Химический состав почвы и почвообразующих пород.
Почва состоит из минеральных, органических и органоминеральных веществ. Минеральные соединения почва получает от горных пород, органические вещества поступают в почву в результате жизнедеятельности организмов, органоминеральные соединения образуются в результате взаимодействия органических и минеральных веществ.
Химический состав почв отличается от химического состава почвообразующих пород, на которых она формировалась.
Химический состав почвы зависит от минералогического, механического и как следствие химического состава почвообразующей породы.
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 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.
Источник
20. Химический состав почв. Кислотность почв, основные макро- и микроэлементы, их значение в формировании структуры почвы и в питании растений.
Кислотность — способность почв подкислять почвенный раствор вследствие наличия в составе почвы кислот (актуальная кислотность), а так же обменных катионов водорода, алюминия и некоторых других металлов, образующих при их вытеснении гидролитически кислые соли (потенциальная кислотность). Обменная кислотность — обусловлена количеством ионов водорода и алюминия, находящихся в обменном состоянии в составе ППК, которые извлекаются из почвы раствором нейтральной соли. Гидролитическая кислотность — обусловлена количеством ионов водорода и алюминия, находящихся в обменном состоянии в ППК, которое извлекается из ППК раствором гидролитической щелочной соли. Кислотность почвы принято обозначать как рН. 1) нейтральная реакция почвы соответствует значению рН в пределах от 6 до 7; 2) от 6 до 5 – слабокислая; 3) от 5 до 4 — кислая почва; 4) менее 4 – сильнокислые; 5) от 7 до 8 – щелочная; 6) более 8 — сильнощелочная.
По отношению к кислотности почвы растения делят на следующие экологические группы: ацидофилы (растут на почвах с рН<6,7); нейтрофилы (рН=6,7-7,0); базифилы (рН>7,0); индифферентные виды (могут обитать на почвах с разным значением рН).
По отношению к содержанию питательных элементов в почве среди растений различают олиготрофов (растения, довольствующиеся малым количеством зольных элементов), эвтрофов (нуждаются в большом количестве зольных элементов) и мезотрофов (требуют умеренного количества зольных элементов).
Содержание макроэлементов (N, Р, К, Са, Mg, S, Si) в растительных тканях в расчете на сухую массу варьирует от 1,5 до 0,1%. Азот. Входит в состав аминокислот, нуклеиновых кислот. При недостатке азота тормозится рост растений, ослабляется образование боковых побегов и кущение у злаков. Фосфор. Фосфолипиды являются компонентами биологических мембран. Для нормального протекания фотосинтеза, дыхания, роста требуется фосфор. Сера поступает в виде сульфат-иона SO4. Входит в состав органических соединений, играющих важную роль в обмене веществ организма. Почти все белки включают аминокислоты, содержащие серу. Принимает участие в реакциях обмена (аэробная фаза дыхания, синтез жиров). Кальций. При недостатке клеточные оболочки ослизняются. Кальций повышает вязкость цитоплазмы (плазмолиз). Дефицит приводит к увеличению проницаемости мембран. Магний входит в состав основного пигмента зеленых листьев — хлорофилла. Поддерживает структуру рибосом, связывая РНК и белок. Калий не входит ни в одно органическое соединение. Большая часть в клетке находится в свободной ионной форме, остальные в адсорбированном состоянии. Он снижает вязкость протоплазмы, повышает ее оводненность, увеличивая гидратацию белков. Соли калия растворимы и участвуют в регуляции осмотического потенциала клетки.
Концентрация микроэлементов (Fe, Zn, Сu, Мn, Мо, В, Cl, Na, Ni) составляет 0,01%. Микроэлементы активируют определенные ферментативные системы. Марганец необходим для нормального протекания фотосинтеза, осуществляет разложение воды и выделение кислорода. Участвует в восстановлении СО2, играет роль в поддержании структуры хлоропластов. Медь входит в состав ряда ферментных систем, относящихся к группе оксидаз. Ферменты осуществляют окисление фенолов и аскорбиновой кислоты. Значение для фотосинтеза. Цинк поступает в виде ионов Zn 2+ . Входит в состав более 30 ферментов. Значение цинка для процессов дыхания и фотосинтеза. Играет важную роль при образовании фитогормона ауксина. Молибден выполняет каталитическую и структурную функции. При недостатке происходят изменения в азотном обмене растений — наблюдается уменьшение синтеза белка при одновременном падении содержания аминокислот и амидов. Бор влияет на скорость ферментативных реакций через субстраты, на которые действуют ферменты. Кобальт входит в состав кобаламина (витамин В12), который синтезируется бактериями в клубеньках бобовых растений. Никель активирует ряд ферментов, оказывает стабилизирующее влияние на структуру рибосом. Для роста некоторых растений засоленных почв (галофитов) оказывается полезным натрий. Для роста диатомовых водорослей необходим кремний.
Источник