Кауричев И.С., Гречин И.П. (ред.) Почвоведение

Подождите немного. Документ загружается.

до^аний свидетельствуют о том, что молекулы различных гуминовых кис-

лот близки по строению, и основными компонентами их являются ядро,

боковые цепи и периферические функциональные группы.

Ядро состоит из ряда ароматических и циклических колец, соединен-

ных между собой боковыми цепями. Кроме того, между этими кольцами

различают мостики. Единого мнения о строении ядра и характере боко-

вых цепей нет. Полагают, что в состав ядра входят ароматические и гете-

роциклические пяти- и шестичленные кольца типа бензола, фурана, пир-

рола и пиридина, а также более конденсированные системы типа нафта-

лина, антрацена, индола и хинолина:

бензол фуран пиррол пиридин нафталин антрацеи индол хинолин

Боковыми цепями могут быть углеводные, аминокислотные и другие

цепочки, а мостиками

—

отдельные атомы (—О—, —N—) или атомарные

группировки (—NH—, —СНг—, —С—С—). Вследствие того что гумифи-

кации подвергаются различные соединения, характер ядра и боковых

цепей может варьировать.

Более точные данные имеются о характере функциональных групп.

Молекула гуминовых кислот содержит несколько карбоксильных

(—СООН) и фенолгидроксильных (—ОН) групп, предопределяющих

кислотную природу этих соединений. Эти группы играют очень большую

роль в почвообразовании, так как обусловливают процессы взаимодейст-

вия гуминовых кислот с минеральной частью почвы. О количестве этих

групп единого мнения нет. Данные, полученные различными.методами

и для различных препаратов гуминовых кислот, очень разноречивы. Из-

вестно, что водород этих групп может замещаться катионами оснований

с образованием соответствующих солей, причем способность водорода

к замещению зависит от величины рН, при которой протекает эта реак-

ция. Полагают, что при нейтральной реакции может замещаться водород

карбоксильных групп, количество которых колеблется от250до500м.-экв.

на 100 г гуминовой кислоты. При кислой реакции эта величина умень-

шается, а при щелочной возрастает до 600—700 м.-экв., так как в реак-

цию вступают гидроксильные группы.

В литературе имеются указания на наличие в молекуле гуминовых

кислот спиртовых гидроксилов, которые также способны к реакциям со-

леобразования. Кроме того, всегда присутствует некоторое количество

метоксильных групп СН

0—, содержание которых в молодых гуминовых

кислотах может доходить до 6—8%, а в более зрелых уменьшается до

1—2%. Есть указания на содержание свободных карбонильных групп.

Наличие всех этих групп и ряда атомных группировок подтверждено при

помощи инфракрасных спектров.

Сложное строение молекулы гуминовых кислот подтверждается сте-

пенью устойчивости их к кислотному гидролизу (табл. 23).

ТАБЛИЦА 23

Гидролизуемость гуминовых кислот 2,5%-ной НС1 при трехчасовом кипячении

Перешло в гидролизат, в %

от исходного содержания

Препарат

Гуминовые кислоты чернозема

Гуминовые кислоты подзолистой почвы

гуминовых кислот

11,2

28,6

азота

29,2

49,5

При действии минеральных кислот некоторая часть гуминовых кис-

лот гидролизуется, причем более заметно этому процессу подвергаются

азотсодержащие компоненты молекулы. Наиболее устойчивы к кислотно-

му гидролизу гуминовые кислоты чернозема. Следует отметить, что в кис-

лотных гидролизатах гуминовых кислот обнаружено (методами хрома-

тографии) большое количество различных аминокислот, пуриновых и пи-

римидиновых оснований. Это подтверждает обязательное участие белков

в процессах гумификации органических остатков в почве.

Молекулярный вес гуминовых кислот точно неизвестен. Различные

методы определения (осмотический, криоскопический, диффузный, потен-

циометрический, фракционирование методом фильтрации на полидекст-

рановых гелях «Сефадекс») дают очень колеблющиеся результаты

—

от

400 до

100

000.

Гуминовые кислоты не имеют кристаллической структуры, но, как

показывают электронографические исследования и рентгеноструктурный

анализ, их молекула характеризуется упорядоченным сетчатым строе-

нием, причем уплотненность этой сетки возрастает по мере развития про-

цесса гумификации. Молекулы гуминовых кислот имеют сферическую

форму с минимальным диаметром от 30 до

80 А

(Фляйг и Бейтельспахер).

Основная масса гуминовых кислот в любой почве находится в виде

гелей и легко пептизируется при действии различных щелочей, образуя

при этом молекулярные и коллоидные растворы.

Процессы взаимодействия гуминовых кислот с минеральной частью

почвы разнообразны. Наиболее существенными компонентами почвы,

участвующими в этих процессах, являются катионы аммония, щелочных

и щелочноземельных металлов, находящиеся в почвенном растворе или

в обменном состоянии, несиликатные формы полутораокисей, образую-

щие пленки на поверхности минеральных частиц, а также глинистые ми-

нералы.

При взаимодействии с катионами аммония, щелочных и щелочнозе-

мельных металлов гуминовые кислоты образуют соли

—

гуматы *. Эти

соли получаются в результате обменно-химической реакции между катио-

нами металла и ионами водорода карбоксильных и фенолгидроксильиых

групп гуминовых кислот:

(СООН)п (СООМ)п

Rry

С +(n+m)M

2:R

ryM

< +(n+m)H

(ОН) m (OM)m

Гуматы щелочных и щелочноземельных металлов обладают резко

различными свойствами, что предопределяет их различную роль в поч-

вообразовании. Гуматы NH

, Na и К хорошо растворимы в воде и обра-

зуют коллоидные и истинные растворы, легко вымывающиеся атмосфер-

ными осадками из почвы. Поэтому почвы, содержащие гуматы натрия

(солонцы и солонцеватые почвы), легко обедняются гумусом. Гуматы

Са и Mg нерастворимы в воде и образуют в почве водопрочные гели, ко-

торые обволакивают тонкой пленкой минеральные частицы почвы, склеи-

вают и цементируют их. Клеящая и цементирующая способность гуматов

кальция обусловливает водопрочность структуры верхних горизонтов

почвы, поэтому почвы, богатые гуматами кальция (например, чернозе-

мы),

характеризуются водопрочной зернистой структурой и богаты гу-

мусом.

Гуминовые кислоты и гуматы могут вступать во взаимодействие с не-

силикатными формами полутораокисей, образуя сложные алюмо- и же-

лезогуминовые соединения комплексной природы. Эти соединения обра-

зуются в результате обменной реакции между водородом функциональ-

* Ряд исследователей (С. Н. Алешин, В. Н. Симаков) называют соли гуминовых

кислот гуминатами.

6 Почвоведение

ных групп гуминовых кислот и катионами железа в форме Fe(OH)^,

Fe (ОВД или алюминия А1

+, А1(ОН)

+,(А10Н)^:

GOCTH+ п

Кгум< +Ме

(ОН)ш

соо<

(СОО~Н

) (п—1)

(ОН)(т-1),

где Mei

—

Fe(OH)

Fe(OH) + , Al(OH)

+, Al(OH)+ a Н+ способен

к обменным реакциям на Al

+, Са

а+

, Mg

+,Na+, K+.

В указанных соединениях все железо и значительная часть алюми-

ния находятся в анионной части молекулы и связывают часть функцио-

нальных групп, благодаря чему к обменному поглощению катионов ще-

лочных и щелочноземельных металлов сохраняют способность лищь те

функциональные группы, которые не замещены полутораокисями. Ем-

кость обменного поглощения у этих производных всегда ниже, чем у ис-

ходных гуминовых кислот. Подвижность алюмо- и железогуминовых

соединений определяется составом обменных катионов, насыщающих

свободные функциональные группы, степенью дегидратации самих сре-

динений и относительным содержанием алюминия и железа в них. Гид-

ратированные алюмо- и железогуминовые соединения с относительно не-

высоким содержанием железа и алюминия, насыщенные катионами нат-

рия, калия или аммония, легко пептизируются водой и могут передви-

гаться по профилю почвы с нисходящим током влаги. Эти же соединения,

насыщенные кальцием, содержатся в почве в форме гелей и относитель-

но прочно закрепляются в ней.

М. М. Кононова рассматривает эти комплексные соединения как

хелаты. Напомним, что хелатами называют внутрикомплексные соеди-

нения, в которых металл втянут во внутреннюю сферу молекулы и сое-

диняется с ней двумя типами связи

—

ионной и координационной. Приме-

ром является хелат железа с этилендиаминотетрауксусной кислотой

(ЕДТА) (рис.8).

Гуминовые кислоты, гуматы, а также алюмо- и железогуминовые

соединения постепенно прочно склеиваются с поверхностью минеральных

частиц, образуя сложные органо-минеральные микроагрегаты различной

степени дисперсности. Прочность склеивания с поверхностью минераль-

ных частиц различна, что обусловлено, вероятно, толщиной самой пленки

гумусовых веществ и минералогическим составом минеральных частиц.

Наиболее прочные микроагрегаты гумусовых веществ и минералов обра-

зуются с монтмориллонитом.

Фульвокислоты. Выделенные из поч-

вы препараты фульвокнслот окрашены в

светло-бурый цвет, а растворы их в зави-

симости от концентрации имеют окраску

от соломенно-желтой до оранжевой.

Фульвокислоты растворимы в воде, кис-

лотах, слабых растворах едких и углекис-

лых щелочей, в водном растворе аммиа-

ка, пирофосфата натрия. Водные раство-

ры фульвокнслот обладают резко кислой

реакцией (рН 2,6—2,8). Содержание от-

дельных элементов в фульвокислотах не-

постоянно и выражается следующими ве-

личинами:

—40—52%.

—4-6%,

О—

40—48%,

N —

2—6%.

Данные по ха-

рактеристике элементарного состава

фульвокнслот различных почв приведены

в таблице 22. При изучении строения

фульвокнслот установлено наличие нес-

\со—снЛ

со-

\ /\

Рис.

8 Структурная формула хе-

пата железа с этилендиаминотет-

рауксусной кислотой (РеЕДТА).

Координационная форма связи по-

казана пунктиром (по Я. В. Пей-

ве).

кольких карбоксильных и фенолгидроксильных групп, водород которых

способен к обменным реакциям. Фульвокислоты в отличие от гуминоэых

кислот содержат больше этих групп, причем, по-видимому, в наибольших

количествах содержатся фенольные гидроксилы. Общее количество кар-

боксильных и фенолгидроксильных групп в фульвокислотах достигает

700—800 м.-экв. на 100 г препарата. В фульвокислотах карбонильные

и метоксильные группы всегда содержатся в больших количествах, чем

в гуминовых кислотах. В составе молекулы фульвокислот найдены аро-

матические и алифатические группировки, аналогичные тем, которые

характерны для гуминовых кислот, но в отличие от последних в фульво-

кислотах ароматическая часть молекулы выражена менее ярко. Преобла-

дающее значение имеют боковые цепи. Имеются данные о том, что фуль-

вокислоты отщепляются в процессе гумификации от свежих гуминовых

кислот (Л- Н. Александрова и И. М. Андреева).

Фульвокислоты очень гетерогенны. Они легко расчленяются на ряд

фракций, несколько отличающихся по составу и свойствам. Светлоокра-

шенная фракция содержит несколько больше углерода (креновые кисло-

ты,

по терминологии Берцелиуса), в темноокрашенной фракции содер-

жание углерода меньшее (апокреновые кислоты, по Берцелиусу).

При взаимодействии с минеральной частью почвы фульвокислоты

образуют разнообразные органо-минеральные производные. С катио-

нами аммония, щелочных и щелочноземельных металлов, находящимися

в почвенном растворе или в поглощенном состоянии, фульвокислоты об-

разуют соли, называемые фульватами. Фульзаты щелочных металлов

и аммония растворимы в воде при любой реакции раствора. Фульваты

щелочноземельных металлов растворимы при кислой, нейтральной и сла-

бощелочной реакциях. С полутораокисями дают растворимые и нерас-

творимые комплексные соли. Образуются они при реакции замещения

водорода функциональных групп фульвокислот, подобно гуминовым кис-

лотам (стр. 81). Р.астворимость, а следовательно, и миграционная спо-

собность этих комплексных солей обусловлена относительным содержа-

нием в них железа или алюминия и степенью разбавления растворов:

чем больше концентрация фульвокислот и выше содержание полутора-

окисей, тем менее растворимые комплексы образуются в почве.

Фульвокислоты благодаря резко кислой реакции и хорошей раство-

римости в воде энергично разрушают минеральную часть почвы. При

просачивании через почву фульвокислоты образуют водорастворимые

фульваты щелочных и щелочноземельных металлов, комплексные соли

с полутораокисями, вымываемые из верхней части профиля нисходящими

"токами влаги. По мере насыщения фульвокислот полутораокисями эти

комплексные органо-минеральные соединения выпадают в осадок.

Следует указать, что степень разрушительного действия фульвокис-

лот на минералы зависит также от количества гуминовых кислот в дан-

ной почве: чем меньше в почве гуминовых кислот, тем сильнее действие

фульвокислот.

ФОРМЫ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ

Между гуминовыми кислотами и фульвокислотами существует гене-

тическая связь, но характер ее не представляется еще достаточно ясным.

Многочисленные анализы показывают, что при действии на почву

кислотами часть фульвокислот выделяется в виде комплексных солей

с полутораокисями или в виде свободных кислот. Гуминовые кислоты

всегда выделяются совместно с фульвокислотами, что позволило

И. В. Тюрину высказать предположение о наличии эфирной связи между

ними. Соотношение между гуминовыми кислотами и фульвокислотами

в разных почвах различно и обусловлено общими условиями почвообра-

зования. Это соотношение близко к единице или больше ее в черноземах

и меньше в подзолистых почвах и красноземах (табл. 24).

ТАБЛИЦА 24

Количество и состав гумуса в некоторых почвах СССР

(в % к валовому содержанию гумуса) (по методу И В. Тюрина,

анализы Н. П. Бельчиковой)

Горизонт и глу-

бина, в см

Гумус, в %

к почве

Воскосмолы

Гуминовые

кислоты

Фульво-

кислоты

Остаток

1Гучиновые

кислоты

фульвокис-

лоты

Сильноподзолистая суглинистая почва, лес, Коми АССР

8-10

Bj 15-20

25—30

2,31

3,49

1,07

17,9

9,9

17,7

13,5

16,8

14,5

23,9

33,2

21,0

31,3

18,3

25,3

0,56

0,51

0,69

Дерново-сильноподзолистая суглинистая почва,

пашня, Ярославская область

пах

0—10

па

. 10-23

23—29

2,00

2,08

0,89

6,3

12,0

14,5

22,3

16,9

15,4

29,2

28,9

28,8

38,8

37,2

34,6

0,77

0,58

0,54

Темно-серая л е с

* я почва, Воронежская область,

Шипов лес

3—10

Aj 12—19

23—30

В!

34—42

10,55

5,58

3,95

3,25

3,6

4,0

5,2

6,2

28,2

36,6

47,1

44,7

25,4

23,2

19,7

18,1

32,0

29,4

24,0

24,5

Обыкновенный чернозем, Каменная степь,

целина, Воронежская область

Ai 10—20

25—35

12,67

9,85

7,45

3,7

4,1

4,2

36,3

38,8

43,5

22,4

22,5

20,4

31,2

30,0

1,11

1,57

2,40

2,47

1,62

1,72

2,13

Серозем светлый (0—15) и типичный (0—8), хлопчатник

Ai 0— 8

0—15

Ах 5-10

10—15

1,34

1,24

7,7 20,5

16,6

23,0

22,5

30,8

34,4

Краснозем, Чаква, Грузинская ССР

7,03

5,23

5,4

5,8

20,1

16,0

31,1

33,2

32,5

32,6

0,89

0,73

0,65

0,48

Следует выделять три формы гумусовых кислот в почве:

1) свободные гумусовые кислоты (гуминовые и фульвокислоты);

2) гуматы и фульваты щелочных и щелочноземельных металлов;

3) комплексные алюмо-и железогуминовые соединения.

В любой почве эти три формы гумусовых веществ могут быть сво-

бодными или более или менее тесно связанными с минеральными части-

цами, образуя пленки на поверхности минералов почвы.

Часть гумусовых веществ, очень прочно связанную с минеральной

массой почвы, называют гуминами. Они представлены, также как и ос-

тальная часть гумусовых веществ, гуминовыми кислотами, фульвокисло-

тами и их органо-минеральными производными. Гумусовые вещества, не

связанные с минеральной частью почвы, образуют микроагрегаты в по-

рах почвы.

РАЗЛОЖЕНИЕ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ

МИКРООРГАНИЗМАМИ

Разложение гумусовых веществ микроорганизмами не подлежит

сомнению, в противном случае в почве непрерывно увеличивались бы за-

пасы гумуса. Между тем содержание его в целинных почвах остается

относительно постоянным, а при длительном использовании почвы, при

низкой агротехнике и малом количестве удобрений заметно уменьшается.

Длительное время не удавалось получить непосредственных эксперимен-

тальных подтверждений минерализации гумусовых веществ микроорга-

низмами и установить природу микроорганизмов, минерализующих гуму-

совые вещества. И до сих пор этот вопрос изучен недостаточно. После

работ С. Н. Виноградского было установлено (Н. М. Лазарев, В. Н. Бы-

линкина и др.), что гумусовые вещества разлагаются автохтонной микро-

флорой, представленной комплексом различных микроорганизмов; для

некоторых из них гумусовые вещества являются единственным источни-

ком энергии. Наиболее интенсивно эта микрофлора развивается при на-

личии в почве легкоразлагаемых органических веществ, еще не подверг-

шихся гумификации (Е. Н. Мишустин).

В лабораторных опытах И. М. Андреевой показано, что все гумусо-

вые вещества в процессе разложения подвергаются минерализации. Ин-

тенсивность ее зависит от природы самих гумусовых веществ, характера

минеральной части почвы, влажности и, очевидно, температуры. С наи-

большей скоростью минерализация идет при влажности и температуре,

наиболее благоприятных для жизнедеятельности микроорганизмов. Гу-

миновые кислоты минерализуются медленно, но все же при оптимальной

аэрации и достаточном увлажнении за год их может минерализоваться

до 10%- Наиболее интенсивно минерализуются фульвокислоты

—

до 33%

за год. Избыточное увлажнение заметно снижает интенсивность минера-

лизации всех групп гумусовых веществ, так как при этом создаются не-

благоприятные условия для развития аэробных микроорганизмов. Боль-

шое влияние на скорость минерализации гумусовых веществ оказывает

механический состав. В суглинистых и глинистых почвах по сравнению

с песчаными минерализация гумусовых веществ резко снижается. В про-

цессе минерализации гумусовых веществ освобождаются значительные

количества элементов питания растений. Особенно большое значение име-

ет минерализация органических форм азота, входящих в состав гумусо-

вых веществ и переходящих в доступные для растений минеральные

формы.

РОЛЬ ГУМУСА В ПОЧВООБРАЗОВАНИИ, ПЛОДОРОДИИ

И ПИТАНИИ РАСТЕНИЙ

Значение гумуса в почвообразовании и развитии плодородия опре-

деляется его обязательным участием во всех звеньях этих процессов.

Гумусовые вещества и промежуточные продукты разложения органиче-

ских остатков активно участвуют уже в первом этапе почвообразования—

биологическом выветривании минералов и разрушении горных пород,

выходящих на дневную поверхность. Как уже было указано, наиболее

энергично минералы разлагаются под действием фульвокислот, так как

водные растворы их обладают сильнокислой реакцией. Огромная роль

принадлежит гумусу в формировании профиля почвы во всех природных

зонах, причем характер этого участия в значительной степени обуслов-

лен составом гумусовых веществ. В тех почвах, где образуется много

гуминовых кислот (они накапливаются обычно на месте своего образо-

вания), формируется хорошо выраженный гумусовый горизонт той или

иной мощности (от

5—20

до 50—70 см) с высокой поглотительной спо-

собностью по отношению к катионам. Если почва богата кальцием, вся

масса гуминовых кисло? переходит в форму нерастворимых в воде гума-

тов кальция, участвующих в создании очень ценной'водопрочной комко-

вато-зернистой структуры. Этл горизонты богаты азотом, фосфором, се-

рой, накапливающимися здесь в органической форме и постепенно мине-

рализующимися; они имеют наиболее благоприятную пористость, а сле-

довательно, и наилучший водно-воздушный режим. К почвам с мощным

гумусовым горизонтом, богатым гуминовыми кислотами, относятся чер-

ноземы и серые лесостепные почвы. Отношение гуминовых кислот к фуль-

вокислотам в этих почвах больше 1 (табл. 24).

Если в составе гумусовых веществ много фульвокислот, то почва лег-

ко обедняется кальцием, магнием, калием и другими основаниями, так

как фульвокислоты образуют с ними растворимые соли, мигрирующие

из почвы с просачивающейся влагой. Реакция почвы становится кислой.

Таковы, например, подзолистые почвы и красноземы: у них отношение

гуминовых кислот к фульвокислотам всегда значительно меньше еди-

ницы.

В гумусе накапливаются и долго сохраняются все основные элемен-

ты питания растений и микроорганизмов. При постепенной минерализа-

ции гумуса эти элементы переходят в минеральные формы и используют-

ся растениями. При разложении гумуса и органических остатков выде-

ляется большое количество углекислого газа, который поступает в при-

почвенные слои атмосферы и является источником углеродного питания

для растений.

Следует указать, что в жизни почвы

— в

ее генезисе и развитии пло-

дородия

—

огромная роль цринадлежит не только гумусовым веществам,

но также неразложившимся органическим остаткам и промежуточным

низкомолекулярным органическим соединениям.

Органические остатки содержат значительное количество элементов

питания (азот, фосфор, серу, калий, кальций, магний, микроэлементы),

освобождающихся в процессе минерализации и используемых растения-

ми и микроорганизмами.

Органические остатки являются источником углекислого газа для

растений. В процессе их разложения образуется огромное количество С0

необходимого для фотосинтеза зеленых растений.

Низкомолекулярные продукты разложения органических остатков

(органические кислоты, фенолы, аминокислоты и т. д.) интенсивно раз-

рушают минералы, извлекая из них ряд элементов (Al, Fe, Mn, Ca, Mg, К,

Си и т. д.) и образуя с этими элементами различные очень подвижные

соединения (типа хелатов), из которых растения используют необходи-

мые макро- и микроэлементы питания. Эти же соединения участвуют

в передвижении (миграции) элементов по профилю почвы.

Следует, наконец, отметить большую биогеохимическую роль орга-

нических веществ почвы в земной коре. Достаточно указать, что большая

часть Fe

А1,

микроэлементов и редких элементов концентрируется и миг-

рирует в земной коре в форме сложных органо-минеральных комплексов.

Аккумуляция погребенных форм гумуса, торфа, углей приводит к кон-

центрации урана, германия, ванадия, молибдена, меди, марганца, кобаль-

та, никеля и многих других элементов.

При использовании почв в сельскохозяйственном производстве агро-

ном должен уметь регулировать количество гумуса в почве и улучшать

его состав. К. основным мероприятиям по регулированию количества

и состава гумуса относятся: внесение органических удобрений в виде на-

воза а-торфячых компостов; применение зеленых удобрений (люпин, се-

раделла); травосеяние; известкование кислых почв и гипсование солон-

цов;

наиболее рациональная для данных почв система обработки, мелио-

рация.

Органические удобрения, применяемые систематически, являются,

хорошим источником гумуса, улучшают водно-физические свойства поч-

вы,

способствуют развитию полезной микрофлоры. Травосеяние при вы-

соких урожаях трав обеспечивает накопление в пахотном слое большого

количества корневых остатков, из которых образуется гумус, улучшает

структуру и водно-воздушный режим почвы. Известкование или гипсо-

вание регулируют реакцию почвы, нейтрализуя кислотность или щелоч-

ность, что создает благоприятные условия для жизнедеятельности поч-

венных микроорганизмов.

Мелиорация почвы коренным образом улучшает водно-воздушный

режим почвы и, следовательно, создает условия, благоприятные для об-

разования и накопления гумуса.

Необходимо помнить, что в различных природных зонах нужен раз-

личный комплекс мероприятий, направленный на регулирование количе-

ства и состав гумуса. Задачами почвоведа и агронома являются тща-

тельное изучение условий гумусообразования в почвах и разработка того

комплекса мероприятий, который будет наиболее эффективным в дан-

ных условиях.

ГЛАВА У1

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ

И РАДИОАКТИВНОСТЬ ПОЧВ

Почва состоит из минеральных, органических и органо-ми-

неральных веществ.

Источником минеральных соединений почвы являются горные поро-

ды,

из которых слагается твердая оболочка земной коры

—

литосфера.

Органические соединения поступают в почву в результате жизнедеятель-

ности растительных и животных организмов, населяющих почву. Взаи-

модействие минеральных и органических веществ создает сложный

комплекс органо-минеральных соединений почв.

Минеральная часть составляет 80—90% и более от веса почв и толь-

ко в органогенных почвах снижается до 10% и менее.

В составе почв обнаружены почти все известные химические элемен-

ты.

Средние цифры, показывающие содержание отдельных элементов

в литосфере и почвах, по предложению академика А. Е. Ферсмана стали

называть кларками (в честь американского геохимика Ф. У. Кларка,

впервые вычислившего в 1889 г. средний химический состав земной коры).

Изучение почв с геохимической точки зрения было впервые начато

академиком В. И. Вернадским в 1911 г.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ

Относительное содержание отдельных химических элементов в лито-

сфере и почве колеблется в широких пределах (табл. 25).

ТАБЛИЦА 25

Среднее содержание (в весовых процентах) химических элементов в литосфере и почвах

(по А. П. Виноградову, 1950)

Элемент

А1

Са

Литосфера

47,2

27,6

8,8

5,1

3,6

2,64

2,60

2,10

Почва

49,0

33,0

7,13

3,80

1,37

0,63

1,36

0,60

Элемент

Литосфера

0,60

0,15

0,10

0,09

0,08

0,01

Почва

0,46

2,00

0,085

0,09

0,10

Литосфера состоит почти наполовину из кислорода (47,2%), более

чем на четверть из кремния (27,6%), далее идут алюминий (8,8%), же-

лезо (5,1%), кальций, натрий, калий, магний (до 2—3% каждого). Во-

семь названных элементов составляют более 99% общей массы лито-

сферы. На долю таких важнейших для питания растений элементов, как

углерод, азот, сера, фосфор и др., приходятся десятые и сотые доли про-

цента. Еще меньше в земной коре многих элементов, необходимых расте-

ниям в малых количествах, так называемых микроэлементов (рассматри-

ваются ниже).

Поскольку минеральная часть почвы в значительной степени обу-

словлена химическим составом горных пород литосферы, имеется сход-

ство почвы с литосферой по относительному содержанию отдельных хи-

мических элементов. Как в литосфере, так и в почве на первом месте сто-

ит кислород, на втором кремний, затем алюминий, железо и т. д. Однако

в почве по сравнению с литосферой в 20 раз больше углерода и в 10 раз

больше азота. Накопление этих элементов в почве обусловлено жизне-

деятельностью организмов, в составе которых в среднем содержится угле-

рода 18%, азота 0,3% на живое вещество (по А. П. Виноградову).

В почве больше кислорода и водорода, как элементов воды, значи-

тельно больше кремния и меньше, чем в литосфере, алюминия, железа,

кальция, магния, натрия, калия и других элементов, что является след-

ствием процессов выветривания и почвообразования.

Первоисточником химических элементов всех почв и пород являются

магматические породы. Они составляют 95% общей массы пород, слага-

ющих верхнюю 16-километровую толщу литосферы.

Магматические породы по химическому составу очень разнообразны,

соответственно разнообразию их минералогического состава. По средне-

му содержанию кремнезема, как самой главной составной части, маг-

матические породы делятся на пять групп: ультракислые, содержащие

Si0

75% и более, кислые

—

75—65%,

средние—-65—52%, основные

—

52—40%,

ультраосновные

—

меньше 40%.

Основные породы не содержат свободного кварца, богаты щелочно-

земельными основаниями, бедны щелочами. С переходом к средним и кис-

лым породам уменьшается содержание кальция, возрастает количество

натрия и калия. В кислых породах количественно преобладает калиевый

полевой шпат. Ультраосновные породы сложены преимущественно оли-

вином, в котором нет кальция.

На долю осадочных пород приходится только 5% литосферы. Мета-

морфические породы в расчет не принимаются, так как причисляются

к тем породам, из которых они образовались.

Процессы выветривания, переотложения продуктов выветривания

горных пород, слагающих литосферу, приводят к образованию рыхлых

пород различного химического состава, покрывающих большую часть

суши и являющихся главными почвообразующими породами. В верхних

горизонтах этих пород формируются почвы. На долю магматических по-

род на поверхности литосферы приходится только около 25%.

Химический состав рыхлых почвообразующих пород обусловливает-

ся как химическим составом продуктов выветривания первичной горной

породы, так и теми изменениями, которые претерпели продукты выветри-

вания при отложении. Причем процентное содержание отдельных хими-

ческих элементов или их окислов может быть вызвано как абсолютным

изменением содержания каждого из них, так и относительным за счет

уменьшения или увеличения других элементов. Валовой химический со-

став некоторых почв и почвообразующих пород дан в таблице 26.

Общее содержание кремнезема в рыхлых породах почти всегда вы-

ше,

чем в магматических породах, но сильно колеблется в зависимости от

генетического типа почвообразующей породы, ее механического состава.

Увеличение содержания кремнезема связано с обогащением рыхлых по-

род кварцем в процессе выветривания, как наиболее устойчивым физиче-

ски и химически, а также в процессе переотложения продуктов выветри-

вания, их сортировки. Обогащение кварцем происходит не только вслед-

ствие разрушения других минералов, но и в результате новообразо-