Химия почвы и органические вещества

Почвой называется рыхлый поверхностный слой земной коры, который с течением времени претерпевает различные изменения.

На известной стадии развития человеческого общества почва стала объектом труда и средством производства, и с этого момента она отражает в своем развитии влияние человека.

Химические и химико-биологические процессы, происходящие в почве, весьма сложны. Они протекают по-разному в различных местах Земной поверхности в зависимости от климата, рельефа местности, состава микроорганизмов, населяющих почву, и от деятельности человека.

В настоящее время перед наукой о химии почв и процессов, происходящих в ней, стоит целый ряд серьезнейших проблем: увеличение содержания и воздействия химических элементов и микроэлементов, накапливающихся в процессе хозяйственной деятельности человека, и, как следствие, протекание химических и биохимических процессов.

В связи с широкомасштабной хозяйственной деятельностью человека, очень острой и актуальной задачей в настоящее время является проблема сбросов и накапливания промышленных отходов, их утилизация и создание безотходных технологий производства.

Химический состав органических веществ

Химический состав органических веществ, поступающих в почву, весьма разнообразен. Общее количество органического вещества поступающего на поверхность почвы, составляет за год от 3 до 5 тонн на 1 гектар.

Вещества, входящие в почвенный состав, можно разделить по их химическим свойствам на шесть групп:

I группа. Углеводы и органические кислоты

К ним относятся: глюкоза С₆Н₁₂О₆, пентоза С₅Н₁₀О₅, винная С₄Н₆О₆, лимонная С₆Н₈О₇, щавелевая С₂Н₂О₄ кислоты, различные аминокислоты: гликоль – СН₂NН₂СООН, лизин (NН₂)(СН₂)₄СНNН₂СООН и др.

Все эти вещества растворимы в воде и поэтому легко вымываются из органических остатков при их разрушении и попадают в почву. В растворенном состоянии они под воздействием микроорганизмов, а некоторые химическим путем, легко подвергаются разложению.

II группа. Смолы, дубильные вещества, жиры, масла, воск

Эта группа органических веществ нерастворима в воде, но растворима в таких растворителях, как спирт и бензол. Все эти вещества представляют собой сложные химические соединения, многие из которых хорошо известны и часто используются в технике и производстве, например, при дублении кожи, варке мыла, изготовление свечей, в качестве пищевых продуктов или при их производстве и т.д.

По сравнению с сахарами, аминокислотами эти вещества в почвенных условиях труднее подвергаются химическому разложению и более устойчивы против действия на них микроорганизмов.

III группа. Целлюлоза (клетчатка) и гемицеллюлоза

Примером целлюлозы может служить обычная фильтровальная бумага.

Химический состав клетчатки довольно сложный и выражается формулой (С₆Н₁₀О₅)_n, где n предполагается равным от 5 до 10000. Кислоты и щелочи слабой концентрации на клетчатку не действуют, но, например, под действием 72%-ной серной кислоты, клетчатка осахаривается и переходит в глюкозу С₆Н₁₂О₆.

Гемицелюлозы менее устойчивы и под воздействием слабых растворов кислот и щелочей обычно гидролизуются. Почвенные микроорганизмы, благодоря выделению ими особых, сложного состава веществ, называемых энзимами и ферментами легко разлагают клетчатку и гемицеллюлозу, образуя в качестве конечных продуктов углекислоту (СО₂) , водород (Н₂), метан (СН₄).

IV группа. Лигнин

Лигнин – главная составная часть древесины. Лигнин представляет собой сложные органические соединения различного состава, в зависимости от того из каких растительных остатков он был выделен. Известно несколько формул строения его молекулы: приведем две из них.

Формула строения молекулы лигнина:

1) С₄₀Н₄₄О₁₉ или С₃₆Н₂₈О₁₁{(ОН)₄(ОСН₃)₄}

2) С₅₅Н₅₄О₁₈ или С₅₂Н₄₆О₁₀ {(ОСН₃)СООН(ОН)₄СО}

Из всех составных частей растительных остатков, лигнин наиболее устойчив как против химических воздействий, так и против разложения под действием микроорганизмов почвы. В противоположность клетчатке лигнин не гидролизуется под действием кислот, но легче ее окисляется кислородом воздуха.