Лекция Минеральные и органические соединения углерода в почве.

В почвах образуется и встречаются соединения углерода всех степеней окисления – от наиболее восстановленной СН₄ , до наиболее окисленной – СО₂.

Диоксид углерода, угольная кислота и карбонаты

СО₂ и продуцируется во всех почвах на протяжении всего вегетационного периода. Для почв со сравнительно стабильным содержанием гумуса количество образующегося и выделяемого в атмосферу СО₂примерно соответствует (в перерасчете на углерод) количеству поступающих в почву растительных остатков. Если количество углерода в органических остатках больше количества углерода, выделяемого в виде СО₂, то неизбежно прогрессирующее накопление запасов органического вещества в почве; если соотношение обратное, то преобладает минерализация гумуса и его содержание в почве постепенно падает. Именно растительный опад и минерализация органического вещества определяют баланс углерода в почвах.

При растворении СО₂ в воде часть его расходуется на образование угольной кислоты по реакции:

СО₂ + Н₂О ↔ Н₂СО₃

Преобладающая в почвах соль угольной кислоты – СаСО₃, кальцит. Другие минералы того же химического состава – арагонит и люблинит – имеют ограниченное распространение. Значительно ниже в почвах содержание МgСО₃, причем преобладающей его формой является минерал несквегонит МgСО₃ ·3 Н₂О.

Натриевые соли угольной кислоты встречаются в заметных количествах только а содово-засоленных почвах (Na₂CO₃·10 H₂O, Na₂CO₃· NaHCO₃·2 H₂O, NaHCO₃.

Карбонат-ион является одним из важнейших компонентов, определяющим формы соединений в почвах многих макро- и микроэлементов. Растворимость большинства карбонатов ( за исключением карбонатов щелочных металлов) мала. Щелочность почв в большинстве случаев обусловлена присутствующими в них карбонатами. По способу проявления можно различить актуальную и потенциальную щелочность. Актуальная щелочность характеризует почвенный раствор, потенциальная – появляется только в результате различных воздействий на почвы.

Метан

Образование метана происходит в резко восстановительных условиях по реакции :

бактерии

СО₂ + 4Н₂ → СН₄ + 2 Н₂О

Такой процесс происходит в почве при развитии анаэробных условий и полного превращения доступных микроорганизмам соединений Fe³⁺ в соединения Fe²⁺. При этом обычно несколько повышается рН почвы за счет связывания СО₂ метанообразующими бактериями.

Растворимость метана в воде невелика – при обычных температурах порядка 2-5 мг в 100мл, и образующийся в болотных условиях газ выделяется в атмосферу. В значительных количествах метан может присутствовать только в почвенном воздухе заболоченных почв.

В природной обстановке в почвах формируются и другие углеводороды, например этан С₂Н₆, этилен СН₂=СН₂ и др. Этилен также образуется в переувлажненных (преимущественно затопленных) почвах.

Кроме простейших углеводородов-газов, в почвах образуются и накапливаются углеводороды с длиной цепи С₁₆-С₃₃ и их производные (спирты, кислоты, эфиры). Эти углеводороды при анализе почв попадают в группу липидов, в больших количествах они участвуют в построении гумусовых кислот.