Почвы. Химический состав, свойства, загрязнение

Почва - рыхлый слой поверхностных горных пород вместе с включенными в него водами, воздухом, живыми организмами и продуктами их жизнедеятельно­сти.

Почва состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. В твердой фазе преобладают минеральные образования - первич­ные (кварц, полевые шпаты, слюда) и вторичные (каолинит, гидро­слюды и др.) К этой же фазе относятся различные органические вещества, в том числе гумус, или перегной, а также почвенные коллоиды, имеющие органическое, минеральное или органоминеральное происхождение. Жидкую фазу почвы или почвенный рас­твор, составляет вода с растворенными в ней органическими и ми­неральными соединениями, а также газами. Газовую фазу почвы составляет «почвенный воздух», включающий газы, заполняющие свободные от воды поры, а также газы, адсорбированные коллоид­ными частицами и растворенные в почвенном растворе. Слоистая структура почвы возникает в результате взаимных перемещений в ней продуктов органического и неорганического происхождения.

Набор и количественное соотношение химических элементов в почве называют ее элементным составом. Любые почвы содержат все 92 элемента Периодической системы Д.И. Менделеева, а в случае химического загрязнения в почвах обнаруживаются и трансурановые элементы. Химические элементы представлены в почвах большим набором их химических соединений. Разнообразие соединений любого из элементов обеспечивает сравнительную устойчивость химического состояния почв. Так, соединения фосфора представлены преимущественно ортофосфатами, но они могут находиться одновременно в виде различных соеди­нений с кальцием, алюминием, железом, цинком, свинцом, марганцем. О разнообразии фосфатов дает представление следующий далеко не пол­ный перечень их почвенных соединений: Са₃(РО₄)₂, Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂, Са₁₀(РО₄)₆F₂, Са₄(РO₄)₃Н*3Н₂О, Са₃(РO₄)₂, Са(Н₂РO₄)₂, СаНРO₄, А1РО₄*2Н₂О, FеРO₄ *2Н2О, Fе3(РO4)2*8Н2O, Рb3(РO4)2, Zn3(РO4)2, Рb5(РO4)3ОН, РbА1₃Н(ОН)₆(РO₄)₂, МnНРO₄. Кроме того, значительная часть фосфора представлена органическими соединениями и кон­денсированными фосфатами.

Железо в почвах одновременно входит в кристаллические ре­шетки алюмосиликатов, в гётит FеООН, гематит Fe₂O₃, в различные гидроксиды. Соединения кремния в почвенном растворе представлены ортокремниевой кислотой Н₄SiO₄ или ее полимерными формами, а в твердых фазах одновременно сосуществуют аморфный и кристаллический диоксид кремния SiO₂ (кварц), минералы группы алюмосиликатов.

Особенно многочисленны в почвах соединения углерода. Практически всегда в почвенном воздухе есть диоксид углерода СO₂, в почвенном растворе — угольная кислота, в степных и сухостепных почвах — СаСО₃ и Nа₂СО₃; это только минеральные соединения. На­бор соединений в органическом веществе до сих пор не подсчитан, но в их число входят как низкомолекулярные соединения, начиная от метана СН₄, аминокислот, простейших кислот жирного ряда, моносахаридов, так и высокомолекулярные соединения, представленные целлюлозой, лигнином, полипептидами.

В составе органического вещества почвы можно выделить:

1) почти неразложившиеся или слабо разложившиеся пре­имущественно растительные остатки;

2) сильно измененные растительные остатки, которые можно выделить и определить их происхождение лишь с помощью микро­скопа;

3) сложные органические соединения, образующие гумус.

Комплекс новооб­разованных специфических почвенных органических соединений полу­чил название почвенного перегноя, или гумуса.

В настоящее время принято ввдеяятъ следующие основные компо­ненты гумуса.

Фульвокислоты растворяются в воде, имеют слабожелтоватую окраску (фульвос (греч.) — желтый). Фульвокислоты представляют собой комплексные высокомолекулярные соединения, устойчивые против коагуляции. Для фульфокислот характерно небольшое содер­жание углерода (36-44%) и азота (3, 0-4, 4%). Большинство солей этих кислот (фульватов) растворимо в воде. Таковы фульваты бария, кальция, магния, алюминия, железа, марганца. Поэтому фульвокис­лоты оказывают выщелачивающее воздействие на почвообразующие породы, способствуя выносу ряда элементов. Содержание фульвокислот (от общего содержания гумуса) колеблется от 35 до 50% в различных типах почв.

Гуминовые кислоты нерастворимы в воде, но растворяются в щелочах. Все представители этой группы относятся к высокомолеку­лярным соединениям. Гуминовые кислоты имеют темно-бурый цвет. Среди них различают гуминовую кислоту (черного цвета) и ульминовую - (бурого цвета). Гуминовые кислоты по сравнению с фульвокислотами содержат значительно больше углерода (от 46 до 61%) и азота (от 3, 3 до 6, 0%). Свободная гуминовая кислота обладает рас­творяющей способностью по отношению к ряду минералов, однако легко коагулирует под воздействием ионов кальция, железа и др. Гу­миновые кислоты образуются в большом количестве при почвообра­зовании в условиях степных ландшафтов.

В различных типах почв содержание гуминовых кислот ва­рьирует от 20% в подзолистых до 40% в черноземных почвах (от об­щего содержания гумуса в почвах). Отношение гуминовых кислот к фульвокислотам закономерно увеличивается от подзолистых почв к черноземным и затем уменьшается по направлению к почвам пус­тынь;

Часть перегноя, не растворяющаяся ни в воде, ни в щелочном растворе, называют гумином, цвет его черный. Содержание углерода такое же, что и в гуминовых кислотах. Гумин представляет собой гуминовые вещества, скоагулировайные и частично прочно связанные с дисперсной минеральной частью почвы.

Гумин, гуминовые кислоты и фульвокислоты образуют спе­цифические компоненты почвенного гумуса, не встречающиеся сре­ди других известных на земле органических веществ. Они составля­ют 85-90% от общей массы органического вещества почвы. Среди негуминовых веществ перегноя обнаружены протеины и другие азо­тистые соединения, углеводы, жиры, дубильные вещества, воск, смо­лы и другие вещества, входящие в состав растительных организмов.