ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВООБРАЗУЮЩИЕ ПОРОДЫ И МИНЕРАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ПОЧВЫ

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВООБРАЗУЮЩИЕ ПОРОДЫ И МИНЕРАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ПОЧВЫ.

• Химический состав почв определяется с помощью валового анализа. • Валовой анализ предусматривает определение валового состава почв, т. е. всех элементов, слагающих почву, но характеризует в основном ее минеральную часть. • Химический состав отражает состав твердой фазы почвы - содержание Si. O 2, Fe 2 O 3, Al 2 O 3, Mn. O, Ca. O, Mg. O, ТO 2, Na 2 O, K 2 O, Р 2 O 5. • По результатам валового анализа судят об относительном перераспределении элементов по профилю почв.

Элементный состав, % Сравнение среднего химического состава литосферы, почв и живых организмов Элемент Литосфера Почва Организмы О 47, 2 49 70 Si 27, 6 33 0, 15 А 1 8, 8 7, 13 0, 02 Fe 5, 1 3, 8 0, 02 Са 3, 6 1, 37 0, 5 Na 2, 64 0, 63 0, 02 К 2, 6 1, 36 0, 07 Mg 2, 1 0, 63 0, 2 Ti 0, 6 0, 46 0, 0008 Н 0, 15 5 10, 5 С 0, 1 2 18 S 0, 09 0, 085 0, 05 Mn 0, 09 0, 085 0, 007 Р 0, 08 0, 07 Cl 0, 045 0, 01 0, 04 N 0, 01 0, 3

Химические элементы в почвах • Кремний — определяется содержанием в почве кварца и в меньшей степени первичных и вторичных силикатов и алюмосиликатов. • В ряде случаев присутствует и в больших количествах аморфный кремнезем в виде опала или халцедона. • Валовое содержание Si. O 2 колеблется от 40 до 70 % в глинистых почвах и до 90 — 98 % в песчаных.

• Алюминий — обусловлен присутствием полевых шпатов, глинистых минералов и других богатых алюминием первичных минералов, например слюд, эпидотов, граната, корунда. • В почве может содержаться и свободный глинозем в виде бёмита, гидраргилита в аморфной или кристаллической форме. • Валовое содержание Аl 2 O 3 в почвах обычно колеблется от 1 — 2 до 15 — 20 %, а в ферраллитных почвах тропиков и бокситах может превышать 40 %.

• Железо — присутствует в почвах в виде магнетита, гематита, глауконита, роговых обманок, биотита, хлоритов, глинистых минералов, минералов группы оксидов железа. • Много в почвах и аморфных соединений железа (гетит, гидрогетит и др. ). Валовое содержание Fe 2 O 3 колеблется в очень широких пределах — от 0, 5 — 1 % в кварцево-песчаных почвах и 3 — 5 % в почвах на лессах, до 8— 10 % на элювии плотных ферромагнезиальных пород и 20 — 50% в ферраллитных почвах и латеритах тропиков.

Соединения железа в почве представлены в следующих формах: • силикатное железо, входящее в состав железо кристаллических структур первичных минералов и вторичных (глинистых) минералов; • несиликатное (свободное) железо: окристаллизованное оксидов и гидрооксидов; аморфных соединений (железистых и гумусово-железистых); подвижных соединений (обменных и воднорастворимых).

• Кальций — содержание Са. О в бескарбонатных суглинистых почвах составляет 1 — 3 % и определяется присутствием глинистых минералов полевых шпатов и силикатов, а также гумусом и органическими остатками. Кальций содержится также в обломках карбонатных пород. • В почвах сухостепной и аридной зон в процессе почвообразования идет накопление вторичного кальцита или гипса.

• Магний — по содержанию близок к Са. О, что обусловлено присутствием монтмориллонита, вермикулита, хлорита. В крупных фракциях магний сосредоточен в обломках доломитов, роговых обманок, пироксенах.

• Калий — содержание К 2 О в почвах составляет 2 — 3 %. Он присутствует в тонкодисперсных фракциях, особенно в гидрослюдах, а также в составе первичных минералов — биотита, мусковита, калиевых полевых шпатов.

• Натрий — содержание Na 2 О в почвах составляет около 1 — 3 %, преимущественно в натрийсодержащих полевых шпатах. • В аридных почвах натрий присутствует в основном в виде хлоридов. • Дефицита натрия в почвах, как правило, не наблюдается, но его избыток обусловливает неблаго-приятные физические свойства почв.

• Углерод, азот, фосфор — важнейшие органогенные элементы. • Углерод сосредоточен главным образом в гумусе, а также в органических остатках и карбонатах. • Азот также связан с гумусом и наряду с фосфором играет очень важную роль в плодородии почв. • В почвах, как правило, наблюдается дефицит фосфора, его валовое количество незначительно и в основном его содержат гумус и органические вещество

• Материнская (почвообразующая) порода определяет минеральную часть почвы. • Минеральная часть – основа твердой фазы почвы. На нее приходится от 80 до 98% массы почвы в сухом состоянии.

• Почвообразующая порода – матрица на которой происходит образование почвы; – всегда представлена продуктами гипергенеза (корами выветривания) или продуктами их переотложения.

• Гипергенез (выветривание) – процесс преобразования горных пород и минералов на поверхности Земли под действием экзогенных факторов. • В рамках гипергенеза выделяют частные процессы: физические, химические и биохимические. • Выделяют 2 уровня гипергенеза: – Гипергенез почвообразующей породы – Гипергенез внутрипочвенный

• Почвообразующей породой могут являться: – Грубообломочный элювий магматических метаморфических и осадочных пород; – Верхние горизонты коры выветривания, преимущественно тяжелого гранулометрического состава – Продукты выветривания переотложенные различными экзогенными агентами (отличаются разным гранулометрическим составом) – покровные отложения.

В процессе гипергенеза химические элементы покидают кристаллохимическую структуру минералов почвообразующей породы и переходят в иные формы, связанные с разными фазами и компонентами почвы.

Формы химических элементов в почве Форма нахождения элемента в почве Носитель элемента Силикатные Первичные и вторичные силикаты Связанные с полуторными Оксиды и гидроксиды окислами Fe, Mn и Al Связанные с сульфатами и Минералы классов сульфаты и карбонатами карбонаты (в нейтральных и щелочных почвах) Связанные с органическим Почвенные гумус, веществом органические остатки, неспецифические органические соединения Сорбированные Поверхность крупных (поглощенные формы) органических молекул и тонкодисперсных частиц Водорастворимые Одиночные и комплексные ионы в почвенном растворе Степень мобилизации в процессе гипергенеза и почвообразования Доступность растениям Очень слабо Практически не доступны Слабо Мало доступны Средне доступны Средняя Средне доступны Высокая Легко доступны Очень высокая Очень легко доступны

• За счет своих химических свойств различные элементы характеризуются различной степенью подвижности в зоне гипергенеза, т. е. вовлеченностью в геохимические и почвенно-геохимические процессы.

Миграционные ряды элементов в коре выветривания (по Б. Б. Полынову, 1947) Миграционные ряды элементов Состав ряда миграции Энергично выносимые Сl(Вr, I), S Легко выносимые Са, Na, Mg, К Подвижные Si (первичных силикатов), Р, Мn Инертные (слабо подвижные) Fe, Al Практически неподвижные Si. O 2 (кварца)

Миграционные ряды элементов в коре выветривания (по Б. Б. Полынову, 1947) Миграционные ряды элементов Состав ряда миграции Энергично выносимые Сl(Вг, I), S Легко выносимые Са, Na, Mg, К Подвижные Si. О 2 (силикатов), Р, Мn Инертные (слабо подвижные) Fe, Al Практически неподвижные Si. O 2 (кварца)

Стадии выветривания • На первой стадии происходит физическая дезинтеграция породы, в результате чего образуются россыпи грубого обломочного материала, который называют обломочной корой выветривания.

• Большей подвижностью хлоридов и сульфатов и относительной устойчивостью соединений кальция обусловлено возникновение второй стадии — обызвесткованной коры выветривания.

• На третьей стадии продукты выветривания утрачивают кремнекислоту (Si. O 2 ) силикатов вследствие их разрушения и перестройки с образованием глинистых минералов. • Кора выветривания этой стадии, обогащенная вторичными глинистыми алюмосиликатами, получила название сиаллитной.

• На четвертой стадии продукты выветривания лишаются большей части кремнезема и слагаются почти исключительно гидроксидами железа и алюминия. Подобная кора выветривания носит название аллитной

1 — аллитный элювий; 2 — сиаллитная аккумуляция; 3 — карбонатная аккумуляция; 4 — хлоридно-сульфатная аккумуляция; 5 — отложения береговой зоны

• Почвообразующая порода характеризуется – Сложением; – Минералогическим составом; – Гранулометрическим составом.

Минералы почв и почвообразующих пород • Первичные минералы – наследуются от породы (кварц, амфиболы и пироксены, слюды, глины, карбонаты, сульфаты, оксиды, фосфаты и сульфиды) • Вторичные минералы образуются в процессе почвообразования (оксиды и гидрооксиды Fe, Al, Mn, глинистые минералы, карбонаты, сульфаты, хлориды)

• Минералогический состав почв определяется устойчивостью минералов к выветриванию.

Наиболее устойчивы и распространены в почвах минералы: – Кварц, – Полевые шпаты, – Глины, – Оксиды железа, – В аридных условиях – карбонаты и сульфаты.

Распространенные почвообразующие породы • • • Аллювиальные Озерные Морские Глинистые (коры выветривания) Эоловые Ледниковые (моренные, флювиогляциальные, покровные суглинки, лессы) • Элювий

Аллювий Сортированные, слоистые отложения, легкого механического состава (песок, супесь, галька). Минералы: кварц, полевые шпаты, слюды. Часто обогащены органическим веществом и Fe 2+.

Озерные (лимнические) отложения Тонкослоистые отложения среднего и тяжелого состава ( глины, суглинки, супесь). Минералы: глинистые, кварц, слюды. Очень богаты органическим веществом (торф, сапропель).

Морские Чаще всего представлены галькой, песками и супесями. Преобладает кварц, в теплых широтах – примесь карбонатов, в т. ч. обломки раковин.

Глинистые (коры выветривания) Гипергенные породы тяжелого состава (глины, суглинки). Минералы: глинистые, кварц. Обогащены кремнием, алюминием, железом. Легко набухают, плохо пропускают воду.

Эоловые отложения Сортированные рыхлые песчаные (легкие) отложения. Минералы: кварц. Бедные по химическому составу (>99% - Si. O 2), легко пропускают и плохо удерживают воду.

Ледниковые отложения (морена) Несортированная, состоящая из частиц разного размера (от валунов до глинистых частиц) плотная порода. Плохо пропускает и легко удерживает воду. Состав минералов зависит от минералогического состава горных пород области сноса. В Европейской части России в составе морены переобладают кварц, полевые шпаты, роговая обманка (и др. амфиболы), глины, иногда присутствуют обломки известняка.

Ледниковые отложения (флювиогляциальные пески) Рыхлые породы легкого механического состава. Легко пропускают и плохо удерживают воду. Состоят из зерен кварца, часто покрытых пленкой из оксидов и гидрооксидов железа.

Ледниковые отложения (суглинки и лессы) Суглинок – песчано-глинистая порода. Лес - пылеватая порода. Тяжелые, плохо пропускают воду и легко ее удерживают. В минералогическом составе преобладает кварц, возможны примеси ортоклаза и карбонатов.

Элювиальные отложения (примитивные коры выветривания) -Рыхлый грубообломочный материал.

Гранулометрические фракции почвы • Камни - >3 мм • Гравий – 3 -1 мм Мелкозем почвы • Песок – 1 -0, 05 мм • Пыль крупная – 0, 05 -0, 01 мм • Пыль мелкая – 0, 01 -0, 001 мм • Ил – <0, 001 мм

Методы определения гранулометрического состава почв • Полевой (органолептический) – Сухой – Мокрый • Лабораторный – Метод просеивания – Метод «пипетки» по Н. А. Качинскому – Метод отмучивания по А. Н. Сабанину – Метод набухания

Классификация почв по гранулометрическому составу Н. А. Качинского (краткая шкала) Содержание физической глины (частиц < ), %, в почвах Краткое название подзолистого типа степного типа по почвообразования, гранулометрическо красноземы и му желтоземы составу Песок: рыхлый связный Супесь Суглинок: легкий средний тяжелый Глина: легкая средняя тяжелая солонцов и солонцеватых 0 -5 5 -10 10 -20 0— 5 5— 10 10— 15 20 -30 30 -40 40 -50 20 -30 30 -45 45 -60 15— 20 20 -30 30— 40 50 -65 65 -80 >80 60 -75 75 -85 >85 40 -50 50— 65 >65

Каменистость почвы (содержание частиц > 3 мм) • • < 0, 5 % - некаменистая почва, 0, 5 - 5 % - слабая каменистая, 5 – 10 % - среднекаменистая, > 10% - сильнокаменистая почва

Разделение почв по степени дифференциации профиля Отношение содержания ила в горизонте В, % к содержанию ила в горизонте А (А 2), % Степень дифференциации профиля 1, 2 -1, 5 Слабо дифференцирован 1, 5 -2, 0 Средне дифференцирован 2, 0 -3, 0 Сильно дифференцирован >3, 0 Очень сильно дифференцирован

Минеральные горизонты почвы • Элювиальные горизонты – А 2, (Е) – горизонты выноса вещества

• Иллювиальные горизонты В - горизонты поступления и аккумуляции вещества – Вt – иллювиально-текстурный – Bf –иллювиально-железистый – Bh – иллювиально-гумусовый – Bca – иллювиально-карбонатный – Bs – иллювиально-сульфатный – Вm – иллювиально-метаморфический

• Глеевый горизонт - G, • Почвообразующая порода - С, • Подстилающая порода – D,

Формы химических элементов • По миграционной способности, • По доступности растениям • Генетические формы