Химия почв. Учебник

В учебнике последовательно излагаются вопросы истории химии почв, ее использования в практике сельского хозяйства, химические свойства и состав главнейших типов почв, ведущие химические процессы и химические равновесия в почвах, фундаментальные законы ионообменной способности почв, формирования кислотности и щелочности, окислительно-восстановительных режимов. Изложены осиозь строения и формирования специфических гумусовых веществ и глинистых минералов. Рассматриваются прикладные проблемы химической мелиорации почв и охраны почв от техногенных нагрузок.

Химия почвы является разделом почвоведения, изучающим химические основы почвообразования и плодородия почв. Химические свойства почв и показатели химического состояния почв используются почвоведами всех направлений, независимо от их узкой специализации, для решений вопросов генезиса, классификации почв, бонитировки почв, при разработке мелиоративных мероприятий и рекомендаций по химизации земледелия. В последние годы исключительно актуальной стала новая задача — разработка теоретических основ и методов охраны почв от химического загрязнения. Решение практически всех задач химии почв основывается на использовании законов почвоведения, современной теоретической химии и инструментальных экспрессных методов химического исследования и анализа почв. В современной химии почв можно выделить четыре главных направления: учение о почвенной массе, химия почвообразовательных лроцессов, химические основы плодородия и аналитическая химия почв. Все эти направления освещены в настоящем учебнике, хотя из-за ограниченного объема многие положения обсуждаются только на отдельных примерах.В двух первых главах дан краткий очерк истории химии почвы и рассмотрены фундаментальные понятия об элементном и фазовом составах почвы. В последующих главах обсуждаются роль и функции отдельных элементов и их соединений в формировании свойств почв и их генезисе. Химические элементы рассматриваются последовательно в •соответствии с их положением в периодической системе Д. И. Менделеева. Специфические свойства почв, такие как ионообменная способность, почвенная кислотность, окислительно-восстановительный потенциал, гумусное состояние и др., обсуждаются после той группы химических элементов, которая играет наиболее важную роль в проявлении данного свойства. Такое расположение материала позволяет более четко выявить функции элементов каждой группы и связать их с общими химическими свойствами элементов.Следует обратить внимание, что формы соединений химических элементов и химическая характеристика почв даются преимущественно на примере почв бореальных, суббореальных и некоторых субтропических поясов; почвы полярных и тропических поясов почти не затрагиваются, хотя общие закономерности химии почв могут быть распространены и на эти почвы.В основу учебника положен курс лекций, который автор читает много лет на факультете почвоведения Московского университета. Настоящий учебник может быть также использован как учебное пособие для студентов ряда специальностей географических и биологических факультетов университетов, почвенно-агрохимических факультетов сельскохозяйственных вузов, а также для аспирантов и слушателей ФПК. Автор глубоко благодарит за ценные советы и замечания при подготовке рукописи профессора С. В Зонна, профессора А. Д. Фокина, профессора В. И. Савича, профессора Т. А. Соколову, доцента Л. А. Воробьеву. Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры химии почв факультета почвоведения МГУ, оказавшим неоценимую помощь при подготовке рукописи к печати: Я. М. Аммосовой, О. Н. Бирюковой,, Г. И. Глебовой, Е. И. Горшковой, М. И. Зарубовой, Е. Ю. Милановско-му, Г. В. Мотузовой, Н. Н. Осиповой, Н. И. Сухановой, а также студентам М. Вечерской и С. Орлову.

Источник

Д.С. Орлов — Химия почв

Описание файла

PDF-файл из архива «Д.С. Орлов — Химия почв», который расположен в категории «книги и методические указания». Всё это находится в предмете «методы разделения и концентрирования» из третьего семестра, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. .

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст из PDF

д. с. ОРЛОВ ХИМИЯПОЧВДопущено Министерством высше­го и среднего специального обра­зования СССР в качестве учеб­ника для студентов высших учеб­ных заведений, обучающихся поспециальности «Агрохимия и почвоведение>ИЗДАТЕЛЬСТВОмосковскогоУНИВЕРСИТЕТА1985УДК 631.Орлов Д. С. Химия почв: Учебник. — М.: Изд-во Моск.

ун-та, 1985. — 376 с.ил.В учебнике последовательно излагаются вопросы истории химии почв, ее ис­пользования в практике сельского хозяйства, химические свойства и состав глав­нейших типов почв, ведущие химические процессы и химические равновесия в поч­вах, фундаментальные законы ионообменной способности почв, формирования кислот­ности и щелочности, окислительно-восстановительных режимов.Изложены оснозы»строения и формирования специфических гумусовых веществ и глинистых минера­лов.

Рассматриваются прикладные проблемы химической мелиорации почв и охра­ны почв от техногенных нагрузок.Рецензенты:доктор географических наук С. В. Зонн;кафедра почвоведения ТСХА(зав. кафедрой академик ВАСХНИЛ Н. П. Панов)ДмитрийСергеевичОрловхимия почвЗав. редакцией Н. М. Г л а з к о в аРедактор Н. А. Ж у кПереплет художника В. Б. Г о р д о н аХудожественный редактор М.

Ф. Е в с т а ф и е в аТехнические редакторы Е. Д. З а х а р о в а , К. С. Ч и с т я к о в аКорректоры Н. В. К а р т ы ш е в а , С. Ф. Б у д а е в аИБ Кя 2118Сдано в набор 20.11.84. Подписано в печать 10.11.85. Л-104458. Формат 70X100/16. Бумага тип. № 1.Гарнитура литературная. Высокая печать. Усл. печ. л. 30,55. Уч.-изд.

л. 31,21. Тираж 4400 экз..Заказ 562. Цена 1 р. 40 к. Изд. Ki 3215Ордена «Знак Почета» издательство Московского университета. 103009, Москва, ул. Герцена, 5/7.Типография ордена «Знак Почета» изд-ва МГУ. 119899, Москва, Ленинские горыО3802020000— 161077(02)—85172—85© Издательство Московского университета, 1985 г„ОТ А В Т О Р АХимия почвы является разделом почвоведения, изучающим хими­ческие основы почвообразования и плодородия почв.

Химические свой­ства почв и показатели химического состояния почв используются поч­воведами всех направлений, независимо от их узкой специализации,для решений вопросов генезиса, классификации почв, бонитировки почв,при разработке мелиоративных мероприятий и рекомендаций по хими­зации земледелия. В последние годы исключительно актуальной сталановая задача — разработка теоретических основ и методов охраны почв•от химического загрязнения. Решение практически всех задач химиипочв основывается на использовании законов почвоведения, современ­ной теоретической химии и инструментальных экспрессных методов хи­мического исследования и анализа почв.В современной химии почв можно выделить четыре главных на­правления: учение о почвенной массе, химия почвообразовательныхлроцессов, химические основы плодородия и аналитическая химия почв.Все эти направления освещены в настоящем учебнике, хотя из-за ог­раниченного объема многие положения обсуждаются только на отдель­ных примерах.В двух первых главах дан краткий очерк истории химии почвы ирассмотрены фундаментальные понятия об элементном и фазовом со­ставах почвы.

В последующих главах обсуждаются роль и функцииотдельных элементов и их соединений в формировании свойств почв иих генезисе. Химические элементы рассматриваются последовательно в•соответствии с их положением в периодической системе Д. И. Менде­леева. Специфические свойства почв, такие как ионообменная способ­ность, почвенная кислотность, окислительно-восстановительный потен­циал, гумусное состояние и др., обсуждаются после той группы хими­ческих элементов, которая играет наиболее важную роль в проявле­нии данного свойства. Такое расположение материала позволяет бо­лее четко выявить функции элементов каждой группы и связать их собщими химическими свойствами элементов.Следует обратить внимание, что формы соединений химическихэлементов и химическая характеристика почв даются преимущественнона примере почв бореальных, суббореальных и некоторых субтропиче­ских поясов; почвы полярных и тропических поясов почти не затраги­ваются, хотя общие закономерности химии почв могут быть распрост­ранены и на эти почвы.В основу учебника положен курс лекций, который автор читаетмного лет на факультете почвоведения Московского университета.

На­стоящий учебник может быть также использован как учебное пособие3для студентов ряда специальностей географических и биологическихфакультетов университетов, почвенно-агрохимических факультетов сель­скохозяйственных вузов, а также для аспирантов и слушателей ФПК.Автор глубоко благодарит за ценные советы и замечания при под­готовке рукописи профессора С. В Зонна, профессора А. Д.

Фокина,профессора В. И. Савича, профессора Т. А. Соколову, доцента Л. А. Во­робьеву. Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры химиипочв факультета почвоведения МГУ, оказавшим неоценимую помощьпри подготовке рукописи к печати: Я. М. Аммосовой, О. Н. Бирюковой,,Г. И. Глебовой, Е. И. Горшковой, М. И. Зарубовой, Е. Ю. Милановскому, Г. В. Мотузовой, Н. Н.

Осиповой, Н. И. Сухановой, а также студен­там М. Вечерской и С. Орлову.ГЛАВА 1КРАТКИЙ ОЧЕРК ИСТОРИИИ ЗАДАЧИ ХИМИИ ПОЧВЗнакомство с историей науки позволяет понять диалектику ее раз­вития, оценить причины успехов и неудач, выявить движущие силы, еесвязь с развитием общества в целом.

Изучение прошлого необходимодля понимания настоящего; как отмечал В. И. Вернадский, именно встаром таятся и подготавливаются элементы нового, часто проявляю­щиеся сразу и внезапно. Ближайшую и дальние перспективы развитиянауки легче увидеть и, следовательно, легче ее правильно планировать,когда известны закономерности, определявшие движение науки в прош­лом; сколько ошибок и ненужных повторений можно было бы избежатьна той же основе.Полная история химии почв еще не написана, и ниже освещенытолько главные этапы ее развития.Развитие химии почв, как и многих наук, началось в глубокомпрошлом. Первый этап — по сути предыстория химии почв — заклю­чался в накоплении коллективного опыта, знаний об особенностях почв,их свойствах по мере развития сельскохозяйственного производства.Среди большого набора свойств почв, которые еще земледельцы древ­ности различали и учитывали, отчетливо прослеживаются и те, которыев настоящее время мы называем химическими свойствами.

В практикеземледелия применялись и химические средства улучшения почв. Ве­дущий почвовед-историограф И. А. Крупеников приводит данные отом, что еще в начале II тыс. до н. э. в Ассирии, Вавилоне, Шумере при­менялись способы борьбы с вторичным засолением почв. Примерно втот же период народы Центральной Америки использовали мергель,снижавший кислотность почвы. Засоленные почвы были хорошо извест­ны земледельцам и философам античного Рима. П.

Вергилий (70—19 гг. до н. э.) в знаменитой поэме о земледелии, садоводстве, ското­водстве и пчеловодстве «Георгики» писал: «Почва соленая есть, онаназывается «горькой». Нехороша для хлебов (она не смягчается вспаш­кой)», и даже описал способ определения солености почвы по вкусуводной вытяжки (цит. по Крупеникову, 1981). Древнегреческий бота­ник Феофраст (примерно 372—287 гг. до н. э.) наряду с глинистыми,песчаными и т.

п. выделяет также соленые почвы.Хорошо известна была и способность почв поглощать и удерживатьразличные химические вещества, получившая впоследствии названиепоглотительной способности почв. Об опреснении морской воды послеее соприкосновения с почвой писал древнегреческий философ Аристо­тель (384—322 гг. до н.

э.), а позже очень образно охарактеризовал5это явление в поэме «О природе вещей» римский философ-материалистТит Лукреций Кар (99—55 гг. до н. э.):«Влага морская становится сладкой и пресной по вкусуТам, где сквозь толщу земли проникает она в водоемы,Там под землей свои горькие части вода оставляет,Так как последним легко зацепиться в неровности почвы».Конечно, это описание выглядит сейчас несколько наивным, но ес­ли мысль Тита Лукреция Кара выразить современными терминами, тоокажется, что она неплохо выражает существующие представления омеханизме ионного обмена.

Ионообменная способность почв реальноиспользовалась жителями северо-западной Африки для опресненияморской воды.В земледельческой практике издавна различали кислые почвы иумели улучшать их качество. Мел, мергель и карбонатную глину в Анг­лии использовали в качестве удобрений более 2000 лет назад, а первыедокументальные упоминания об известковании почв на Британских ост­ровах встречаются в «Естественной истории» римского писателя и на­туралиста Плиния Старшего (24—79 гг.). Он описал шесть типов мер­геля, использование которых должно соответствовать особенностямпочвы. Песчаный мергель он рекомендует для влажных почв, «жирный»мергель — для сухих и упоминает о необходимости одновременноговнесения навоза. Сохранились старые законы и арендные договорыXII—XIII вв., которые регламентируют условия добывания и примене­ния мергеля в сельском хозяйстве Англии.

Известкованию придавализначение и в других странах. Эдикт императора Италии Карла Лысо­го (824 г.) запрещал крестьянам отказываться возить мергель на поля(Крупенников, 1981).В XV—XVI вв. начинают формироваться более определенные пред­ставления о химических свойствах почв, появляется сельскохозяйствен­ная литература, в которой делаются попытки систематизации накоплен­ных знаний и приводятся сведения о первых экспериментах по изуче­нию химических свойств почв. В 1580 г.

во Франции вышла книгаБ. Палисси «Как находить и распознавать землю, называемую мерге­лем», в которой не только описаны разные типы мергелей и их место­рождения, но приведены инструкции по разведке месторождений, до­быче мергеля и внесения на поля. Заметный вклад в изучение почвывнес английский философ-материалист и государственный деятельФ. Бэкон (1561—1626), которого К- Маркс назвал родоначальникоманглийского материализма и всей опытной науки новейшего времени.Опираясь на народный опыт, Ф. Бэкон поставил специальные опыты идобился опреснения морской воды, пропустив ее через 20 сосудов с поч­вой. Как отмечает И. А.

Крупенников, это было первое эксперименталь­ное исследование поглотительной способности почв.Развитие химии почв в XVIII—XIX вв.Начало систематических исследований химических свойств почвы исоставляющих ее веществ относится к XVIII в. Многие исследованияконца XVIII — начала XIX в. оказали решающее влияние на ход даль­нейшего развития науки. Главное значение имели исследования трехважнейших проблем: 1) почвенного гумуса; 2) поглотительной способ­ности почв; 3) теории минерального питания растений.В числе важнейших следует назвать работу Ф. Ахарда (1786), ко­торый действием раствора щелочи на почву и на торф получил темно6бурый раствор.

Источник

«ИЗДАТЕЛЬСТВО московского УНИВЕРСИТЕТА УДК 631. Орлов Д. С. Химия почв: Учебник. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. — 376 с. ил. В учебнике последовательно излагаются вопросы истории химии . »

д. с. ОРЛОВ ХИМИЯ

Допущено Министерством высше­

го и среднего специального обра­

зования СССР в качестве учеб­

ника для студентов высших учеб­

ных заведений, обучающихся по

специальности «Агрохимия и почвоведение

ИЗДАТЕЛЬСТВО

УНИВЕРСИТЕТА

Орлов Д. С. Химия почв: Учебник. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. — 376 с.

В учебнике последовательно излагаются вопросы истории химии почв, ее ис­ пользования в практике сельского хозяйства, химические свойства и состав глав­ нейших типов почв, ведущие химические процессы и химические равновесия в поч­ вах, фундаментальные законы ионообменной способности почв, формирования кислот­ ности и щелочности, окислительно-восстановительных режимов. Изложены оснозы»

строения и формирования специфических гумусовых веществ и глинистых минера­ лов. Рассматриваются прикладные проблемы химической мелиорации почв и охра­ ны почв от техногенных нагрузок.

Рецензенты:

доктор географических наук С. В. Зонн;

кафедра почвоведения ТСХА (зав. кафедрой академик ВАСХНИЛ Н. П. Панов) Дмитрий Сергеевич Орлов химия почв Зав. редакцией Н. М. Г л а з к о в а Редактор Н. А. Ж у к Переплет художника В. Б. Г о р д о н а Художественный редактор М. Ф. Е в с т а ф и е в а Технические редакторы Е. Д. З а х а р о в а, К. С. Ч и с т я к о в а Корректоры Н. В. К а р т ы ш е в а, С. Ф. Б у д а е в а ИБ Кя 211 Сдано в набор 20.11.84. Подписано в печать 10.11.85. Л-104458. Формат 70X100/16. Бумага тип. № 1.

Гарнитура литературная. Высокая печать. Усл. печ. л. 30,55. Уч.-изд. л. 31,21. Тираж 4400 экз..

Заказ 562. Цена 1 р.

40 к. Изд. Ki 3215 Ордена «Знак Почета» издательство Московского университета. 103009, Москва, ул. Герцена, 5/7.

Типография ордена «Знак Почета» изд-ва МГУ. 119899, Москва, Ленинские горы 3802020000— 161 О 172—85 077(02)—85 © Издательство Московского университета, 1985 г„

ОТ А В Т О Р А

Химия почвы является разделом почвоведения, изучающим хими­ ческие основы почвообразования и плодородия почв. Химические свой­ ства почв и показатели химического состояния почв используются поч­ воведами всех направлений, независимо от их узкой специализации, для решений вопросов генезиса, классификации почв, бонитировки почв, при разработке мелиоративных мероприятий ирекомендаций по хими­ зации земледелия. В последние годы исключительно актуальной стала новая задача — разработка теоретических основ и методов охраны почв

•от химического загрязнения. Решение практически всех задач химии почв основывается на использовании законов почвоведения, современ­ ной теоретической химии и инструментальных экспрессных методов хи­ мического исследования и анализа почв.

В современной химии почв можно выделить четыре главных на­ правления: учение о почвенной массе, химия почвообразовательных лроцессов, химические основы плодородия и аналитическая химия почв.

Все эти направления освещены в настоящем учебнике, хотя из-за ог­ раниченного объема многие положения обсуждаются только на отдель­ ных примерах.

В двух первых главах дан краткий очерк истории химии почвы и рассмотрены фундаментальные понятия об элементном и фазовом со­ ставах почвы. В последующих главах обсуждаются роль и функции отдельных элементов и их соединений в формировании свойств почв и их генезисе. Химические элементы рассматриваются последовательно в

•соответствии с их положением в периодической системе Д. И. Менде­ леева. Специфические свойства почв, такие как ионообменная способ­ ность, почвенная кислотность, окислительно-восстановительный потен­ циал, гумусное состояние и др., обсуждаются после той группы хими­ ческих элементов, которая играет наиболее важную роль в проявле­ нии данного свойства. Такое расположение материала позволяет бо­ лее четко выявить функции элементов каждой группы и связать их с общими химическими свойствами элементов.

Следует обратить внимание, что формы соединений химических элементов и химическая характеристика почв даются преимущественно на примере почв бореальных, суббореальных и некоторых субтропиче­ ских поясов; почвы полярных и тропических поясов почти не затраги­ ваются, хотя общие закономерности химии почв могут быть распрост­ ранены и на эти почвы.

В основу учебника положен курс лекций, который автор читает много лет на факультете почвоведения Московского университета. На­ стоящий учебник может быть также использован как учебное пособие для студентов ряда специальностей географических и биологических факультетов университетов, почвенно-агрохимических факультетов сель­ скохозяйственных вузов, а также для аспирантов и слушателей ФПК.

Автор глубоко благодарит за ценные советы и замечания при под­ готовке рукописи профессора С. В Зонна, профессора А. Д. Фокина, профессора В. И. Савича, профессора Т. А. Соколову, доцента Л. А. Во­ робьеву. Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры химии почв факультета почвоведения МГУ, оказавшим неоценимую помощь при подготовке рукописи к печати: Я. М. Аммосовой, О. Н. Бирюковой,, Г. И. Глебовой, Е. И. Горшковой, М. И. Зарубовой, Е. Ю. Милановскому, Г. В. Мотузовой, Н. Н. Осиповой, Н. И. Сухановой, а также студен­ там М. Вечерской и С. Орлову.

КРАТКИЙ ОЧЕРК ИСТОРИИ

И ЗАДАЧИ ХИМИИ ПОЧВ

Знакомство с историей науки позволяет понять диалектику ее раз­ вития, оценить причины успехов и неудач, выявить движущие силы, ее связь с развитием общества в целом. Изучение прошлого необходимо для понимания настоящего; как отмечал В. И. Вернадский, именно в старом таятся и подготавливаются элементы нового, часто проявляю­ щиеся сразу и внезапно. Ближайшую и дальние перспективы развития науки легче увидеть и, следовательно, легче ее правильно планировать, когда известны закономерности, определявшие движение науки в прош­ лом; сколько ошибок и ненужных повторений можно было бы избежать на той же основе.

Полная история химии почв еще не написана, и ниже освещены только главные этапы ее развития.

Развитие химии почв, как и многих наук, началось в глубоком прошлом. Первый этап — по сути предыстория химии почв — заклю­ чался в накоплении коллективного опыта, знаний об особенностях почв, их свойствах по мере развития сельскохозяйственного производства.

Среди большого набора свойств почв, которые еще земледельцы древ­ ности различали и учитывали, отчетливо прослеживаются и те, которые в настоящее время мы называем химическими свойствами. В практике земледелия применялись и химические средства улучшения почв. Ве­ дущий почвовед-историограф И. А. Крупеников приводит данные о том, что еще в начале II тыс. до н. э. в Ассирии, Вавилоне, Шумере при­ менялись способы борьбы с вторичным засолением почв. Примерно в тот же период народы Центральной Америки использовали мергель, снижавший кислотность почвы. Засоленные почвы были хорошо извест­ ны земледельцам и философам античного Рима. П. Вергилий (70— 19 гг. до н. э.) в знаменитой поэме о земледелии, садоводстве, ското­ водстве и пчеловодстве «Георгики» писал: «Почва соленая есть, она называется «горькой». Нехороша для хлебов (она не смягчается вспаш­ кой)», и даже описал способ определения солености почвы по вкусу водной вытяжки (цит. по Крупеникову, 1981). Древнегреческий бота­ ник Феофраст (примерно 372—287 гг. до н. э.) наряду с глинистыми, песчаными и т. п. выделяет также соленые почвы.

Хорошо известна была и способность почв поглощать и удерживать различные химические вещества, получившая впоследствии название поглотительной способности почв. Об опреснении морской воды после ее соприкосновения с почвой писал древнегреческий философ Аристо­ тель (384—322 гг. до н. э.), а позже очень образно охарактеризовал это явление в поэме «О природе вещей» римский философ-материалист

Тит Лукреций Кар (99—55 гг. до н. э.):

«Влага морская становится сладкой и пресной по вкусу Там, где сквозь толщу земли проникает она в водоемы, Там под землей свои горькие части вода оставляет, Так как последним легко зацепиться в неровности почвы».

Конечно, это описание выглядит сейчас несколько наивным, но ес­ ли мысль Тита Лукреция Кара выразить современными терминами, то окажется, что она неплохо выражает существующие представления о механизме ионного обмена. Ионообменная способность почв реально использовалась жителями северо-западной Африки для опреснения морской воды.

В земледельческой практике издавна различали кислые почвы и умели улучшать их качество. Мел, мергель и карбонатную глину в Анг­ лии использовали в качестве удобрений более 2000 лет назад, а первые документальные упоминания об известковании почв на Британских ост­ ровах встречаются в «Естественной истории» римского писателя и на­ туралиста Плиния Старшего (24—79 гг.). Он описал шесть типов мер­ геля, использование которых должно соответствовать особенностям почвы. Песчаный мергель он рекомендует для влажных почв, «жирный»

мергель — для сухих и упоминает о необходимости одновременного внесения навоза. Сохранились старые законы и арендные договоры XII—XIII вв., которые регламентируют условия добывания и примене­ ния мергеля в сельском хозяйстве Англии. Известкованию придавали значение и в других странах. Эдикт императора Италии Карла Лысо­ го (824 г.) запрещал крестьянам отказываться возить мергель на поля (Крупенников, 1981).

В XV—XVI вв. начинают формироваться более определенные пред­ ставления о химических свойствах почв, появляется сельскохозяйствен­ ная литература, в которой делаются попытки систематизации накоплен­ ных знаний и приводятся сведения о первых экспериментах по изуче­ нию химических свойств почв. В 1580 г. во Франции вышла книга Б. Палисси «Как находить и распознавать землю, называемую мерге­ лем», в которой не только описаны разные типы мергелей и их место­ рождения, но приведены инструкции по разведке месторождений, до­ быче мергеля и внесения на поля. Заметный вклад в изучение почвы внес английский философ-материалист и государственный деятель Ф. Бэкон (1561—1626), которого К- Маркс назвал родоначальником английского материализма и всей опытной науки новейшего времени.

Опираясь на народный опыт, Ф. Бэкон поставил специальные опыты и добился опреснения морской воды, пропустив ее через 20 сосудов с поч­ вой. Как отмечает И. А. Крупенников, это было первое эксперименталь­ ное исследование поглотительной способности почв.

Развитие химии почв в XVIII—XIX вв.

Начало систематических исследований химических свойств почвы и составляющих ее веществ относится к XVIII в. Многие исследования конца XVIII — начала XIX в. оказали решающее влияние на ход даль­ нейшего развития науки. Главное значение имели исследования трех важнейших проблем: 1) почвенного гумуса; 2) поглотительной способ­ ности почв; 3) теории минерального питания растений.

В числе важнейших следует назвать работу Ф. Ахарда (1786), ко­ торый действием раствора щелочи на почву и на торф получил темнобурый раствор. Прибавление к щелочному экстракту серной кислоты вызвало выпадение темного, почти черного, осадка. Это вещество поз­ же получило название гуминовой кислоты, а способ ее выделения, ис­ пользованный Ахардом, с некоторыми модификациями сохранился до наших дней. Десятью годами позже Л. Вокелен выделил аналогичное вещество из ствола старого вяза, из щелочного экстракта камеди, вы­ деленной старым вязом. Т. Томсон в 1807 г. назвал это вещество уль^ мином (от ulmus — вяз).

Постановка экспериментальных работ по выделению и анализу специфических темноокрашенных органических веществ из почвы в той или иной мере была связана с гумусовой теорией питания растений, ко­ торую очень четко сформулировал шведский ученый И. Валлериус в книге «Основы сельскохозяйственной химии» (1761). Он считал, что главным питательным веществом для растений является гумус, тогда как прочие составные части почвы только создают благоприятные ус­ ловия для поглощения гумуса растениями. Эту теорию сформулировал и широко пропагандировал профессор Берлинского университета А. Тэер (1752—1828), но после исследований Ж. Б. Буссенго во Фран­ ции и Ю. Либиха в Германии возможность прямого усвоения растения­ ми сложных органических веществ почвы была практически отвергну­ та агрохимиками, хотя в середине XX в. эта проблема вновь приобре­ тает дискуссионный характер. Исследования 60—70-х гг. XX в. с при­ менением гумусовых веществ, меченых 14С, подтвердили возможность поступления высокомолекулярных гумусовых кислот в растения через корневые системы, хотя размеры такого поступления и его реальная роль в естественных или агробиоценозах остаются невыясненными.

Исследования Ахарда и его современников имели не только агроно­ мическое, но и самостоятельное почвенно-химическое значение. Уже с начала XIX в. появляется целая серия экспериментальных исследова­ ний своеобразных, не известных в то время, органических соединений — гумусовых кислот, которые извлекали из почв или природных вод.

Подробные исследования состава, растворимости, взаимодействия гумусовых кислот с солями и аммиаком были выполнены И. Дёберейнером (1822), К- Шпренгелем (1826), й. Я. Берцелиусом (1833), а в период с 1840 до 1860 г. — Г. Мульдером и русским исследователем Р. Германом. Одновременно делаются попытки получения искусствен­ ных гуминовых кислот (Булле, Малагути и др.).

Следует подчеркнуть, что в XVIII и XIX вв. вопросы сельскохозяй­ ственной химии, и химии почв в частности, находились в центре внима­ ния многих великих химиков. В их числе был Й. Я- Берцелиус, детально исследовавший свойства гумусовых кислот.

Йене Якоб Берцелиус (1779—1848), великий шведский ученый, был одним из лучших химиков своего времени. Он был членом многих ака­ демий, в том числе иностранным членом Петербургской Академии наук.

Берцелиус создал электрохимическую теорию химических соединений, с высокой точностью определил атомные веса около 50 элементов, под­ твердил закон постоянных и кратных отношений, создал таблицу атом­ ных масс, открыл ряд новых элементов, разработал новые методы ана­ лиза и оборудование для химических работ (промывалка, химические стаканы и др.). Им была создана номенклатура, предложены символы химических элементов и способы начертания химических формул, ис­ пользуемые с небольшими изменениями и до настоящего времени. Для химии почв наибольший интерес представляют его исследования мине­ ралов. Берцелиус впервые ввел термин «силикаты» для кремнийсодержащих минералов и установил, что соотношение окислов металлов и кремния в силикатах различное и составляет 1:1, 1 :2 и 1:3. Это позво­ лило разделить силикаты на три большие группы. Разработанный им способ выражения состава минералов по числу входящих в них окис­ лов не утратил своего значения и теперь. Второе важнейшее для поч­ воведения направление в работах Берцелиуса — изучение гумусовых кислот. Из природных вод он выделил два новых вещества и предло­ жил для них названия «креновая» и «апокреновая» кислоты, а из раз­ лагающейся древесины выделил гуминовую кислоту. В «Учебнике хи­ мии» (1839) Берцелиус отводит большой раздел химии гумусовых ве­ ществ. Он рассматривает процессы превращения растительных остат­ ков в перегной, описывает свойства выделенных им гумусовых кислот и их соединений с калием, натрием, аммонием, барием, кальцием, маг­ нием, глиноземом, марганцем, железом, свинцом, медью, ртутью, сереб­ ром. В современных учебниках химии важнейшему классу природных органических соединений — гумусовым кислотам —не уделяется, к со­ жалению, практически никакого внимания.

Второй важнейший этап в развитии экспериментальной химии почв связан с изучением явления катионообменной способности почв. Анг­ лийский фермер Г. С. Томпсон установил, что если промывать колонку с почвой, к которой предварительно добавлен (NH 4 )S0 4, водой, то в вытекающем из колонки растворе появляется CaS0 4. Результаты опы­ тов были опубликованы в 1850 г. Одновременно Томпсон сообщил о своих опытах химику Королевского сельскохозяйственного общества Дж. Т. Уэю, который немедленно развернул экспериментальные иссле­ дования и в 1850 и 1852 гг. опубликовал полученные результаты. Уэй сделал следующие важнейшие выводы.

1. Катионы Na+, K+, NH4+, добавленные к почве в виде солей силь­ ных кислот, поглощаются почвой, и вместо них в растворе появляются эквивалентные количества кальциевых солей, т. е. происходит реакция, описываемая уравнением:

2. Катионы в виде гидроксидов или карбонатов поглощаются поч­ вой полностью без вытеснения из почвы кальция или анионов.

3. Кальциевые соли сильных кислот (нитраты, хлориды и суль­ фаты) почвой не поглощаются.

4. Поглощение катионов осуществляется глинистыми частицами почвы, тогда как песок и органическое вещество не играют существен­ ной роли.

5. Нагревание почвы или обработка ее кислотой нарушают способ­ ность почвы поглощать катионы.

6. Поглощение происходит очень быстро, практически мгновенно.

7. Увеличение концентрации добавленной соли повышает количе­ ство поглощенных почвой катионов.

8. Поглощение катионов происходит необратимо.

9. Почвы способны поглощать фосфаты.

Далеко не все выводы Уэя были впоследствии подтверждены; яв­ но ошибочным было заключение о роли органического вещества, о не­ способности почвы поглощать кальций. В реакциях обмена, очевидно, участвовали ионы водорода, что могло создать впечатление о полном поглощении карбонатов и гидроксидов без сопутствующей обменной реакции. Несмотря на это, основные положения остаются справедливы­ ми и в наши дни, а выполненные Томпсоном и Уэем эксперименты по­ служили отправной точкой для развития нового научного направления, которое в настоящее время представлено не только учением о поглотительной способности почвы, но и широким применением в различных отраслях науки и производства методов и технологических процессов с применением ионообменников. Значение работ Уэя для последующего развития науки оказалось столь большим, что профессор университета штата Кентукки (США) Г. Томас назвал его «отцом химии почв».

Открытие ионного обмена в почвах не сразу и далеко не полностью было оценено современниками. Даже такой опытный и эрудированный химик, как Ю. Либих, отказался признать эксперименты правильными, а затем потребовалось около 30 лет для того, чтобы сделать новый шаг в изучении закономерностей обмена. Только в период 1877—1888 гг.

Ван Беммелен показал, что и другие катионы, кроме Са2+, могут быть вытеснены из почв растворами солей.

Якоб-Мартен ван Беммелен (1830—1911) — знаменитый голланд­ ский химик, один из основателей учения об адсорбции. Он провел об­ ширные исследования химии природных тел, изучал почвы и природ­ ные воды. Особое значение в формировании поглотительной способно­ сти почв Беммелен придавал физическому состоянию почвенного мел­ козема, опираясь на свойства коллоидных систем вообще. В почвах, по его мнению, содержатся коллоидные аморфные вещества, которые дают соединения переменного состава, не подчиняющиеся стехиометрическим законам. Такого рода соединения он назвал «адсорбционными соеди­ нениями». В качестве конкретных носителей поглотительной способно­ сти почв Беммелен указывал на цеолитоподобные силикаты, коллоид­ ную кремнекислоту, гидроокиси железа, гумус, остатки организмов.

К началу XIX в. относится и развитие представлений о кислотноосновных свойствах почв. В 1813 г. вышла книга крупнейшего англий­ ского химика Гемфри Дэви (1778—1829), впоследствии президента Лондонского Королевского общества, «Основы сельскохозяйственной хи­ мии». В этой книге подчеркивалась особая роль извести, которая, по Дэви, растворяет твердый растительный материал и тем самым улуч­ шает условия питания растений и способствует созданию хорошей структуры почвы. Он предложил метод определения карбоната кальция в почве путем обработки почвы кислотой и последующего определения в кислотной вытяжке кальция (методом осаждения) или по объему вы­ делившейся двуокиси углерода. Американский исследователь Э. Руффин попытался применить метод Дэви к американским почвам и в ре­ зультате специальных опытов пришел к выводу, что задача известко­ вания заключается в нейтрализации почвенной кислотности. Книга Руффина «Этюды об известковых удобрениях» вышла в 1832 г., но толь­ ко к началу XX в. были продолжены исследования почвенной кислот­ ности.

Развитие третьего направления в химии почв — теории минераль­ ного питания растений — связано с именем Ю. Либиха. Юстус фон Ли­ бих (1803—1873) сыграл очень большую роль в развитии теоретиче­ ской и экспериментальной химии почв. Интересы Либиха были весьма разносторонними; его часто относят к специалистам в области органи­ ческой химии, и считается, что его вклад в развитие органической хи­ мии сравним лишь со значением работ Берцелиуса в неорганической хи­ мии. Вместе с тем трудно переоценить значение его работ для разви­ тия физиологической химии, биохимии и агрохимии. Либих провел мно­ гочисленные анализы растений и опыты по влиянию калийных и фос­ фатных солей на развитие культурных растений на песчаной почве.

В книге «Органическая химия в приложении к земледелию и физиоло­ гии» 1840 он показал, что растения нуждаются не только в углероде, кислороде, водороде и азоте, но также в фосфоре, калии, кальции, сере, магнии, железе и даже кремнии. Изучая вопросы агрохимии, Либих не ограничился только решением теоретических вопросов, но на основе расплавов карбоната калия и натрия приготовил искусственное удоб­ рение. Первые фабричные удобрения, правда, оказались не эффектив­ ными. Было бы неверно, однако, сводить значение трудов Либиха в об­ ласти агрономической химии только к проблеме минерального питания растений и внесения удобрений. Работы Либиха повлияли на последу­ ющее развитие проблем доступности элементов минерального питания растениям, их подвижности в почвах и, как следствие, проблемы хими­ ческих равновесий минеральных компонентов в системе почва — поч­ венный раствор.

Работы по химии почв в России в XVIII—XIX вв.

В России уже к XV в. был накоплен большой народный опыт в оценке свойств почв, и в материалах XV—XVII вв. можно найти нема­ ло рекомендаций по органическим удобрениям; упоминаются такие поч­ вы, как солончаки, соленые озера. Стоит сказать и о том, что в Древ­ ней Руси накопленные в области земледелия знания систематизирова­ лись и фиксировались. Известен, в частности, сельскохозяйственный ка­ лендарь IV в. — глиняный кувшин, на поверхности которого пиктогра­ фическим способом нанесены основные этапы сельскохозяйственных ра­ бот и благоприятные для них погодные условия.

Быстрым развитием знаний о свойствах почв характеризуется Рос­ сия XVIII в., когда издаются сочинения М. И. Афонина, И. И. Комова, А. Т. Болотова, В. Н. Татищева, А. Н. Радищева и др. Особенная роль в изучении почв принадлежит, как известно, М. В. Ломоносову (1711— 1765), который ввел в научную литературу термин «чернозем», исполь­ зуя его не только для обозначения определенных почв, но и как сино­ ним термина «перегной». М. В. Ломоносов дал объяснение образова­ нию перегноя и обрисовал условия его накопления; наряду с органиче­ ским веществом почв он уделял внимание соленонакоплению в почвах и влиянию солей на плодородие. В 1755 г. был открыт Московский уни­ верситет, созданный по замыслу и плану М. В. Ломоносова; видимо, не случайно начало почвенно-агрономических исследований в Московском университете датируется уже 1770 г. когда был организован первый курс «сельскохозяйственного домоводства», который читал профессор М. И. Афонин (1739—1810). М. И. Афонин немало внимания уделял хи­ мическим свойствам почв; он высказал представления о происхождении гумуса из остатков «трав и растений» под влиянием воды, атмосферно­ го воздуха и населяющих почву живых организмов. Классифицируя «черноземы», он выделяет почвы с повышенной кислотностью и указы­ вает, что зола сожженного торфа может служить хорошим удобрением.

В начале XIX в., практически одновременно с западноевропейски­ ми исследователями, а зачастую и опережая их, в России развиваются взгляды на гумусовое и минеральное питание растений, начинаются экспериментальные работы по химии почв. В 1825 г. профессор Москов­ ского университета М. Г. Павлов (1793—1840) издает книгу «Земле­ дельческая химия», а в 1837 г. выходит его «Курс сельского хозяйства».

Первые глубокие исследования химии гумуса принадлежат, види­ мо, московскому химику Р. Герману, который сделал значительный шаг вперед по сравнению со своими предшественниками и современниками Берцелиусом, Мульдером и др. Он внес важные усовершенствования в методику химического исследования почв, в частности заменил высуши­ вание гумусовых веществ при 195° С, что вызывало их деструкцию, на сушку при 100° С; для характеристики гумуса черноземных почв он ис­ пользовал водную вытяжку («чернозем был настоен с перегнанной во­ дой и потом пропущен через цедилку») и вытяжку раствором углекис­ лого натрия; кроме того, он определял содержание углерода в нерастворившемся остатке почвы. Эти приемы близки к современным методам изучения качественного состава гумуса. В числе теоретических выводов Германа следует отметить установление многообразия видов гумусо­ вых веществ, что отвечает современным представлениям о групповом со­ ставе гумуса, и довольно стройную классификацию гумифицированных органических веществ, которая включала три обширных класса соеди­ нений: продукты гниения, продукты процесса углеобразования и про­ дукты воздействия вулканического пепла на растительные остатки. Про­ дукты гниения были подразделены на ряд групп, различающихся по растворимости в щелочах, минеральных кислотах и уксусной кислоте.

Р. Герману принадлежит также идея о конституционной роли азота в гумусовых веществах, причем если Мульдер считал, что азот входит в состав гумусовых веществ только в аммонийной форме (т. е. образует­ ся гуминовокислый аммоний), то, по Герману, азот замещает кислород, образуя, следовательно, ковалентные связи. Особенность исследований Германа состояла еще и в практической направленности; он выяснил причины снижения плодородия длительно распахиваемых почв и уста­ новил, что содержание перегноя в пахотных черноземах по сравнению с целинными снижается на 17—25%. О приемах химической характери­ стики почв в этот период свидетельствует перечень анализов чернозе­ ма, выполненных Германом. Кроме изучения органического вещества он определял в черноземе содержание кремнезема, глинозема, окиси железа, из» -и, магнезии, воды и фосфорной кислоты.

Во второй половине XIX в. внимание к химическим свойствам и хи­ мической характеристике почв возрастает. Кафедра сельского хозяйст­ ва в Московском университете заменяется в 1863 г. кафедрой агрономи­ ческой химии, которой с 1872 по 1890 г. заведовал профессор Н. Е. Лясковский. В этот период при кафедре была создана почвенно-химическая лаборатория. Идеи химии все больше проникают в описание гене­ зиса и классификации почв.

Химические свойства почв широко использовал основоположник ге­ нетического почвоведения В. В. Докучаев для решения вопросов проис­ хождения почв, закономерностей их географического распространения и правильного использования. В трудах В. В. Докучаева мы находим подробнейшие сведения о валовом химическом составе черноземов и других почв, включая данные о содержании органического вещества, К 2 0, Na 2 0, CaO, MgO, Mn 2 0 3, Fe 2 0 3, Al 2 0 3, C0 2, N, P 2 0 5, S0 3. Оценено количество NaCl, CaC0 3. Анализы почв выполнялись, в частности, в Петровской земледельческой и лесной академии, а также в лаборато­ рии Петербургского университета под руководством Д. И. Менделеева.

Необходимо подчеркнуть, что Д. И. Менделеев проявлял большой интерес к проблемам сельского хозяйства. Это выражалось не только в многочисленных и разнообразных химических анализах сельскохозяй­ ственных объектов и постановке опытов, но и в критике концепции Мальтуса, а также в активной поддержке предложений В. В. Докучае­ ва об открытии специальных кафедр почвоведения. Характерно, что в трудах Докучаева можно встретить десятки ссылок на результаты ра­ бот Менделеева. Много занимаясь химическими анализами почв, Мен­ делеев указывал, что тщательный анализ почвы составляет очень слож­ ную процедуру, при которой всегда можно ожидать разнообразных слу­ чайностей.

Для понимания свойств и генезиса почв во второй половине XIX в.

уже становится недостаточным знание только валового химического со­ става почв, и В. В. Докучаев использует подразделение ряда элементов по формам их соединений в почвах, различая, например, кремнезем, растворимый в горячем растворе едкого натра, разлагаемый 33%-ной HF, и остаток (кварцевый песок), нерастворимый в HF.

В. В. Докучаев дал интереснейший анализ процесса гумификации как функции биоклиматических (экологических) условий, и сформиро­ ванные им принципы лежат в основе современных представлений. За­ кономерности гумусообразования Докучаев рассматривает как средст­ во для раскрытия генезиса чернозема и границ его распространения, исходя при этом из двух основных положений: условий произрастания растений как фактора накопления биомассы для гумификации, с одной стороны, и условий разложения (трансформации) органических остат­ ков и закрепления гумуса в почве, с другой стороны. Очень четко эти положения сформулированы, например, в связи с выяснением причин отсутствия черноземов на песках: «. пески. являются плохой почвой для растительности; следовательно, на почвах песчаных, при всех ос­ тальных одинаковых условиях растительности, всегда будет скопляться меньше гумуса, чем, например, на суглинках. Мало того, и тот гумус, ко­ торый попал в песчаную породу, имеет сравнительно немного шансов, чтобы сохраниться там: во-первых, здесь гумусу не с чем соединяться, а во-вторых, благодаря пористости песков, он скорее сгорит на воздухе и даст конечные продукты гниения» (Докучаев. Избр. соч., 1949, т. 3, с. 103—104). Докучаев отмечает, что для накопления гумуса не столь важны видовые различия растений, сколько их масса, размеры годово­ го прироста и условия перегнивания, причем как на воздухе, так и в самой почве. Отсутствие чернозема в северной части России, малогумусность северных почв он объясняет следующими причинами: мень­ шее количество растительных остатков, низкие температуры и излишек воды в почве при слабом доступе воздуха. При таких условиях конеч­ ные продукты гниения существенно отличаются от продуктов разло­ жения органических остатков в черноземах. Опираясь на работы пред­ шественников, Докучаев указывает, что при неблагоприятных услови­ ях гниение приводит к образованию болотного газа и свободного азо­ та, тогда как при доступе воздуха образуются благоприятные для ра­ стений азотная и угольная кислоты и аммиак. В южных и юго-восточ­ ных районах образованию чернозема (накоплению гумуса) препятст­ вуют скудная растительность, недостаток влаги, особенный [характер ее выпадения, избыток света и теплоты; в таких условиях растительные остатки окисляются на воздухе или разносятся суховеями. Эта очень четкая концепция лежит в основе последующих гипотез гумусообразо­ вания в зональном ряду почв, хотя новейшие работы и отличаются зна­ чительной конкретизацией и детализацией химических механизмов гу­ мификации. Интересна и такая оценка Докучаевым природы гумуса:

«Прежде всего здесь следует помнить, что перегной не есть какое-либо определенное тело, которое можно было бы выразить постоянною фор­ мулой; как известно, под гумусом разумеют смесь химически малоис­ следованных продуктов разложения организмов. » (Докучаев.

Избр. соч., 1949, т. 3, с. 210)’.

Наряду с глубоким использованием химических показателей для характеристики почв и решением генетических проблем Докучаев чет­ ко сформулировал свои представления о принципах отбора проб для химического анализа. Изучая характер географического распростране­ ния чернозема, он, в частности, показал неоднородность почвенного пожрова как функцию рельефа — на вершинах холмов встречаются «поч­ вы красноватые каменистые, редко — слабые следы чернозема», в ни­ зинках — чернозем толще нормального. В связи с этим он писал:

«. можно сделать десятки анализов почв, собранных на черноземной полосе России, можно строить на них самые остроумные и логические выводы о черноземе и в практическом и теоретическом отношении, но все это может оказаться напрасной, бесцельной работой, так как дан­ ный образчик, может быть, ничего общего с нормальным черноземом и не имеет. Только анализ здорового организма, только признаки неискалеченного животного, только исследование нормально построенного и нормально залегающего чернозема могут и должны лечь в основу и их определения, и их классификации, и, наконец, их правильного ути­ лизирования. Сколько времени, труда и остроумия было бы сохранено,

•если бы исследователи чернозема не забывали этого простого прави­ ла!» (Докучаев. Избр. соч., 1949, т. 3, с. 99).

Несмотря на расширение химических знаний о почвах на протяже­ нии XIX в. и на большой объем экспериментальных исследований, хи­ мия почв как самостоятельная дисциплина в этот период еще не сфор­ мировалась. Химические исследования почв выполнялись для решения генетических, классификационных или агрономических проблем, а соб­ ственно задачи химии почв, как правило, не ставились. Исключение со­ ставляют исследование катионного обмена и химии гумусовых веществ,

•о которых было сказано выше.

Только в конце XIX — начале XX в. химия почв приобретает чер­ ты, характерные для самостоятельной дисциплины, для особого разде­ ла почвоведения. Это выражается прежде всего в тематике исследова­ ний, направленных на изучение химических свойств и строения состав­ ляющих компонентов почвы и на выявление законов, согласно которым протекают в почвах химические процессы. Необходимость дифферен­ циации почвоведения и обособление отдельных разделов, в том числе химии почв, были, конечно, обусловлены внутренней логикой развития науки: большим объемом накопленных знаний, совершенствованием тео­ рии и методов исследования. Другой не менее, а, может быть, более

•важной причиной стала потребность в достаточно полной и теоретиче­ ски обоснованной оценке химических свойств почв в связи с расшире­ нием сельскохозяйственного производства, освоением новых земель, внедрением в практику сельского хозяйства минеральных удобрений и средств химической мелиорации почв.

Экспериментальные исследования первой половины XX в.

В числе наиболее крупных направлений химии почв, разрабатывав­ шихся в начале XX в., следует назвать проблему почвенной кислотно­ сти, вопросы поглотительной способности почв, химии почвенных кол­ лоидов, исследования почвенных растворов, химические и биохимиче­ ские основы процесса гумификации. Отметим некоторые вехи развития этих проблем.

Начало систематических исследований природы почвенной кислот­ ности обычно связывают с публикациями работ американского иссле­ дователя Т. П. Вейтча (1904) и японского ученого Г. Дайкухара (1914), показавших, что при взаимодействии кислой почвы с нейтральным раст­ вором NaCl (или другой аналогичной соли) в раствор переходят ионы алюминия и их количество близко совпадает с титруемой кислотностью вытяжки. Сущность происходящей при этом реакции обсуждается и до яастоящего времени. Были высказаны две противоположные гипотезы, объясняющие природу обменной кислотности. Одна из них — гипотеза обменного водорода — объясняет кислотность присутствием способных к обмену ионов водорода, а появление в вытяжке А13+ связывает с вто­ ричной реакцией растворения некоторых соединений алюминия. Дру­ гая — гипотеза обменного алюминия, сущность которой в признании прямого вытеснения обменного А13+ катионами раствора и вторичного подкисления равновесного раствора за счет гидролиза алюминиевых солей.

Сторонниками гипотезы обменного водорода в 30—50-е гг. были К. К. Гедройц, С. Н. Алешин, Н. П. Ремезов. Гипотезу обменного алю­ миния развивали А. В. Соколов, X. Каппен, К- Маршалл и др. Фунда­ ментальное исследование этой проблемы выполнил советский ученый В. А. Чернов. Его книга «О природе почвенной кислотности» (1947) оп­ ределила направление дальнейших исследований, выполнявшихся в по­ следующие годы учеными многих стран. В результате тонкого химиче­ ского эксперимента В. А. Чернов установил, что в большинстве кислых почв преобладают обменные ионы А13+, тогда как обменные ионы Не­ характерны преимущественно для высокогумусированных и торфяных почв. Эта точка зрения, несмотря на продолжающуюся дискуссию, в настоящее время наиболее широко распространена.

Проблема почвенной кислотности разрабатывалась не только втеоретическом, но и в прикладном направлении. Большой вклад в прак­ тику регулирования кислотности сельскохозяйственных почв внес Д. Л. Аскинази — один из инициаторов работ по известкованию почв и автор первой в нашей стране инструкции по известкованию. Он, ви­ димо, первым установил влияние рН на емкость поглощения и пока­ зал, что известкование влияет на фосфатный режим почвы.

Поглотительной способности почв были посвящены интереснейшие исследования А. Н. Сабанина (1847—1920). Алексей Николаевич Сабанин заведовал кафедрой агрономии Московского университета с 1890 по 1920 г.; он начал читать в 1906 г. самостоятельный курс почво­ ведения и в 1909 г. выпустил учебник, озаглавленный «Краткий курс почвоведения». Кафедра агрономии в 1922 г., уже после смерти А. Н. Сабанина, была разделена на кафедру почвоведения (с 1922 по 1953 г. кафедрой заведовал профессор В. В. Геммерлинг) и кафедру аг­ рохимии. Круг научных интересов Сабанина был очень широк. Он ис­ следовал химический состав зерна, тепловые свойства почв, гуминовую кислоту. В 1908 г. он опубликовал статью о поглотительной способно­ сти почв, различая три типа поглощения: химическое, физическое и фи­ зико-химическое. Эта классификация впоследствии была развита.

К. К. Гедройцем. Немало сделал Сабанин для разработки методов ис­ следования почв. Хорошо известны и используются до сих пор модифи­ кации предложенных им методов определения механического состава почв и содержания гумуса в почвах.

Дальнейшее развитие исследований в области изучения почвенных коллоидов и поглотительной способности почв должно быть по праву связано прежде всего с именем академика К- К- Гедройца.

Константин Каэтанович Гедройц (1872—1932) — выдающийся со­ ветский ученый, агрохимик, физико-химик, почвовед, создавший фунда­ ментальные основы химии и химического анализа почв. Он окончил в.

1897 г. Петербургский лесной институт, а в 1903 г. экстерном и Петер­ бургский университет, получив разностороннее образование. Первую научную работу он выполнил под руководством крупного почвоведахимика П. С. Коссовича (1862—1915), заведовавшего кафедрой и хи­ мической лабораторией в Петербургском лесном институте. Эта работа

•была посвящена электрическим методам определения влажности почв, температуры и концентрации почвенного раствора. Отличительной чер­ той научных исследований Гедройца было стремление познать почву с тем, чтобы управлять ее свойствами, добиваясь повышения плодородия и урожайности сельскохозяйственных культур.

Начиная с 1908 г. К. К- Гедройц опубликовал серию работ по волросам коллоидной химии в почвоведении, а в 1922 г. вышла книга «Учение о поглотительной способности почв», определившая направле­ ние развития физикохимии почв и оказавшая большое влияние на ми­ ровую науку. В этой книге он обосновал стройную классификацию ви­ дов поглотительной способности, сформулировал и экспериментально лодтвердил важнейшие закономерности поглощения веществ почвой.

Многие из этих закономерностей вошли в число основных законов и по­ нятий химии почв. В разработке и решении теоретических проблем хи­ мии почв Гедройц, как правило, исходит из практических задач. Так в 1911 г. он публикует статью «На каких почвах действует фосфорит.

.Почвы насыщенные и ненасыщенные основаниями», задача которой за­ ключалась в том, чтобы выяснить на каких почвах и при каких их свой­ ствах применение фосфоритов «будет давать положительный и экономически выгодный эффект». Решая эту практическую задачу, Гедройц не только вскрывает главное условие эффективности фосфоритов — не­ насыщенность почв основаниями, но объясняет химический механизм эффективности и дает научно обоснованное определение ненасыщенности почв. Если ранее Раманн относил к абсорбтивно ненасыщенным почвы, имеющие кислую реакцию, то Гедройц кислую реакцию (по дей­ ствию на индикаторы) считает лишь частным признаком и указывает, что основным признаком ненасыщенности почв надо считать способ­ ность таких почв освобождать из нейтральных растворов солей кисло­ ту. Иными словами, как мы и понимаем в настоящее время, ненасы­ щенные основаниями почвы обладают потенциальной кислотностью.

Анализ работ Гедройца показывает, что тесная связь с практикой поз­ воляет ускорить решение теоретических проблем, способствует откры­ тию новых закономерностей в природе.

Большой вклад внес Гедройц в решение задач оценки потребности почв в удобрениях, доступности растениям различных элементов, хими­ ческой мелиорации почв. В 1925 г. он сформулировал принципы клас­ сификации почв, основанной на составе поглощенных катионов и осо­ бенностях почвенного поглощающего комплекса. Им была разработана физико-химическая гипотеза генезиса солонцов. Изучая действие об­ менных катионов на растения, он испытал не только традиционные мак­ роэлементы — Са 2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+, Н +, А13+, но и такие элемен­ ты как Pb, Cu, Cd, Ba, Sr, Co, Ni, Mn, Fe, которые теперь относят к группе микроэлементов. В частности, им было показано, что Cd при низ­ ких концентрациях вызывал повышение урожая овса (зерна и соломы), но повышение концентрации Cd снижало урожай, а при полном насы­ щении поглощающего комплекса кадмием овес или не всходил вовсе или всходы быстро погибали. Сходные результаты давало полное насы­ щение почвы и рядом других элементов. Этими работами Гедройца бы­ ли заложены основы методологии изучения микроэлементов и норми­ рования тяжелых металлов в почвах, т. е. проблем, занявших одно из

•центральных мест в химии почв в 50—70-е гг.

Очень много сделал Гедройц для развития химического анализа почв. Еще в 1909 г. было опубликовано краткое руководство по хими­ ческому анализу почв, а в 1923 г. вышла книга «Химический анализ почвы», переиздававшаяся несколько раз и ставшая настольной в поч»

венных и агрохимических лабораториях. В те же годы издавались в другие руководства (например, в 1923 г. вышла книга В. И. Виногра­ дова «Сельскохозяйственный анализ. Ч. 1. Анализ почв»), но книга и методы Гедройца вытеснили другие руководства. Это объясняется не только тем, что книга Гедройца была подготовлена на основе огром­ ного личного лабораторного опыта автора и превосходного знания ми­ ровой литературы. В «Химическом анализе почвы» Гедройц дал строй­ ную группировку методов анализа в связи с характером решаемых задач («Валовый анализ почвы», «Исследование почвенного погло­ щающего комплекса», «Солянокислые вытяжки», «Водные вытяжки»

и т. д.), раскрыл влияние условий определения на результаты анали­ за, изложил именно те методы, которые были в первую очередь не­ обходимы для агрохимических и почвенно-генетических исследований.

Благодаря этой книге стало возможным проводить химический ана­ лиз почвы в любых лабораториях, причем пользуясь одинаковыми или сопоставимыми приемами. Это существенно расширило химические ис­ следования в почвоведении. И хотя в современных лабораториях в большинстве применяются иные, более совершенные, методы анализа (иначе и быть не может, ибо после последнего прижизненного издания книги прошло уже более 50 лет), но до сих пор к «Химическому ана­ лизу почвы» К. К. Гедройца постоянно обращаются почвоведы.

Избранный в 1929 г. действительным членом АН СССР К. К. Гед­ ройц стал директором Почвенного института. Научное значение трудов Гедройца и его международный авторитет были столь велики, что он был избран президентом Международной ассоциации почвоведов, его книги переводятся на немецкий язык. Высокой оценкой его вклада в науку явилось и учреждение специальной «Золотой медали имени Гед­ ройца», которую Президиум ВАСХНИЛ один раз в 3 года присуждает ученым за выдающиеся работы в области агрохимии. Этой медалью были награждены крупный агрохимик академик ВАСХНИЛ Н. С. Ав­ донин, крупнейший специалист в области физикохимии и минералогии почв профессор Н. И. Горбунов и другие ученые.

В первые десятилетия XX в. большой вклад в теорию коллоидной химии почв и ионного обмена внесли швейцарский ученый Г. Вигнер (1883—1935) и шведский ученый С. Э. Маттсон (1886—1945). В 1912 г.

Вигнер публикует первую статью по ионному обмену в почвах и с это­ го времени почти полностью занимается только свойствами коллоид­ ных систем почвы и закономерностями обмена катионов. Для объясне­ ния ионного обмена Вигнер использует представление о строении кол­ лоидной мицеллы как шарового конденсатора с двумя ионными оболоч­ ками, содержащими ионы противоположного заряда (двойной электри­ ческий слой). Он развивает идею об экстрамицеллярном и интрамицеллярном ионном обмене, исследует суспензионный эффект (эффект Вигнера), дает математический анализ процессов коагуляции почвенных коллоидов. Среди работ Вигнера следует особо выделить исследования химизма влияния почв на цемент и бетон, выполненные в связи с мно­ гочисленными фактами разрушения цементных и бетонных труб и дру­ гих технических сооружений, соприкасающихся с почвой. Вигнер дока­ зал, что эти разрушения в природных почвах влажного климата обус­ ловлены наличием в почвах ионов Н+, Mg 2+ и SO42-; разрушение це­ ментных дренажных труб происходит при кислой реакции среды (рН ниже 6,0), высокой обменной кислотности и при содержании в почве бо­ лее 0,2% S 0 3 и более 2% MgO, переходящих в горячую солянокислую вытяжку. Тем самым были заложены важные разделы прикладного поч­ воведения, изучающего химическую агрессивность почв.

В основе работ С. Э. Маттсона лежит воззрение на почвенный кол­ лоидный комплекс как на амфотерный электролит (амфолитоид); как считал Маттсон, этот подход позволяет удовлетворительно объяснить, «два типа выветривания, приводящие к образованию почв подзолисто­ го и латеритного типа».

Взгляды Вигнера и Маттсона существенно повлияли на развитие химии почв и долгое время были господствующими в вопросах коллоид­ ной химии и катионного обмена в почвах. Избранные труды этих выда­ ющихся ученых были переведены и изданы на русском языке.

1930—1940-е гг. характеризуются интенсивными поисками уравне­ ний, описывающих закономерности обмена катионов в почвах. Большой вклад в решение этой проблемы внесли советские ученые Е. Н. Гапон, И. Н. Антипов-Каратаев, Б. П. Никольский.

Евгений Никитич Гапон (1904—1950) — крупнейший специалист в области физикохимии почв. После окончания Харьковского институ­ та народного хозяйства он заведовал кафедрой общей химии медицин­ ского института, а в 1930 г. был избран заведующим кафедрой физиче­ ской химии ТСХА. Им выполнены оригинальные работы но фиксации атмосферного азота, строению почвенных коллоидов. Наибольшую из­ вестность получили работы по изучению закономерностей ионного об­ мена. Е. Н. Гапон дал объяснение нелинейного характера изотерм ка­ тионного обмена в почвах и предложил уравнение (уравнение Гапона),.

широко используемое исследователями всех стран мира. Немало сде­ лал Гапон и для разработки теории ионообменной хроматографии.

Термодинамически обоснованное уравнение катионного обмена в почвах предлагает в 30-е гг. Б. П. Никольский. Решение задач ионно­ го обмена, как и других химических равновесий в почвах, базируется:

уже не на величинах концентраций, а на величинах активностей ионов и солей. Этому способствовало создание ионселективных электродов для прямого экспериментального измерения активностей катионов в почвах, и почвенных суспензиях. Стеклянные электроды для измерения актив­ ностей водородных ионов были широко известны почвоведам. Николь­ ский разрабатывает общую теорию стеклянного электрода и показыва­ ет условия его применимости для измерения активностей ионов Na+.

В период 1939—1948 гг. американец К- Маршалл разрабатывает гли­ нистые мембранные электроды, приготовленные на основе бентонито­ вых мембран, насыщенных катионами одного рода. Однако эти элект­ роды не были достаточно селективны и не вошли в практику почвеннохимических исследований. Только ионселективные стеклянные электро­ ды, а позже пленочные мембранные электроды позволили перейти к измерениям активностей катионов Na+, K+, Ca2+, Mg 2+, других катио­ нов и анионов в лабораторных экспериментах и к наблюдениям за их.

динамикой в полевых условиях.

Многие проблемы физикохимии почв разрабатывает в те же годы И. Н. Антипов-Каратаев.

Иван Николаевич Антипов-Каратаев (1888—1965) — выдающийся исследователь в области химии и физикохимии почв, один из осново­ положников учения о химической мелиорации солонцов. Он оценил вклад адсорбционных и хемосорбционных явлений в реакциях взаимо­ действия катионов с почвенным поглощающим комплексом. Кроме ка­ тионов щелочных и щелочно-земельных металлов он изучал и поведе­ ние катионов таких элементов, как Hg, Cu, Pb, и установил для пос­ ледних элементов, в отличие от щелочей и щелочных земель, характер­ ное хемосорбционное поглощение соответствующих гидроксидов или ос­ новных солей.

Источник