Орлов Д.С. Химия почв

Подождите немного. Документ загружается.

«истых зональных почвах в интервале 6—7, то песчаные почвы содер-

жат всего

1,5—2,

а торфянистые почвы

—

0,1—0,5% А1.

На этот общий фоновый уровень содержания алюминия очень

-большой отпечаток накладывает процесс почвообразования. В зависи-

мости от типа почвы меняется как среднее содержание А1 в почвенной

толще, так и его распределение по генетическим горизонтам. Повыше-

но содержание А1 в бурых лесных суглинистых почвах

—

до 8—9%, в

красноземах

—

до 14—15%, а в латеритах содержание А1

0з может

составлять до 50% всей массы почвы (или около 26% А1). Столь вы-

сокое содержание А1

0з характерно для бокситов наиболее высоких

промышленных марок (не менее 52% А1

; наиболее низкая промыш-

ленная марка боксита характеризуется содержанием А1

0з не менее

28%).

Во многих типах почв выявляется очень четко выраженное пере-

распределение алюминия по генетическим горизонтам почвенного про-

филя. В подзолистых и дерново-подзолистых почвах содержание А1 в

иллювиальных горизонтах В часто бывает в 1,5—2 раза выше, чем в

rop.Ai и А

. Аналогичную дифференциацию можно видеть в бурых

лесных оподзоленных почвах, красноземах и др. В то же время в тех

почвах, где не выражены элювиально-иллювиальные процессы, алю-

миний, как и многие другие элементы, распределен по профилю рав-

номерно, и только интенсивное накопление гумуса или вторичное на-

копление карбонатов могут вызвать кажущееся обеднение алюминием

соответствующих горизонтов. Равномерное распределение А1 по про-

филю характерно для многих степных почв, особенно для черноземов.

Значение алюминия в почвообразовании и плодородии почв опреде-

ляется следующими положениями:

Высокое содержание А1 в почвах и его участие в формировании

алюмосиликатов обусловливает его ведущую, наряду с Si, О и С, кон-

ституционную роль. Следует упомянуть, что алюмосиликаты — наибо-

лее распространенные минералы, составляющие до 85% массы земной

коры. При этом какое-либо специфическое влияние А1 на морфологи-

ческие признаки почв не выражено.

Алюминий обладает достаточно высокой реакционной и мигра-

дионной способностью и образует многообразные формы соединений.

Он активно участвует в перераспределении вещества по почвенному

профилю, а его соединения и их распределение по профилю могут

•быть использованы для диагностики почв и некоторых процессов.

Алюминий участвует в формировании потенциальной (обменной

.и гидролитической) кислотности почв.

Повышенное содержание подвижных соединений А1 небезраз-

лично для растений; в их присутствии образуются труднорастворимые

фосфаты алюминия, фосфор которых при старении и кристаллизации

осадков становится мало доступным растениям. Кроме того, алюминий

токсичен для многих растений; уже при концентрации А1 в растворе,

равной 2 мг/л, наблюдается резкое ухудшение развития корневой си-

стемы, нарушается углеводный, азотный и фосфатный обмен в расте-

ниях. Более высокие концентрации алюминия вызывают резкое сниже-

ние урожая зерновых культур и даже их гибель.

Поведение А1 в почве обусловлено его положением в Периодиче-

ской системе элементов Д. И. Менделеева. Находясь в III группе Пе-

риодической системы алюминий имеет следующее распределение элек-

тронов в атоме:

3pK

111

Во всех встречающихся в почвах соединениях алюминий трехвалентен,

хотя в очень жестких лабораторных условиях могут быть получены

соединения, в которых А1 проявляет валентность 1+ и 2+.

Формы соединений алюминия в почвах

Алюминий в почвах представлен соединениями с резко различной

растворимостью, а для почв гумидных областей (подзолистые, дерно-

во-подзолистые, болотные, красноземные) характерно присутствие не

только легкорастворимого, но и обменного алюминия. Обменный AI

присутствует обычно в количестве от десятых долей до 3—10 мг-экв

на 100 г почвы (т. е. от единиц до нескольких десятков миллиграммов

на 100 г почвы).

Возможные формы соединений алюминия в почвах очень разнооб-

разны. Это оксиды и гидроксиды алюминия; содержащие алюминий

минералы-соли; простые и комплексные соединения А1 с органически-

ми веществами и, наконец, алюмосиликаты.

Оксид алюминия А1

0з встречается в породах в виде корунда, от-

личающегося высокой твердостью и устойчивостью к кислотам. Ко-

рунд имеет серую с синеватым или

желтоватым оттенком окраску, но

примеси Cr, Mn, Fe, Ti придают ему

интенсивную красную, синюю или

черную окраску. Окрашенные раз-

новидности корунда относятся к

числу известных драгоценных кам-

ней: сапфир, рубин, топаз и т. п.

Корунд встречается в бокситах,

сиенитах, пироксенитах, сланцах,

гнейсах. При описании минералоги-

ческого состава почв, даже крупных

фракций, корунд упоминается ред-

ко.

Несмотря на его устойчивость к

кислотам в природной обстановке,

корунд, по-видимому, постепенно

трансформируется в диаспор или

гиббсит.

Чаще других в почвах встре-

чается гиббсит (или гидраргил-

лит) — А1(ОН)

, кристаллическая

решетка которого построена из сло-

ев алюмогидроксильных октаэдров

(рис.

17). Формулу гиббсита иногда

формально записывают в виде

А1

0з-ЗН

0. Гидроксид алюминия

может находиться в почвах как в окристаллизованном, так и в аморф-

ном стоянии. Свежеосажденный А1(ОН)з не обнаруживает признаков

кристаллического строения. В почвах и породах гиббсит образует ше-

стиугольно-таблитчатые кристаллы правильной или неправильной фор-

мы,

друзы, а также натечные формы и конкреции.

Совместно с гиббситом или независимо от него встречается бё-

мит

—

Y-AIOOH и диаспор а-АЮОН (или НАЮ

). Иногда в литерату-

ре можно встретить формальное начертание формулы бёмита и диас-

пора в виде А1

0з-Н

0. Эти минералы более характерны для бокси-

тов и древних аллитизированных тропических почв.

02 •J

Рис. 17. Схема структуры гиббсита:

/ — ОН, расположенные ниже пло-

скости чертежа, 2 — ОН, располо-

женные выше плоскости чертежа,

3 — А1

112

Кроме свободных оксидов и гидроксидов алюминия встречаются

рентгеноаморфные разновидности общего состава [п5Ю

-/пА1

0з] X

Х*Н

0, которые называют аллофаноидами (название «аллофан» — от

греч. «аллёс»

—

другой и «фанэс» — кажущийся), или аллофанами.

В составе аллофанов содержание А1

0з колеблется от 24 до 42%.

Si0

—

от 21 до 40% и Н

0 — 39—44%. Наиболее характерны аллофа-

ноиды с молекулярным отношением Si: А1=

: 1.

В природной обстановке образуются и в некоторых условиях на-

капливаются минералы-соли, содержащие алюминий. В почвенной сре-

де такие соединения алюминия, как правило, неустойчивы (может

быть, за немногими исключениями).

При испарении природных водных растворов образуются

квасцы KA1(S04)

-12Н

0. В кислых породах при воздействии сер-

нистых газов образуется и накапливается квасцовый камень алунит

KA1

(S0

)2(0H)6. В пегматитах и гнейсах встречается криолит

Na3AlF

. Квасцы хорошо растворимы в воде, криолит хотя и слаба

(порядка 0,03%), но все же растворим в заметной мере, и поэтому,.

попадая в почву, такие минералы очень быстро трансформируются

переходя главным образом в различные гидроксиды.

В почвах также встречаются, хотя и редко, шпинели, т. е. минера-

лы с общей формулой I^'OR'"^, где R" —это Mg

+ или Fe

, a

R'"

—

+, А1

+, Сг

. Наиболее обычна собственно шпинель MgAl

Рентгенографические исследования показали, что шпинель правильнее

рассматривать не как алюминат магния, а как соединение типа MgOx

ХА1

В биосфере встречается и еще один не совсем обычный мине-

ралл

—

меллит. Меллит

—

- 18H

0 — медово-желтая алюми-

ниевая соль меллитовой кислоты. Встречается меллит обычно в углях

и с терриконовыми породами может попадать на поверхность земли.

Две причины вызывают повышенный интерес к этому минералу. Во-

первых, он является свидетелем образования в природной обстановке

соединений алюминия с органическими веществами. Во-вторых, мел-

литовая кислота

C00H

H00C-|^s-C00H

ноос-1Ц^-соон

соон

—

продукт окисления соединений с циклически полимеризованным уг-

леродом (например, графита), и ее обнаружение в природных усло-

виях или в результате лабораторных опытов указывает на важнейшие

особенности строения окисляемых органических веществ. Меллитовая

кислота, хотя и в очень небольших количествах, была обнаружена в

продуктах окисления гумусовых веществ.

Преобладающая часть алюминия в большинстве почв представле-

на силикатами, причем они являются и наиболее устойчивыми форма-

ми соединений.

В числе силикатов, встречающихся в почвах, следует назвать без-

водные силикаты алюминия: силлиманит и дистен (или кианит). Со-

став этих минералов может быть выражен общей формулой Al

Si0

(иногда записывают в форме A10-AlSi0

), различаются они формой

кристаллизации. Эти минералы более характерны для метаморфиче-

ских пород, в почвах сравнительно редки.

113

В крупных гранулометрических фракциях алюминий представлен

различными ортосиликатами и полисиликатами. Для почв характерны

мусковит, эпидот, микроклин, ортоклаз; плагиоклазы

—

альбит, анор-

тит— и промежуточные между ними формы.

В тонкодисперсных фракциях почв алюминий, кроме оксидов и

гидроксидов, представлен и слоистыми силикатами (их часто назы-

вают глинистыми или глинными минералами). Это минералы группы

каолинита А1

(ОН)

-[Si

Oio], монтмориллонита Al

(OH)2-[Si

Oio],

хлорита с вероятной формулой (Al, Mg, Fe)

(OH)

[(Al, Si)

] X

XMg

(OH)

. Распространены и другие группы алюминийсодержащих

минералов.

Многообразие форм соединений алюминия в почвах, как впрочем

и ряда других элементов, делает практически невозможной, да и не-

целесообразной, попытку определения всех тех индивидуальных ве-

ществ, которые присутствуют в конкретной почве и содержат алюми-

ний. Значительно удобнее и эффективнее использовать определение

групп соединений, понимая под группой совокупность входящих в со-

став почвы веществ, обладающих одним или несколькими сходными

(однотипными) свойствами. В практике почвенных исследований ши-

роко применяют определение группового состава гумуса, группового

состава фосфатов, соединений железа и т. п. Анализ группового со-

става позволяет более четко выявить зональные и генетические осо-

бенности почв и их горизонтов, чем перечень содержания индивиду-

альных веществ. Это объясняется тем, что схожие по свойствам и вхо-

дящие в одну группу вещества участвуют в одних и тех же почвенных

химических процессах и их набор и содержание отражают специфику

почвообразования.

По С. В. Зонну, различают следующие группы соединений алюми-

ния: 1) силикатный алюминий, входящий в кристаллическую решетку

алюмосиликатов; 2) свободный алюминий, не входящий в кристалли-

ческую решетку силикатов. Свободный алюминий, в свою очередь,

подразделяется на окристаллизованные формы и на аморфные формы

соединений алюминия.

Силикатный алюминий определяется по разности между валовым

содержанием А1 и его количеством, переходящим в вытяжку 1 н.

NaOH (по Дюшофуру—Сушье). Окристаллизованные соединения А1

извлекаются из почвы вытяжкой Тамма.

Кроме того, отдельно определяют содержание обменного А1, из-

влекаемого раствором 1 н. КО, и так называемый экстрагируемый

алюминий, извлекаемый ацетатно-аммонийным буферным раствором с

рН 4,8.

Распределение А1 по группам соединений в некоторых почвах по-

казано в табл. 29. Во всех почвах, даже красноземных, преобладает

силикатный алюминий, но при этом отчетливо видно, что доля «сво-

бодных» соединений А1 повышена в красноземах и гор. В^ и В/ иллю-

виально-гумусовых подзолов. Окристаллизованные соединения А1 в

большинстве случаев преобладают над аморфными, но доля аморф-

ных форм относительно повышена в псевдоподзолистой почве и иллю-

виально-гумусовом подзоле.

Характерная картина выявляется в иллювиально-гумусовом под-

золе,

где доля аморфных соединений алюминия в гор. В^ и В/,/ резко

возрастает до 22—36% от валового количества А1. Такое распределе-

ние позволяет говорить о выносе из гор. А

несиликатных соединений

алюминия и накоплении их в гор. В/, и Вь/ преимущественно в виде

аморфных соединений.

114

Таблица 29

Содержание различных групп соединений А1 в некоторых почвах

(по Зонну, 1982)

Почва

Краснозем на

эффузивных

породах

(Аджария)

Ферралитная

(Куба)

Гумусово-глее-

вая (Запад-

ная Грузия)

Псевдоподзо-

листая глее-

ватая

Торфянис- А

тый ил- Вь

лювиаль- Вм

но-гуму- Bt

совый

подзол

Глубина,

см

о—ю

20—30

40—50

70—80

0—25

60—70

100—120

0—10

60—80

8—13

' 17—27

30—35

40—50

50—60

70—80

90—100

120—130

11—22

22—30

30—38

38—40

44—54

60—70

80—90

100—105

Валовое

содержание

АТ.

18,25

18,98

22,29

26,37

29,75

31,05

30,78

19,95

18,99

11,29

14,34

18,36

19,56

18,70

16,07

19,34

21,80

1,80

2,71

3,11

3,10

3,27

2,98

3,05

2,60

Силикатный

А1

65,8

59,5

61,1

64,7

91,1

76,5

81,1

92,7

90,0

93,3

92,1

94,1

96,1

95,9

94,7

96,2

96,5

100

86,7

62,4

74,2

80,7

83,5

87,2

93,8

Свободный

А1

Формы ев

окристал-

лизованные

эбодного Al

аморфные

от валового содержания А1

34,2

40,5

39,9

35,3

8,9

23,5

18,9

7,3

10,0

7,0

7,9

5,9

3,9

4,1

5,3

3,8

3,5

13,3

37,6

25,8

19,3

16,5

12,8

6,2

23,7

34,5

34,9

30,9

7,2

22,3

17,9

5,4

8,7

5,4

7,1

4,0

2,8

2,9

3,9

2,7

2,0

4,0

1,6

3,6

9,5

7,8

8,6

2,4

10,5

6,0

5,0

4,4

1,7

1,2

1,0

1,9

1,3

1,6

0,8

1,9

1,1

1,2

1,4

1,1

1,5

9,3

36,0

22,2

9,8

8,7

4,2

3,8

Количество экстрагируемого алюминия в кислых почвах гумид-

ных районов колеблется от 0 до 20—30 мг-экв/100 г, а количество об-

менного А1

+ —до 8—10 мг-экв на 100 г.

Концентрация и формы соединений алюминия в почвенном раство-

ре регулируются главным образом степенью кислотности или щелоч-

ности раствора. От значения рН почвенного раствора практически не

зависит поведение в почвах элементов I группы

—

типичных щелочей.

Щелочные земли уже более чувствительны к реакции среды, и их гид-

роксиды при определенных условиях могут переходить в твердую

фазу. Влияние рН на поведение алюминия в почвах выражено очень

сильно, а для элементов последующих групп, IV—VIII, реакция среды

и окислительно-восстановительный потенциал становятся главными

факторами, определяющими их поведение в почвах.

Гидроксид алюминия проявляет типичные амфотерные свойства.

В достаточно кислой среде он растворяется с образованием соли, со-

держащей катион алюминия А1

А1

(ОН) з+ЗНС1^А1С1

+ЗН

В щелочной среде образуются алюминаты. При реакции гидрокси-

да алюминия с избытком щелочи образуются гидроксоалюминаты:

(ОН) з+NaOH-^Na

[A1

(ОН)

115

Соли метаалюминиевой кислоты НАЮ

— метаалюминаты обра-

зуются при сплавлении оксида алюминия со щелочью:

А1

Оз+2КОН-*-2КА102+Н

В промежуточном интервале рН в растворе присутствуют различные

частицы алюминия: А1

+ (или А1(Н

), АЮН

+, А1(ОН)

А1(ОН)з°, А1(ОН)4

. Соотношение различных частиц зависит от вели-

чины рН.

Простые соединения трехвалентного алюминия типа А1С1з электро-

нодефицитны; в таких молекулах на внешнем электронном слое алю-

миния находится только 6 электронов. Поэтому такие соединения лег-

ко образуют димеры и даже полимеры, в которых атом алюминия иг-

рает роль акцептора электронной пары.

Все эти особенности позволяют записать реакцию растворения

гидроксида алюминия в следующей общей форме:

qk\ (ОН)з(тверд) ?. A\q(OH)^-n + nOH-,

где q выражает степень полимеризации соответствующих ионов, an

—

их заряд. Соответствующую константу реакции К можно записать в

виде:

[А1,(ОН)?,1

][ОН-]"

[А1(ОН)

3(тверд)

]

где квадратные скобки означают активности компонентов. Принимая,

что активность гидроксида в твердой фазе равна единице и обозначая

отрицательный логарифм символом р, получим:

рК = р

[А1,

(OH&L] + пр

[ОН"].

Если ввести величину ионного произведения воды /Св, то р [ОН

] мож-

но заменить на рН:

рК=р [Al

(OVi)lt-n\ +

прК

-прН.

Поскольку почвоведов интересует концентрация алюминия в рас-

творе (в молях на литр или в грамм-атомах на литр), то это уравне-

ние можно переписать в виде:

[А1,(ОН)^_

]=рК-ярК

+ лрН-ру

где у

—

коэффициент активности ионов алюминия.

В несколько упрощенной форме для мономерных ионов уравнение

перепишется в виде:

А1-лрН= pK-npK

-p

YAi(OH&

Для реакции образования гидроксоалюминатов

А1

(ОН) З(тверд.) + Н

0-^А1 (ОН) 4-+Н+,

ту же зависимость можно записать в виде:

рА1

+ рН=р/С'—PY , -

г г г г 1

А!(0Н)4 f

где К'— константа реакции образования гидроксоалюминатов.

Эти простые зависимости выражаются прямыми линиями в коор-

динатах рА1—рН, если считать, что коэффициенты активности в раз-

бавленных растворах остаются постоянными. Угол наклона прямой за-

116

висит от коэффициента п, иными словами, от того, какие частицы об-

разуются в растворе.

При реакции

Al(OH)

-WU

++30H-

жоэффициент л=3 и концентрация А1 в растворе очень быстро падает

«с ростом рН.

При реакции А1(ОН)

->-АЮН

+20Н- величина

п = 2

и при ре-

акции А1(ОН)

->-А1(ОН)2

+ОН- величина п=\. Соответствующие за-

висимости показаны на рис. 18 пунктирными линиями. Из рисунка

видно, что при рН<4—4,5 в растворе преобладают ионы А1

+. Ионы

А1(ОН)

преобладают над А1(ОН)

, при значениях рН ниже 3,5—

3,8.

Концентрация нейтральных частиц А1(ОН)з° постоянна и не зави-

сит от рН; в интервале рН 6,5—7,5 именно эта форма определяет со-

держание А1 в растворе. При значении рН>8 начинают преобладать

алюминаты, сначала А1(ОН)4~, а затем А1(ОН)5

. Произведение рас-

творимости свежеосажденного А1(ОН)з при образовании различных

ионов приведены в табл. 30.

Таблица 30

Отрицательные логарифмы произведений растворимости

(pK,=—\gK„) А1(ОН)

при образовании различных

ионов (квадратные скобки означают активности ионов)

Преобладающий ион

А1

А10Н

А1(ОНЬ+

А1(ОН)

Формула K

[Al

[ОН-]

[АЮН

[ОН-]

[А1(ОН)

+][ОН-]

[А1(ОН)

-][Н+]

рК

32,3

23,3

14,0

10,8

В том интервале рН, который наиболее характерен для почв, а

именно от 4 до 9, в почвенном растворе одновременно присутствуют

частицы различного состава. Рассчитанная с учетом констант всех ре-

акций концентрация А1 показана на рис. 18 сплошной линией. При

рН<4 эта концентрация совпадает с концентрацией А1

, вычисленной

ло произведению растворимости гидроксида алюминия:

ПР = а

А1

з+-аон-=5-10-зз.

Если же только на основе этого уравнения вычислять концентра-

цию алюминия при более высоких рН, то разница между расчетной

и реальной величиной может составить несколько порядков. При рН=

расчетная величина окажется заниженной примерно в 10

раз.

Этот пример показывает необходимость учета всех частиц и всех про-

исходящих в системе реакций при оценке реального состава почвен-

ных растворов. Проведенный анализ в то же время показывает, что, в

зависимости от интервала рН, частицами отдельных видов можно пре-

небречь. Так, при рН около 5,0 доля А1

+ и А1(ОН)

+ становится столь

мала, что их можно не принимать во внимание; в этих условиях ре-

шающую роль играет А1(ОН)

+, а при рН около 7,0 — А1(ОН)

Ступенчатая диссоциация и многообразие форм частиц имеют

большое значение не только при расчете общей концентрации алюми-

ния в растворе. Способность ионов алюминия участвовать в различ-

ных реакциях также зависит от состава частицы и ее заряда. Очевид-

117

^AI=lgC

Al)

C, моль//!

I 1 I 1 | i__

4 6 8 10

Рис.

18. Растворимость А1(ОН)з в зависимости от рН:

2А1 — суммарное содержание А1 в растворе, представленного различными ионами-

но,

что ион А1

+ способен непосредственно участвовать в реакциях об-

мена катионов, тогда как при взаимодействии частицы А1(ОН)з° с

почвенным поглощающим комплексом будут преобладать чисто ад-

сорбционные явления. Одно- и двузаряженные положительные ионы

займут некоторое промежуточное положение, а для отрицательно за-

ряженного иона А1(ОН)

~ наиболее характерной может быть реакция-

по типу обмена анионов.

118

Различные авторы указывают также на существование, в зависи-

мости от рН и ионной силы раствора, таких ионов, как А1

(ОН)2

А1

(ОН)з

+, А1

(ОН)

з+ А1

(ОН)

+, А1

(ОН)

+ АЦ(ОН)

А1з(ОН)в

. Влияние этих ионов на количественные закономерности

почвенно-химических реакций пока еще изучено недостаточно.

Концентрация А1 в почвенном растворе обусловлена теми вещест-

вами, которые находятся в твердых фазах. Наибольшей раствори-

мостью обладает свежеосажденный гидроксид алюминия А1(ОН)з;

растворимость минералов (пород) уменьшается в ряду

А1

(ОН)

>гиббсит = боксит> диаспор.

При растворении любых алюминийсодержащих минералов — гибб-

сита, бёмита, диаспора

—

переходящие в раствор ионы алюминия об-

разуют осадок А1(ОН)з, если будет достигнуто соответствующее про-

изведение растворимости. Тогда концентрация А1 в растворе будет от-

вечать уже растворимости свежеосажденного А1(ОН)з. Поскольку в

водной среде всегда имеются гидроксильные ионы, а значение рН поч-

венных растворов ниже 4 встречается редко, то для алюминия регули-

рующим концентрацию компонентом является преимущественно

А1(ОН)

Исходя из изложенных выше представлений можно сделать за-

ключение о способности алюминия к миграции в почвенном профиле и

о тех формах, в которых алюминий реально может мигрировать.

Возьмем за основу гидроксид алюминия, произведение раствори-

мости которого равно:

ПРдкон).

= [А1

[ОН"]

5 •

Ю-зз.

Величина ПР позволяет вычислить концентрацию ионов А1

при

любых значениях рН. Соответствующие величины приведены на рис. 19

и в табл. 31. Зависимость, построенная в координатах [А1

+]—рН,

Таблица 31

Расчетная концентрация ионов А1

+ над осадком

А1(ОН)

при различных значениях рН

рН

з4-

Концентрация А1 '

моль/л

5-10

5-10°

5-Ю-

г/л

135-10

135-10°

135-Ю-

135-Ю"

135-Ю-

мг/л

135-Ю

135-10

135-10°

135-Ю-

значительно более наглядна, чем зависимость рА1—рН. На кривой

[А1

]—рН видно, что концентрация А1

+ быстро падает с ростом рН

я при значениях рН 4,5—5,0 достигает минимума. Поскольку зависи-

мость между [А1

+] и рН логарифмическая, то рА1 является линейной

функцией от рН и может быть выражена уравнением:

А1

= ЗрН

—

9,7.

(считая, что в разбавленных растворах коэффициенты активности

близки к единице).

При рН 5,0 концентрация ионов А1

+ составляет около 0,14 мг/л,

119

а при рН 6,0 только

1,4-Ю

-4

мг/л. Изменение рН на единицу влечет-

за собой изменение концентрации А1

+ в почвенном растворе в-

1000 раз. Согласно расчетам, до рН 4,5 ион А1

+ может находиться в

растворе в заметных количествах, но уже при рН

5—5,5

его концен-

трация становится столь малой, что она уже соизмерима с концентра-

цией микроэлементов. Значения рН ниже 4—4,5, при которых концен-

трация А1

+ достаточно высока, встречаются в почвенных растворах

не столь часто; в подзолах, некото-

А1

мф

100

4>5

рН

Рис.

19. Концентрация А1'+ в за-

висимости от рН раствора

рых болотных почвах рН водной вы-

тяжки может быть ниже 4,5—5, но

в верхних горизонтах дерново-под-

золистых и серых лесных почв ре-

акция менее кислая, а в степных,

почвах водные вытяжки харак-

теризуются величинами рН 6—8.

Может ли в такой форме, в.

виде простого иона А1

, мигри-

ровать по почвенному профилю»

алюминий? Сделаем простой рас-

чет для южнотаежной подзоны»

Примем количество осадков рав-

ным 500 мм/год и допустим (с яв-

ным преувеличением), что вся эта.

влага фильтруется до грунтовых

вод. В пересчете на 1 м

поверх-

ности это количество осадков со-

ответствует 500 л. В этом объеме

воды при рН 5,0 может содер-

жаться только 70 мг Al

^, следовательно, такое количество алю-

миния и может быть в форме А1

+ вытеснено из почвенной толщи или

перемещено из одного горизонта в другой. Если считать, что А1 пере-

носится из слоя

0—20

см в нижележащие горизонты, то при массе

почвы в слое

0—20

см, равной 300 кг, общий вынос за год не превысит

2-10

-5

% от массы почвы, или около 30-Ю

-5

% от запасов А1. Не ме-

нее 50 000—60 000 лет нужно, чтобы при таком полном сквозном про-

мывании создать между двумя горизонтами разницу в абсолютном со-

держании алюминия на

1,5—2%,

что обычно характерно для подзоли-

стых почв. А поскольку в промывании почвы участвует реально дале-

ко не весь объем осадков, а величины рН, особенно на начальных ста-

диях подзолообразования ближе к 6, чем к 5, то ожидаемый срок со-

ставит уже сотни тысяч лет. Этот расчет показывает, что при рН око-

ло 4,5—7 миграция алюминия в форме А1

+ практически не влияет на

его распределение по профилю.

Можно допустить, что в области рН 4,5—5,5 в заметных количест-

вах еще может мигрировать ион А1(ОН)

+. В интервале рН 6—9 ми-

грация алюминия в форме простых ионов и гидроксокомплексов прак-

тически невозможна, и только уже в щелочной области (рН>10) мо-

гут в реальных для почвообразования размерах передвигаться по про-

филю с водными потоками ионы А1(ОН)4~ и Al(OH)s

Поскольку дифференциация почвенного профиля по содержанию-

А1 наблюдается и при слабокислой и почти нейтральной реакции поч-

венного раствора, мы должны сделать вывод о его передвижении в

виде более растворимых комплексных соединений с органическими ли-

гандами, а также путем лессиважа или переноса коллоидных частиц,

гидроксида алюминия.

120