5. Химические свойства почв

Почва наследует химический состав коры выветривания. Однако при влиянии на кору выветривания живого вещества химический состав ее существенно изменяется. Если представить себе почву в общем виде как систему атомов химических элементов, то эта система будет практически полностью состоять из атомов кислорода и кремния.

Поскольку основная масса почвы, за исключением гумуса и органических остатков, представлена минеральными частицами, валовой химический состав почвы в основном определяется составом и количественным соотношением формирующих ее минералов.

Химические элементы в почва. Кремний — определяется содержанием в почве кварца и в меньшей степени первичных и вторичных силикатов и алюмосиликатов. В ряде случаев присутствует и в больших количествах аморфный кремнезем в виде опала или халцедона, генезис и накопление которых в почве связаны с биогенными (опаловые фитолита-рии, панцири диатомовых водорослей) или гидрогенными (окрем-нение) процессами. Валовое содержание Si0₂ колеблется от 40 до 70 % в глинистых почвах и до 90 — 98 % в песчаных.

Алюминий — обусловлен присутствием полевых шпатов, глинистых минералов и других богатых алюминием первичных минералов, например слюд, эпидотов, граната, корунда. В почве может содержаться и свободный глинозем в виде бёмита, гидраргилита в аморфной или кристаллической форме. Валовое содержание А1₂0₃ в почвах обычно колеблется от 1 —2 до 15 —20 %, а в ферраллитных почвах тропиков и бокситах может превышать 40 %.

Железо — присутствует в почвах в составе первичных и вторичных минералов как компонент магнетита, гематита, глауконита, роговых обманок, биотита, хлоритов, глинистых минералов, минералов группы оксидов железа. Много в почвах и аморфных соединений железа (гетит, гидрогетит и др.). Валовое содержание Fe₂0₃ колеблется в очень широких пределах — от 0,5— 1 % в кварцево-песчаных почвах и 3 — 5 % в почвах на лессах до 8—10 % на элювии плотных ферромагнезиальных пород и 20—50% в ферраллитных почвах и латеритах тропиков. Наблюдаются и железистые конкреции и слои.

Соединения железа в почве представлены в следующих формах:

1. силикатное железо, входящее в состав кристаллических решеток первичных минералов и вторичных (глинистых) минералов;

2. несиликатное {свободное) железо: окристаллизованное (слабо или сильно) оксидов и гидрооксидов; аморфных соединений (железистых и гумусово-железистых); подвижных соединений (обменных и водно-растворимых).

Кальций — содержание СаО в бескарбонатных суглинистых почвах составляет 1 — 3 % и определяется присутствием глинистых минералов тонкодисперсных фракций, а также гумусом и органическими остатками, в связи с чем наблюдается тенденция к биогенному обогащению кальцием верхней части профиля. Кальций содержится также в обломках карбонатных пород.

В почвах сухостепной и аридной зон в процессе почвообразования идет накопление вторичного кальцита или гипса. Много кальция аккумулируется в почвах гидрогенным путем вплоть до образования известковых или гипсовых кор.

Магний — по содержанию близок к СаО, что обусловлено присутствием монтмориллонита, вермикулита, хлорита. В крупных фракциях магний сосредоточен в обломках доломитов, роговых обманок, пироксенах. В почвах аридной зоны много магния аккумулируется при засолении почв в виде хлоридов и сульфатов.

Калий — содержание К₂0 в почвах составляет 2—3 %. Он присутствует в тонкодисперсных фракциях, особенно в гидрослюдах, а также в составе первичных минералов — биотита, мусковита, калиевых полевых шпатов. Калий — чрезвычайно необходимый для растений элемент (рис. 11).

Натрий — содержание Na₂0 в почвах составляет около 1 — 3 %, преимущественно в натриисодержащих полевых шпатах. В аридных почвах натрий присутствует в основном в виде хлоридов. Дефицита натрия в почвах, как правило, не наблюдается, но его избыток обусловливает неблагоприятные физические свойства почв.

Титан, марганец и сера — присутствуют в почвах в ограниченном количестве.

Углерод, азот, фосфор — важнейшие органогены. Углерод сосредоточен главным образом в гумусе, а также в органических остатках и карбонатах. Азот также связан с гумусом и наряду с фосфором играет очень важную роль в плодородии почв. В почвах, как правило, наблюдается дефицит фосфора, его валовое количество незначительно и в основном его содержат гумус и органические остатки.

Микроэлементы — никель, кобальт, цинк, медь, свинец, литий и др. — присутствуют в почвах в небольших количествах. Однако дефицит или избыток любого из них негативно отражается на выращиваемых сельскохозяйственных культурах.

Кислотность и щелочность почв

Попадая в почву, атмосферная влага начинает растворять минеральные и органические вещества, взаимодействовать с почвенными коллоидами, с живыми организмами почвы, почвенным воздухом и превращаться в раствор.

Почвенные растворы представляют собой подвижную систему; состав их изменяется по мере того, как они перемещаются из одного почвенного горизонта в другой. Концентрация и состав растворенных веществ обусловливают ту или иную реакцию почвенного раствора, которая определяется соотношением свободных ионов Н⁺ и ОН" в почвенном растворе.

Концентрация свободных ионов Н⁺ выражается рН — отрицательным логарифмом концентрации {активности) водородных ионов. рН чистой воды равен 7, что свидетельствует о нейтральной реакции. При увеличении концентрации водородных ионов значения рН понижаются, а при уменьшении концентрации — повышаются. Значения рН ниже 7 указывают на кислую реакцию почвенного раствора, а выше 7 — на его щелочную реакцию.

Величина рН характеризует так называемую актуальную кислотность, или щелочность, почвы. Актуальной кислотностью называется кислотность почвенного раствора. Выделяют также потенциальную кислотность, характерную для твердой фазы почвы. Она имеет сложную природу. Ее носители — обменные катионы Н⁺ и А1³⁺ почвенных коллоидов. В зависимости от характера вытеснения различают две формы потенциальной кислотности — обменную и гидролитическую.

Обменная кислотность проявляется при обработке почвы раствором нейтральной соли. В результате реакции обмена часть катионов нейтральной соли поглощается твердой фазой почвы, а взамен ее в растворе появляется эквивалентное количество ионов водорода и алюминия, находившихся в адсорбированном состоянии.

При обработке почвы раствором нейтральной соли вытесняются не все поглощенные ионы водорода. Более полное вытеснение ионов водорода возможно при обработке почвы раствором щелочной соли сильного основания и слабой кислоты. При этом кислотность называется гидролитической и она выше обменной.

Степень насыщенности почв основаниями — это количество обменных оснований (обычно Са и Mg), выраженное в процентах отЕКО: V = S • 100/Е = S • 100/(S + Н), где V - степень насыщенности основаниями (%); S — сумма обменных оснований, Е — емкость катионного обмена; Н — гидролитическая кислотность 1(ммоль(+)/100 г). I

Таким образом, ненасыщенность почв основаниями есть разница между ЕКО при избранном значении рН и содержанием в 3почве обменных оснований. J

Для сельскохозяйственных растений наиболее благоприятна 1 слабокислая или слабощелочная реакция почвенного раствора; I отрицательно сказываются на развитии растений сильнокислая и особенно сильнощелочная реакция. С реакцией почвенного раствора связаны процессы превращения компонентов минеральной и органической частей почв: растворение веществ, образование осадков, возникновение и устойчивость комплексных соединений, а следовательно, миграция и аккумуляция веществ в почвенном профиле.

В многолетней практике лабораторных исследований почв приняты следующие значения рН для определения степени кислотности или щелочности почвы: 3,0 — 4,5 — сильнокислые; 4,6—5,0 — кислые; 5,1 — 5,5 — слабокислые; 5,6—6,0 — близкие к нейтральным; 6,1 — 7,0 — нейтральные; 7,1 — 7,5 — слабощелочные; 7,6— 8,5 — щелочные; 8,6 и выше — сильнощелочные.