Клебанович Н.В. (сост.) Почвоведение и земельные ресурсы

Подождите немного. Документ загружается.

плексов, но задерживается почвой главным образом в форме слабоподвижных ор-

ганических комплексов.

В водном растворе при нейтральных или повышенных рН почв Hg(OH)

преобладает над другими формами. Сорбция Hg глинами в почве относительно

ограничена и слабо изменяется с изменением рН. Однако в кислых глеевых поч-

вах может происходить образование HgS и металлической ртути. Накопление

ртути в почве контролируется образованием органических комплексов и осажде-

нием. Поэтому подвижность элемента зависит от процессов растворения и биоло-

гического разрушения органорудных соединений.

Превращения соединений ртути с органическим веществом, особенно мети-

лирование элементарной ртути, играет важную роль в цикле ртути в окружающей

среде. Метилированная ртуть становится легкоподвижной и хорошо поглощается

живыми организмами. У некоторых типов бактерий и дрожжей обнаружена спо-

собность восстанавливать катион Hg

до элементарного состояния, в результате

чего происходит удаление элемента из среды в виде паров. При участии микроор-

ганизмов также происходит окисление ртути до катионных форм. Возможность

микробиологического метилирования ртути возможно в аэробных и анаэробных

условиях. Метилирование может идти также абиотически.

Содержание ртути в почвах наследуется от материнской породы, однако из-за

ее легколетучести нельзя исключать влияние дополнительных природных источ-

ников - дегазация и термальная активность Земли. Накопление Hg в почве в целом

связано с уровнем содержания органического углерода и серы. Концентрация

элемента в верхнем слое почвы максимальна.

Сорбция Hg

в почве изменяется в зависимости от величины рН, будучи

максимальной при рН 4-5. Почвы обладают большей емкостью в отношении ор-

ганических форм ртути, чем HgCl

Сорбция всех соединений элемента обнару-

живает тесную зависимость от концентрации С

орг

и катионообменной емкостью

почв.

Средние концентрации ртути в поверхностном слое почвы не превышают 400

мкг/кг. Фоновые уровни элемента можно оценить как 0,n мг/кг, однако точные

количества определить трудно из-за широкого загрязнения почв этим металлом.

Загрязнение почв ртутью связано с предприятиями, производящими тяжелые ме-

таллы, с химическим производством, с применением фунгицидов.

Поведение ртути в загрязненных почвах представляет большой интерес, так

как ее биологическая доступность создает большую опасность для биоты. Можно

полагать, что неорганические соединения Hg , внесенные в почву, хорошо адсор-

бируются гумусом и глинистыми минералам. Органические соединения элемента

отчасти разрушаются или адсорбируются компонентами почвы. Однако все эти

соединения обладают сравнительно низкой степенью диссоциации и слабо адсор-

бируются, поэтому они легко поглощаются растениями. Метилртуть особенно

доступна для растений, фенилртуть и сульфид ртути менее доступны.

Загрязнение почв ртутью само по себе не является серьезной проблемой, не-

смотря на возможность образования большого количества метилртути. Тем не

менее даже простые соли Hg или металлическая ртуть создают опасность для рас-

тений и почвенной биоты из-за отравляющих свойств паров ртути. Потребление

элемента корнями растений может быть сведено до минимума путем внесения из-

вести, серусодержащих соединений и твердых фосфатов.

Мышьяк (As). Мышьяк известен с древности. Еще Аристотель и Теофраст

упоминают о естественных сернистых соединениях мышьяка, применявшихся в

качестве лечебных средств и красок. Открытие металлического As относится к

XII в., однако способ его получения был разработан только в конце XVII в. Как

химический элемент As был установлен в 1789 г. французским химиком Лавуа-

зье.

Среднее содержание элемента в земной коре - 5×10

-4

весовых процента. Ха-

рактеризуется однородным распределением в главных типах горных пород. Обра-

зует собственные минералы и входит в состав других. Элемент связан с месторо-

ждениями других минералах и выступает как индикатор при поисковых геохими-

ческих работах.

Минералы мышьяка хорошо растворимы. Однако интенсивность его мигра-

ции невелика вследствии активной сорбции глинистыми частицами, гидроксида-

ми, органическим веществом.

Обычные состояния окисления As; -3, 0, +3, +5. Комплексные анионы AsО

AsО

, НAsО

, As

являются наиболее распространенными подвижными фор-

мами мышьяка. По особенностям поведения AsО

близок к фосфатам и ванада-

там. Наиболее распространенная форма мышьяка в условиях окружющей среды -

Поведение мышьяка в почвах в значительной степени зависит от степени его

окисления. Установлено, что арсенат-ионы легко фиксируются такими компонен-

тами почв, как глинистые частицы, фосфатные гели, гумус и кальций. Наиболь-

шей активностью в удерживании As отличаются гидратированные оксиды железа

и алюминия.

Мышьяк, адсорбированный почвой, с трудом поддается десорбции, а проч-

ность связывания элемента почвой с годами увеличивается. Мышьяк, связанный с

оксидами железа и алюминия, может высвобождаться при гидролизе в результате

снижения окислительно-восстановительного потенциала почв. Темпы сорбции

арсената во многом контролируются содержанием оксидов железа и величиной

рН среды, а количество As, атсорбированного на поверхности оксидов, зависит от

рН.

На характер миграции, осаждения и улетучивания As большое влияние ока-

зывает микробиота почв. Его метилирование, осуществляемое определенными

дрожжами в окислых условиях и метанобразующими бактериями в отсутствии

кислорода, играет важную роль в выделении ле тучих форм элемента.

Наиболее низкие уровни содержания мышьяка характерны для песчаных

почв. Его максимальные концентрации связаны с аллювиальными почвами и поч-

вами, обогащенными органическим веществом.

Поведение мышьяка в почвах зависит от их окислительного состояния. В

глеевых тяжелых почвах элемент накапливается в верхнем горизонте и легко вы-

щелачивается из подпахотных слоев с высоким окислительно-восстановительным

потенциалом.

Подвижность мышьяка в почве прямо пропорциональна уровню его поступ-

ления и обратно пропорциональна времени и содержания Fe и Al. Токсичность

элемента определяется содержанием его растворимых форм. Поэтому арсенат на-

трия и триоксид мышьяка, использовавшиеся раньше как гербициды, являются

наиболее токсичными его соединениями.

Токсичность мышьяка в почвах может быть снижена разными способами в

зависимости от источника загрязнения и свойств почв. Увеличение окислительно-

го состояния почв, применение веществ, способствующих осаждению и связыва-

нию элемента (сульфата железа, карбоната кальция), ограничивает биодоступ-

ность мышьяка. Внесение фосфатных удобрений также снижает поступление эле-

мента в биоту. Однако поскольку фосфаты могут замещать адсорбированный или

связанный мышьяк из сорбционных комплексов, это может увеличить исходные

количества его растворимых форм в почвах.

В результате глобального загрязнения окружающей среды уровни содержа-

ния мышьяка в почвах значительно повысились. И, и в отдельных случаях дости-

гают 0,2%. Основные антропогенные источники элемента связаны с промышлен-

ной деятельностью (обработка металлов, химические заводы по переработке ми-

нералов серы и фосфора, сжигание угля, геотермальные электростанции) и с ис-

пользованием мышьяксодержащих пестицидов.

Никель (Ni). Содержание никеля в земной коре составляет 8×10

-3

весовых

процента. В распространении никеля в земной коре наблюдается сходство с ко-

бальтом и железом. По геохимическим свойствам он является сидерофильным

элементом. Элемент часто ассоциируется с сегрегатами сернистых тел (из-за

сродства с серой), а также с карбонатами, фосфатами, силикатами. В континен-

тальных отложениях он присутствует в виде сульфидов и арсенидов и часто за-

мещает железо в железомагнезиальных соединениях. В соединениях никель глав-

ным образом двух- и трехвалентен.

При выветривании горных пород элемент легко высвобождается, а затем

осаждается с оксидами железа и марганца. Он относительно стабилен в водных

растворах и может мигрировать на большие расстояния.

В почвах никель тесно связан с оксидами марганца и железа, и в этой форме

наиболее доступен для растений. В верхних горизонтах почв никель присутствует

в органически связанных формах, часть из которых представлена легко раствори-

мыми хелатами.

Распределение элемента по почвенному профилю зависит от содержания ор-

ганического вещества, аморфных оксидов, глинистых фракций, которые опреде-

ляются типом почв. Концентрации никеля в природных растворах верхних гори-

зонтах почв изменяются от 3 мкг/л до 25 мкг/л.

Ионные формы никеля (Ni

, NiОН

, Н NiО

, Ni(ОН)

) в почвенном растворе

могут наблюдаться в том случае, когда элемент не полностью связан в фелатные

комплексы. Растворимость никеля в почвах находится в обратной зависимости от

величины рН.

Содержание элемента в почвах во многом определяется его содержанием в

материнских породах. В верхних горизонтах – от почвообразующих процессов и

уровня техногенного загрязнения.

Самые высокие содержания Ni наблюдаются в глинистых и суглинистых

почвах, в почвах на основных и вулканических породах и в почвах, богатых орга-

никой.

В настоящее время никель считается серьезным загрязнителем. Антропоген-

ные источники никеля приводят к его существенному увеличению в почвах. В

осадках сточных вод Ni присутствует в форме легкодоступных органических хе-

латов и может быть фитотоксичным. Снижению его доступности для растений

способствуют внесение фосфатов или органического вещества.

Источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду весьма раз-

нообразны. Они носят как природный, так и техногенный характер. Природными

источниками эмиссии тяжелых металлов являются извержение вулканов, лесные

пожары, морская вода и др. Источниками техногенного поступления металлов яв-

ляются промышленное и сельскохозяйственное производства, транспорт, жилищ-

но-коммунальные комплексы. При этом общая масса металлов, поступающих от

природных источников, значительно ниже антропогенного поступления: свинца –

17,2 раза, кадмия - в 8,8, цинка – 7,2, меди – 3,0, никеля – 1,9 раза.

Расчеты, проведенные в Беларуси, свидетельствуют о том, что в атмосферу

республики только от стационарных источников сжигания топлива попадает 72%

мышьяка, 57% ртути, около 99% никеля, 27% кадмия, 33% хрома, 27% меди, 15%

свинца, 11% цинка. Цементное производство привносит значительные количест-

ва кадмия, свинца, хрома. На долю электросталеплавильного производства при-

ходится 24% кадмия, 15-16% свинца и хрома, 81% цинка. Передвижные источни-

ки в основном загрязняют атмосферу цинком и медью.

Кроме атмосферных выпадений, значительное количество металлов

привносится в почву при использовании удобрений, в том числе на основе

осадков сточных вод и бытовых отходов. В составе примесей в удобрениях на-

ходится кадмий, хром, медь свинец, уран, ванадий и цинк, с отходами интен-

сивного животноводства и птицеводства – медь и мышьяк, с компостом и наво-

зом - кадмий, медь, никель, цинк и мышьяк, с пестицидами – кадмий, мышьяк,

ртуть, свинец, марганец и цинк.

15.4. Химический состав почв

Набор и количественное соотношение химических элементов в почве назы-

вают ее элементным составом. Любые почвы содержат все 92 элемента Периоди-

ческой системы Д.И. Менделеева, а в случае химического загрязнения в почвах

обнаруживаются и трансурановые элементы. Диапазон концентраций очень ве-

лик: от десятков и единиц массовых долей (в %), до 10

-10

-12

% [3]. Часть элемен-

тов участвует в формировании почвенной массы, то есть они играют конституци-

онную роль, хотя они же необходимы и живым организмам, другая часть сущест-

венно не влияет на свойства почвенной массы, но зато играет важную физиологи-

ческую роль: некоторые элементы могут быть как стимуляторами физиологиче-

ских и биохимических процессов, так и быть токсичными. Первая группа - это

макроэлементы, вторая включает микро-, ультрамикро- и наноэлементы (табл. 1).

Химические элементы представлены в почвах большим набором их химиче-

ских соединений. Разнообразие соединений любого из элементов обеспечивает

сравнительную устойчивость химического состояния почв. Так, соединения фос-

фора представлены преимущественно ортофосфатами, но они могут находиться

одновременно в виде различных соединений с кальцием, алюминием, железом,

цинком, свинцом, марганцем. О разнообразии фосфатов дает представление сле-

дующий далеко не полный перечень их почвенных соединений: Ca8H2(PO4)6 ,

Ca10(PO4)6(OH)2 , Ca10(PO4)6F2 , Ca4(PO4)3H " 3H2O, Ca3(PO4)2 , Ca(H2PO4)2

, CaHPO4 , AlPO4 " 2H2O, FePO4 " 2H2O, Fe3(PO4)2 " 8H2O, Zn3(PO4)2 ,

Pb3(PO4)2 , Pb5(PO4)3OH, PbAl3H(OH)6(PO4)2 , MnHPO4 . Кроме того, значи-

тельная часть фосфора представлена органическими соединениями и конденсиро-

ванными фосфатами.

Железо в почвах одновременно входит в кристаллические решетки алюмоси-

ликатов, в гётит FeOOH, гематит Fe2O3 , в различные гидроксиды. По мере рас-

хода наиболее растворимых соединений Fe3 + его концентрация поддерживается

в почвенном растворе другими соединениями железа. Соединения кремния в поч-

венном растворе представлены ортокремниевой кислотой H4SiO4 или ее поли-

мерными формами, а в твердых фазах одновременно сосуществуют аморфный и

кристаллический диоксид кремния SiO2 (кварц), минералы группы алюмосилика-

тов. В крупных песчаных фракциях почв преобладают каркасные алюмосиликаты,

во фракции менее 1 мкм - слоистые алюмосиликаты, из них наиболее распростра-

нены монтмориллонит, каолинит и гидрослюды.

Особенно многочисленны в почвах соединения углерода. Практически всегда

в почвенном воздухе есть диоксид углерода CO2 , в почвенном растворе - уголь-

ная кислота, в степных и сухостепных почвах - CaCO3 и Na2CO3 ; это только ми-

неральные соединения. Набор соединений в органическом веществе до сих пор не

подсчитан, но в их число входят как низкомолекулярные соединения, начиная от

метана CH4 , аминокислот, простейших кислот жирного ряда, моносахаридов, и

до высокомолекулярных соединений, представленных целлюлозой, лигнином, по-

липептидами. Особое место занимают так называемые специфические для почв

гуминовые вещества [4]. При характеристике почв наиболее информативны не

отдельные индивидуальные соединения, а их группы, то есть совокупность со-

единений со сходными строениями и свойствами. Такими группами могут быть

моносахариды, аминокислоты (в почвах обнаруживают до 17 - 22 различных ами-

нокислот), гуминовые кислоты, фульвокислоты. Вещества, входящие в одну

группу, примерно одинаково участвуют в почвенно-химических реакциях. Но-

менклатура групп почвенного гумуса приведена на рис. 2.

Группы органических соединений подразделяются на фракции по характеру

связи с минеральными соединениями, могут быть, например, гуминовые кислоты

свободные, связанные с Ca2 +, Fe3 +, алюмосиликатами и т.п.

Сложность состава почв, большой набор химических соединений обусловли-

вают возможность одновременного протекания различных химических реакций и

способность твердых фаз почв поддерживать сравнительно постоянным состав

почвенного раствора, откуда растения непосредственно черпают химические эле-

менты. Эту способность поддерживать постоянным состав почвенного раствора

называют буферностью почв. В природной обстановке буферность почв выража-

ется в том, что при потреблении какого-либо элемента из почвенного раствора

происходит частичное растворение твердых фаз и концентрация раствора восста-

навливается. Если в почвенный раствор извне попадают излишние количества ка-

ких-либо соединений, то твердые фазы почв связывают такие вещества, вновь

поддерживая постоянство состава почвенного раствора. Это иллюстрируют воз-

можные переходы ионов K+ и трансформация калийсодержащих веществ в почве,

показанные на рис. 3. Итак, действует общее правило: буферность почв обуслов-

лена большим набором одновременно протекающих химических реакций между

почвенным раствором и твердыми частями почвы (рис. 4). Химическое разнооб-

разие делает почву устойчивой в изменяющихся условиях природной среды или

при антропогенной деятельности.

15.5. Химические реакции и процессы в почвах

В почвах может происходить более 30 различных химических реакций и про-

цессов. Часть их них имеет общий характер для всех почв, часть присуща только

отдельным почвенным типам. Общие для большинства почв реакции следующие:

осаждение-растворение, катионный обмен, комплексообразование, синтез и ми-

нерализация органических соединений, образование гуминовых веществ. Почвам

северных влажных регионов свойственны накопление кислых продуктов, разви-

тие восстановительных процессов (глееобразование); в сухих южных районах не-

редко происходит накопление солей, а реакция почв зависит от карбонатов каль-

ция и регулируется карбонатно-кальциевым равновесием. Ниже рассмотрены

наиболее важные для почв реакции.

Катионный обмен. Эту реакцию в 1850 - 1852 гг. открыли английские уче-

ные - фермер Томпсон и химик Уэй. В 1922 - 1925 гг. на этой основе советский

почвовед академик К.К. Гедройц создал стройное учение о поглотительной спо-

собности почв, получившее признание во всем мире [5]. После открытия анион-

ного обмена была создана общая теория ионного обмена, налажено промышлен-

ное производство ионитов (ионообменных сорбентов), разработаны методы ионо-

обменной хроматографии. Для почв наиболее характерны реакции катионного

обмена между твердой частью почвы, которая поглощает катионы, и почвенным

раствором, который можно рассматривать как раствор электролита. Если твердую

часть почвы обозначить символом П, как это принято в почвенной литературе, то

при добавлении к почве раствора KCl произойдет реакция

ПCa, Mg + 4KCl = PK

+ CaCl

+ MgCl

Это означает, что почва содержала в обменной форме и Ca

, и Mg

, которые

были вытеснены в раствор, а ионы K+ были поглощены почвой. Каких-либо дру-

гих изменений при этом в почве не происходит.

В дерново-подзолистых почвах таежных лесов в обменной форме присутст-

вуют ионы Ca2 +, Mg2 +, K+, H+, Al3 +. В черноземах, каштановых почвах степей

преобладают Ca2 +, Mg2 +, K+. В солонцах и некоторых солончаках, кроме того,

обычно есть Na+.

Общее количество обменных катионов в почве, согласно Международной

системе единиц СИ, измеряют в смол (+) " кг- 1 (сантимоли положительных заря-

дов в 1 кг почвы) и называют емкостью катионного обмена (сокращенно ЕКО).

Абсолютные величины ЕКО колеблются от единиц до нескольких десятков смол

(+) " кг- 1. Эти реакции очень важны, поскольку от состава обменных катионов и

их количества зависят почвенное плодородие, многие физические и химические

свойства почв и способность противостоять химическому загрязнению почв.

Кислотность почв. Обменные катионы участвуют также в формировании

потенциальной кислотности почв. Такая кислотность встречается в кислых дерно-

во-подзолистых, серых лесных, красноземных почвах. Проявляется она только

при воздействии на почву солевого раствора, так же как и при обычной реакции

катионного обмена. Отличие состоит в том, что потенциальная кислотность обу-

словлена только катионами H+ и Al3 +:

PH+ + KCl PK+ + HCl или

PAl3 + + 3KCl P + AlCl3

P + Al(OH)3 + 3HCl.

И в том и в другом случае в растворе появляется некоторое количество HCl,

что и создает кислую реакцию среды.

Устраняют потенциальную кислотность довольно простыми приемами.

Обычно к почве добавляют карбонат кальция (известь), который нейтрализует

различные формы кислотности:

P + CaCO3 PCa2 + + H2CO3

PCa2 + + CO2 + H2O.

Природная кислотность почв может быть вызвана органическими кислотами,

попадающими в почву с растительными остатками или корневыми выделениями,

диоксидом углерода в почвенном воздухе и поступлением азотной и серной ки-

слот с кислыми дождями. Анализ химических равновесий показал, что роль CO2 в

этом процессе более значительна, чем это представлялось раньше [3]. Растворение

CO2 приводит к образованию угольной кислоты H2CO3 . Сама по себе это до-

вольно слабая кислота, но в почвенном воздухе доля CO2 много выше, чем в ат-

мосферном; в последнем доля CO2 составляет около 0,03%, а в почвенном возду-

хе достигает целых процентов. Поэтому в некарбонатных почвах только за счет

CO2 величина pH может опускаться до 4,5 и даже ниже.

Щелочность почв. Щелочными считают почвы, водная суспензия которых

имеет рН 7,5 - 8,0 или выше. Эти почвы формируются в степных и сухостепных

природных зонах; к ним относятся солонцы, некоторые солончаки. Щелочность

вызывается различными солями: карбонатами, фосфатами, боратами, гуматами,

силикатами. Но главную роль играют Na2CO3 и CaCO3 , последний создает ки-

слотно-основную буферность и сравнительно высокую щелочность. Регулирова-

ние реакции осуществляется в этом случае за счет карбонатно-кальциевой систе-

мы CaCO3-H2O-CO2 . Карбонат кальция присутствует в твердой части почвы, во-

да в почве имеется почти всегда (за исключением сильных засух), а CO2 всегда

есть в почвенном воздухе. Почвенный раствор такой системы содержит разные

количества Ca2 +, , H+, , и величина рН регулируется, по сути, только парциаль-

ным давлением CO2 . Эта система работает до тех пор, пока в твердой части поч-

вы присутствует CaCO3 , и обусловливает величины рН почвенных суспензий до

7,5 - 10,0 в зависимости от парциального давления CO2 в почвенном воздухе.

Щелочность почв неблагоприятно сказывается на их химических и физиче-

ских свойствах. Под действием щелочной среды почвы расплываются, теряют

структурность, а затем при высыхании сливаются в плотные, очень прочные глы-

бы, которые часто не поддаются действию плуга. Таковы солонцы в зонах черно-

земных, каштановых и бурых почв.

Засоление почвы. В бессточных впадинах сухих регионов страны, в примор-

ских районах почвы нередко содержат высокие концентрации легкорастворимых

солей. Это хлориды кальция, магния, натрия и калия, сульфаты, некоторые карбо-

наты, нитраты. Легкорастворимые соли отрицательно сказываются на развитии

растений, поскольку они повышают осмотическое давление почвенных растворов,

а некоторые катионы и анионы токсичны для растений. Засоленных почв особен-

но много в Предкавказье, в Прикаспийской низменности, в Средней Азии. К сча-

стью, легкорастворимые соли сравнительно легко подвижны, и их довольно про-

сто удалить из почвы путем обычного промывания водой. В щелочных почвах не-

благоприятные вещества сначала нейтрализуют гипсом, отработанной серной ки-

слотой, сульфатами железа, а затем образующиеся легкорастворимые соли также

отмывают водой. Этот метод мелиорации засоленных почв очень широко распро-

странен, но успех приема зависит от возможности удаления промывных вод. В

противном случае промывные воды смыкаются с подземными грунтовыми вода-

ми, повышая их уровень. В результате возникает опасность вторичного засоления

почв за счет поднимающихся к поверхности соленых грунтовых вод по окраинам

орошаемых и промываемых массивов.

Окислительно-восстановительные режимы. Практически в каждой почве

происходят реакции окисления или восстановления химических соединений или

элементов. Эти реакции являются сопряженными, и если какой-либо компонент

почвы окисляется, то другой неизбежно восстанавливается. Наиболее простой и

распространенный вариант - окисление-восстановление ионов железа:

Окислительные процессы идут за счет кислорода воздуха, при этом органи-

ческие вещества почвы окисляются или частично, или полностью до конечных

продуктов распада - H2O и CO2 . При высоких окислительно-восстановительных

потенциалах порядка 0,5-0,7. В практически все элементы с переменной валент-

ностью приобретают высшие степени окисления, многие из них становятся мало-

подвижными и малодоступными растениям. Таковы ионы железа, меди, кобальта,

серы, азота. Исключение составляет марганец, для перевода которого из Mn2 + в

Mn7 + необходимы потенциалы около 1,4 - 1,5 В, тогда как даже в наиболее аэри-

рованных и малоувлажненных почвах максимальные значения потенциалов редко

превышают 0,6 - 0,7 В.

В переувлажненных почвах, особенно в затопляемых рисовых почвах, разви-

ваются восстановительные процессы, потенциалы снижаются до + 0,2 / - 0,2 В,

что обусловлено деятельностью микроорганизмов, способных развиваться без

доступа свободного O2 и выделяющих в почву органические восстановленные со-

единения и свободный водород. В таких почвах элементы с переменной валентно-

стью переходят в состояние низших степеней окисления, становятся подвижны-

ми, выделяется метан CH4 , другие углеводороды. Когда длительно развиваются

восстановительные процессы, в почвах появляется сизоватая окраска, железо и

марганец восстанавливаются до Fe2 + и Mn2 +. Такие почвы называют оглеенны-

ми или глеевыми. Кстати, переувлажненные или орошаемые и затопляемые почвы

служат одним из важнейших природных источников выделения в атмосферу ме-

тана и других углеводородов, вызывающих проявления "парникового" эффекта.

Гумификация. Это один из самых важных почвенных биохимических про-

цессов. Сущность его заключается в трансформации растительных остатков в

своеобразные, темноокрашенные органические гуминовые вещества преимущест-

венно кислотной природы. Впервые гуминовые кислоты выделил из торфа немец-

кий ученый Ф. Ахард в 1786 г., но до сих пор их строение остается неясным. В

основе гуминовых веществ лежат бензолсодержащие фрагменты, их мобильная

часть представлена большим набором аминокислот и моносахаридов, они содер-

жат азот и различные кислородсодержащие функциональные группы: карбок-

сильные -COOH, гидроксильные -OH, хинонные и другие. Особенность гумино-

вых веществ заключается в высокой устойчивости к гидротермическим и биохи-

мическим условиям; их возраст, датированный по 14C, достигает сотен и тысяч

лет, а молекулярные массы составляют десятки тысяч атомных единиц массы.

Функции гуминовых веществ в почвах разнообразны и чрезвычайно важны. Они

аккумулируют элементы питания растений, защищают почвенные минералы от

выветривания, способствуют миграции катионов различных металлов в форме

комплексных соединений, регулируют тепловой и кислотно-основной режимы

почв, влияют на емкость катионного обмена и на буферность почвы, обладают

выраженной физиологической активностью и способны стимулировать рост и

развитие сельскохозяйственных растений. Гуминовые кислоты и их соли (гуматы)

получают из различного природного сырья и используют не только в сельском

хозяйстве, но также в промышленности и медицине (рис. 5).

Таким образом, подводя общие итоги, можно сделать некоторые выводы о

химическом составе и причинах химической устойчивости почв.

1. Любая почва имеет очень сложный химический состав как по набору и ко-

личественному соотношению химических элементов, так и по формам их соеди-

нений.

2. Наиболее активную химическую роль в почвах играют те вещества, кото-

рые находятся в высокодисперсном состоянии (ил, плазма); к ним относятся гу-

миновые вещества, слоистые глинистые минералы, ионные и молекулярные дис-

персии.

3. Для почв характерно образование и накопление специфических гуминовых

веществ, главных и наиболее активных составляющих органического вещества

почвы.

4. В почвах одновременно протекает множество реакций, зачастую противо-

положно направленных, что обусловливает стабильность системы; многообразие

химических соединений и реакций - главное условие устойчивости почв.

5. В каждой природной зоне формируются почвы, имеющие особый химиче-

ский состав и режимы, хорошо согласованные с экологической обстановкой или,

по В.В. Докучаеву, соответствующие факторам почвообразования.

15.6. Химическое загрязнение и охрана почв

В последние десятилетия человек стал причиной быстрой деградации почв,

хотя потери почв имели место на протяжении всей человеческой истории. Во всех

странах мира сейчас распахивают около 1,5 млрд. га земель, а общие потери почв

за историю человечества составили около 2 млрд. га, то есть потеряно больше,

чем теперь распахивается, причем многие почвы перешли в разряд непригодных

бросовых земель, восстановление которых или невозможно, или слишком дорого

стоит. Насчитывают не менее 6 типов антропогенно-технических воздействий,

которые могут вызвать разного уровня ухудшение почв. В их числе: 1) водная и

ветровая эрозия, 2) засоление, подщелачивание, подкисление, 3) заболачивание, 4)

физическая деградация, включая уплотнение и коркообразование, 5) разрушение

и отчуждение почвы при строительстве, добыче полезных ископаемых, 6) хими-

ческое загрязнение почв. Охрана почв заключается в том, чтобы предотвратить

или свести к минимуму все виды разрушения почв и/или почвенного покрова.

Ниже мы обсудим только химическое загрязнение почв, которое может быть

вызвано следующими причинами: 1) атмосферным переносом загрязняющих ве-

ществ (тяжелые металлы, кислые дожди, фтор, мышьяк, пестициды), 2) сельско-

хозяйственным загрязнением (удобрения, пестициды), 3) наземным загрязнением

- отвалы крупнотоннажных производств, отвалы топливно-энергетических ком-

плексов, 4) загрязнением нефтью и нефтепродуктами.

Тяжелые металлы. Этот вид загрязняющих веществ начали изучать одним

из первых. К тяжелым металлам обычно относят элементы, которые имеют атом-

ную массу более 50. Они поступают в почву преимущественно из атмосферы с

выбросами промышленных предприятий, а свинец - с выхлопными газами авто-

мобилей. Описаны случаи, когда большие количества тяжелых металлов попадали

в почву с оросительными водами, если выше водозабора в реки сбрасывались

сточные воды промышленных предприятий. Наиболее типичные тяжелые метал-

лы - свинец, кадмий, ртуть, цинк, молибден, никель, кобальт, олово, титан, медь,

ванадий.

Из атмосферы в почву тяжелые металлы попадают чаще всего в форме окси-

дов, где постепенно растворяются, переходя в гидроксиды, карбонаты или в фор-