Лекция: ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МИНЕРАЛОГИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПОЧВ (2 ч.)
Химический состав минералогической части почв - это общее содержание всех макроэлементов почв. Он существенно отличается от валового содержания элементов в литосфере (табл. 1).
Таблица 1.
Среднее содержание химических элементов в литосфере и в почвах (в % по массе)
| Элементы | Литосфера | Почва | Элементы | Литосфера | Почва |
| O | 47,20 | 49,0 | N | 0,01 | 0,10 |
| Si | 27,60 | 33,0 | Ti | 0,60 | 0,46 |
| Al | 8,80 | 7,1 | H | 0,15 | ? |
| Fe | 5,10 | 3,8 | C | 0,10 | 2,00 |
| Ca | 3,60 | 1,4 | S | 0,09 | 0,085 |
| Na | 2,6 | 0,6 | Mn | 0,09 | 0,085 |
| K | 2,6 | 1,4 | P | 0,08 | 0,08 |
| Mg | 2,10 | 0,60 | Cu | 0,01 | 0,002 |
Из таблицы следует, что литосфера в основном состоит из 8 элементов, а в почве значимы также С, Р и N, что обусловлено влиянием биогенных факторов.
Поскольку основная часть почвенной массы представлена минеральными частицами, валовой химический состав почвы в преобладающей мере определяется составом и количественным соотношением формирующих ее минералов. Поэтому в валовом химическом составе почв преобладают О и Si, в меньшей мере Al и далее по убывающей Fe, Са, Na, К, Mg. Другие элементы присутствуют в микроколичествах.
Химический состав гранулометрических фракций
Распределение химических элементов по отдельным гранулометрическим фракциям сильно различается (табл. 1.).
Таблица 1.
Валовой состав гранулометрических фракций песчаного подзола
на глубине (2-10 см) в % на прокаленную почву
| Размер фракций (мм) | SiO2:Al2O3 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | MgO | K2O |
| 1-0,25 | 58,3 | 96,87 | 1,66 | 0,25 | 0,00 | 0,48 |
| 0,25-0,1 | 19,9 | 92,95 | 4,68 | 0,39 | 0,00 | 1,25 |
| 0,1-0,01 | 11,1 | 87,66 | 7,90 | 1,18 | 0,00 | 1,54 |
| 0,01-0,001 | 4,2 | 74,13 | 17,58 | 1,43 | 0,10 | 3,41 |
| < 0,001 | 2,2 | 61,33 | 27,42 | 3,46 | 0,52 | 3,56 |
Наиболее высокое содержание Si отмечается в крупных фракциях, обогащенных кварцем. В более тонких фракциях увеличивается участие полевых шпатов и других первичных минералов. В связи с этим растет содержание алюминия, железа и других элементов.
Различие в валовом химическом составе отдельных горизонтов профиля при однородной почвообразующей породе, используется для суждений о химических преобразованиях породы и дифференциации профиля в процессе почвообразования. Существенные различия в составе горизонтов характерны для почв с элювиально-иллювиальным дифференцированным профилем.
Для понимания причин формирования валового химического состава почвы и его изменений по профилю, необходимо учитывать, что содержание отдельных элементов определяется присутствием их в почве в составе разнообразных конкретных минеральных и органических соединений.
Si
Присутствует в породе и в почвах в виде кварца и в меньшей мере первичных и вторичных силикатов и алюмосиликатов. В ряде случаев может присутствовать аморфный кремнезем (опал, халцедон), генезис которых в почве связан с биогенными или гидрогенными процессами. Валовое содержание колеблется от 40-70% в глинистой почве до 90-98% в песчаных. В ферралитных почвах его содержание может быть много ниже.
Al
Содержание его обусловлено в основном присутствием полевых шпатов и глинистых минералов, а также слюд, эпидотов и других богатых алюминием минералов. Может присутствовать и свободный глинозем в виде бемита, гидраргиллита в аморфной или кристаллической форме. Валовое содержание колеблется от 1-2 до 15-20 %, а в ферраллитных почвах может превысить 40 %.
Fe
Присутствует в почвах в составе как первичных, так и вторичных минералов, таких как магнетит, гематит, глауконит, роговая обманка, пироксены, биотит, хлорит, глинистые минералы, минералы группы оксидов железа. Много в почве содержится и аморфных соединений железа. Общее содержание в почве Fe2O3 колеблется в очень широких пределах (в %):
0,5-1,0 в кварцево-песчаных почвах
3-5 в почвах на лессах
8-10 в почвах на элювии плотных ферромагнезиальных пород
20-50 в ферраллитных почвах и латеритах тропиков
В почве также наблюдаются часто железистые прослои – ортзанды, образующиеся на капиллярной кайме или на контакте между слоями различного гранулометрического состава.
Согласно С.В. Зонну соединения железа в почве представлены следующими формами:
1. Силикатное железо, входящее в состав кристаллической решетки силикатов.
2. Несиликатное (свободное): окристаллизованное (оксиды, гилрооксиды); аморфные соединения (гидрооксиды железа, гумусово-железистые комплексы); подвижные (обменные и водорастворимые).
Са
В бескарбонатных суглинистых почвах составляет 1-3 %. Определяется присутствием глинистых минералов тонкодисперсных фракций, а также гумусом и органическими остатками в связи с чем наблюдается тенденция к биогенному обогащению кальцием верхней органо-аккумулятивной части профиля. В ряде случаев содержание Са повышается в связи с присутствием в крупных фракциях обломков карбонатных пород и первичных кальцийсодержащих минералов (кальцита, гипса, основных плагиоклазов).
В почвах сухостепной и аридной зон повышенное валовое содержание кальция может быть определено образованием и накоплением вторичного кальцита или гипса в процессе почвообразования. Много Са может накопиться в почве гидрогенным путем.
Мg
Валовое содержание обычно близко содержанию Са и обусловлено присутствием глинистых минералов, особенно монтмориллонита, вермикулита, хлорита.
В крупных фракциях магний содержится в обломках доломитов, оливине, роговых обманках, пироксенах. В почвах аридной зоны много магния аккумулируется при засолении почвы в виде хлоридов и сульфатов.
К
Содержание К2О составляет в почвах 2-3 %. Присутствует К чаще в глинистых минералах тонкодисперсных фракций, особенно в гидрослюдах, а также в слюдах, калиевых полевых шпатах. Наряду с кальцием калий относится к биогенным элементам, необходимым для развития растений.
Na
Валовое содержание обычно 1-3 %. Присутствует в составе первичных минералов – натрийсодержащих полевых шпатах. В илистой фракции его содержание не превышает 0,5-1 %. В засоленных почвах сухостепных и аридных зон в значительных количествах может присутствовать в виде хлоридов или входит в почвенно-поглощающий комплекс. Дефицита натрия в почве не наблюдается. Присутствие натрия в повышенных количествах в составе подвижных соединений обуславливает наличие у почв неблагоприятных физических и химических свойств. Почвы теряют структуру, становятся водонепроницаемыми.
С, N, Р принадлежат к числу важнейших органогенов. Присутствие их в почве обязано воздействию живого вещества и процессам почвообразования.
С
В почве содержится главным образом в составе гумуса и органических остатков. Много С может находиться в составе карбонатов. Содержание С в почве колеблется от долей % до 3-5 и 10%.
N
Целиком связан в почве с гумусом, составляет 1/10-1/20 часть от содержания С. Содержание его в почве 0,3-0,4, часто 0,1 и меньше. Азот играет чрезвычайно важную роль в плодородии почвы, т.к. жизненно необходим растениям. Для растений он доступен только в форме нитратного и аммонийного ионов. Большинство культурных почв нуждается в систематическом внесении азота.
Р
Присутствует в почвах в очень незначительных количествах. Валовое содержание составляет 0,1-0,2 %. Р жизненно важен для растений. Но в большинстве почв, особенно песчаных, находится в резком дефиците. В связи с этим необходимо внесение Р в почву. В почве Р присутствует в составе гумуса, органических остатков, в минералах в составе апатита, вивианита.