Минералогический состав почв

Основную часть почвенной массы составляют минеральные частицы. В зависимости от происхождения и размеров они разделяются на 2 группы: первичные и вторичные.

Первичные минералы – это мелкозем, состоящий из зерен разрушенных плотных изверженных, метаморфических или осадочных пород. Сосредоточены в крупных гранулометрических фракциях (более 0,001 мм), не обладают свойством поглотительной способности. К ним относятся такие минералы: кварц, полевые шпаты, слюды, карбонаты, глинистые минералы и др.

Вторичные минералы – это тонкодисперсные частицы, сосредоточены во фракциях размером <0,001 мм. Представляют собой продукт трансформации первичных минералов в ходе выветривания и почвообразования. К ним относятся глинистые минералы, минералы оксидов железа и алюминия, соли.

1. глинистые минералы (определяются состав глин), обладают свойством поглотительной способности и определяются емкость поглощения почв. Являются источником поступления минеральных элементов в растения. Важнейшие минералы: каолинит, гидрослюды, монтмориллонит, хлорит и др.

2. группа каолинита – не обладает большой емкостью поглощения, поэтому не способен к набуханию. Почвы, содержащие каолинит не имеют большую емкость поглощения, имеют хорошую водопроницаемость и небольшую липкость. Его в почвах содержится обычно мало, за исключением почв тропической и субтропической зон.

3. группа гидрослюд – содержат большое количество калия, широко распространены в осадочных породах, есть в наличие во всех почвах (много в подзолистых и в сероземах). Пример – иллит.

4. монтмориллонитовая группа минералов – способны к поглощению воды и к значительному набуханию, высокодисперсные. Содержатся в почвах, имеющих нейтральную и слабощелочную реакцию: черноземах, каштановых, солонцах и др. Много в слитных почвах. Пример – смектит.

5. группа хлорита – минералы могут быть как первичными, так и вторичными.

В почвоведении на оценку минералогического состава почв существует несколько точек зрения. Первая – что каждый тип почв характеризуется своим особым минералогическим составом, особенно составом вторичных минералов, который образуется в зависимости от зональных условий. Вторая – что определенной приуроченности минералогического состава к природным зонам нет.

Минералогический состав зависит от: минералогического и химического состава исходной почвообразующей породы, биоклиматических условий почвообразования, рН, увлажнения территории и ее дренажа, возраста выветривания и почвообразования, наличия органических веществ и т.д.

Минералогический состав оказывает большое влияние на почти все свойства почвы, определяющие ее плодородие: резерв питательных элементов, водно-физические свойства, поглотительная способность, наличие доступных элементов питания растений и т.д.

Химический состав почв

Почва является верхней частью коры выветривания, поэтому в основном наследует ее химический состав. Однако, на содержание в почвах некоторых элементов заметно влияют живые организмы.

Таблица. Среднее содержание химических элементов в литосфере и в почвах в % по массе

(Виноградов, 1950)

Элементы	Литосфера	Почва
Кислород О	47,20	49,00
Кремний Si	27,60	33,00
Алюминий Al	8,80	7,13
Железо Fe	5,10	3,80
Кальций Са	3,60	1,37
Натрий Na	2,64	0,63
Калий К	2,60	1,36
Магний Mg	2,10	0,60
Титан Ti	0,60	0,46
Водород Н	0,15	?
Углерод	0,10	2,00
Сера S	0,09	0,085
Марганец Mn	0,09	0,085
Фосфор P	0,08	0,08
Азот N	0,01	0,10
Медь Cu	0,01	0,002
Цинк Zn	0,005	0,005
Кобальт Co	0,003	0,0008
Бор B	0,0003	0,001
Молибден Mo	0,0003	0,0003

В литосфере и в почве почти половину составляет кислород, на втором месте – кремний. Десятую часть составляют алюминий и железо, несколько процентов содержится кальций, магний, натрий, калий. Менее 1% приходится на долю всех остальных элементов, за исключением углерода.

Кроме того, в почве всегда содержится органическое вещество, вода, газы. В отличие от литосферы, в почве в 20 раз больше углерода и в 10 раз – азота. Это обусловлено влиянием организмов.

Изменение химического состава по профилю почвы.

В результате дифференциации исходной однородной материнской породы на почвенные горизонты в процессе почвообразование, происходит ее расслоение по химическому составу. Может возникать т.н. элювиально-иллювиальная дифференциация профиля: когда из верхней (элювиальной) части под влиянием нисходящих токов воды идет вымывание растворимых элементов и, следовательно, обеднение окислами алюминия и железа – Al₂O₃ и Fe₂O₃, соответственно относительное обогащение кремнеземом SiO₂. Такой профиль может образовываться при различных процессах: 1) оподзоливания (разрушение элементов верхней части почвенного профиля под действием кислых растворов и вынос продуктов их разрушения в иллювиальный горизонт или за пределы почвенного профиля);

2) обезиливания (вынос ила без его разрушения);

3) отбеливания (вынос пленок железа);

4) осолодения (разрушение минералов в щелочной среде) и др.

Химические элементы и их соединения в почвах

Охарактеризуем наиболее значительные химические элементы:

Кремний. Содержится в кварце и вторичных силикатах и алюмосиликатах. Может присутствовать аморфный кремнезем в виде опала и халцедона, его образование связано с биогенными (т.е. о.е. присутствовать аморфный кремнезем в виде опала и халцедона, его образование связано с биогенными процессами (это остатки живых организмов – панцири губок, диатомей и др.) и с гидрогенными процессами (накопление кремния из подземных вод). Количество SiO₂: от 40-70% в глинистых, до 90-98% в песчаных почвах.

Алюминий. Содержится в полевых шпатах и глинистых минералах и др. в виде гидроксидов алюминия аморфной и кристаллической формах. Валовое содержание: 1-2% до 15-20%, максимально – в тропиках до 40%.

Железо. В составе первичных и вторичных минералов: в магнетите, гематите, глауконите, роговых обманках, хлоритах, глинистых минералах и т.д. Общее содержание: 0,5-10% в кварцевых почвах до 3-5% на лессах, максимально – в тропиках до 50%. Могут встречаться в почвах железистые конкреции и прослои.

Кальций. Содержится в почве в солях – карбонатах СаСО₃, а также в виде СаО. СаО – 1-3% в бескарбонатных суглинистых почвах, содержится в глинистых минералах, в гумусе и органических остатках. При наличии в почве остатков карбонатных пород, количество кальция в почвах существенно возрастает. Кроме того, в почвах засушливых территорий (аридной зоны) накопление кальция связано с засолением. Много кальция может накопиться в почве гидрогенным путем, т.е. из грунтовых вод, при этом могут образовываться известковые или гипсовые коры.

Магний. MgO – содержится в глинистых минералах (монморрилонит, хлорит, вермикулит). При засолении много магния в виде хлоритов и сульфатов.

Калий. К₂О – 2-3% в почвах. Присутствует в глинистых минералах (гидрослюды), а также в первичных минералах – полевые шпаты, мусоквит и др. Необходим, наряду с кальцием, для развития растений (т.е. относится к органогенам).

Натрий. Na₂O – 1-3% в почвах, содержится в первичных минералах (полевые шпаты). В засоленных почвах аридной зоны – в виде хлоритов. Большое количество натрия неблагоприятно сказывается на физических свойствах почва (солонцы).

Титан. TiO₂ – содержание не превышает десятых долей %. Находится в составе первичных минералов.

Марганец. MnO – десятые и сотые доли %, в виде марганцевых конкреций, которые образуются в результате микробиологической деятельности. В небольшом количество есть в первичных минералах.

Сера. SO₃ – десятые доли %. Находится в почве в составе сульфидов (пирит), гипса, органических соединений, в засоленных почвах ее содержание возрастает из-за накопления сульфатов до нескольких %.

Элементы – органогены (углерод, азот, фосфор). Их присутствие в почве связано с деятельность организмов.

Углерод. В почве содержится в составе гумуса и органических остатков. Также в большом количестве присутствует в карбонатах. Содержание колеблется от долей % в бедных органикой песчаных почвах до 3-5 и мах 10% в богатых гумусом черноземах.

Азот. Почти целиком связан с органическим веществом, его содержание составляет 1/10-1/20 от содержания углерода. В процентном отношении: 0,3-0,4 %. играет очень важную роль в плодородии почв, жизненно необходим растениям, для них доступен только в виде нитратных и аммонийных ионов.

Фосфор. P₂O₅ Присутствует в почвах в незначительных количествах (0,1-0,2%), Также очень необходим растениям. В большинстве почв – в резком дефиците. В почве в составе гумуса, орг. остатков, в минералах апатите, вивианите.

Кроме перечисленных макроэлементов в почве содержатся рассеянные элементы и микроэлементы в очень небольших количествах (тысячные доли %): Ni, Co, Zn, B, Li, Cu и др. Они также очень важны для жизни растений.

Химический состав почвы оказывает большое влияние на ее плодородие. Он определяет дефицит необходимых для растений элементов или избыток токсичных.

В процессе почвообразования химический состав почв видоизменяется в результате следующих процессов: 1) переход элементов из одних соединений в другие в результате химических превращений; 2) поступление элементов из атмосферы с осадками; 3) вынос элементов нисходящими токами воды в грунтовые воды и далее – в реки; 4) принос элементов с грунтовыми водами; 5) циклическое вовлечение элементов биологический круговорот веществ.

Изучением химических процессов, протекающих в почвах, занимается раздел почвоведения – химия почв.