Кратко о химическом составе и основных преобладающих элементах в почве
Почва – постоянный источник питания для всех растений, которые вытягивают корнями находящиеся в ней минеральные элементы. Рассмотрим, какой химический состав бывает у почвы, питательность пахотных земель, валовое содержание элементов. Процентное содержание и значение азота, фосфора и калия для культур, содержание и влияние на рост растений микроэлементов.
Химический состав почв
На наличие химических элементов, содержащихся в грунте, влияет состав геосфер, которые принимали и принимают участие в его формировании: литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы.
В почве можно найти практически все химические элементы, но большинство из них находятся в незначительном количестве. Большое значение имеют только 15: С, N, О и Н, которые создают органическое вещество, неметаллы S, Р, Si и Сl и металлы Na, К, Са, Mg, AI, Fe и Mn. Количественное содержание элементов различно: преобладают кислород и кремний, затем идут алюминий и железо, кальций, натрий, магний и калий. Они занимают 99 % минерального объема почвы, все остальные – 1 %. В почве содержится в 20 раз больше углерода и в 10 раз азота, по сравнению с литосферой, что связано с деятельностью почвенных бактерий.
Все элементы, кроме азота и кислорода, составляют зольную часть органики, которая и образуется из химических составляющих, сконцентрированных в почве. Жизнь растительности зависит от наличия и количества в земле доступных форм элементов. Они усваивают, по большей части, N, Р, К, S, Са, Mg, Fe, Na, Si, потому они называются макроэлементами; В, Mn, Mo, Cu, Zn, Со, F, потребляемые в меньшем объеме – микроэлементами. Из них N, Р, S, Fe, Mg участвуют в строительстве белков, К, Cu, Mn, Na – регулируют функционирование клеток и служат для образования различных растительных тканей.
Пахотные земли
Химический состав сельскохозяйственных земель зависит от типа почвы, механического состава. Основные элементы образуют различные по подвижности и соединения, от чего зависит способность к миграции, доступность растениям и кислотность почвы. Соединения различаются по строению, составу, устойчивости к выветриванию, растворимости. В почвах они могут содержаться в таких формах: минералы первичные и вторичные, органоминеральные соединения, органические, поглощенные формы, почвенные растворы и ее газообразная часть, живое вещество (бактерии, водоросли, грибы, микрофауна).
Растения и почвенные микроорганизмы потребляют элементы, растворенные в почвенном растворе, находятся в обменном состоянии и входят в состав быстро растворяемой органики.
Валовое содержание элементов
Валовое содержание элементов в минеральной части грунта определяют как содержание оксидов, выраженное в процентах. Этот показатель дает представление о том, из каких элементов состоит почва, какие преобладают в ней, как распределяются по профилю. По валовому содержанию можно установить происхождение грунта, процессы, которые формировали горизонты, и спрогнозировать уровень плодородия такого грунта.
В грунтах почти всех типов основной составляющей оказываются оксиды кремния, они занимают 60-70 %. Алюминий занимает, в среднем, 15-20 %, содержание железа варьируется от 0,5-1 % до 20-50 %. Оксиды калия, магния, кальция и натрия занимают 5-6 %, оксиды остальных элементов все вместе входят в 1 %.
Содержание азота
Находится в гумусе, входит в состав органоминеральных веществ, это основной компонент питания для растений. Азот связан в почве с органикой и доступен для корней в аммонийной, нитратной и нитритной формах. Стимулирует рост зеленых частей, наиболее важен на начальных стадиях развития растений.
Фосфор в почвах
Входит в состав органического вещества грунта, содержится в нем в виде солей фосфорной кислоты в соединении с железом, алюминием и кальцием. Из органики фосфор переходит в доступную для растений форму в процессе минерализации после переработки органических остатков микроорганизмами. Фосфор крайне необходим растениям и, прежде всего, для нормального развития корней и улучшения качества плодов.
Подробно про калий
Третий основной питательный элемент, включен в состав первичных и вторичных минералов, потому для культур малодоступен. В почвенном растворе калий находится в форме простых солей, на поверхности коллоидов – в обменном состоянии. Из почвенного раствора калий легко поступает в клетки растений через корни. Калий любят овощи, корнеплоды, картофель, табак, культурные травы.
Микроэлементы
В почве содержатся в небольших количествах, но они так же важны для нормального роста растений и развития. Их количество определяется тем, сколько заключается в породе. Микроэлементы находятся в гумусе, в составе первичных и вторичных минералов.
Необходимыми для растений считаются 20 минеральных элементов, каждый из них отвечает за физиологические процессы, происходящие в растениях, и становится строительным материалом для их тканей. Если какого-либо элемента недостает, растения хуже развиваются и замедляют рост, чаще болеют, плохо переносят холод и жару, резко снижают урожайность. То же самое наблюдается и при переизбытке питательных веществ. Содержание элементов должно быть сбалансировано, нельзя пренебрегать удобрениями, как и превышать рекомендуемую дозировку, чтобы не вызвать перекорм растений.
Источник
Химический состав почвы
Наиболее распространенными в почве являются следующие элементы: кислород (49 %), кремний (33 %), алюминий (7,13%), железо (3,80 %), углерод (2,0 %), кальций (1,37 %), калий (1,36 %), натрий (0,63 %), магний (0,63%), азот (0,10%).
Кроме того, в почве находится большая группа химических элементов, содержание которых невысокое (10-2–10-5 %), но они играют биологическую роль, это – бор, медь, марганец, цинк, кобальт, фтор и др.
По валовому химическому составу можно судить о направлении процессов почвообразования, Так, например, накопление кремнезема в верхних горизонтах, а железа и алюминия в средней части профиля свидетельствует о разрушении алюмосиликатов и выносе из верхних горизонтов подвижных продуктов разрушения.
Формы нахождения химических элементов в почве могут быть иными – в составе минералов, органического вещества, в форме гидроксндов и оксидов, солей, в составе почвенных коллоидов и др., а значит, доступность их растениям разная. Поэтому часто важно определить не валовое содержание элемента в почве, а его доступные растениям количества. С этой целью используют различные растворители (растворы солеслабых кислот, щелочей), в вытяжках которых и определяют содержание элементов питания растений. Таким образом, химический состав почвы можно рассматривать как показатель экологического состояния почвы. Часто это состояние оказывается неудовлетворительным с точки зрения минерального питания растений, земледелец оптимизирует эту экологическую функцию почвы с помощью внесения удобрений.
Культурные растения по-разному реагируют на один и тот же уровень содержания в почве доступных (легкорастворимых) элементов питания. Так, наиболее требовательными к пищевому режиму почвы являются овощные и плодово-ягодные культуры, менее требовательны яровые зерновые, лен, травы, промежуточное положение занимают пропашные – картофель, кукуруза.
Источник
3.3 Элементный и фазовый состав почв
Практически все процессы, протекающие в почвах, имеют сложный комплексный характер, что обусловлено спецификой почвы как природного тела. В числе химических особенностей почв можно назвать следующие.
Полихимизм.Почва содержит очень большой набор химических элементов и веществ, причем один и тот же элемент представлен, как правило, несколькими соединениями, а одно и тоже вещество может находиться в различных кристаллических или аморфных состояниях.
Гетерогенность и полидисперсность.Почва представляет собой многофазную систему с развитыми неоднородными поверхностями раздела, на которых происходят процессы сорбции и десорбции (включая хемосорбцию) органических и минеральных компонентов.
Органно-минеральные взаимодействия– одна из наиболее специфичных почвенных особенностей исущественная черта почвообразования. В почвах формируются не толькопростые и комплексные соли, но и сложные адсорбционные комплексы, состоящие из минералов и органических веществ.
Динамичность почвенных процессов.Для природных почв характерны суточная, сезонная, годичная и вековая динамика. Изменения происходят непрерывно, что заставляет трансформировать классические химические представления и понятия.
Пространственная неоднородность– неотъемлемое почвенное свойство, обусловленное исходной пространственной неоднородностью факторов почвообразования (первичная неоднородность); она может нарастать по мере развития почвообразовательного процесса (вторичная неоднородность).
Неравновесность состояний и термодинамическая необратимость процессов.Почва – открытая термодинамическая система, через которую непрерывно протекает поток энергии и вещества. Это не позволяет достичь равновесных состояний, что усугубляется и своеобразной кинетикой почвенно-химических процессов, в которых сочетаются и очень быстрые и крайне медленно протекающие реакции.
Основой понимания происходящих в почвах процессов является знание химического состава почв и его изменений при почвообразовании и использовании почвенного покрова. Химический состав почв характеризуется двумя показателями: элементным и фазовым (вещественным) составом.
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПОЧВ
Элементный состав почв – одна из основных химических характеристик почв, на которой базируется понимание свойств почв, их генезиса и плодородия. Без знания элементного состава почв глубокие почвенно-химические исследования невозможны.
Элементным составом почв называют набор и количественное соотношение химических элементов в почвенной массе.
Элементный состав отражает многие наиболее важные итоги почвообразовательного процесса.По элементному составу различают генетические горизонты почв: в частности перегнойно-аккумулятивные горизонты отличаются повышенным содержанием углерода, фосфора, азота; в элювиальных горизонтах повышено содержание кремния и понижено содержание многих других элементов; в иллювиальных горизонтах накапливаются железо, алюминий и ряд других элементов.
Элементный состав дает представление о потенциальном плодородии почв.Высокое содержание углерода органических соединений и азота обычно считают признаком плодородной почвы. Высокий уровень накопления хлора – показатель неблагоприятных для растений условий. Конечно, растениям доступна только часть находящихся в почве элементов питания. Элементы, входящие в кристаллические решетки алюмосиликатов, в состав труднорастворимых соединений или в состав негидролизуемых компонентов гумусовых веществ, становятся доступными растениям после их полной мобилизации, т.е. после полного или частичного разрушения исходной структуры и перехода элемента в форму растворимого соединения. Тем не менее валовое содержание, или запасы элемента, показывают, как долго та или иная почва потенциально может обеспечивать растения при условии полной мобилизации запасов.
Элементный состав – один из важнейших факторов, который обусловливает выбор методов химического и физико-химического анализа почв.
Почвы содержат практически все природные элементы периодической системы Д.И.Менделеева. По набору элементов и их количественному содержанию почвы существенно отличаются от живых организмов, минералов и горных пород. Живые организмы состоят главным образом из элементов-органогенов – углерода, азота, водорода, кислорода, фосфора, серы; так называемые минеральные компоненты входят в их состав в сравнительно небольших количествах. Индивидуальные минералы содержат, как правило, небольшой набор элементов.
В почвах практически все входящие в их состав элементы являются обязательными и необходимыми. Большой набор элементов – первая отличительная особенность почв. Вторая особенность заключается в сочетании высокого содержания углерода и кремни, что отражает взаимное влияние двух факторов почвообразования: растительного и животного мира, с оной стороны, и почвообразующих пород – с другой. Третья особенность — большой диапазон концентраций, охватывающий 4-5 порядков и даже достигающий 9-10 порядков.
Средний элементный состав некоторых важнейших почв приведен в таблице … Приведенные в таблице данные об элементном составе почв показывают усредненный состав метрового слоя почвы. Этот слой включает 2-3 (а иногда и больше) почвенных горизонтов.
По абсолютному содержанию в почвах все элементы могут быть объединены в несколько групп. В первую группу следует отнести кислород и кремний, содержание которых составляет десятки процентов. Вторая группа включает элементы, содержание которых в почве меняется от десятых долей до нескольких процентов: это Al,Fe,Ca,Mg,K,Na,C. Первые две группы – типичные макроэлементы. В третью группу входятTi,Mn,N,P,S,H, концентрации которых измеряются десятыми и сотыми долями %. Они составляют переходную группу. Микро- и ультрамикроэлементы содержатся в почвах в количестве 10 -3 …10 -10 %; к ним можно отнести все остальные элементы, встречающиеся в почвах:Ba,Sr,Cu,Crи т. д.
Почвы различного механического состава значительно отличаются друг от друга, особенно по содержанию Si,Al,Fe, щелочных и щелочноземельных металлов. В легких почвах повышена концентрация кремния – основную массу составляетSiО2. По сравнению со средним содержанием пород почвы обогащены С,N,P,S, т. е. биогенными элементами, накапливающимися в результате деятельности живых организмов.Si,Al,Fe,Mg,K,Naпрактически унаследованы почвами от почвообразующей породы.
ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ПОЧВ
Элементный состав почвы становится сравнительно малоинформативным, когда приходится решать вопрос о механизмах почвенных процессов и о тех законах, которым эти процессы подчиняются.
Почвообразование осуществляется в результате множества протекающих одновременно или последовательно процессов и химических реакций. Полной и достаточно стройной классификации этих процессов пока нет. В первом приближении почвенно-химические процессы можно подразделить на следующие большие группы:
— процессы трансформации органических и минеральных компонентов почвы;
— процессы переноса вещества;
— специфические сложные процессы формирования отдельных почвенных горизон- тов или почвенного профиля.
Процессы трансформацииобъединяют химические реакции разложения, синтеза и перестройки различных веществ, входящих в почвообразующую породу, в состав почвы или привносимых в почву извне. К ним относятся реакции выветривания (разложения) минералов и горных пород, идущие путем растворения. восстановления, гидролиза. В эту группу входят также процессы минерализации органического вещества, процессы гумификации, реакции образования и растворения осадков.
Процессы переноса вещества охватывают как внутрипочвенную миграцию вещества, так и миграцию с переносом вещества через границу почва – сопряженная среда (атмосфера, воды, породы). Частными видами процессов этой группы являются элювиирование, иллювиирование, аккумуляция и выщелачивание.
Процессы преобразования почвы и ее отдельных горизонтоввоспринимают как целостное специфическое явление, но состоящее из многих частных процессов и реакций. К ним можно отнести оглеение, оподзоливание и т.д.
Понимание всех этих процессов опирается уже не на элементный состава почвы. На ее вещественный (молекулярный) состав. В конкретных реакциях участвуют не атомы, а ионы и молекулы, и поэтому физико-химические свойства почв базируются на свойствах молекул. Молекулы разного типа могут входить в состав различных фаз и поэтому в неодинаковой степени участвовать в химических реакциях.
Фазой называют совокупность всех гомогенных частей системы, одинаковых во всех точках по составу и по всем физико-химическим свойствам и отграниченных о других частей системы некоторой видимой поверхностью (поверхностью раздела).
Почва представляет собой многофазную систему. Она состоит из твердых частиц, воды (почвенного раствора) и почвенного воздуха. Если почвенный раствор и почвенный воздух можно считать отдельными фазами почвы, то твердые частицы нельзя считать отдельной фазой. Общее число твердых фаз в почве может быть очень велико. Отдельные фазы составляют совокупности частиц кварца, слюд, обломков полевых шпатов или обломков кристаллов каолинита и т.д. Особыми фазами представлены скопления труднорастворимых или растворимых солей, оксидов, гидроксидов. Одинаковые по составу, но различные по кристаллическому строению вещества образуют отдельные фазы. Так, карбонат кальция CaCO3может быть представлен кристаллами кальцита или арагонита.
Фазовый состав почвы не тождествен вещественному составу почвы. Число фаз может быть больше числа веществ, составляющих почву (явление полиморфизма), и наоборот – число фаз может быть меньше числа составляющих веществ, например в почвенном растворе.
На долю твердых частиц приходится 40-65% объема почвы. Объем почвенного раствора может изменяться в широком диапазоне. До 35% объема почвы обычно занимает почвенный воздух. Для типичных почв характерно следующее соотношение объемов твердых частиц, жидкой и газообразной фаз:
Т : Ж : Г = 2 : 1 : 1.
95% твердых частиц типичной плодородной почвы состоят из неорганических соединений и 5% — из неорганических. Некоторые виды почв, например торфяные, содержат иногда более 95% органических соединений, тогда как в так называемых «бедных» почвах содержание органических веществ может быть менее 1%.
Почвенный раствор – это жидкая фаза почвы, существующая в природных условиях. Состав почвенного раствора меняется в очень широких пределах. В незасоленных почвах в почвенном растворе содержится от десятых долей до нескольких г/л, или примерно от 5-7 до 100-150 ммоль/л катионов и анионов. Наиболее типичными компонентами почвенных растворов, концентрации которых значительно превосходят концентрации других катионов и анионов являются катионы Ca 2+ ,Mg 2+ ,K + ,NH4 + ,Na + и анионыHCO3 — ,SO 2- ,NO3 — иCl — . При изменении влажности почвы концентрация отдельных ионов меняется по различным законам. Так, концентрации ионовNa + ,Cl — ,NO3 — возрастают пропорционально влажности почвы, а концентрация фосфат-иона, обусловленная произведением растворимости фосфатов, почти не изменяется.
Почвенный воздух отличается от атмосферного более высоким содержанием CO2(обычно от 0,1 до 2-3%), а в торфяных почвах на глубине 20-30 см концентрацияCO2достигает 10-12% об. Содержание кислорода в воздухе верхнего слоя почвы (толщиной 20 см) на 0,5-1,5% ниже его концентрации в атмосферном воздухе. В почвенном воздухе могут содержатьсяH2S,CH4,N2Oи органические летучие соединения (углеводороды, спирты. эфиры, альдегиды).
Источник