Вещественный состав почв это

Состав почвы

Почва – это сложная динамическая система. Она состоит из минеральных и органических веществ. Минеральные компоненты поступают в почву, в первую очередь, из материнской породы , на которой она образовалась. Органические вещества появляются и развиваются благодаря живым организмам, населяющим почвенный покров. Взаимодействие минералов и органики создает сложный комплекс разных соединений.

В этом разделе мы расскажем, из чего состоит почва. Вы узнаете о ее фазах и их особенностях. Также вы прочитаете о минеральном и органическом составах покрова, их соотношении и характеристиках.

Фазы почвы

Прежде всего мы поговорим о фазах почвы.

Выделяют четыре основных части:

Все они взаимосвязаны и активно влияют друг на друга.

К твердой фазе относятся органические и минеральные вещества. Это частицы разного размера и формы, которые неплотно примыкают друг к другу (глыбы, обломочные породы, глина, песок, пыль и другие). Тем не менее, они создают твердый почвенный каркас, на котором размещаются другие части. Эта фаза определяет петрографический (гранулометрический) состав, структуру, сложение и пористость почвенного покрова.

Сама по себе тве р дая часть является малодинамичной системой. Она же самая объемная – занимает 45-60% покрова. С ней связаны многие физические, физико-химические и химические свойства материала.

Подробнее об этом читайте на нашей странице Твердая фаза почвы.

Жидкая часть – это вода и растворенные в ней соли. Данная фаза формируется из атмосферных осадков, грунтовых вод, конденсации водяных паров. Она составляет около 25% от всего объема почвенного покрова.

Эта фаза считается самой динамичной. Именно из нее растения усваивают питательные вещества. Ведь без достаточного количества влаги нормальное развитие флоры и почвенных микроорганизмов невозможно. Кроме того, жидкая фаза участвует в таких процессах как гумификация и минерализация органических остатков, выветривание, перемещение веществ внутри покрова и формирование почвенного профиля.

Вода является и терморегулирующим фактором. Она определяет расход тепла из почвы и растений вследствие испарения и транспирации. С влажностью покрова тесно связаны его физико-механические свойства (твердость , крошение, липкость и другие). Стоит отметить, что передвижение влаги в почве и по ее поверхности также влияет и на отрицательно сказывающиеся на плодородии процессы. Среди них эрозия и вынос из верхних слоев питательных элементов.

Подробнее об этом читайте на нашей странице Жидкая фаза почвы.

Газообразная часть – это почвенный воздух. Он занимает все поры в почве, не занятые водой.

Эта фаза, как и жидкая, является динамической. Она покрывает 20-25% от общего объема почвы. В отличие от атмосферного воздуха, почвенный беден на кислород. В нем много углекислот. Это объясняется деятельностью микроорганизмов и растений: чем их больше в почве, тем больше кислорода они потребляют и углекислого газа выделяют.

Также в составе почвенного воздуха постоянно присутствуют нелетучие органические соединения (углеводороды жирного и ароматического рядов, сложные альдегиды, спирты и другие). Они , пусть и в небольшом количестве, тоже образуются в процессе жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Эти вещества поглощаются корнями, способствуя росту растений и повышению их жизнедеятельности.

Подробнее об этом читайте на нашей странице Газообразная фаза почвы.

Все фазы взаимодействуют друг с другом, активно переходят из одной в другую. Это возможно благодаря деятельности живых организмов. Они являются четвертой, живой фазой почвенного покрова. К ней относятся растения, грибы, бактерии, простейшие, мелкие животные. Высокая активность этих организмов доказывает, что все естественные процессы, которые происходят в почве, прямо или косвенно являются биохимическими по своей природе.

Подробнее об этом читайте на нашей странице Живая фаза почвы.

Примерное соотношение всех фаз почвы показано на диаграмме ниже.

Следующее, о чем мы поговорим, – это химический состав почвенного покрова. Он представлен минеральными и органическими веществами. Они сконцентрированы в твердой и жидкой фазах. В синтезе химических соединений принимают активное участие живые организмы.

Минеральный состав почвы

Минеральные вещества составляют 80-90% от общего объема покрова. Они поступают в почву двумя путями – из материнской породы и при полном разложении живых организмов. Из горной по р оды в почву попадают первичные минералы. Они имеют кристаллическое строение и практически не усваиваются растениями. Вторичные минералы аморфные, способны набухать и задерживать воду. Именно они являются источником питательных элементов почвы.

В составе почвы содержатся практически все известные химические элементы. Процентное содержание основных вы найдете в таблице ниже (средние значения).

Кроме того, около 1-3% составляют фосфор, марганец, хлор, азот, сера и микроэлементы (кобальт, фтор, йод, медь, цинк, молибден). Все элементы входят в состав оксидов, гидроксидов, растворимых и нерастворимых солей. Для роста и развития флоры наибольшее значение имеют калий, фосфор, азот, в меньшей мере – кальций и магний. Но в небольших количествах растениям требуются и другие элементы.

Первоисточником всех минералов в почве являются магматические породы. Они составляют 95% от общей толщи литосферы. На долю осадочных пород приходятся оставшиеся 5%. Метаморфические же причисляются к тем материалам , из которых они образовались. Поэтому здесь они в расчет не принимаются.

Подробно о влиянии горных пород на почву и процессы формирования почвенного покрова вы сможете узнать в нашей статье Почвообразующая порода как фактор почвообразования.

Химический состав почв находится в состоянии постоянного изменения. Это связано с непрерывностью процессов выветривания и почвообразования.

Органический состав почвы

Органические вещества составляют от 1-2% до 10-15% почвы. Они образуются при частичном разложении растений, животных и микроорганизмов. В состав почвы входят белки, углеводы, смолы, воски, лигнин, липиды и продукты их распада (спирты, аминокислоты, пептиды, моносахариды). Эти вещества составляют около 10% от всей органики, являются источником минералов и питательной средой для почвенной фауны, бактерий, грибов.

Скорость разложения растительных остатков зависит от содержащихся в них веществ. Так, древесина и хвоя содержат много лигнина, смол и дубильных веществ, но мало белков. Их разложение идет медленно. Остатки же бобовых трав, богатые белками, разлагаются быстро.

Основную часть почвенной органики (80-90%) составляют гуминовые вещества. Они и определяют плодородие грунта.

В группу входят:

• Гуминовые кислоты
  Это вещества темного цвета. Они образуют нерастворимые соли с железом и алюминием. Гуминовые кислоты способны поглощать и задерживать в верхних слоях почвы воду и питательные элементы , затем постепенно их высвобождать. Они участвуют в превращении химических соединений в доступную для растений форму. Эти кислоты играют главную роль в формировании структуры почвы и ее плодородия.
• Фульвокислоты
  Это растворимые вещества желтого цвета. Они быстро вымываются в нижние горизонты, плохо задерживают влагу и минералы, подкисляют почву.
• Гумины
  Это инертные вещества, связывающие минералы. Они не участвуют в почвообразовании.

Помимо соединений, органические остатки всегда содержат некоторый объем зольных элементов. Их количество и состав варьируются в зависимости от вида организмов и условий среды их обитания. В состав золы входят калий, кальций, магний, кремний, фосфор, сера, железо и многие другие элементы, содержащиеся в незначительных количествах. Очень низкая зольность характерна для древесины. Большое количество зольных элементов содержат остатки травянистой растительности.

Знание минерального и органического состава почвы и ее фаз помогает лучше разобраться в свойствах материала, его применении. Отсюда также становится понятно, какими способами можно улучшить плодородие почвенного покрова. Об этом мы у же писали в нашей статье Плодородность почвы: как ее сохранить и повысить. Возможно вам также будет полезна наша статья о кислотности почв. В ней подробно рассказано, как можно регулировать такой показатель как кислотность почвенного покрова, делать почву более кислой или щелочной.

Источник

Показатели и методы оценки вещественного состава почв

Контрольные вопросы.

7. Задачи, решаемые определением минерального состава почв.

8. Способы разложения почв, достоинства и недостатки каждого из них.

9. Методы определения содержания кремния, полуторных окислов, кальция, магния.

Вещественный состав характеризует набор и содержание в почве индивидуальных химических соединений, которые обуславливают специфические свойства почв. Он позволяет классифицировать почвы и исследовать механизмы почвообразования.

Карбонаты щелочно-земельных металлов и методы их определения.

Основную массу карбонатов в твердых фазах почвы составляют карбонаты кальция и магния. В почвах щелочного характера могут присутствовать также легкорастворимые карбонаты натрия.

Содержание и распределение карбонатов по почвенному профилю используют в качестве диагностических показателей в классификациях почв. От содержания карбонатов зависят химические и физические свойства, их плодородие и мелиоративность. Например, карбонат кальция при содержании 10 -15%, способствует образованию стабильных крупнопористых почвенных агрегатов, а увеличение его до 20 -255 приводит к уменьшению диффузивности почвенной влаги в связи с осаждением СаСО₃ внутри капилляров.

Методы определения карбонатов основаны главным образом на измерении масс, объема или количества вещества СО₂, выделившегося при их разложении, т.е. на тех же принципах, что и методы определения углерода органических соединений почвы, основанные на отгонке СО₂.

Гипс в почвах и методы его определения.

Гипс обладает большей, чем СаСО₃, растворимостью. Поэтому в незасоленных почвах в почвенном профиле он залегает ниже карбонатов и выше легкорастворимых солей. Разработаны классификации почв по залеганию верхней границы слоя с содержанием гипса 10%, по мощности гипсового горизонта, по строению гипсовых образований и по содержанию гипса.

Почвы, с содержанием CaSO₄·2H₂O 2 -10% относят к слабозагипсованным, с содержанием 10 -20% — к среднезагипсованным, с содержанием 20-40% — к сильнозагипсованным.

Методы определения гипса основаны на его полном извлечении из анализируемой навески почвы водой, растворами соляной кислоты или солей.

Содержание гипса рассчитывают по количеству извлеченных из почвы сульфат-ионов и кальция. При извлечении их из почвы необходимо учитывать, что в раствор оно могут переходит также из других соединений ( кальций, например может закрепляться в ППК вследствие ионообменных реакций с натрием и магнием). Поэтому при определении гипса в почвах одной из основных проблем является вычленение из общего количества найденных в процессе анализа ионов сульфата и кальция той их доли, которая перешла в раствор вследствие растворения именно гипса.

В России гипс извлекают из почв растворами 0,1 – 0,25М HCl. Из найденного в таком растворе количества SO₄ 2- вычитают то их количество, которое было определено в водной вытяжке из той же почвы. Этот прием, хотя и применяется очень широко, недостаточно корректен, т.к. гипс достаточно хорошо растворим (S_CaSO4 = 2г/л). При низких содержаниях гипса результат будет значительно занижен.

В методах, рекомендуемых для определения гипса в лабораториях США, предусмотрено извлечение гипса водой при таком широком соотношении почвы и воды, которое позволяет полностью извлечь гипс из навески почвы.

Содержание гипса рассчитывают затем по результатам анализа той водной вытяжки и фильтрата из насыщенной водой почвенной пасты. В водной вытяжке определяют сульфат-ионы , в фильтрате из пасты – сульфат-ионы и кальций. Количество эквивалентов CaSO₄ определяют по уравнению:

где а – общее количество эквивалентов SO₄ 2- , извлеченное из почвы водной вытяжкой, ммоль/100г почвы;

b — общее количество эквивалентов SO₄ 2- , перешедшее из твердых фаз почвы в жидкую фазу насыщенной водой пасты, ммоль/100г почвы;

с — количество эквивалентов SO₄ 2- , перешедшее в жидкую фазу пасты вследствие растворения гипса, ммоль/100г почвы. Величину с находят следующим образом. Если содержание эквивалентов SO₄ 2- и Са 2+ в фильтрате из пасты равно или более 30ммоль·экв/л, то принимают количество эквивалентов SO₄ 2- равным 30ммол·экв/л. Если концентрация Са 2+ больше концентрации SO₄ 2- , то количество эквивалентов SO₄ 2- , обусловленное растворением гипса, принимают равным содержанию эквивалентов сульфат-ионов в фильтрате из пасты; если концентрация Са 2+ меньше концентрации SO₄ 2- — количество эквивалентов SO₄ 2- считают равным количеству эквивалентов Са 2+ .

Таким образом, в этом случае при вычислении содержания гипса по разности учитывается не общее количество сульфат-ионов, перешедшее в раствор из пасты, а лишь то, которое связано с легкорастворимыми солями.

Чтобы вычислить массовую долю (%) гипса в почве, количество миллимолей эквивалента гипса умножают на величину молярной массы его эквивалента:

Легкорастворимые соли, методы определения и показатели засоления почв.

Для оценки степени и химизма засоления почв в водных вытяжках определяют общую концентрацию легкорастворимых солей и концентрацию входящих в их состав конкретных ионов. Степень засоления почв оценивают по массовой доле (%) сухого, или плотного, остатка или по сумме массовых доле отдельных ионов.

Сухим, или плотным, остатком называется массовая доля высушенного при 105 о остатка, полученного выпариванием аликвоты водной вытяжки.

К засоленным относят почвы, содержащие легкорастворимые соли в количествах, растворимость которых превышает 10г в 100г воды при комнатной температуре. Все их считают токсичными для растений. Они увеличивают осмотическое давление почвенной влаги, снижая ее доступность для растений, могут оказывать специфическое токсическое действие и нарушать нормальное соотношение элементов минерального питания растений.

В нативном состоянии легкорастворимые соли находятся частично в составе почвенного раствора, частично в составе твердых фаз почвы. В обычных условиях это карбонаты, гидрокарбонаты, хлориды, сульфаты, нитраты и нитриты щелочных и щелочноземельных металлов.

При оценки засоления почв обычно определяют анионы (CO₃ 2- , HCO₃ 2- , Cl —

SO₄ 2- ) и катионы (Ca 2+ , Mg 2+ , Na 2+ , K + ).

Степень засоления почв оценивают либо по общему содержанию легкорастворимых солей в почве, либо по концентрации их в почвенных растворах. И этих показателей используют в качестве диагностических. В частности, к засоленным относят почвы содержанием легкорастворимых солей более 0,05 — 0,15% или с концентрацией их в почвенных растворах более 5 – 7г/л.

В России определение легкорастворимых солей проводят методом водной вытяжки. 5-кратный по отношению к массе почвы объем воды добавляют к навеске, суспензию взбалтывают и фильтруют. Однако этот раствор нельзя отождествлять с почвенным раствором, т.к. при добавлении воды к почве резко нарушается соотношение между твердой и жидкой фазами реальной почвы. Полевые влажность и влагоемкость различных почв неодинаковы, а соотношение массы почвы и объема воды в методе водной вытяжки всегда одно и то же (1 : 5). Поэтому глина и песок могут иметь в своем составе одинаковую массовую долю легкорастворимых солей, но при этом концентрация их в жидких фазах при приближении к влажности завядания для песка может быть в10 раз больше, чем для глины.
При получении водной вытяжки протекают также процессы, которые влияют на результаты определения состава и содержания легкорастворимых солей:

1. Состав обменных катионов ППК находится в соответствии с составом жидкой фазы. Поэтому при получении водной вытяжки нарушаются ионообменные процессы может происходит замена обменного натрия на кальций (и магний) жидкой фазы суспензии (например, при анализе сильнозагипсованных почв).

2. При добавлении воды к почве может происходить усиление гидролиза ППК, содержащего обменный натрий:

П — Na + + H₂O ↔ П — H + + Na + + OH — , что приводит к увеличению РН раствора и титруемой щелочности.

3. В процессе получения водной вытяжки растворяются также и слаборастворимые соединения, что неизбежно сказывается на результатах оценки засоления почвы. В загипсованных почвах происходит растворение гипса. Содержание гипса в почве часто больше того, которое может растворяться в воде при приготовлении водной вытяжки, поэтому она будет являться насыщенным раствором CaSO₄. Количество извлекаемого из почвы гипса будет выше того, которое в природных условиях содержится в почвенных растворах и результаты определения легкорастворимых солей будут при этом завышены.

4. По мере добавления к почве воды снижается содержание адсорбированного почвой СО₂ за счет его растворения. Парциальное давление СО₂ (Р_СО2), что приводит к изменению РН и растворимости труднорастворимых карбонатов, что также сказывается на результатах определения количества легкорастворимых солей.

Эти процессы практически сводятся к минимимуму при определении содержания легкорастворимых солей методом насыщенных водой почвенных паст. При приготовлении пасты к почве практически добавляют наименьшее количество воды, которое позволяет получить фильтрат, отсасывая его под вакуумом. Влажность насыщенной водой почвенной пасты отвечает максимальному количеству воды, которое удерживается почвой и не стекает в углубление, сделанное в почвенной массе. Таким образом, объем прибавляемой к почве воды зависит от ее влагоудерживающей способности.

Малое количество прибавляемой воды снижает степень гидролиза солей, растворимость СО₂, количество растворенного гипса. Таким образом, в этом методе делается попытка воспроизвести или как можно меньше нарушить химические равновесия, свойственные реальной почве и получить фильтрат, который бы отражал свойства реальной жидкой фазы почвы.

Недостатком этого метода считают визуальный контроль точки насыщения почвы водой. При проведении анализа рекомендуется стандартизация степени измельчения почвы, времени экстракции и других факторов. Анализ должен быть проведен в короткий срок, исключающий влияние биологических процессов на состояние пасты. При этом в пастах может быть не достигнуто равновесие между твердой и жидкой фазами, что снижает воспроизводимость метода.

Таким образом, с некоторыми допущениями, метод водной вытяжки позволяет оценить общее содержание легкорастворимых солей в почвах, которое выражается массовой долей или числом ммоль·экв /100г почвы.

Метод насыщенных водой почвенных паст, также с рядом допущений, позволяет определить содержание солей в почвенных растворах, которое принято выражать в единицах концентрации компонентов легкорастворимых солей в фильтрате.

Проверка точности результатов анализа водных вытяжек.

Контроль точности выполнения анализа осуществляют сопоставлением суммы миллимолей-эквивалентов анионов и катионов в водной вытяжке. Количество миллимолей-эквивалентов анионов должно быть равно количеству миллимолей-эквивалентов катионов. Суммарная масса их не должна превышать массы сухого остатка.

Расчет содержания токсичных солей и способы представления результатов анализа водных вытяжек.

Принято считать, что ионы Cl — , Na + , Mg 2+ , К + переходят из твердых фаз почвы в водную вытяжку в основном при растворении легкорастворимых или токсичных солей. Ионы НСО₃ — , SO₄ 2 — , Са 2+ поступают в водные вытяжки как при растворении токсичных солей, например NaHCO₃, Na₂SO₄, MgSO₄, так и солей малорастворимых, таких как гипс и кальцит, которые к токсичным не относят.

Содержание токсичных солей находят расчетным путем по уравнениям:

НСО₃ ˉ _токс = НСО₃ ˉ — Са 2+ , если НСО₃ ˉ > Са 2+ ;

где Са 2+ , SO₄ 2 — , НСО₃ ˉ — общее количество эквивалентов ионов, которое было определено методом водной вытяжки, ммоль-экв/ 100 г почвы;

Са 2+ _токс, SO₄ 2 — _токс, НСО₃ ˉ _токс — количество эквивалентов ионов, которое перешло из твердых фаз почвы в водную вытяжку вследствие растворения токсичных солей, ммоль-экв/ 100 г почвы.

При вычислении массовой доли токсичных солей (%) сначала рассчитывают содержание эквивалентов токсичных ионов Са 2+ _токс, SO₄ 2 — _токс, НСО₃ ˉ _токс. Затем вычисляют и суммируют массовые доли (%) всех токсичных ионов (НСО₃ — , SO₄ 2 — , Са 2+ , Cl — , Na + , К + , Mg 2+ ). Этот показатель называют «суммой токсичных солей».

Для приблизительной оценки суммы токсичных солей предложено эмпирическое уравнение: _{_____________________}

Σ_{токс.солей}, % = (Na + + Mg 2+ ) / 15,

где Na + и Mg 2+ — количество эквивалентов натрия и магния, найденное методом водной вытяжки, ммоль-экв/ 100 г почвы.

Результаты анализа водной вытяжки обычно представляют в виде таблицы

Источник