Химия почв (Орлов Д.С.) - часть 3

Особенности элементного состава почв

Почвы содержат практически все природные элементы периодической системы Д. И. Менделеева. По набору элементов и их количественному содержанию они существенно отличаются от живых организмов, минералов и горных пород, за исключением некоторых рыхлых осадочных горных пород, прошедших, видимо, в прошлом через стадию почвообразования. Живые организмы состоят главным образом из элементов-органогенов — С, N, Н, О, Р, S; так называемые минеральные компоненты входят в их состав в сравнительно небольших количествах. Индивидуальные минералы содержат, как правило, небольшой набор элементов; в оксиды входят по два элемента, простейшие силикаты содержат 5—7 элементов, иногда 9—11. Минералы-соли состоят из 2—5 элементов. Правда, минералы включают небольшие количества и других элементов, но это — примеси, не играющие конституционной роли и не обязательные для каждой конкретной кристаллической решетки.

В почвах практически все входящие в их состав химические элементы являются обязательными и необходимыми; большой набор элементов — первая отличительная особенность почв. Вторая особенность заключается в сочетании высокого содержания С и Si, что отражает одновременное влияние двух факторов почвообразования: растительного и животного мира, с одной стороны, и почвообразующих пород — с другой. Третья особенность, как уже отмечалось, большой диапазон концентраций, охватывающий 4—5 порядков, и даже достигающий 9— 10 порядков.

В табл. 3 приведен средний элементный состав метрового слоя некоторых важнейших почв. Усреднение элементного состава для метровой толщи, которая включает 2—3 генетических горизонта (а иногда и более), конечно, дает очень обобщенное представление о роли отдельных элементов. Особенно сильно профильная дифференциация сказывается на элементном составе в тех случаях, когда в профиле формируются органогенные (торфянистые), элювиальные, карбонатные или засоленные горизонты. Резко выражено влияние механического состава, которое хорошо видно в табл. 3 при сопоставлении подзолистых почв различной гранулометрии. Интервалы содержания отдельных элементов довольно широки. Содержание Si, не принимая во внимание торфянистые почвы, колеблется от 22 до 44%. Диапазон содержания А1 (без красноземов) — 1—8%, Fe — 0,5—5%. Несмотря на значительные колебания, для каждого элемента выявляется типичный интервал концентраций. Ниже приведены соответствующие интервалы концентраций, исключая торфяные почвы (в скобках указаны значения для красноземов, если они резко отличаются от средних величин).

в почве может резко снизить общую концентрацию многих элементов, участвующих в питании растений, и повысить вследствие этого расчетную величину коэффициента биологического накопления, хотя реальное потребление элементов растениями может и не измениться.

Это говорит о том, что почвенно-химические и почвенно-генетические группировки элементов еще должны изучаться и разрабатываться, равно как и показатели миграционной способности элементов в пределах почвенного профиля.

Оценивая роль отдельных элементов в почвообразовании в ряде случаев удобно выделять группу элементов, играющих конституционную роль, т. е. тех элементов, которые входят в структуру решетки минералов или молекулы тех компонентов, из которых реально складывается масса почвы. В первую очередь это такие элементы, как Si, А1, О, составляющие основу почвенных силикатов и алюмосиликатов, С, Н, N, О — важнейшие компоненты органического вещества. Упоминавшиеся выше микроэлементы при их важнейших физиологических функциях заметной конституционной роли в почвах не играют.

Специального внимания заслуживает группа педоморфных элементов, которые существенно влияют на строение почв.

Химический состав и окраска почв

В числе педоморфных элементов следует выделить особую подгруппу элементов, соединения которых влияют на окраску почв, — С, Fe, Мn, Са. К ним относится и Si, поскольку соединения кремния образуют главную часть почвенной массы и придают ей исходную белесоватую окраску.

Рассмотрим подробнее закономерности формирования почвенной окраски и соответственно роль отдельных химических элементов в этом явлении.

Вещества, придающие окраску почве и почвенным горизонтам, можно называть почвенными пигментами. Главнейшие почвенные пигменты — соединения углерода, железа, марганца, отчасти серы.

Соединения углерода оказывают двойственное (и противоположное) влияние на почвенную окраску. Минеральные соединения углерода — почвенные карбонаты — белого цвета; это карбонаты кальция и магния преимущественно. Карбонаты щелочных земель или диффузно распределены в почвенной массе (пропитывают ее), или образуют различного рода новообразования: псевдомицелий, белоглазку, дутики, журавчики и т. п. Их общее влияние заключается в осветлении окраски, но при дискретных скоплениях карбонатов (псевдомицелий, белоглазка) окраска приобретает еще и неоднородный, пятнистый характер.

Марганец обычно придает почве темные, почти черные тона за счет пиролюзита МпОг, но эта окраска неоднородна, проявляется в примазках, ортштейнах. Темный, почти черный цвет почве или новообразованиям придают сульфиды некоторых металлов, но они встречаются преимущественно в восстановительных условиях.

Органические соединения углерода окрашивают почву в желтоватые, бурые или почти черные тона; эта окраска предельно выражена в черноземах.

Наиболее разнообразную и яркую окраску почвенному профилю придают соединения железа. Гамма цветов и оттенков, обусловленная соединениями железа, очень широка. Это желтые, палевые, красноватые, бурые, оливковые, зеленые, почти черные тона. Обычно почти все рыхлые почвообразующие породы в той или иной степени прокрашены

соединениями железа. Этот общий палевый или буроватый тон сохраняется и в почвенном профиле, но в связи с перераспределением железа по генетическим горизонтам эта окраска ослабевает или усиливается, а во многих почвах становится неоднородной за счет формирования железистых ортштейнов, различного рода примазок, прожилок и пр. Особенно ярко неоднородность окраски, вызванная железом, проявляется в почвах с временными или постоянными восстановительными процессами, у верхней границы капиллярной каймы.

Оценка роли отдельных элементов и их соединений в формировании почвенной окраски и количественная характеристика цвета почвы могут быть даны на основе международной системы измерения цвета, в которой цветность определяется долями условных цветов (синего, зеленого и красного) в изучаемой окраске. Во многих случаях более удобен и информативен путь прямого использования кривых спектральной отражательной способности.

Спектральная отражательная способность почв. Почвы, как и любые другие тела, отражают часть падающей на них энергии электромагнитных колебаний. При характеристике цветности почв принимают во внимание только видимый глазом интервал электромагнитных колебаний, т. е. диапазон длин волн от 400 до 750 нм.

Всякая почва имеет шероховатую поверхность, и поэтому падающий на нее световой луч отражается (рассеивается) во всех направлениях. Такое отражение, в отличие от зеркального, называют диффузным.

содержание .. 1 2 3 4 ..