35. Элементный и фазовый состав почв.

Элементным составом почвы называется набор и количественное соотношение химических элементов в почвенной массе.

Почвы содержат практически все природные элементы периодической системы Д.И.Менделеева. По наборы элементов и их количественному содержанию они существенно отличаются от живых организмов, минералов и горных пород.

В почвах практически все входящие в состав химические элементы являются обязательными и необходимыми; большой набор элементов – первая отличительная особенность почв. Вторая особенность заключается в сочетании высокого содержания С и Si, что отражает одновременное влияние двух факторов почвообразования: растительного и животного мира, с одной стороны, и почвооразующих пород – с другой. Третья особенность- это большой диапазон концентраций, охватывающий 4-5 порядков. и даже достигающий 9-10 порядков.

Особенно сильно профильная дифференциация сказывается на элементном составе в тех случаях, когда в профиле формируются органогенные (торфянистые), элювиальные, карбонатные или засоленные горизонты. Резко выражено влияние механического состава на элементный состав почвы.

Интервалы содержания отдельных элементов довольно широки. Содержание Si, не принимая во внимание торфянистые почвы, колеблется от 22 до 44%. Диапазон содержания Аl (без красноземов) – 1-8%, Fe – 0,5-5%. Несмотря на значительные колебания, для каждого элемента выявляются типичные интервалы концентраций. Например (за исключением торфяных почв):, %

Si 26-44

Al 1-8

Fe 0,5-6

Ca 0,3 –5

K 0,2 –2

Na 0,2-2

Mg 0,1-2

Ti 0,2-0,5

Mn 0,01-0,3

C 0,5-4

N 0,05-0,2

P 0,02-0,1

S 0,02-0,2

H 0,04-0,2

Механический состав резко влияет на содержание Si, Al, Fe, щелочных и щелочноземельных металлов. В легких почвах повышена концентрация Si и снижена доля всех прочих элементов (за исключением кислорода) - основную массу составляет SiО_2. Сера ведет себя сходно с неорганическим углеродом. Резко отличны от других почв по составу красноземы, в них снижена доля Si и повышено содержание Al и Fe. По сравнению со средним составом пород почвы относительно обогащены органическим углеродом, азотом, фосфором, серой, т.е. биогенными элементами, накапливающимися с гумусом. Такие элементы, как Si, Al, Fe, Mg, Na, К, практически унаследованы от почвообразующих пород, и в процессе почвообразования они перераспределяются в почвенной толще. Обособленное место занимают элементы, образующие простые соли, такие как CaСО₃, CaSO₄, MgSO₄, NaCl, NaHCO₃. Вместе с легко- или труднорастворимыми солями они выносятся за пределы почвенного профиля или накапливаются в бессточных понижениях.

По абсолютному содержанию в почвах все элементы могут быть объединены в несколько групп. Первая группа включает Si и О, содержание которых составляет десятки процентов, а в сумме они могут составлять 80-90% (и более) почвенной массы. Вторая группа включает элементы, содержание которых в почве меняется от десятых долей до нескольких процентов; это Al, Fe, Са, Mg, Na, К, С. Первые две группы – типичные макроэлементы. В третью группу входят Ti, Mn, N, P, S, Н; их количество в почвах выражается сотыми и десятыми долями процента, и по содержанию они составляют переходную группу к микроэлементам. Микро- и ультрамикроэлементы содержатся в почвах в количествах n*10 ^–3 - n*10 ^–10%, к ним относятся Ва, Sr, B, Rb, Cu, V, Cr, Ni, Co, Li, Mo, Cs, Se и другие элементы.

Оценивая роль отдельных элементов в почвообразовании в ряде случаев удобно выделять группу элементов, играющих конституционную роль, т.е. тех элементов, которые входят в структуру решетки минералов или молекулы тех компонентов, из которых реально складывается масса почвы. В первую очередь это такие элементы, как Si , Al, О, составляющие основу почвенных силикатов и алюмосиликатов, С, Н, N, О – важнейшие компоненты органического вещества.

Фазовое. 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.

1. Процессы трансформации органических и минеральных компонентов почвы.

2. Процессы переноса вещества.

3. Специфические сложные процессы формирования отдельных почвенных горизонтов или почвенного профиля.

Процессы трансформации объединяют химические реакции разложения, синтеза и перестройки различных веществ, входящих в почвообразующую породу, в состав почвы или привносимых в почвы извне. К ним относятся все реакции выветривания (разложения) минералов и горных пород, идущие путем растворения, окисления, восстановления, гидролиза и т.д. Сюда же входят реакции минерализации органического вещества, процессы гумификации, реакции образования и растворения осадков.

Процессы переноса вещества охватывают как внутрипочвенную миграцию (в том числе внутригоризонтальную) вещества, так и миграцию с переносом вещества через границу почва-сопряженная среда (атмосфера, воды, породы). Частыми видами процессов этой группы являются элювирование и иллювирование, аккумуляция, выщелачивание.

Процессы преобразования почвы и ее отдельных горизонтов воспринимаются 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 состав почвы, а на ее вещественный (молекулярный) состав. В конкретных реакциях участвуют не атомы, а ионы и молекулы. Характерная черта любой почвы – ее многофазность, когда молекулы одного типа могут входить в разные фазы и поэтому в неодинаковой степени участвовать в химических реакциях.

Фазой называется совокупность гомогенных частей гетерогенной системы, обладающих одинаковым составом и одинаковыми термодинамическими свойствами, независимо от массы.

Исходя из этого определения ясно, что почва представляет собой многофазную систему. Излагаемые иногда представления о почве как о трехфазной системе (твердая, жидкая, газообразная фазы) не соответствует строгому определению понятия «фаза». Можно говорить, что почва представлена твердой, жидкой и газообразной частью. Общее число твердых фаз в любой почве может быть очень велико. Многие фазы хорошо различимы невооруженным глазом или при просмотре в микроскопах. Одинаковые по составу, но разные по кристаллическому строению компоненты образуют различные фазы.