой?

2.Какой продукт образуется при окислении пирита атмосферным кислородом?

3.В результате каких процессов в природные воды попадают токсичные ионы трехвалентного алюминия?

4.В результате каких процессов происходит образование гетита?

5.Как связано изменение концентрации СО2 с образование сталактитов и сталагмитов

впещерах?

6.Что является результатом окислительных процессов с участием органических соеди-

нений?

7.Какова роль микроорганизмов в окислительно-восстановительных реакциях с участием минералов?

Лекция 19 (тема 5)

План лекции

1.Элементный состав почв.

2.Неспецифические органические соединения в почвах.

3.Специфические гумусовые вещества почв.

4.Органоминеральные соединения в почвах.

1. Элементный состав почв

Под почвой понимается естественно-историческое органоминеральное природное тело, возникшее на поверхности Земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твердых минеральных и органических частиц, воды и воздуха, имеющее специфические генетико-морфологические признаки и свойства, обусловливающие рост и развитие растений.

Таким образом, почва представляет собой многофазную полидисперсную систему. Она состоит из твердых частиц (твердая фаза почвы), воды (почвенного раствора) и почвенного воздуха. На долю твердой фазы приходится 40–65 % объема почвенной массы. Объем почвенного раствора может изменяться в широком диапазоне. До 35 % объема почвы обычно занимает почвенный воздух.

Для типичных почв характерно следующее соотношение объемов твердой, жидкой и газообразной фаз: Т : Ж : Г = 2 : 1 : 1.

Почвенный раствор — это жидкая фаза почвы, существующая в природных условиях. Состав почвенных растворов меняется в очень широких пределах. В незасоленных почвах концентрация почвенного раствора находится в пределах от десятых долей до нескольких граммов на литр или примерно от 5–7

85

до 100–150 ммоль/л катионов и анионов. Наиболее типичными компонентами почвенных растворов, концентрации которых значительно превосходят концен-

трации других ионов, являются катионы Са2+, Mg2+, K+, NH+4, Na+ и анионы НСО3−, SO−42, NО3− и Сl–. При изменении влажности почвы концентрация отдельных ионов изменяется по различным законам. Так, концентрация ионов Na+, Сl–, NО3− возрастает пропорционально влажности почвы, а концентрация

фосфат-иона, обусловленная произведением растворимости фосфатов, почти не изменяется.

Гуминовые кислоты — группа темно-окрашенных гумусовых кислот, растворимых в щелочах и не растворимых в кислотах.

Гиматомелановые кислоты — группа гумусовых кислот, растворимых в этаноле.

Фульвокислоты — группа гумусовых кислот, растворимых в воде, щелочах и кислотах.

Обычно при проведении анализов гумусовые кислоты экстрагируют из почвы растворами щелочей (0,1–0,5 н NaOH). При подкислении щелочной вытяжки до рН (1–2) гумусовые и гиматомелановые кислоты выпадают в осадок. В растворе остаются только фульвокислоты. При обработке образовавшегося осадка этанолом гиматомелановые кислоты переходят в спиртовой раствор, окрашивая его в вишнево-красный цвет.

Группу гуминовых кислот разделяют на две подгруппы: черные (серые) и бурые гуминовые кислоты. Гуминовые кислоты, обогащенные углеродом (преимущественно в черноземных почвах), в отечественной литературе называют черными, а в зарубежной — серыми. Черные и бурые гуминовые кислоты могут быть разделены методом высаливания: при обработке 2 н раствором NaCl черные гуминовые кислоты коагулируют и выпадают в осадок.

2. Неспецифические органические соединения в почвах

Основное количество неспецифических органических веществ поступает в почву с растительным опадом и остатками корневой системы растений. Среди неспецифических органических веществ, поступающих в почву с остатками растительного происхождения, преобладают углеводы, лигнин, белки и липиды.

Углеводы. Общее содержание углеводных компонентов в почвах колеблется от 5–7 до 25–30 % от общего количества органических веществ. Углеводы входят в состав гумусовых кислот и гумина. Свободные углеводы (не связанные с гумусовыми кислотами) активно участвуют в химических превращениях. Они образуют комплексные соединения с ионами тяжелых металлов, вступают во взаимодействие с глинистыми минералами или подвергаются процессам минерализации.

В почвах встречаются представители всех классов углеводов: моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Последние составляют главную массу углеводов во всех органических остатках и наиболее устойчивы в почвах. Среди важнейших полисахаридов, встречающихся в почвах, следует назвать целлюлозу, крахмал, хитин.

86

Лигнин. В общей массе органических соединений, поступающих в почву, доля лигнина составляет 15–30 %. Лигнин — один из наиболее устойчивых к разложению компонентов растительных тканей. Его углеродный скелет сходен со скелетом ароматических продуктов деструкции гумусовых кислот, поэтому многие исследователи относят его к основным гумусообразователям. В основе строения макромолекулы лигнина лежит фенилпропановое звено.

В качестве заместителей в ароматическом кольце могут быть атомы и группы: –Н, –ОСН3; в пропановой цепочке: –ОН, –О–, =С=О, и др. Соотношение структурных единиц в лигнинах различного происхождения неодинаково. В древесине хвойных растений преобладают конифериловые структуры, в лиственных — синаповые (сиреневые), в травянистых растениях — п-кумаровые.

Белки. Важнейшими неспецифическими азотсодержащими веществами, которые обнаруживаются в почвах в свободном состоянии, являются белки. Помимо них, следует назвать аминокислоты, аминосахара, нуклеиновые кислоты, хлорофилл, амины. Под влиянием ферментативной деятельности микроорганизмов белки расщепляются на менее сложные компоненты, легко гумифицируются и минерализуются.

Липиды. В группу липидов включают все вещества, извлекаемые из почвы органическими растворителями. Главными компонентами спиртобензольного экстракта, извлекаемого из почв, обычно являются воск и смолы. Доля липидов в составе органического вещества минеральных горизонтов почв колеблется от 2–14 до 10–12 % от его общего содержания. В органогенных горизонтах и торфах липиды накапливаются в больших количествах (до 15–20 %).

3. Специфические гумусовые вещества почв

Специфические гумусовые вещества появляются в почве в результате протекания процессов гумификации органических остатков. Под гумификацией понимают совокупность процессов превращения исходных органических веществ в гуминовые кислоты и фульвокислоты.

Гуминовые кислоты представляют собой более устойчивые соединения, чем органические соединения, попадающие в почву с растительными остатками. Поэтому неспецифические органические соединения почвы существуют относительно короткие промежутки времени, и непрерывная цепь превращений растительных остатков и продуктов их трансформации задерживается на стадии образования гуминовых кислот. Гуминовые кислоты подвергаются минерализации с образованием СО2 и Н2О или образуют фрагменты, участвующие в синтезе новых молекул гумусовых кислот. Этот процесс протекает очень медленно, поэтому время жизни гуминовых кислот составляет сотни и тысячи лет.

Гуминовые кислоты представляют собой группу веществ, извлекаемых из почвы щелочами в виде темно-окрашенного раствора (гуматов натрия, аммония или калия) и осаждаемых минеральными кислотами в виде аморфного осадка

— геля.

Гуминовые кислоты имеют следующий элементный состав: 50–60 % углерода, 2–6 % водорода, 31–40 % кислорода и 2–6 % азота. Колебания в элементном составе гуминовых кислот объясняются тем, что они не являются химиче-

87