Содержание кальция и магния в почвах Калининградской области

Химические элементы, содержащиеся в наименее устойчивых тканях растений, быстро удаляются из вещества лесных подстилок. Это калий, магний, натрий, фосфор, сера, частично кальций. Содержание же элементов, входящих в более устойчивые ткани, наоборот, возрастает в лесных подстилках. Это металлы, кремний  и др. В некоторых растениях  кремния так много, что он образует фитолитарии – мелкие выделения опала (аморфного оксида кремния). Кроме того, многие рассеянные элементы активно сорбируются подстилками благодаря огромной поверхности в единице объема полуразложившегося растительного опада.

А масса органического  углерода в педосфере (включая углерод залежей торфа, и лесных подстилок) по данным В.В. Добровольского с учетом данных других исследователей, близка к 25х1011 т. Это более чем в 2 раза превышает массу углерода во всей существующей растительности суши!

 

2. Геохимия кальция в почвах

Атомы кальция содержат магническое число протонов: 20 в ядре и это определяет прочность его ядерной системы. Среди легких элементов кальций представлен максимальным числом стабильных изотопов – 6, имеющих распространение: 40Са – 96,97% (дважды магнический Z=N=20) 42Са – 0,64, 43Са – 0,145, 44Са – 2,06, 46Са-0,0033, 48Са -0,185%. По распространению в Солнечной системе он занимает 15 место, но среди металлов находится на 5 месте.

  В природе он ведет себя как химически активный металл. Легко окисляется с образованием СаО. В геохимических процессах выступает как двухзарядный катион Са+2.

Его ионный радиус очень  близок к радиусу натрия. Число  минеральных видов – 390, поэтому  он относится к главным минералообразующим элементам. По числу образуемых минералов он занимает 4 место после кислорода, водорода и кремния. Например: карбонаты – кальцит, арагонит, доломит; сульфаты – ангидрит, гипс; галоиды- флюорит; фосфаты: апатит; силикаты – гранаты, пироксены, амфиболы, эпидот, плагиоклазы, цеолиты.

Плагиоклазы – наиболее распространенные минералы земной коры. Кларк кальция в литосфере  составляет 2,96. Кальциевые силикаты слабо устойчивы в зоне гипергенеза и при выветривании горных пород разрушаются в первую очередь.

Кальций обладает относительно высокой миграционной способностью, во многом определяемой особенностями  климата. В процессах химического  выветривания кальций выщелачивается из минералов природными водами. По отношению к выветриванию кальциевые минералы образуют следующую последовательность: плагиоклаз – кальциевый авгит- кальциевый амфибол. В группе плагиоклазов богатые кальцием разности выветриваются скорее, чем натриевые. При этом природные растворы, энергично удаляющие кальций, содержат значительные количества гидрокарбонатного иона. Зато в почвах гумидных зон наблюдается значительный дефицит кальция. Очень мало его и в корах выветривания. Объясняется это высокой миграционной подвижностью данного элемента.

В ионном стоке с материков  кальций занимает первое место среди  катионов. Реками он выносится главным  образом в виде взвесей карбонатов, сульфатов и бикарбоната в  растворенном состоянии. Геохимическая  история кальция в океане связана  с карбонатной системой равновесия, температурой воды и деятельностью  живых организмов.

Кальций – один из важнейших  элементов живых организмов –  от простейших до высших млекопитающих. Холодные воды высоких широт и  морские глубины недосыщены СаСО3 из-за низких температур и рН, поэтому содержащаяся в воде угольная кислота растворяет СаСО3 донных отложений. Именно поэтому морские организмы в высоких широтах избегают строить свои скелеты из СаСО3. В экваториальных широтах установлена область пересыщения СаСО3. Здесь наблюдается массовый рост коралловых рифов, у многих живущих здесь организмов массивные карбонатные скелеты и раковины.

Миграция кальция в  океане с участием живых организмов – наиболее важное звено в его  круговороте. По А.П. Виноградову реки ежегодно приносят в океан и1*1015т СаСО3. Куда же он делся?. Примерно столько же его ежегодно захороняется в донных отложениях океана. Живые организмы океана концентрируют кальций в виде арагонита и кальцита. Арагонит, однако, неустойчив и со временем переходит в кальцит. В океане мы сталкиваемся с уникальными явлениями быстрого роста крупных кристаллов в отдельных организмах. В некоторых раковинах двустворчатых моллюсков встречаются кристаллы кальцита длиной более 7 см, в тропических морях обитают морские ежи , имеющие длинные иголки из кальцита. У многих иглокожих наблюдается адаптация живого тела организмов к форме кристаллов. В этом случае мы встречаем особый вид симбиоза между организмами и кристаллами.

В аридном климате кальций  легко выпадает из растворов в  виде карбонатов, формируя толщи хемогенных карбонатных пород и иллювиально-карбонатные  горизонты в почвах.

Небольшая часть ионов  кальция морской воды осаждается в замкнутых водоемах в эвапоритовых условиях химическим путем.

Кальций играет важную роль в процессах почвообразования. Он входит в состав почвенно-поглощающего комплекса, участвует в обменных реакциях почвенного раствора, обусловливая буферную способность почв в кислом интервале среды. Гуматы кальция играют важную роль в формировании структуры почвы. Кроме того, кальций активно участвует в процессах осаждения полуторных окислов, марганца, нередко образуя конкреции совместно с этими элементами и кремнеземом.

В почвах кислого ряда, характеризующихся  значительным проявлением процесса выщелачивания, наблюдается явление  биогенного накопления кальция в  подстилке и аккумулятивных поверхностных  горизонтах почв. Он входит в группу элементов-биофилов. Поэтому кальций активно участвует в биологическом круговороте. Масштабы вовлечения кальция значительно различаются в разных природных зонах.

В агроландшафтах значительная часть кальция отчуждается вместе с урожаем.

Но нарушение биогеохимического  круговорота кальция в настоящее  время происходит не только и не столько за счет отчуждения части  его с сельскохозяйственной продукцией, но и за счет использования карбонатных  пород в строительстве, сельском хозяйстве (известкование почв), металлургической промышленности.

3. Геохимия магния в почвах

Кларк магния уступает кларку кальция и составляет 1,87, но распределение магния очень неоднородно. По размеру ион магния близок к ионам двухвалентного железа и никеля и совместно с ними входит в состав оливинов и пироксенов, концентрируясь в основных и особенно ультраосновных магматических горных породах.

В то же время, магний накапливается  в океане и соляных озерах и  помиграционной способности приближается к таким элементам как натрий и калий. Обусловлено это хорошей растворимостью хлоридов и сульфатов магния. В отличие от других щелочноземельных и щелочных металлов магний, благодаря малому размеру ионов, легко входит в кристаллическую решетку глинистых минералов, образуя вторичные магнезиальные алюмосиликаты.

Магний – биофильный элемент. Он входит в состав хлорофилла, который при недостатке этого элемента разрушается. Растение реагирует на недостаток магния в почве оттоком хлорофилла из старых листьев к молодым. Передвижение идет по жилкам листа. Поэтому они долгое время остаются зелеными, в то время как межпрожилковые участки листа желтеют. Известны и болезни животных. Связанные с недостатком магния. Тем не менее, биофильность магния меньше, чем у кальция и калия.

В гумидных ландшафтах магний, как и кальций выщелачивается из почв, хотя его подвижность ниже. Чем у кальция. Связано это с действием нескольких геохимических барьеров. Во-первых, магний активно поглощается живым веществом; во- вторых – он, так же как и калий входит в кристаллические решетки вторичных силикатов и, наконец, сорбируется глинистыми коллоидами и гумусом. Все же значительная часть магния выносится с жидким стоком и в составе грунтовых и речных вод магний находится на втором месте после кальция.

В аридных условиях на распределение  магния влияет высокая растворимость  его хлоридов и сульфатов. В результате наблюдается накопление этих солей  на испарительных барьерах и формирование солончаков.

В океан магний попадает из выветривающихся горных пород  и масштабы этого поступления  значительны (особенно. В прошлом). По подсчетам В.М. Гольдшмидта за время геологической истории с материков в океан поступило 12,6 г магния на каждый килограмм океанической воды. Однако. Содержание магния в воде современных океанов составляет всего 1,3 г. Это обусловлено многократным участием каждого атома магния в большом геологическом круговороте, отложением доломитов и других содержащих магний осадочных пород.

     Миграция магния на протяжении геологической истории существенно менялась. Если в докембрийских известняках содержится до 12,6% магния, то в современных – только 1%. Образование доломитов в открытых морях прекратилось еще в конце палеозоя. В настоящее время доломиты осаждаются только в некоторых лагунах.

Технофильность магния пока значительно ниже, чем у кальция и натрия. До начала ХХ века использовались только доломит и магнезит. Только в последнее время стали широко использовать сплавы, содержащие магний. В обедненных магнием ландшафтах наблюдается незначительное его накопление за счет внесения магнийсодержащих удобрений и известкования почв с применением доломита.

4. Содержание в почвах кальция и магния в Калининградской области

Список почв Калининградской  области был составлен А.А. Завалишиным  и Б.В. Надеждиным по итогам работы комплексной экспедиции АН СССР. В него вошли две группы почв: природные и окультуренные почвы. Природные почвы включали бурые лесные, иллювиально-гумусовые слабоподзолистые, дерново-подзолистые нормального увлажнения и с признаками избыточного увлажнения, перегиойно-подзолистые, торфянисто-перегнойно-подзолистые, болотные, аллювиальные. Почвы сельскохозяйственных угодий были выделены в особые группы дерновых окультуренных почв полей и дерново-глеевых луговых почв. Группа культурных почв включала бурые окультуренные почвы, дерновые остаточно- подзолистые почвы (дерново-подзолистые окультуренные) и дерновые остаточно- подзолистые повышенно-увлажненные с более дробным делением последних двух ^ групп. В период написания монографии (Завалишин А.А. «Почвенный покров Калининградской области», 1961 г.) официальная классификация почв СССР J (окончательный вариант вышел в 1977 г.) только формировалась. В дальнейшем классификация окультуренных почв, предложенная А.А. Завалишиным, не нашла распространения.

В 1953 г. был составлен  единый систематический список почв Прибалтийских республик (распространенный и на Калининградскую область), где  было выделено шесть типов почв: 1) подзолистые; 2) подзолисто-болотные; 3) болотные; 4) дерново- карбонатные; 5) дерново-глеевые; 6) аллювиальные с последующим их внутригрупповым подразделением.

В настоящее время официально действующей в России остается классификация почв 1977 года:

1. Подзолистые почвы:

-подзолистые;

-дерново-подзолистые,

-дерново-подзолистые освоенные  и окультуренные 

2. Подзолистые культурные  почвы

3. Болотно-подзолистые:

     - дерново-подзолистые поверхостно-оглеенные;

     - дерново-подзолистые грунтово-оглеенные;

     -перегнойно-подзолистые  поверхостно- и грунтово-оглеенные;

     -торфянисто-подзолистые  поверхостно- и грунтово-оглеенные;

4. Бурые лесные почвы  (бурозем);

5. Бурые лесные глеевые  почвы (буроземы глеевые);

6. Дерново-глеевые почвы;

7. Торфяные болотные верховые почвы;

8. Торфяные болотные низинные почвы;

9. Торфяные низинные освоенные  почвы;

10. Аллювиальные дерновые  кислые почвы;

11. Аллювиальные дерновые  насыщенные почвы;

12. Аллювиальные луговые  кислые почвы;

13. Аллювиальные луговые  насыщенные почвы;

14. Аллювиальные болотные  иловато-перегнойно-глеевые почвы;

15. Аллювиальные болотные  иловато-торфяные почвы;

Теперь перейдем, непосредственно, к содержанию кальция и магния в некоторых типах почв Калининградской области.

Почвы подзолистого ряда:

Таблица 1. Кальциево-магниевый состав подзолистых автоморфных почв на песчаных отложениях под лесом

Разрез	Горизонт и глубина, см	Содержание в % на абсолютно сухую почву
		MgO	CaO
107	A1A2 8-12	0,51	0,44
	В 12-27	1,00	1,32
	С 40-90	0,50	1,55
359	А0А1 1-4	0,27	3,31
	А1А2 4-15	0,69	0,31
	Bfh 15-24	0,53	0,30
	C 110-130	0,36	0,22

 

Таблица 2. Кальциево-магниевый состав подзолистых окультуренных автоморфных почв на песчаных отложениях

Разрез		Горизонт и глубина, см	Содержание в % на абсолютно сухую почву
			MgO	CaO
244	Ап 0-20		0,97	4,70
	В 30-50		0,58	0,66
	С 70-125		0,85	0,40
	С 150-170		0,80	0,40