Вопросы и задания для проверки знаний

1. Какие элементы присутствуют в минералах и в каких количествах?

2. Какие химические элементы преобладают в почвообразующих породах?

3. Опишите валовой химический состав почвообразующих пород Пермского края.

4. Опишите микроэлементный состав почвообразующих пород.

5. Какие основные группы первичных минералов наиболее широко представлены в почвах?

6. Каково значение первичных минералов для почвообразования и формирования почвенного плодородия?

7. Какие минералы относятся к вторичным? Как и из чего образуются вторичные минералы?

8. Чем отличаются первичные минералы от вторичных?

9. Расскажите о свойствах и особенностях глинистых минералов. Какие минералы относятся к глинистым и какое влияние они оказывают на свойства почв?

10. Дайте характеристику минералам простых солей, оксидам и гидроксидам, аллофанам.

11. Какова роль вторичных минералов в генезисе и плодородии почв?

12. Чем определяется устойчивость минералов в почвах и корах выветривания?

13. Опишите минералогический состав почвообразующих пород и как он изменяется в процессе почвообразования?

14. Отчего зависит минералогический состав почв?

2. Химический состав почв

2.1 Содержание химических элементов в почве

Почва является четырехфазной системой. Она включает твердую, жидкую, газообразную и живую фазы. Каждая фаза имеет специфический химический состав.

Почвы содержат практически все природные элементы Периодической системы Д.И. Менделеева. По набору элементов и их количественному содержанию они существенно отличаются от живых организмов, минералов и горных пород, за исключением некоторых рыхлых осадочных пород. Живые организмы состоят главным образом из элементов-органогенов – С, N, Н, О, Р, S; минеральные компоненты входят в их состав в небольших количествах. Индивидуальные минералы содержат небольшой набор элементов: в оксиды входят по два элемента, простейшие силикаты содержат 5-7, иногда 9-11 элементов. Минералы-соли состоят из 2-5 элементов. В состав почв входит большое количество химических элементов в виде различных соединений. В почвах практически все входящие в их состав элементы являются обязательными и необходимыми.

Почвы, формирующиеся из минеральной массы пород коры выветривания, имеют близкий к ним средний химический состав. Содержание химических элементов в земной коре, почвах и организмах приведено в таблице 8.

Минеральная часть почвы в основном состоит из кислорода и кремния. Затем, в убывающем порядке идут алюминий и железо, кальций, калий, натрий и магний. Эти восемь элементов в сумме составляют около 99 % минеральной части почв и почвообразующих пород. Около 1 % приходится на все остальные элементы. Среди них повышенное содержание имеют титан, фосфор, марганец, сера и хлор, водород и углерод. Очень незначительную часть почвы занимают медь, цинк, молибден, бор, свинец и др.

В составе почв больше, чем в земной коре содержится углерода (в 20 раз) и азота (в 10 раз), что связано с деятельностью живых организмов и их биологическими накоплениями в составе органических веществ. Также больше в почвах, чем в земной коре, содержится кислорода, водорода и кремния и меньше - алюминия, железа, кальция, магния, натрия, калия и других металлов, что связано с процессами выветривания и почвообразования. В результате этих процессов относительно накапливается кремний в составе минералов и, прежде всего, кварц, а за пределы почвенного профиля выносятся алюминий, железо и другие элементы.

Таблица 8

Средний химический элементный состав земной коры, почв и организмов суши, % массы (Виноградов А.П., 1959)

Элемент	Содержание
	в земной коре	в почвах *	в организмах
O	47,2	55,0	70.0
Si	27,6	33,0	0.15
Al	8,8	7,13	0.02
Fe	5,1	3,8	0.02
Ca	3,6	1,37	0.5
Na	2,64	0,63	0.02
K	2,6	1,36	0.07
Мg	2,1	0,63	
H	0,15	5,0	10.5
C	0,1	2,0	18.0
S	0,095	0,085	0.05
Мn	0,09	0,085	710-3
P	0,078	0,08	0.07
Cl	0,045	0,01	0.04
N	0,01	0,1	0.3
Cu	0,01	0,002	0.0001
Со	0,003	0,0008	0,00001
В	0,0003	0,001	0,001
Zn	0,005	0,005	0.0003
Тi	0,6	0,46	810-4

Примечание: * - при естественной влажности.

Средний элементный состав метрового слоя некоторых важнейших почв приведен в таблице 9. Усреднение элементного состава метровой толщи дает очень обобщенное представление о роли отдельных элементов. Особенно сильно профильная дифференциация сказывается на элементном составе в тех случаях, когда в профиле формируются органогенные, элювиальные, карбонатные и засоленные горизонты. Резко выражено влияние гранулометрического состава. Интервалы содержания отдельных элементов довольно широки. Несмотря на значительные колебания, для каждого элемента выявляется типичный интервал концентраций.

Элементный состав почв зависит от гранулометрического состава, типа почвы и горизонта, специфических свойств химического элемента. Так, в легких почвах повышена концентрация Si и снижена доля прочих элементов. Углерод карбонатов характерен только для непромывных почв на карбонатных породах.

Таблица 9

Средний элементный состав метрового слоя почв Европейской части России,

% на абсолютно сухую навеску (Кудрин С.А., 1963)

Почвы	О	Н	С		N	Р	S	Si	Al	Fe	Ti	Mn	Ca	Mg	K	Na
			гумуса	карб.
Тундровые	47,8	0,25	3,49	нет	0,125	0,105		29,7	6,65	3,58	0,24	0,29	2,14	0,90	2,07	1,88
Торфяные	36,8	5,33	53,33	нет	1,900	0,200	0,240	1,00	0,12	0,50		0,05	1,20	0,13	0,30	0,07
Подзолистые: суглинистые супесчаные песчаные	49,6	0,06	0,66	нет	0,080	0,054	0,031	34,86	6,33	3,02	0,28	0,20	0,78	0,72	2,04	1,28
	50,7	0,05	0,67	нет	0,066	0,022	0,020	39,57	4,31	1,16			0,58	0,70	1,81	0,90
	52,2	0,04	0,64	нет	0,060	0,022	0,026	43,77	1,72	0,55		0,06	0,28	0,09	0,33	0,16
Подзолисто-глеевые	49,1	0,08	1,12	нет		0,105	0,056	33,85	6,98	3,11		0,20	0,80	0,60	2,50	1,43
Серые лесные	49,3	0,09	1,25	0,04	0,115	0,044	0,076	33,45	6,67	3,80	0,45	0,06	1,24	1,02	1,60	0,76
Черноземы: выщелоченные типичные обыкновенные южные	49,9	0,17	2,36	0,1	0,200	0,061	0,018	31,94	6,84	3,79	0,52	0,08	1,22	0,82	1,38	0,68
	48,0	0,22	3,09	0,30	0,200	0,100	0,136	31,28	7,09	3,71	0,36	0,16	2,00	0,97	1,71	0,83
	49,3	0,15	2,05	0,48	0,200	0,070	0,168	31,32	6,88	3,69	0,47	0,05	2,47	1,00	1,32	0,57
	49,4	0,11	1,50	0,67	0,200	0,064	0,220	31,23	6,40	3,04	0,50	0,02	4,20	1,19	0,97	0,44
Каштановые	48,8	0,08	1,15	0,86	0,115	0,067	0,194	29,90	6,53	3,64	0,51	0,18	3,7	1,09	1,58	1,06
Красноземы	48,4	0,13	1,81	нет	0,110	0,079		21,50	14,15	11,50		0,18	0,34	0,93	0,23	0,08
Сероземы	50,0	0,04	0,50	1,24	0,070	0,074	0,080	25,86	7,21	3,89		0,20	5,04	1,44	1,80	1,16
Почва в среднем	49,1	0,10	1,40	0,24		0,06	0,09	32,94	6,60	3,24	0,38	0,16	1,76	0,92	1,70	1,02
Материнские породы (сугл. и глинистые)	51,0	0,10	нет	0,40		0,04	0,03	33,00	6,25	3,30		0,10	2,05	0,91	1,91	1,00

Сера ведет себя сходно с неорганическим углеродом. Резко отличны от других почв по составу красноземы, в них понижена доля Si и повышено содержание Al и Fe. По сравнению со средним составом пород почвы относительно обогащены органическим углеродом, азотом, фосфором, серой, то есть биогенными элементами, накапливающимися с гумусом.

Такие элементы, как Si, Al, Fe, Mg, K, Na практически унаследованы от почвообразующей породы, но в процессе почвообразования они перераспределяются в почвенной толще. Поэтому их среднее содержание в метровой толще близко к среднему содержанию в материнских породах. Обособленное место занимают элементы, образующие простые соли (СаSO₄, СаСО₃, MgSO₄, NaСl, NaНСО₃), они выносятся за пределы почвенного профиля в элювиальных ландшафтах или накапливаются в бессточных понижениях. Их распределение в профиле почв и ландшафтах обусловлено характером водного режима.

Характеристика валового состава почвы основывается на данных валового анализа. Валовой состав минеральной части почвы выражают в виде процентного содержания оксидов элементов. Валовой анализ дает представление об элементарном составе почвы – о содержании элементов, входящих в состав минеральной части почвы, о распределении их по профилю. Это позволяет судить о генезисе почвы, процессах формирующих горизонты, а также, о ее потенциальном плодородии.

В большинстве типов почв преобладают оксиды кремния (SiO₂). Содержание их в среднем составляет 60-70 %, с колебанием от 30 % в ферраллитных почвах тропиков до 95 % в песчаных почвах. На долю алюминия, приходится в среднем 15-20 %, с колебаниями от 1-2 % в песчаных почвах до 50 % и более - в ферраллитных почвах тропиков. Валовое содержание Fe₂O₃ 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. Валовое содержание оксидов кальция, магния, натрия и калия в среднем составляет 5-6 %, с колебаниями от 1-2 % в песчаных до 20 % и более в засоленных почвах и в почвах, формирующихся на породах с повышенным содержанием карбонатов. Содержание остальных оксидов (TiO₂, H₃O₅, SO₃ и др.) в сумме составляет около 1 %.

В Пермском крае наиболее распространенными являются дерново-подзолистые почвы. Валовой химический состав представлен в таблице 10.

Таблица 10

Валовой химический состав дерново-подзолистых почв тяжелого гранулометрического состава

(Дьяков В.П., 1971)

Горизонт, глубина, см	В % от веса сухой почвы				В % на прокаленную почву								Молекулярные отношения
	гумус	азот	потеря при прока-ливании	химич. связан. вода	SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	MgO	P2O5	K2O	Na2O	SiO2 Al2O3	SiO2 R2O3	Al2O3 Fe2O3
Лес смешанный, почвы целинные дерново-среднеподзолистые, разрез 2
А0 А1 0-3	31,08	-	45,55	14,47	64,28	5,56	18,99	5,79	1,21	0,55	1,88	1,55	-	-	-
А1 3-17	3,23	0,150	4,71	1,48	77,32	3,66	14,45	1,08	0,61	0,15	1,43	1,54	9,13	7,82	6,21
А2 17-27	0,62	0,048	2,42	1,80	76,65	3,32	12,91	1,09	0,64	0,05	1,80	1,82	10,08	8,65	6,11
А2 В1 27-35	0,37	0,033	2,91	2,54	72,29	4,00	15,80	1,03	0,61	0,04	1,90	1,64	7,77	7,64	6,19
В1 35-45	0,32	0,031	3,60	3,28	70,02	5,55	15, 89	2,34	0,98	0,04	1,88	1,48	7,4	6,11	4,50
В2 85-95	0,27	0,012	3,97	3,70	69,30	5,65	18,25	2,47	1,49	0,08	1,87	1,42	6,44	5,38	5,06
С 190-200	0,22	0,014	4,99	4,77	70,75	6,28	15,89	2,12	1,38	0,10	2,00	1,60	7,17	5,72	3,97
Куединский район, почвы дерново-среднеподзолистые, разрез 1
Ап 0-20	2,00	0,100	4,48	2,48	75,52	5,32	11,64	1,38	0,61	0,16	2,08	1,79	11,03	8,55	3,42
А2 20-26	1,53	0,060	3,91	2,38	75,87	4,65	13,18	1,11	0,44	0,09	1,86	1,82	9,07	7,99	4,45
А2 В1 26-35	0,50	0,045	3,48	2,98	72,05	5,62	14,23	2,14	0,93	0,05	1,85	1,54	8,58	6,86	3,97
В1 35-45	0,33	0,037	3,91	3,58	70,37	6,05	16,19	2,27	1,00	0,06	1,93	1,51	7,38	5,96	4,20
В2 85-95	0,26	0,034	3,82	3,56	69,28	6,08	17,14	1,36	1,11	0,08	1,97	1,46	6,86	5,56	4,42
С 190-200	0,19	0,021	3,01	2,82	72,38	6,41	14,94	1,32	1,68	0,12	2,14	1,59	7,60	5,97	3,72
Менделеевское опытное поле, почвы дерново-сильноподзолистые тяжелосуглинистые, разрез 7
Ап 0-20	2,45	0,077	3,08	0,63	75,68	5,60	12,85	1,27	0,54	0,13	1,92	1,58	10,00	7,83	3,60
А2 20-29	1,55	0,070	2,68	1,13	76,97	3,40	12,97	1,36	0,13	0,09	1,90	1,61	10,00	8,63	5,97
А2 В129-39	0,76	0,027	3,68	2,89	72,97	4,11	15,14	1,46	0,40	1,10	1,95	1,53	8,18	6,97	5,77
В1 39-49	0,50	0,021	3,09	2,59	70,05	5,37	16,64	1,29	0,46	0,11	1,94	1,29	7,15	5,92	4,86
В2 60-70	0,38	0,019	3,41	3,03	68,64	6,32	17,10	2,32	0,55	0,09	1,94	1,40	6,80	5,51	4,24
С 85-95	0,38	0,018	3,41	3,03	69,58	7,86	15,61	1,81	1,18	0,14	1,95	1,29	7,57	5,73	3,11

Из таблицы видно, что дерново-подзолистые почвы обогащены кремнием, причем в верхней части профиля, и также полуторными оксидами. Очень обеднены дерново-подзолистые почвы кальцием и магнием, фосфором, калием.