Почвоведение с основами агрохимии

Так, растворимость известняка резко усиливается вследствие перехода СаСО3 в более растворимый гидрокарбонат:

СаСO3 + СO2 + Н2O = Са(НСO3)2.

Гидролиз - основная химическая реакция минералов магматических пород с водой. При этом катионы калия, натрия, кальция и магния в кристаллической решетке алюмосиликатов замещаются водородными катионами воды.

Гидратация - процесс присоединения молекул воды к минералам.

При гидратации происходит разрыхление поверхности минералов, благодаря чему усиливается воздействие на них водных растворов и газов.

Окисление - процесс, связанный с действием атмосферного кислорода на минералы, содержащие оксид железа (II) или другие элементы, способные к окислению, например:

4FeCO3 + ЗН2O + O2 = 2Fe2O3 ЗН2O + 4СO2.

В результате выветривания магматических пород образуются оксиды, переотложенные осадки и растворимые соли.

Биологическое выветривание - это механическое разрушение и химическое изменение горных пород под воздействием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Этот вид выветривания связан спочвообразованием. Если при физическом и химическом выветривании происходит только превращение магматических горных пород в осадочные, то при биологическом выветривании образуется почва, в ней накапливаются элементы питания растений и органическое вещество.

В почвообразовательном процессе участвуют бактерии, грибы, актиномицеты, зеленые растения, а также различные животные (дождевые черви, землеройные животные, насекомые и др.). Горные породы разлагают и многочисленные микроорганизмы. Так, нитрифицирующие бактерии образуют сильную азотную кислоту, а серобактерии - серную кислоту, которые энергично разлагают алюмосиликаты и другие минералы. Силикатные бактерии, выделяя органические кислоты и диоксид углерода, разрушают полевые шпаты, фосфориты и переводят калий и фосфор в форму, доступную для растений.

Водоросли (диатомовые, сине-зеленые, зеленые и др.) также разрушают горные породы. Особенно велика роль диатомовых водорослей, которые для построения своего скелета извлекают из алюмосиликатов кремниевую кислоту.

Лишайники, поселившиеся на горных породах, разрушают их посредством выделения специфических лишайниковых кислот и диоксида углерода. Кроме того, гифы лишайника способны проникать в тончайшие поры горных пород, что приводит к их физическому разрушению. Под лишайниками происходит некоторое накопление фосфора, калия, серы и других элементов, наличие которых обусловливает поселение на их месте мхов, а затем и высших растений. Мхи задерживают много влаги, что еще усиливает разрушение пород.

Зеленые растения выделяют органические кислоты и другие биогенные вещества, которые взаимодействуют с минеральной частью, образуя сложные органо-минеральные соединения. Корневые системы избирательно усваивают зольные элементы. После отмирания растений в верхних почвенных горизонтах происходит накопление азота, фосфора, калия, кальция, серы и других биогенных элементов. Кроме того, корни растений, особенно древесных, проникая в глубь горных пород по трещинам, оказывают давление на породы и разрушают их механически.

Таким образом, под влиянием физического, химического и биологического выветривания горные породы, разрушаясь, обогащаются мелкоземом, глинистыми и коллоидными частицами, приобретают поглотительную способность, становятся влагоемкими, водо- и воздухопроницаемыми; в них накапливаются элементы питания растений и органическое вещество. Это приводит к возникновению существенного свойства почвы - плодородия, которого не имеют горные породы.

30. Значение почвенных коллоидов в почвообразовании

Почвообразовательный процесс относится к категории биофизико-химических процессов. По определению А.А. Роде, почвообразовательным процессом называется совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще. Генезис любой почвы состоит, как минимум, из трех последовательных стадий.

Почва - сложная полидисперсная система, состоящая из частиц различной величины. Почвенные коллоиды представлены частицами, диаметр которых лежит в пределах 0,0001-0,0200 нм. Их количество в почве различно - от 1-2 до 30-40 % к массе почвы. Однако даже при незначительном содержании в почве частиц коллоидного размера именно они главные носители сорбционных свойств почвы. Причины этого: 1) почвенные коллоиды даже при небольшом содержании представляют основную долю общей поверхности твердой фазы почвы; 2) физическая и химическая природа поверхностей почвенных коллоидов благоприятствует протеканию на них разнообразных сорбционных процессов.

К минеральным коллоидам образуются в результате выветривания при измельчении горных пород. К ним относят глинистые минералы, коллоидные формы кремнезема и полутораоксиды. Отрицательный заряд у кристаллических глинистых минералов не зависит от рН. Коллоиды, несущие только отрицательный заряд, называют ацидоидами, а несущие только положительный заряд – базоидами. Поверхность аморфных минералов, в частности минералов группы оксидов (гидрооксидов) имеет рН·зависимый заряд (величина и знак заряда). Такие коллоиды называют амфолитоидами.

Органические коллоиды накапливаются в почве в результате разложения растительных остатков. Представлены преимущественно веществами гумусовой и белковой природы. Кроме того, в почвах могут быть полисахариды и другие соединения, находящиеся в коллоидно-дисперсном состоянии. Органические коллоиды находятся в почве преимущественно в осажденном состоянии вследствие связывания с поливалентными катионами (в виде гелей).

Органо-минеральные коллоиды образуются при взаимодействии глинистых минералов с органическим веществом почвы. Представлены преимущественно соединениями гумусовых веществ с глинистыми минералами и осажденными формами полутораоксидов. Это наиболее разнообразная по составу и формам связи группа почвенных коллоидов.

По степени сродства к воде различают гидрофильные (высокое сродство) и гидрофобные (низкое сродство) коллоиды. Гидрофобные свойства почвенным коллоидам, проявляющиеся, в частности, в пониженной смачиваемости, могут придавать органические вещества типа липидов, если они покрывают поверхность почвенных частиц.

Значение коллоидов в почвообразовании очень велико:

- Обладают клеящейся способностью, - большая роль в образовании структуры т.к. происходит склеивание механических частиц в агрегаты.

- Они содержат N, P, S и другие элементы, питание которых переходит в доступную форму.

- Обладая большой поглотительной способностью, они поглощают из почвенного раствора и сохраняют от вымывания катионы (элементы питания).

Согласно К.К. Гедройцу, под поглотительной способностью следует понимать способность почвы задерживать «соединения или части их, находящиеся в растворенном состоянии, а также коллоидально распыленные частички минерального и органического вещества, живые микроорганизмы и грубые суспензии». Совокупность компонентов почвы, участвующих в процессах поглощения, К.К. Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом, или сокращенно ППК. Основную часть ППК составляют почвенные коллоиды. К.К. Гедройц выделил 5 видов поглотительной способности: механическую, физическую, физико-химическую или обменную, химическую и биологическую.

Процессы поглощения играют существенную роль в дифференциации всех веществ по почвенному профилю. Сорбции принадлежит огромная роль в формировании свойств почвенных коллоидов, а также физических и физико-механических свойств почвы. Известно, что в результате сорбции органических веществ изменяется гидрофильность почвенных коллоидов. Состояние и свойства почвенных коллоидов, в свою очередь, влияют на агрегатообразование, порозность, плотность почвы, а также ее физико-механические свойства, такие как липкость, пластичность и др.

Процессы поглощения могут играть важную роль в формировании микроморфологических признаков почв. Например, накопление так называемой глинистой плазмы связано с проявлением процессов механического поглоще­ния и адгезии. Сорбционные процессы играют важную роль в закреплении элементов минерального питания в корнеобитаемом слое почвы. Благодаря сорбции эти элементы активно не вымываются из почвенных горизонтов, а, наоборот, аккумулируются в них и используются растениями. В условиях интенсивного сельскохозяйственного использования почв роль сорбционных процессов и их регулирования возрастает, поскольку именно сорбционные процессы во многом определяют характер взаимодействия удобрений, химических мелиорантов, пестицидов с почвой и эффективность использования средств химизации в земледелии.

Для увеличения поглотительной способности песчаных почв применяют такие приемы, как глинование, обогащение почв органическим веществом путем применения органических удобрений, увеличения доли многолетних трав в севооборотах, использования сидератов. Почвы с сильно выраженными сорбционными свойствами (глинистые) также характеризуются неблагоприятными условиями взаимодействия со средствами химизации. Благодаря полному и прочному закреплению снижается эффективность их действия. Снижения сорбционного закрепления веществ почвой можно достичь внесением больших количеств несорбирующего материала, например песка.

Важное значение для плодородия почв имеет состав обменных оснований, который определяет кислотность и щелочность почвы. Чтобы изменить состав обменных катионов, для устранения избыточной кислотности или щелочности почв, улучшения физического состояния почвы проводят химические мелиорации - известкование кислых почв и гипсование, а также кислование щелочных почв.

34. Значение поглотительной способности почв

Согласно К.К. Гедройцу, под поглотительной способностью следует понимать способность почвы задерживать «соединения или части их, находящиеся в растворенном состоянии, а также коллоидально распыленные частички минерального и органического вещества, живые микроорганизмы и грубые суспензии». Совокупность компонентов почвы, участвующих в процессах поглощения, К.К. Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом, или сокращенно ППК. Основную часть ППК составляют почвенные коллоиды. К.К. Гедройц выделил 5 видов поглотительной способности: механическую, физическую, физико-химическую или обменную, химическую и биологическую.

Процессы поглощения играют существенную роль в дифференциации всех веществ по почвенному профилю. Сорбции принадлежит огромная роль в формировании свойств почвенных коллоидов, а также физических и физико-механических свойств почвы. Известно, что в результате сорбции органических веществ изменяется гидрофильность почвенных коллоидов. Состояние и свойства почвенных коллоидов, в свою очередь, влияют на агрегатообразование, порозность, плотность почвы, а также ее физико-механические свойства, такие как липкость, пластичность и др.

Процессы поглощения могут играть важную роль в формировании микроморфологических признаков почв. Например, накопление так называемой глинистой плазмы связано с проявлением процессов механического поглоще­ния и адгезии. Сорбционные процессы играют важную роль в закреплении элементов минерального питания в корнеобитаемом слое почвы. Благодаря сорбции эти элементы активно не вымываются из почвенных горизонтов, а, наоборот, аккумулируются в них и используются растениями. В условиях интенсивного сельскохозяйственного использования почв роль сорбционных процессов и их регулирования возрастает, поскольку именно сорбционные процессы во многом определяют характер взаимодействия удобрений, химических мелиорантов, пестицидов с почвой и эффективность использования средств химизации в земледелии.

Для увеличения поглотительной способности песчаных почв применяют такие приемы, как глинование, обогащение почв органическим веществом путем применения органических удобрений, увеличения доли многолетних трав в севооборотах, использования сидератов. Почвы с сильно выраженными сорбционными свойствами (глинистые) также характеризуются неблагоприятными условиями взаимодействия со средствами химизации. Благодаря полному и прочному закреплению снижается эффективность их действия. Снижения сорбционного закрепления веществ почвой можно достичь внесением больших количеств несорбирующего материала, например песка.

Важное значение для плодородия почв имеет состав обменных оснований, который определяет кислотность и щелочность почвы. Чтобы изменить состав обменных катионов, для устранения избыточной кислотности или щелочности почв, улучшения физического состояния почвы проводят химические мелиорации - известкование кислых почв и гипсование, а также кислование щелочных почв.

41. Водные свойства почвы, их краткая характеристика

Основными водными свойствами почв являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность.

Водоудерживающая способность - свойство почвы удерживать воду, обусловленное действием сорбционных и капиллярных сил, Наибольшее количество воды, которое способна удерживать почва теми или иными силами, называется влагоемкостью. Способность почвы сорбировать парообразную воду называется гигроскопичностью. Содержание гигроскопической воды (Г) в почве зависит от относительной влажности воздуха и свойств самой почвы. Чем тяжелее ее механический состав, чем больше в ней содержится органических и минеральных коллоидов, тем выше гигроскопическая влажность.

Наибольшее количество прочносвязанной, строго ориентированной воды, удерживаемой адсорбционными силами, характеризует максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ). По сравнению с гигроскопической влажностью максимальная гигроскопическая влажность для данной почвы довольно стабильная величина.

Наибольшее возможное содержание рыхлосвязанной воды, удерживаемой сорбционными силами или силами молекулярного притяжения, характеризует максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ).

Рыхлосвязанная вода, постепенно наращивая толщину пленок с притоком влаги, переходит в свободную, не связанную с почвенными частицами воду, которая со временем целиком заполняет капиллярные поры (капиллярная вода) и некапиллярные поры (гравитационная вода). Когда в почве все поры заполнены водой, наступает состояние увлажнения, называемое полной влагоемкостью или водовместимостью. Наибольшее количество воды, которое остается в почве после обильного увлажнения и стекания всей гравитационной воды при отсутствии слоистости почвы и подпирающего действия грунтовых вод, называется наименьшей или предельно-полевой влагоемкостью (НВ или ППВ). Она дает представление о наибольшем количестве воды, которое почва способна накопить и длительное время удерживать.