Химический состав почв и почвообразующих пород

Химический состав почвы является отражением элементарного состава всех геосфер, принимающих участие в формировании поч­вы. Поэтому в состав всякой почвы входят те элементы, которые распространены или встречаются как в литосфере, так и в гидро-, атмо- и биосфере.

В состав почв входят почти все элементы периодической систе­мы Менделеева. Однако подавляющее их большинство встречает­ся в почвах в очень малых количествах, поэтому в практике при­ходится иметь дело всего с 15 элементами. К ним при­надлежат прежде всего четыре элемента органогена, т. е. С, N, О и Н, как входящие в состав органических веществ, затем из неме­таллов S, Р, Si и С1, а из металлов Na, К, Са, Mg, AI, Fe и Мn.

Перечисленные 15 элементов, составляя основу химического со­става литосферы в целом, в то же время входят в зольную часть растительных и животных остатков, которая, в свою очередь, образуется за счет элементов, рассеянных в массе почвы. Количе­ственное содержание в почве этих элементов различно: на первое место надо поставить О и Si, на второе — А1 и Fe, на третье — Са и Mg, а затем — К и все остальные.

Нормальный рост растений обусловлен содержанием в почве доступных форм зольных элементов и азота. Обычно растения усваивают из почвы N, Р, К, S, Са, Mg, Fe, Na, Si в достаточно больших количествах и эти элементы называются макроэлемента­ми, а В, Mn, Mo, Сu, Zn, Со, F используются в ничтожных коли­чествах и называются микроэлементами. К важнейшим из них относятся элементы, без которых невозможно образование бел­ков,— N, Р, S, Fe, Mg; такие элементы, как К, Сu, Mg, Na, оказывают огромное влияние на регуляцию работы клеток и форми­рование различных тканей растений.

Элементы питания, содержащиеся в почвах, находятся в различных минеральных и органических соединениях, и запасы их обычно значительно превышают ежегодную потребность. Одна­ко большая часть их находится в форме, не доступной для расте­ний: азот — в органическом веществе, фосфор — в фосфатах, же­лезо, алюминий, кальций, калий — в поглощенном состоянии, кальций и магний — в форме карбонатов, т. е. в не растворимой в воде форме. Процесс усвоения растениями элементов питания происходит благодаря обменному поглощению. Формы соединений и биологическое значение химических элементов различны. Эле­менты входят в состав почв в форме различных химических со­единений, характеризующих тип почвы, и имеют разное биологи­ческое значение.

Кислород в свободном состоянии находится в почвенном воз­духе, а в связанном входит в состав воды, окислов, гидратов, кис­лородных кислот и их солей. Он имеет важное значение, как эле­мент, необходимый для дыхания растений и животных, и как эле­мент-органоген.

Кремний входит в состав силикатов, т. е. солей кремниевых, алюмокремниевых и феррокремниевых кислот, а также встречает­ся в виде кремнезема, как кристаллического (кварц), так и аморфного. Биологическое значение кремния не выяснено, но он всегда содержится в золе растений (в особенности камыша и тростника) и, по-видимому, необходим для образования клеток и тканей более твердых частей организмов.

Алюминий входит в состав алюмосиликатов, глинозема и ги­дратов глинозема. Биологического значения он не имеет.

Железо входит в состав ферросиликатов и других солей, как окисных, так и закисных, а также в состав гидратов железа. Био­логическое значение его велико: с ним связано образование хло­рофилла в зеленых растениях.

Кальций встречается преимущественно в виде солей разных кислот, чаще всего угольной. Он очень важен для растений, так как входит в состав стеблей, и обычно находится в раститель­ных клетках в виде кристаллов щавелевокислого кальция.

Магний, как и кальций, встречается в виде аналогичных со­единений. Он важен для растений, так как входит в состав хлоро­филла.

Натрий и калий входят в состав солей различных кислот, при­чем натрий биологического значения не имеет, тогда как калий является одним из основных элементов питания растений и, в частности, играет большую роль в крахмалообразовании.

Фосфор входит в состав почвы в виде фосфатов и в виде раз­личных органических соединений. Он содержится в ядре расти­тельных клеток. Известно, что недостаток в почве фосфора отра­жается на качестве зерна. Он является одним из основных пита­тельных элементов и необходим для развития растений так же, как и азот.

Азот — исключительно важный для питания растений, элемент- органоген, входящий в состав молекулы белков основы расти­тельной и животной клетки, Встречается в почве в форме различ­ных органических соединений, аммиачных солей и солей азотной и азотистой кислот.

Сера также входит в состав молекулы белков. В почвах встре­чается в форме сульфатов, сернистых солей, сероводорода и раз­личных органических соединений.

Водород важен для растений как органоген. Входит в состав воды, гидратов, разнообразных свободных кислот и их кислых солей.

Хлор биологического значения не имеет. В почве встречается в виде хлористых солей.

Углерод входит в состав растительных остатков и составляет в среднем 45 % их массы. Как основа всех органических соедине­ний он имеет исключительно большое значение. Встречается в поч­ве также и в форме минеральных соединений углекислого газа и солей угольной кислоты.

Марганец, как предполагают, играет роль катализатора. Опре­деленное биологическое значение имеют также и многие другие химические элементы, встречающиеся в почвах в очень малых ко­личествах (например, медь, цинк, фтор, бор и другие), так назы­ваемые микроэлементы. Некоторые из них используются в качест­ве минеральных удобрений. Однако наибольшее значение для пи­тания растений имеют соли калия, кальция, магния, железа и кислот — азотной, фосфорной, серной и угольной.

Для характеристики плодородия почвы наибольшее значение имеет содержание гумуса, азота, фосфора и калия. Определение содержания в почве тех или других химических элементов и форм их соединений является задачей химического анализа почв.

Содержание гумуса в верхнем горизонте почв разного типа колеблется в широких пределах, но для каждого типа и подтипа почвы оно является достаточно устойчивым и поэтому характер­ным показателем. Для остальных элементов, наряду с их валовым содержанием (которое свидетельствует о той или иной степени плодородия почвы), необходимо знать содержание их форм рас­тениями.

Валовое содержание в почвах азота и фосфора (в верхнем го­ризонте) обычно выражается в десятых долях процента, калия содержится до двух и более процентов. Содержание же их усвоя­емых форм не превышает тысячных долей процента и его принято выражать в миллиграммах на 100 г почвы.

В органической части почвы содержатся: C, N и частично H, S, P.

Химический состав является одним из основных факторов почвенного плодородия. Каждый элемент играет определенную физиологическую роль в жизни растений. Недостаток N, P, K, Ca, Mg резко снижает урожайность всех растений, недостаток Fe – хлороз, йода, марганца — заболевание животных и человека; онкологические заболевания людей появляются при избытке тяжелых металлов.

Диагностику степени обеспеченности растений элементами питания проводят не по валовому количеству, а по количеству доступных (растворимых в воде и в слабых растворах кислот и щелочей), подвижных и обменных формах.

Почва — чрезвычайно сложный природный объект, характеризующийся большим разнообразием химических элементов и их соединений. Она формируется под непосредственным влиянием литосферы, атмосферы, гидросферы и живых организмов и в той или иной степени наследует их химический состав, в то же время приобретал и индивидуальные особенности.

По содержанию химических элементов почва и литосфера имеют много общего. Как в почве, так и в литосфере преобладают кислород и кремний, которые в сумме составляют 75…82%. За ними следуют алюминий и железо (11…14%). Еще меньшую долю составляют кальций, магний, натрий и калий. На все остальные элементы, за исключением углерода, приходится около 1%.

В то же время и почве по сравнению с литосферой содержится в 20 раз больше углерода и в 10 раз азота, что связано с деятельностью живых организмов и аккумуляцией в почвенном профиле органического вещества. Кроме того, в почве больше кислорода, водорода (как элементов воды) и кремния, но меньше железа, алюминия, кальция, натрия, магния, калия и других элементов которые мигрируют в процесса выветривания и почвообразования.

В результате проведения полного химического анализа почвы установлено, что в ней присутствуют практически все элементы таблицы Менделеева. Однако не все элементы имеют существенное значение при сравнительной характеристике химического состава различных почв.

6. Нурасова Максюда