Химический состав и структура почв

Почва - поверхностный слой земной коры. Почва представляет собой естественное природное образование, формирующееся под совокупным воздействием климата, растительности, почвообразующих пород, условий рельефа и жизнедеятельности организмов. Почва трехфазная система. Твердая фаза вещества (40-65 мас % почвенной массы) почвы представлена в основном смесью неорганического и разлагающегося органического вещества. Почвенный раствор представляет собой водный раствор минеральных питательных веществ. Газообразная фаза - это почвенный воздух. Живые организмы представлены большей частью бактериями.

В почве сложным образом взаимодействуют следующие основные компоненты:

· минеральные частицы (песок, глина), вода, воздух;

· детрит – отмершее органическое вещество, остатки жизнедеятельности растений и животных;

· живые организмы, разлагающие детрит до гумуса.

Мощность почвы (толщина почвенного слоя), в зависимости от типа, колеблется в пределах от нескольких миллиметров до 2-3 м при средней величине 18-20 см. В почве происходят различные физические, химические и биологические процессы, она является средой обитания живых организмов.

Одно из важных физических свойств почвы – ее механический состав, выражающийся в содержании частиц разного размера. Установлены четыре градации механического состава: песок, супесь, суглинок и глина. От механического состава зависят водопроницаемость почвы, способность удерживать влагу, глубина проникновения корневых систем растений.

Минеральный состав почвы определяется составом почвообразующих пород, возрастом почвы, особенностями рельефа, климата. В состав минеральной части почвы входят Si, Al, Fe, K, N, Mg, Ca, P, S, микроэлементы Cu, Mo, J, F, Pb. Большинство химических элементов представлено в окисленной форме или в форме растворенных ионов. Концентрация ионов водорода (рН) в почве в среднем близка к нейтральному значению, это определяет разнообразие флоры. Известковые и засоленные почвы имеют рН=8..9, а торфяные – до 4.

Органический состав формируется из соединений, содержащихся в растительных и животных остатках. Это белки, углеводы, органические кислоты, жиры и др. При разложении органических веществ, содержащийся в них азот переходит в формы, доступные растениям.

Гумус – органическое вещество почвы, образующееся в результате разложения растительных и животных остатков и продуктов жизнедеятельности организмов. Избыток или недостаток гумуса определяет плодородие почвы. Плодородие – главное качество почвы, всвязи с чем она является незаменимым природным ресурсам.

Гумификация – процесс превращения органических остатков в ходе биохимических реакций при затрудненном доступе кислорода. Многие жизненно важные элементы переходят из органических соединений в неорганические, например, азот в ионы аммония (NН₄⁺), фосфор в фосфат ионы (Н₂РО₄^-), сера в сульфат ионы (SО₄^2-), т.е. идет процесс минерализации.

В почве обитает множество видов растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химические характеристики: бактерии, водоросли, грибы, простейшие, черви, членистоногие. Установлено, что не менее 1 000 000 разных насекомых (95 % видов, известных ученым) так или иначе связано с почвой. В процессе жизнедеятельности организмы способствуют увеличению плодородия или прокладывают в почвенном слое ходы, по которым поступают воздух и влага и удаляется углекислый газ. На одном гектаре непаханой земли насчитывается около 200 кг микроорганизмов, а общая масса живых организмов, населяющих участок такого размера, достигает тонны. Это больше, чем масса минеральных удобрений, вносимых в почву для выращивания некоторых с/хоз. культур.

Используя почву, человек получает многие необходимые для жизни продукты, но в процессе своей деятельности часто оказывает разрушительное действие на нее. Именно почва в наибольшей степени подвергается загрязнению, что вызывает нарушение протекающих в ней процессов. Загрязнение почвы непосредственно связано с загрязнением атмосферного воздуха и природных вод. В почву попадают твердые и жидкие промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы. Основными загрязняющими веществами являются тяжелые металлы и их соединения, удобрения, пестициды, радиоактивные вещества.

2. Изменения в литосфере, вызванные техногенезом

Почва принимает участие в формировании местных климатических условий. Ликвидация растительного покрова почв ведет к нарушению естественного пополнения водных объектов, способствует их высыханию.

Эрозия – процесс разрушения и выноса почвенного покрова потоками воды или ветра. Эрозия, вызванная воздействием ветров, характерна для засушливых районов, на почвах, содержащих мелкие пылевидные частицы и лишенных растительности. Водная эрозия происходит при смыве поверхностного слоя почвы талыми водами, сильными ливнями на склонах, лишенных растительности.

Кислотные загрязнения и их химические последствия для почвы. Антропогенные кислотные загрязнения наряду с естественным закислением наносят большой ущерб почвам. К основным источникам закисления почв относятся атмосферные кислотные осадки, кислотообразующие удобрения (на основе мочевины). Буферная емкость почвы по отношению к кислотному загрязнению зависти от того, сколько гумусовых частиц содержится в почве. Каждая частица твердой фазы почвы окружена оболочкой из активных катионов гидроксидов кальция, магния, натрия, калия. Попадающие в почвы протоны замещают катионы, сорбционно связанные с коллоидными частицами почвы, в результате катионы мигрируют в глубинные слои, становясь недосягаемыми для растений. В отношении многих почв отмечается вымывание ионов, необходимых для питания растений, т.о. все изменения состава почвы, связанные с увеличением ее кислотности, в первую очередь подавляют рост растений. Снижение рН почвы приводит также к гибели микроорганизмов, что способствует нарушению почвенного дыхания.

Загрязнение тяжелыми металлами (ТМ). ТМ антропогенного происхождения попадают в почву из воздуха в виде твердых или жидких осадков, при внесении минеральных удобрений, при складировании бытовых и промышленных отходов. Вся масса накопленных в почве ТМ за пределами ее буферной емкости переходит в растения или вымывается с грунтовыми водами. Большие загрязнения почвы свинцом обнаруживаются вблизи предприятий, где возможны выбросы свинца в атмосферу, установок по сжиганию отходов. В почвах, богатых фосфатами свинец содержится в виде малорасторимых фосфатов свинца (Pb₃(PO₄)₂, Pb₄O(PO₄)₂), в известняковых почвах – в виде карбоната (PbСO₃) Растения более устойчивы по отношению к свинцу, чем люди и животные, поэтому необходимо контролирование содержания свинца в продуктах растит-го происхождения. Накопление кадмия в гумусе почвы протекает в меньшей степени, по сравнению со свинцом, тк соединения кадмия с гуминовыми кислотами менее устойчивы. Подвижность ионов меди выше, чем у кадмия, что создает благоприятные условия для усвоения меди растениями. Медь оказывает токсическое действие на растения и микроорганизмы, поэтому загрязнение почвы медью можно рассматривать как критическое. При загрязнении почв цинком страдают многие виды растений. При значениях рН>6 происходит накопление цинка в почве благодаря взаимодействию с глинами. Попадание стронция и его солей в организм вызывает замещение и вымывание из костей кальция, в результате чего кости размягчаются, и у людей появляются специфический уродства («уровская» болезнь, у жителей долины реки Ура, в воде которой высокое содержание солей стронция).

Пестициды в почве. Пестицидами называются вещества, обладающие токсичными свойствами по отношению к живым организмам:

§ для регуляции роста и развития растений (ретарданты, гибериллины);

§ для удаления листьев растений (дефолианты);

§ для уничтожения растений на корню (десиканты);

§ для удаления цветов и завязей (дефлоранты);

§ для отпугивания животных (репелленты) или их стерилизации (хемостерилизаторы) и др.

Путями поступления пестицидов в почву является распыление над объектами с/х деятельности и непосредственное внесение в почву, дожди, туманы. Пестициды накапливаются в почве в результате диффузии в кристаллические решетки минералов (глин), при отложении их в гумусах и при проникновении в полости частиц гумуса.

В качестве пестицидов в настоящее время разрешено использовать около 280 биологически активных веществ, на базе которых разработано более 600 различных препаратов. Пестициды разлагаются очень медленно и наиболее интенсивно накапливаются в овощах, затем в растительных маслах, фруктах и ягодах, меньше – в мясе, яйцах и молоке.

Устойчивые пестициды способны длительное время нарушать почвенные, лесные и водные экологические системы. Более 90% применяемых пестицидов подавляют бактериальную флору почв так сильно, что восстанавливаться она начинает через месяц. Отмечена корреляция между увеличением профессиональной заболеваемости и снижением продолжительности жизни в некоторых районах, в связи с применением пестицидов.

Засоление почв может происходить как в естественных условиях (подсол в результате испарения), так и в следствии искусственного орошения (орошение солоноватыми сточными водами и вдоль шоссейных дорог посыпаемых зимой солью). Соли растворимые в воде могут быть токсичны для растений и почвенных организмов.