Поглотительная способность почв. Химические элементы почв и их соединения.

Химические элементы почв и их соединения.

Макро- и микроэлементы. Плодородие почв.

Поглотительная способность почв

В почвах содержатся практически все элементы Периодической системы Д.И. Менделеева. Минеральная часть почвы в значительной степени обусловлена химическим составом почвообразующих горных пород и в большинстве почв составляет 80-90% от массы почвы.

Органические вещества накапливаются в почве в результате жизни растительных и животных организмов. При взаимодействии минеральных и органических веществ формируется сложный комплекс органо-минеральных соединений в почвах.

В почвах химические элементы находятся в составе минералов, органических и органо-минеральных соединений твердой фазы, в почвенных растворах и газообразной фазе. Растения поглощают почти все химические элементы почв. Установлено, что для питания растений необходимы следующие элементы: С, Н, О, N, Р, S, К, Са, Mg, Fe, Mn, Cu, Na, Zn, Mo, B, Cl, Si, Co, J. Однако не все элементы пропорционально их содержанию в почвах идут на построение тканей растений.

Три элемента: С, Н и О относят к органогенным, поскольку материал растений составлен в среднем на 45% из атомов углерода, на 42% - из атомов кислорода, на 6,5% – из водорода и на 1,5% из азота. Их сумма составляет ~95% от сухой массы тканей растений. Остальные 16 химических элементов (5%) относят к зольным элементам. Они названы так потому, что составляют зольную часть растений.

Зольные элементы, содержание которых в растениях составляют менее 0,001% масс. на сухую массу тканей (B, Cu, Mg, Zn, Mo) называют микроэлементами. Они участвуют в ферментативных реакциях при обмене веществ в растениях.

Химический состав почв определяется составом горных пород литосферы, поэтому различные типы почв отличаются содержанием химических элементов (табл. 1). Образующиеся почвы наследуют химический состав почвообразующих пород, но в зависимости от типа почвообразования происходят значительные изменения в содержании и распределении по профилю почвы различных химических элементов. В зависимости от сочетания факторов почвообразования тип почвы приобретает характерную дифференциацию на горизонты с определенным химическим составом. Например, в дерново-подзолистых почвах верхние горизонты обогащены кремнеземом, который трудно поддается разрушению и вымыванию, а окиси алюминия и железа в кислой среде более лабильны и вымываются в нижние горизонты почвенного профиля. Для всех почв характерно накопление органических веществ в верхних горизонтах и накопление в них важных элементов питания микроорганизмов и растений.

По содержанию щелочных и щелочноземельных оснований почвообразующие породы делят на засоленные, карбонатные и выщелоченные.

В выщелоченных породах содержание окисей кальция, калия, магния, натрия составляет 1– 3% каждого. Карбонатные породы содержат до 15– 20% карбоната кальция (СаСО₃). В засоленных породах много сульфатов и хлоридов кальция, магния и натрия. Содержание химических элементов в почвах варьирует в течение вегетационного периода в связи с изменением влажности, температуры, концентрации СО₂ в почве, биологической активности почв.

Нужно понимать, что химический состав природных почв определяется процессами выветривания горных пород при отложении и процессами почвообразования в конкретных условиях. А в процессах почвообразования участвуют растения и множество живых организмов. Поэтому содержание углерода в почве, по сравнению с литосферой в ~20 раз больше, а азота – в ~10 раз, поскольку эти элементы усваиваются живыми организмами из атмосферы и накапливаются в почвах.

Таблица 1

Содержание (% масс.) химических элементов в литосфере и почвах

(по А.П. Виноградову)

Химические элементы растения из почв извлекают избирательно путем физико-химической адсорбции на внешней поверхности корней или в результате ионного обмена.

Запасы химических элементов питания для растений в почвах значительны и исчисляются для некоторых почв десятками и сотнями тонн на 1 га. Но большинство химических элементов находятся в труднодоступной форме для растений. Например, оксиды и гидроксиды железа (Fe₂O₃, Fe(OН)₃ )гидроксилапатит кальция, трехзамещенный фосфат кальция – Са₃(РО₄)₂. Основная часть калия в почве входит в состав кристаллической решетки первичных и вторичных минералов также в малодоступной для растений форме.

Химические элементы, входящие в состав органических веществ почвы, становятся доступными для растений после минерализации. Азот, фосфор и зольные элементы поглощаются растениями из почвенного раствора и твердой фазы почвы в основном в ионной форме (NН₄^-, NO₃^-, HPO₄^2-, H²PO₄^-, Са²⁺, К⁺, Fe²⁺ и др.).