Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Науки о Земле. Учебное пособие
.pdf
зволило выявить в пределах нашей страны ряд биогеохимических
провинций, учение о которых разработано А. П. Виноградовым.
Биогеохимическая провинция – это территория, иногда значительных размеров, отличающаяся от соседних территорий концентрацией в среде (почвах, водах, воздухе) одного или нескольких микро- или макроэлементов.
В пределах этих провинций вследствие избытка или недостатка микроэлементов могут появляться массовые нарушения
обмена веществ у растений, животных и человека, с чем и связаны специфические заболевания – биогеохимические эндемии.
Так, Закарпатская область представляет собой биогеохимическую
провинцию с эндемией щитовидной железы: в почвах, водах и
пищевых продуктах этой области содержится в 2–5 раз меньше
йода. Выделяют в особую биогеохимическую провинцию Полесскую низменность, которая характеризуется низким содержанием
йода в почвах и природных водах. Йод здесь сильнее вымывается
из почв, легких по механическому составу, или прочно закрепляется торфом болотных почв, становясь недоступным растениям.
Содержание микроэлементов в почвах. В ходе выветривания и почвообразования одни микроэлементы накапливаются в
почвах, другие, наоборот, вымываются, теряются. Основной источник микроэлементов в почвах – почвообразующие породы.
Почвы, развитые на продуктах выветривания кислых пород (гранитах, липаритах), бедны никелем, кобальтом, медью, а почвы,
образовавшиеся на продуктах выветривания основных пород (базальтах, габбро), обогащены этими микроэлементами.
В главных почвообразующих породах таежно-лесной, лесостепной и степной зон, т. Е. в валунных (моренных), покровных и
лессовидных суглинках, количество цинка, кобальта, меди и молибдена примерно одинаково и лишь флювиогляциальные пески
и супеси содержат их значительно меньше. Из коренных пород
глинистые сланцы богаче других пород цинком, кобальтом и медью.
Почвы, в которых микроэлементов в 10, 100 и 1000 раз
больше по сравнению со средним их содержанием, встречаются
вблизи месторождений полезных ископаемых (молибденовых,
медных, никелевых и др.). Некоторые микроэлементы (J, В, F, Sе,
61
Аs) поступают в почву с газами атмосферы, дымами вулканов и с
метеоритными осадками. Микроэлементы могут поступать в почву и при внесении пестицидов в целях борьбы с болезнями и вредителями растений.
Микроэлементы в почвах содержатся: в кристаллической
решетке первичных и вторичных минералов (изоморфная подмесь), форме нерастворимых соединений (солей, оксидов), ионообменном состоянии, в составе органического вещества, почвенном растворе.
На подвижность микроэлементов в почвах, их аккумуляцию или вынос и доступность растениям оказывают влияние реакция среды, окислительно-восстановительные условия, концентрация СО2 и органическое вещество почвы. Микроэлементы с
переменной валентностью в зависимости от окислительновосстановительных условий почвы могут переходить из высшей
валентности в низшую и наоборот. Подвижность микроэлементов
значительно зависит от концентрации СО2 в почвенном растворе
из–за образования карбонатов и бикарбонатов. На подвижность
микроэлементов в почвах также влияют гумус и низкомолекулярные органические кислоты – муравьиная, лимонная, щавелевая и др. Одни микроэлементы образуют с органическим веществом растворимые соединения, другие (Сu, J) закрепляются и становятся недоступными для растений.
2.2.3. Почвенный раствор и реакция почвы
Почвенный раствор. В почве вода взаимодействует с раз-
личными минеральными и органическими соединениями, обогащаясь их растворимой частью, поэтому жидкая фаза почвы всегда представляет собой раствор (почвенный раствор).
Воду и элементы питания растения поглощают из почвенного раствора. С ним связано и передвижение различных веществ
по профилю почвы. Для жизни растений большое значение имеют состав, концентрация и реакция почвенного раствора.
Почвенный раствор содержит минеральные (различные
соли, в диссоциированном состоянии анионы HCO
NO
-
3
62
, NO
-
, SO
2
2-
, Cl-, H2PO
4
-
, HPO
4
2-
и катионы Ca2+, Mg2+, Na+,
4
-
, CO
3
2-
3
,
+
NH
, K+, H+), органические (гумусовые кислоты и их соли, про-
4
стые органические кислоты и их соли, аминокислоты и др.) и органо-минеральные вещества (комплексные соединения различных органических веществ кислотной природы с поливалентными катионами). Кроме того, в почвенном растворе присутствуют
растворенные газы: CO2, O2 и др.
В течение всего периода вегетации необходимо регулировать состав почвенного раствора, так как элементы питания
должны находиться в нем в определенных соотношениях. Важное
значение для роста растений имеет концентрация почвенного
раствора. Концентрация соединений, входящих в почвенный раствор, обусловливает его осмотическое давление. Оно у растворов
различных почв неодинаково и колеблется от 1,01-3,03ּ105 Па.
Осмотическое давление клеточного сока корневой системы большинства сельскохозяйственных растений не превышает 5,05-8,08
105 Па. Потребление влаги и элементов питания растениями будет нормальным при условии, если осмотическое давление почвенного раствора ниже осмотического давления клеточного сока,
поэтому концентрация почвенного раствора должна быть невысокой (слабой).
По концентрации почвенного раствора все почвы делятся
на незасоленные и засоленные. Большинство типов почв в нашей
стране относится к незасоленным; сухой остаток в них составляет
от одного до нескольких граммов на 1 дм3 раствора, при содержании легкорастворимых солей <0,25 %. Осмотическое давление
такого раствора не превышает 1,01-8,08ּ105 Па.
Реакция почвы. Почвенный раствор обладает различной реакцией, которая проявляется при взаимодействии почвы с водой
или с растворами солей. Носителями реакции в почве могут быть
почвенный раствор и почвенные коллоиды. Почвенный раствор с
нейтральной реакцией имеет рН=7, с кислой – рН<7, со щелочной
– рН>7. Для большинства растений лучшая реакция почвенного
раствора – нейтральная, слабокислая или слабощелочная.
Нейтральная реакция почвы или близкая к ней создается в
почве типа черноземов. Почвенный поглощающий комплекс этих
почв насыщен кальцием и магнием. При взаимодействии почв с
63
водой и растворами нейтральных солей практически не происходит изменения концентрации ионов водорода в вытяжках.
Кислая реакция характерна для почв, не насыщенных основаниями. Наиболее кислую реакцию имеют болотные почвы верховых торфяников. Кислой реакцией почвенного раствора характеризуются подзолистые и дерново-подзолистые почвы (pH 4-6).
Наиболее щелочная реакция у солончаков, особенно содовых
(pH 8-9 и выше). Различают два вида почвенной кислотности:
актуальную и потенциальную.
Актуальная кислотность почвы – кислотность почвенного
раствора, она связана с содержанием свободных ионов водорода.
Потенциальная кислотность почвы – кислотность твердой фазы почвы, обусловленная обменными ионами водорода и
алюминия в ППК. В этом виде кислотности выделяют две формы:
обменную и гидролитическую. При взаимодействии почвы с растворами солей происходит обменная реакция, в результате в раствор вытесняются ионы водорода и алюминия.
Обменная кислотность проявляется при взаимодействии
почвы с раствором нейтральной соли, например, КСl, NaСl,
ВаСl2. Принято использовать 1 моль/дм3 раствор КСl.
(почва)Н + КСl → (почва)K + HCl (в растворе).
Обменная кислотность выражается в рН и ммоль на 100 г
почвы.
Гидролитическая кислотность проявляется при взаимодействии почвы с раствором ацетата натрия. Реакция происходит в
слабощелочной среде по схеме
(почва)Н + СН3СООNа → (почва)Nа + СН3СООН.
Водородные ионы уксусной кислоты и определяют кислотность. Гидролитическую кислотность выражают в ммоль на 100 г
почвы. По величине она больше обменной и актуальной.
Для улучшения свойств кислых почв проводится их известкование – применение извести для нейтрализации кислотности
почвы. Известкование почв, при котором происходит замещение
обменного водорода на кальций, протекает по следующей реакции:
64
H
(почва) + Са(НСО3)2 → (почва)Са + 2Н2О + 2СО2.
H
При значении рН>7 почвенный раствор и почва имеют щелочную реакцию. Различают актуальную и потенциальную щелочность.
Актуальная щелочность обусловливается наличием в почвенном растворе солей сильных оснований со слабыми кислотами (К2СО3, КНСО3, Na2СО3, NaНСО3).
Потенциальная щелочность обнаруживается у почв, со-
держащих натрий в поглощенном состоянии (в ППК). При взаимодействии такой почвы с водой в присутствии диоксида углерода всегда содержащегося в растворе, происходит следующая реакция:
Na H
а) (почва) + Н2О +СО2 → (почва) + Na2СО3;
Na H
б) Nа2СО3 + 2Н2О → 2NаОН + Н2СО3.
Образующийся карбонат натрия резко подщелачивает раствор, поскольку при его гидролизе гидроксид-ионы (при диссоциации NаОН) преобладают в растворе, величина рН возрастает
до 9-10.
На солонцах и солонцеватых почвах проводят гипсование,
при этом обменный натрий заменяется кальцием:
Na
(почва) + СаSO4 → (почва)Са + Nа2SO4.
Na
Легкорастворимый сульфат натрия вымывается вниз по
профилю почв.
Буферность почвы. Буферностью называется способность
почвы противостоять изменению ее актуальной реакции под воздействием различных факторов. Различают буферность почв против кислотных и против щелочных агентов. Буферные свойства
почв связаны с поглощением и вытеснением ионов, с процессами
65
перехода соединений в молекулярные и ионные формы, с нейтрализацией и выпадением в осадок образующихся в почве соединений. Буферность почвы определяется свойствами ее твердой фазы, главным образом, почвенных коллоидов. Кислота или щелочь, появляющиеся в почвенном растворе, вступают во взаимодействие с почвенными коллоидами, что ослабляет сдвиг реакции.
При взаимодействии почвы с кислотой происходит реакция:
[ППК2-]Ca2+ + HCl = [ППК2-]2H+ + CaCl2
Если в почве появляются щелочь, водород или алюминий
поглощающего комплекса обмениваются с катионами щелочи,
которая нейтрализуется:
[ППК2-]2H+ + Ca(OH)2 = [ППК2-]Ca2+ + 2H2O
Кроме почвенных коллоидов твердая фаза почвы может содержать другие факторы буферности - малорастворимые простые
соли основного или кислотного характера, которые могут взаимодействовать с растворами и ослаблять сдвиг реакции.
Буферность почвы зависит: 1) от количества почвенных
коллоидов (чем больше коллоидов в почве, тем выше ее буферность; песчаные почвы почти не обладают буферностью); 2) состава почвенных коллоидов (чем выше в почвах содержание гумуса, монтмориллонита и почвенных коллоидов с широким отношением кремнезема к глинозему, тем выше их буферность по
отношению к изменениям реакции как в кислом, так и в щелочном интервале; буферность возрастает параллельно увеличению
емкости поглощения почв); 3) состава обменных катионов (наличие большого количества катионов Ca2+, Mg2+, Na+ и других оснований создает значительную буферность в кислую сторону;
почвы, имеющие в составе обменных катионов H+ или Al3+ и способные поглощать щелочь, обнаруживают буферность в щелочную сторону).
2.2.4. Водные свойства и водный режим почвы
Вода в почве имеет огромное и разностороннее значение,
она является одним из факторов плодородия и урожайности рас-
66
тений. С наличием воды в почве, ее количеством и качеством
связаны произрастание растений и деятельность микроорганизмов, процессы почвообразования и выветривания, производственная деятельность человека, направленная на повышение урожайности сельскохозяйственных культур, и улучшение плодородия почв. В естественных условиях почва обладает различной
степенью влажности. Понятие «влажность» характеризует содержание воды в почве, выраженное в процентах от массы сухой
почвы или от объема почвы. Влажность может изменяться в широких пределах − от избыточной до влажности устойчивого завядания растений, при которой появляются первые признаки увядания растений с хорошо развитой корневой системой.
У дерново-подзолистых, песчаных и супесчаных почв
влажность завядания составляет 4-6 %, у глинистых 10-12 %.
Источники воды в почве. Первым и основным источником
воды в почве являются осадки, в жидком или твердом виде поступающие на поверхность почвы. Количество воды, просачивающейся в почву, а также задерживающейся в ней, зависит от
гранулометрического состава почвы, её оструктуренности и гумусированности. Чем легче почва, тем больше просачивается в
нее воды, чем она структурнее, богаче гумусом и тяжелее по гранулометрическому составу, тем больше воды удерживается ею.
Большое влияние на поступление воды в почву оказывают также
рельеф местности и характер растительности.
Вторым источником воды служит парообразная влага приземных слоев атмосферы, конденсирующаяся при понижении
температуры. Этот источник имеет реальное значение в районах с
жарким сухим континентальным климатом.
Третий источник – грунтовые воды, если они залегают на
сравнительно небольшой глубине (не глубже 3-5 м от поверхности почвы).
В районах орошаемого земледелия главным источником
воды служат воды, тем или иным путем подаваемые в поля.
Формы воды и доступность ее растениям. Поступая в
почву, вода дифференцируется на отдельные формы и становится
в различной степени доступной растениям. Выделяют следующие
основные категории влаги, по-разному связанные с твердой фа-
67
зой почвы и имеющие неодинаковые подвижность и доступность
растениям.
Кристаллическая (конституционная) вода. Входит в состав
кристаллических веществ в виде самостоятельных молекул
(CaSO4·2H2O). Характеризуется очень высокой прочностью связи
и неподвижностью.
Твердая влага (лед). Неподвижна.
Парообразная вода. Находится в почвенном воздухе в виде
водяного пара. Она содержится в почве в небольшом количестве
и свободно передвигается от мест с большей упругостью пара к
местам с меньшей упругостью. Поглощается поверхностью твердых частиц. Ее подразделяют на гироскопическую и пленочную.
Гигроскопической называют воду, которая образует пленку
непосредственно на поверхности твердых частиц и очень прочно
связана с ними силами молекулярного притяжения. Количество
гигроскопической воды зависит, в основном, от содержания органических и минеральных частиц, способных образовывать вокруг себя пленку. Поэтому тяжелые и хорошо гумусированные
почвы содержат больше гигроскопической воды, чем легкие почвы или почвы, содержащие мало гумуса. Максимальное количество воды, которое почва может поглощать поверхностью своих
частиц, называется максимальной гигроскопичностью.
Пленочной водой называют воду, которая располагается по-
верх пленки гигроскопической воды и также удерживается силами молекулярного притяжения. Пленочная вода может образовывать несколько слоев, накладывающихся один на другой. Свободно в почве она не передвигается, но при соприкосновении
частиц, имеющих пленки разной толщины, пленки выравниваются и влага переходит от одной частицы к другой. Количество
пленочной воды зависит от гранулометрического состава почвы и
содержания гумуса. Наибольших величин оно достигает в тяжелосуглинистых и глинистых хорошо гумусированных почвах.
Свободная вода. Свободной называют влагу, заполняющую
капилляры почвы и удерживаемую в них капиллярными силами.
В зависимости от характера поступления воды в почву различают
капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую воду.
68
Капиллярно-подвешенная – это вода, образующая капиллярные столбики, не смыкающиеся внизу с грунтовыми водами
или верховодкой. Такая вода появляется в почве при увлажнении
ее сверху атмосферными или поливными водами.
Капиллярно-подпертая – это вода, которая образует капиллярные столбики в результате подъема грунтовых вод. Вода одной и другой форм подвижна.
Скорость передвижения капиллярной воды зависит от гранулометрического состава почвы, состава обменных катионов и
структуры. Почвы, насыщенные одновалентными катионами, и
особенно натрием, при увлажнении сильно набухают. Капилляры
в них становятся тонкими или совсем закупориваются, поэтому
передвижение воды замедляется. Двухвалентные катионы влияют
противоположно. В структурных почвах в отличие от бесструктурных нет единой системы неразорванных капилляров. Значительные по длине капилляры образуются лишь там, где агрегаты
непосредственно соприкасаются. Поэтому передвижение влаги в
структурных почвах в целом замедлено, что способствует лучшему сохранению воды и предохраняет почву от иссушения.
Почвенные капилляры представляют собой трубки, диаметр которых в разных точках непрерывно меняется – увеличивается и уменьшается. В том случае, когда в какой-то точке капилляр становится настолько тонким, что стенки его почти соприкасаются, он закупоривается. Это закупоривание осуществляется
пленочной водой, которая обволакивает мелкодисперсные частицы почвы и тем самым создает пробку в узкой части капилляра.
Если таких пробок много, столбик воды оказывается разобщенным на части пробками из пленочной воды. Такая форма влаги
называется пленочно-подвешенной.
Различают еще одну форму свободной воды – гравитационная, которая не может удерживаться в почве и свободно передвигается по крупным порам вниз под действием силы тяжести.
Это неустойчивая форма влаги и существует какое-то время после выпадения осадков или после полива.
Вода разных форм неодинаково доступна растениям. Парообразную влагу растения непосредственно не усваивают, но, конденсируясь, она переходит в иные доступные растениям формы.
69
Гигроскопическая вода очень прочно связана с почвой: она удер-
=
живается коллоидными и илистыми частицами с большой силой
и поэтому недоступна растениям. Пленочная вода удерживается
почвой с несколько меньшей силой, чем гигроскопическая, но и
она, как правило, недоступна растениям. Суммарное количество
гигроскопической и пленочной воды составляет так называемый
мертвый запас влаги. Все виды свободной воды легкодоступны
для растений и составляют ее продуктивный запас. Следовательно, обеспеченность растений водой зависит не только от ее общего содержания, но и от соотношения различных форм воды в
почве.
Водные свойства почвы. Количество воды, которое почва
может удерживать в себе, называют влагоемкостью. Различают
несколько ее видов.
Наибольшее количество влаги, которое может находиться в
почве при полном заполнении всех пор водой, называют полной,
или наибольшей влагоемкостью. Она зависит от пористости почвы. Вычисляют полную влагоемкость (в % сухой почвы) по формуле
VPW /
,
где Р – пористость, % объема почвы; V – плотность сложения,
г/см3.
Количество воды, которое почва может удержать при полном насыщении капилляров, называют капиллярной влагоемко-
стью.
Полевой или наименьшей влагоемкостью называют наи-
большее количество подвешенной влаги, которое может удержать почва. В полевых условиях такое состояние увлажнения наблюдают после отекания гравитационной влаги при отсутствии
подпора грунтовых вод. При наименьшей влагоемкости в почве
содержится максимальное количество воды, доступной для растений, так как водой заполнено 50-70 % пор почвы.
Все виды влагоемкости зависят от гранулометрического
состава, структуры почвы и содержания гумуса и возрастают с
переходом от легких почв к тяжелым, от бесструктурных к струк-
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]