Орлов Д.С. Химия почв

Подождите немного. Документ загружается.

В 40—50-е гг. в исследованиях почвенного гумуса складываются

три основных направления: эколого-биохимическое, структурно-анали-

тическое и синтетическое.

Синтетическое направление характеризуется поиском путей синте-

за гуминовых кислот из простых мономерных соединений: фенолов, хи-

нонов, моносахаров, аминокислот. Такие опыты проводятся во многих

•странах; наиболее яркий представитель этого направления — В. Фляйг

(ФРГ),

которому удалось выявить некоторые механизмы окисления и

поликонденсации фенолов и аминокислот с образованием темноокра-

шенных гуминоподобных веществ. Аналогичные опыты проводились в

СССР и других странах.

Структурно-аналитическое направление характеризуется углублен-

ными исследованиями состава и строения выделенных из почв препара-

тов гумусовых кислот. В этих исследованиях установлен элементный со-

став гуминовых кислот и фульвокислот, функциональные группы, со-

став продуктов деструкции, молекулярные параметры (включая моле-

кулярные массы). На основе полученных данных были предложены схе-

мы строения гумусовых кислот. В нашей стране большой вклад в раз-

витие этого направления внесли А. А. Шмук, С. С. Драгунов, В. И. Ка-

•саточкин, Т. А. Кухаренко, Л. Н. Александрова. Аналогичные исследо-

вания за рубежом выполняли В. Фляйг, Г. Бейтельшпахер (ФРГ),

Г. Фельбек, В. Форсит (США), М. Шнитцер (Канада), Т. Хаяси, Т. На-

тай,

К. Кумада (Япония) и др. В многочисленных экспериментальных

работах этого направления широко используются наиболее совершен-

ная аппаратура и новейшие методы исследования.

Наибольшими успехами характеризуется эколого-биохимическое на-

правление (И. В. Тюрин, М. М. Кононова, В. В. Пономарева,

Л. Н. Александрова), рассматривающее реальные процессы трансфор-

мации органических остатков и гумусовых веществ в ходе почвообразо-

вания и использующее с этой целью все достижения химии почв. К чис-

лу наиболее важных достижений эколого-биохимических исследований

следует отнести две гипотезы формирования гуминовых кислот, пред-

ложенные М. М. Кононовой и Л. Н. Александровой. Эти гипотезы по-

лучили признание в нашей стране и за рубежом и лежат в основе со-

временных представлений о путях и механизмах превращения неспеци-

<рических органических соединений в специфические гумусовые веще-

ства.

Успехи изучения органического вещества почв в период после

1940 г. связаны с именами трех замечательных ученых, энтузиастов на-

уки, обладавших не только талантом и даром научного предвидения,

но и замечательным педагогическим и организаторским мастерством,—

М. М. Кононовой, В. В. Пономаревой и Л. Н. Александровой.

Мария Михайловна Кононова (1898—1979) — крупнейший иссле-

дователь органического вещества почв. Основные итоги работ

М. М. Кононовой были изложены в монографиях «Проблема почвенно-

го гумуса и современные задачи его изучения» (1951) и «Органическое

вещество почвы. Его природа, свойства и методы изучения» (1963).

М. М. Кононовой была создана стройная схема процесса гумификации,

основанная на представлениях о реакции конденсации хинонов и ами-

нокислот. Схема включает первоначальные этапы превращений исход-

ных растительных остатков под влиянием животных и микроорганиз-

мов.

Взгляды Кононовой оказали большое влияние на развитие пробле-

мы в 50—70-х гг. и получили признание практически во всех странах

мира. Характерной особенностью исследований Кононовой было приме-

нение новых методов для решения проблем географических закономер-

ностей и биохимии гумусообразования. Книги М. М. Кононовой были;

удостоены Государственной премии, переведены на ряд языков и из-

даны в Англии, ГДР, Польше, Японии, КНР-

Вера Владимировна Пономарева (1908—1978) создала основы уче-

ния о связи содержания, состава и свойств гумуса различных типов-

почв с их генезисом и плодородием. Ею изучены процессы формирова-

ния гумусного профиля главнейших типов почв: черноземов, каштано-

вых, серых лесных, бурых лесных, подзолов и других почв. На основе

развития биохимических представлений о сущности почвообразования

Пономарева выдвинула оригинальную концепцию теории подзолообра-

зовательного процесса. Очень велико значение методических работ По-

номаревой; ею созданы новые методы исследования группового и фрак-

ционного состава гумуса, широко используемые всеми исследователя-

ми органического вещества почв в нашей стране и за рубежом.

Людмила Николаевна Александрова (1908—1983) выполнила фун-

даментальные исследования по механизмам органо-минеральных взаи-

модействий. Она разработала теорию взаимодействия гумусовых ве-

ществ с катионами металлов, гидроксидами и слоистыми алюмосилика-

тами, а на этой основе создала классификацию органо-минеральных;

производных гумусовых кислот. Изучение закрепления гумусовых ве-

ществ в почве привело Л. Н. Александрову к выводу о необходимости,

систематического обогащения дерново-подзолистых почв органическим

веществом. В 1966 г. Александрова сформулировала основы новой ги-

потезы процесса гумификации, согласно которой этапами этого процес-

са являются окислительное кислотообразование, формирование азоти-

стой части молекулы, фракционирование и дальнейшая трансформация

новообразованных гумусовых кислот. Итогом ее многолетних теорети-

ческих и экспериментальных исследований стала монография «Орга-

ническое вещество почвы и процессы его трансформации» (1980).

В первой половине XX в. были установлены основные положения

химии почв. Подробно изучен химический состав главных типов почв,,

состав их илистых фракций, установлено кристаллическое строение ми-

нералов тонкодисперсных фракций и определен минералогический со-

став почв. Выявлены важнейшие закономерности катионного обмена,,

поглощения фосфатов почвами, вскрыта природа и формы проявления

почвенной кислотности, изучен состав почвенных растворов. Охаракте-

ризованы закономерности гумификации, выявлена качественная неод-

нородность гумуса различных типов почв, вскрыты важнейшие элемен-

ты строения гуминовых кислот. Наконец, что очень важно, создана си-

стема методов химического анализа и химической характеристики почв.

В кратком очерке нет возможности даже перечислить все наиболее

важные работы, выполненные в этот период; проблемы химии почв раз-

рабатываются не только химиками, но также специалистами в обла-

сти генезиса почв, географии, агрохимии и агрономии. Но приведенные-

примеры в достаточной мере обрисовывают характер исследований, вы-

полнявшихся в рассмотренный период.

О том, насколько быстро развивается в этот период химия почв в

СССР можно судить по данным И. В. Тюрина (1927): за 80 дореволю-

ционных лет (начиная с работ Р. Германа) в России было опублико-

вано всего 80 почвенно-химических работ; за первые 10 лет Советской

власти было опубликовано уже 55—60 печатных работ, а к 20-летию-

Октябрьской революции, по данным И. Н. Антипова-Каратаева, вопро-

сам химии почв было посвящено более 500 работ. Столь быстрое раз-

витие химических исследований в почвоведении было обусловлено зап-

росами планового сельского хозяйства, задачами освоения новых зе-

мель и повышения почвенного плодородия. С этой целью в СССР были

созданы специальные химические и физико-химические почвенные ла-

боратории в системе АН СССР и ВАСХНИЛ. О повышении роли хи-

мии почв в решении важнейших практических задач сельскохозяйст-

венного производства говорят публикации таких работ, как статьи

А. Н. Соколовского «Задачи производственных анализов почв» (1932),

И. В. Тюрина «Программы анализов при почвенных исследованиях, вы-

полняемых с производственными целями» (1933), А. Т. Кирсанова «Раз-

витие в СССР химических методов характеристики плодородия почв в

целях химизации» (1937).

Многие теоретические разработки находят широкое применение в

практике социалистического сельского хозяйства, например рекоменда-

ции по известкованию кислых почв, гипсованию солонцов и другие

приемы химической мелиорации. Химическая характеристика почв все

шире используется для оценки их плодородия и разработки рациональ-

ных приемов применения минеральных и органических удобрений. Ме-

тоды и законы химии почв служат основой для классификации почв,

теории их генезиса, для разработки проектов орошения и осушения

почв,

промывок засоленных почв.

В период 30—40 гг. происходит становление химии почв как са-

мостоятельного раздела почвоведения. В это время создаются учеб-

ные курсы и учебные пособия по химии почв. Первый университетский

курс химии почв начал читать в 1935 г. профессор Московского универ-

ситета Е. П. Троицкий. Химия почв, как часть курса агрохимии, чита-

лась и в сельскохозяйственных институтах. Курс химии почв в Перм-

ском сельскохозяйственном институте в 1926—1931 гг. читал профессор

А. Ф. Тюлин, а в 1932—1934 гг. — А. Е. Возбуцкая, на основе этого

курса А. Е. Возбуцкой было создано первое учебное пособие «Химия

.почвы» (1935), выдержавшее несколько изданий.

Дальнейшее развитие химии почв шло как путем углубления зна-

ний в области ставших уже традиционными проблем, так и путем раз-

вития новых направлений. Для этого периода характерно особо быст-

рое внедрение в почвоведение новейших технических средств, новых

приборов и методов. В то же время происходит быстрое проникновение

в химию почв идей и принципов других наук, особенно органической и

-физической химии. В почвоведении начинают систематически использо-

ваться термодинамические подходы; математические методы постепен-

но становятся обычным средством решения почвенно-химических за-

дач.

Широко применяются теоретические основы и методы химии вы-

сокомолекулярных соединений и биохимии.

В числе новых проблем, быстрое развитие которых происходит в

конце 40-х — начале 50-х гг., следует упомянуть проблему микроэле-

ментов. Необходимость изучения микроэлементов возникла в связи с

тем, что была установлена их необходимость, а зачастую и незамени-

мость во многих жизненно важных физиологических процессах. Недо-

статок микроэлементов замедляет рост и развитие, вызывает многие

•болезни растений, животных и человека. Практически единственным ис-

точником большинства микроэлементов для живых организмов служит

почва. Постановка микроэлементной проблемы в СССР связана глав-

ным образом с именами академиков В. И. Вернадского и А. П. Вино-

градова, определенное внимание микроэлементам уделял К. К. Гед-

ройц. В 1957 г. вышла книга А. П. Виноградова «Геохимия редких и

рассеянных химических элементов в почвах»; в том же году состоялось

I Межвузовское совещание по микроэлементам в почвах СССР, кото-

рое наметило перспективный план совместных исследований различных

вузов страны. Большой вклад в микроэлементную проблему внес ака-

демик Я- В. Пейве.

Ян Вольдемарович Пейве (1906—1976) — один из основоположни-

ков нового направления в советском почвоведении: биохимии микроэле-

ментов. Еще в 30-е гг. он исследует роль бора, меди и других микроэле-

ментов в повышении урожайности льна. Особенно активно эта пробле-

ма разрабатывается в период 1946—1958 гг. в созданной им лаборато-

рии биохимии почв и микроэлементов (ЛатвССР). Я. В. Пейве связыва-

ет содержание и распределение микроэлементов в почвах с процесса-

ми почвообразования и химическими особенностями самих элементов,

выявляет основные закономерности, управляющие состоянием микро-

элементов в почвах. Основные итоги работы были изложены им в мо-

нографии «Биохимия почв» (1961). Я. В. Пейве разработал также но-

вые методы определения в почве подвижных соединений калия, алюми-

ния, гумусовых веществ, методы определения микроэлементов.

Советские и зарубежные ученые определили необходимые для ра-

стений уровни содержания микроэлементов, распределение ряда эле-

ментов по формам соединений, закономерности их миграции и аккуму-

ляции в почвенном профиле. Для ряда регионов СССР были составле-

ны картограммы валового содержания микроэлементов в почвах и под-

вижных форм соединений. Развивая учение академика В. И. Вернадско-

го,

член-корреспондент ВАСХНИЛ В. В. Ковальский разработал прин-

ципы и схемы биогеохимического районирования и выделил на террито-

рии СССР биогеохимические провинции с избыточным или недостаточ-

ным содержание микроэлементов.

Успехи в изучении микроэлементов были в значительной мере обус-

ловлены широким внедрением в почвоведение быстрых инструменталь-

ных методов анализа. Совершенствование техники исследований начи-

нается еще в 40-е гг., и оно быстро нарастает в 50—60-е гг.

Массовый аналитический материал, необходимый для решения мик-

роэлементной проблемы, а также для внедрения в почвоведение мате-

матических методов, оказалось возможным получить только с помощью-

таких методов, как полярография, спектрофотометрия, эмиссионный

спектральный анализ, атомно-абсорбционный анализ, рентгенофлюорес-

центный анализ, дифрактометрия, ионометрия и т. п.

Бурное развитие промышленности, транспорта, широкое примене-

ние удобрений и ядохимикатов поставили перед химией почв еще одну

задачу, которая становится особенно острой в 60—70-е гг. Это пробле-

ма химического техногенного загрязнения окружающей среды, в том

числе и почв. К числу загрязняющих веществ относятся продукты сго-

рания различных видов топлива, атмосферные выбросы промышленных

предприятий, промышленные и бытовые стоки, вынос и смыв компонен-

тов минеральных удобрений и некоторые другие. В настоящее время ре-

шаются вопросы о допустимых уровнях загрязнения почв в различных:

регионах страны, трансформации и закреплении в почвах химических

веществ техногенного происхождения, податливости почв к загрязне-

нию,

влиянии техногенных веществ на растительный покров. Ведется

поиск путей предотвращения вредного влияния загрязняющих веществ-

на урожай и качество растительной продукции. Большой вклад в ре-

шение этой проблемы внесли ученые Московского университета

(Г.

В. Добровольский, Н. Г. Зырин, М. А. Глазовская, Ф. А. Тихо-

миров).

Актуальной стала задача почвенно-химического мониторинга.

Современная химия почв, ее содержание и задачи

Современная химия почвы призвана решать задачи, связанные с

•происхождением, свойствами и использованием почв. Поэтому в каче-

стве наиболее общего ее определения можно дать следующее: химия

почвы — это раздел почвоведения, изучающий хими-

ческие основы почвообразования и плодородия

почв. Основой для решения этих вопросов служит исследование со-

става, свойств почв и протекающих в почвах процессов на ионно-мо-

.лекулярном и коллоидном уровнях.

Согласно определению, предметом изучения химии почв является

•особое естественно-историческое тело — почва. Химия почв, как и поч-

воведение в целом, использует сравнительно-географический и профиль-

но-генетический методы, но не располагает особыми методами, позво-

ляющими качественно отграничить химию почв от других разделов

почвоведения. Разработаны методы и показатели, характеризующие

специфические свойства почв. К их числу можно отнести показатели

шоглотительной способности почв, групповой состав гумуса, профиль-

ное распределение элементов, распределение элементов по группам

подвижности и доступности растениям, нитрификационная способность

почв,

но все же эти методы не выводят химию почв за рамки почвове-

дения.

Неверно было бы рассматривать химию почв и как раздел химии,

поскольку ее главное целевое назначение — решение почвенных задач.

Правильное решение вопроса о месте химии почв в системе наук име-

<ет важное методологическое значение, так как оно определяет пути

развития химии почв, ее роль в решении народнохозяйственных задач.

Современную химию почв можно подразделить на четыре главных

направления: химия почвенной массы, химия почвенных процессов, хи-

мические основы почвенного плодородия, аналитическая химия почв

(табл. 1).

В каждом из перечисленных направлений можно выделить ряд под-

разделов; иногда химию почв сводят к первому (химия почвенной мас-

сы) и четвертому из указанных разделов (аналитическая химия почв).

•Это неоправданно сужает химию почв и даже отвлекает внимание от

•ее главных задач — химии почвообразования и химических основ пло-

дородия. Аналитическая химия почв поставлена в этом перечне на пос-

леднее место не случайно. Несмотря на исключительную важность ме-

тодов, без которых невозможно решение проблем и задач первых трех

направлений, аналитическая химия выполняет служебную роль, давая

исследователю средства и инструменты для решения основных вопро-

сов.

И хотя методическая работа предшествует собственно эксперимен-

ту, не следует забывать, что метод должен подбираться и разрабаты-

ваться применительно к задачам исследования.

Химия почвенной массы охватывает большой круг вопросов. Среди

них фундаментальное значение имеет учение о химическом составе почв,

•сведения о котором лежат в основе практически любых вопросов поч-

воведения.

К настоящему времени накоплен обширный фактический материал,

полученный преимущественно почвоведами генетического и географиче-

ского направлений. Хорошо известен средний элементный состав почв,

состав различных генетических горизонтов, закономерности изменения

элементного состава по профилю главнейших типов почв СССР, причем

эти сведения касаются не только традиционных макроэлементов

^Si,

Al, Fe, Ca, Mg, К, Р, S, C1, С, N), но и большого набора микро-

СЗ

»я

енн

вре

поч

<и

•9-

»я

(а

Й й а ч

Ч о

ь-

£ S

о)

sr a

г s «

< Ч S

OJ 0J Я

Ч Ч «

CJ CJ H

О. С U

с я У

О О

Ч X

ч О 2

•е- ч

ч 3

й зз

£-

о о

н а;

£ S

•< з"

в*

я s

>> х Ч

с 3 »

U. я Ш

5 я"

о х х

н " «

О)

СП

га

со

ЭПЯ01

га

СП

СЗ

j ? г

ш -е- ч ^.

Ч « m X

ет

сз

со

3 я з я

О СЗ о О

ж ч я я

° 1

я Я

* I

я S

я QJ

•=t

з £

§1

сз Щ

X Ч 1-

3 сз я

я щ -е-

X ь о.

со

я 2

с ч

S- к

5 я

5. <

еЗ

си

о.

О. о

я я

« S

я ГГ

а о

О) ь=

5 к

X S

щест:

сз

О.

•е-

сз

О.

обра;

п.

СЗ

сз

е-

СО

сЗ

О.

го

<и

сз

рганиче

си

со

СЗ

с а.

сз

ГО

оваи!

СП

СЗ

о.

\о

•9"

•е-

-е-

я о

Ч D.

О) О

S 3

О S-

н •©•

£ я

Ч х

-е-

§ 3

я 3

СП Я «О

я 3

са

га

ШЙ

си

са

га

•в-в.

£ х

о. §

а 5

s- S

ей

СЗ

Е- е-

о о

е и о

ГО

СЗ

•в-

=я

азо

СЗ

о,

о>

е-

Н о

О *

я ч

Й я

§1

5 5

ь- к я

" о Я

° я я

<2-

м ч

С О I-

я 9

о g

S (-.

и О

о о я ч

сз 5

О) О

Ч t- «,

о _ _

С о, X

элементов; в поле зрения почвоведов постоянно находится не менее

:2Ъ

микроэлементов.

Для важнейших биогенных элементов оценены их запасы в почвах.

Эти сведения служат важнейшей фактической основой для решения во-

.просов генезиса почв, валовой обеспеченности их элементами питания

растений, долгосрочных прогнозов продуктивности ландшафтов, а так-

же для оценки состояния ландшафтов, не затронутых влиянием техно-

л-енеза или изменяющихся в результате техногенеза. Менее подробно

изучен фазовый, или вещественный, состав почв, хотя для управления

лочвенно-химическими процессами необходимы исследования на моле-

кулярном и надмолекулярном уровнях, первые этапы которых заключа-

ются в идентификации и количественном определении индивидуальных

органических, минеральных и органо-минеральных веществ, слагающих

почвенную массу.

Методы идентификации разработаны для ряда почвенных компо-

нентов: тонкодисперсных минералов, легкорастворимых солей, групп

специфических гумусовых веществ, некоторых неспецифических орга-

нических соединений.

Идентификация индивидуальных соединений различных элементов

-в нативных почвах возможна на основе изучения фазовых равновесий

или стационарных состояний. Такие работы были выполнены на приме-

ре почвенных фосфатов, гидроокисей алюминия и железа, карбонатов

и сульфатов. Но для большого числа активных в почвообразовании эле-

ментов пока преобладают общие фракционные характеристики, осно-

ванные на различиях в растворимости. Например, различают соедине-

ния железа силикатные, рыхло- или прочносвязанные в минералах, со-

единения несиликатные, включая сильно- и слабокристаллизованные,

аморфно-свободные и аморфно-гумусово-железистые. Такие классифи-

кации необходимы, но не могут заменить идентификации индивидуаль-

ных соединений. Разработка учения о вещественном (фазовом) соста-

ве почв — одна из главных задач химии почв.

В нашей стране и за рубежом все чаще появляются монографии,

посвященные изучению отдельных элементов. Например, книга

К- Е. Гинзбург «Фосфор основных типов почв СССР» (1981), моногра-

фия С. В. Зонна «Железо в почвах» (1982). Систематическое изучение

химии отдельных элементов в почвах составляет один из перспектив-

ных разделов химии почв. Это направление смыкается с проблемой фа-

зовых равновесий, которая решается в настоящее время на основе прин-

ципов термодинамики; критерием равновесия в системе или направле-

ния процесса служит изменение свободной энергии Гиббса.

Те же общие принципы положены в основу определения важней-

ших показателей химического состояния элементов в почвах; химиче-

ский потенциал и потенциальная буферная способность почв в отноше-

нии калия, фосфора и других элементов (Р. Скофилд, П. Бекетт). Эти

показатели основаны на термодинамических характеристиках ведущей

реакции, определяющей химическое состояние элемента в системе «твер-

дые фазы почвы — почвенный раствор».

В изучении строения и свойств почвенных компонентов главное вни-

мание почвоведы уделили глинистым минералам и гумусовым вещест-

вам. Учение о почвенном гумусе развивалось в двух направлениях: пер-

вое из них изучает гумусное состояние почв в связи с их генезисом и

«факторами почвообразования, второе — исследование структуры и ре-

акционной способности специфических гумусовых кислот. В качестве

практического выхода ставится задача определения рациональных

приемов воздействия на почвы для достижения стабильной и наиболь-

шей продуктивности при условии оптимального использования благо-

приятных качеств нативного почвенного гумуса. Групповой и фракцион-

ный состав гумуса сейчас рассматривается как один из наиболее ин-

формативных признаков почв при решении генетических и классифи-

кационных задач; этот показатель наряду с составом поглощенных ос-

нований относится к числу тех признаков (свойств), которые присущи-

только почве как особому естественно-историческому телу.

Очень далеко продвинулись почвоведы и в познании реакционной

способности органических веществ почвы. С помощью физико-химиче-

ских методов определены кажущиеся константы устойчивости продук-

тов взаимодействия гумусовых кислот с катионами важнейших для поч-

вы металлов, изучены изотермы адсорбции гумусовых веществ минера-

лами и вскрыта природа их взаимодействия. Для теории почвообразо-

вания особенно важны сведения о растворяющем действии гумусовых,

веществ на минералы (В. В. Пономарева). Особую область охватывают

исследования фотохимической деструкции гумусовых веществ, которую

можно рассматривать не только как новый инструмент познания строе-

ния гумусовых веществ, но и как прием практического воздействия на

процессы гумификации в используемых почвах.

К химии почвенной массы следует отнести и исследования различ-

ных свойств почв и почвенных генетических горизонтов, на основе ко-

торых разработаны многие мелиоративные мероприятия, особенно в об-

ласти освоения солонцовых и засоленных почв и орошения.

С учением о поглотительной способности тесно смыкается пробле-

ма почвенной кислотности, практическая значимость которой опреде-

ляется высокой эффективностью известкования почв и необходимостью-

предварительного известкования кислых почв при длительном приме-

нении минеральных удобрений, однако не все аспекты кислотности и

щелочности почв достаточно ясны. В связи с программой расширенно-

го применения минеральных удобрений, осушения заболоченных земель-

и расширения орошаемого земледелия требуют ответа вопросы об ис-

точниках кислых и щелочных компонентов почвы, их природе, механиз-

мах поддержания реакции почв в природной обстановке на том или

ином уровне (природной динамической буферности), а также о наибо-

лее радикальных приемах регулирования реакции среды без разруше-

ния почвенного поглощающего комплекса и без нарушения главных

биогеохимических циклов, обусловливающих стационарное состояние

почвы и ландшафта.

Интенсификация земледелия в Нечерноземной зоне, как и расшире-

ние площадей поливных земель, выдвигает на одно из первых мест в

химии почв проблему окислительно-восстановительных режимов целин-

ных и мелиорируемых почв.

До сих пор недостаточно изучены химические механизмы диффе-

ренциации профиля на генетические горизонты, условия и формы миг-

рации веществ, механизмы формирования новообразований и, наконец,

зависимость почвенно-химических процессов от общей экологической;

обстановки.

Химические аспекты почвенного плодородия (см.табл. 1) включа-

ют четыре важнейших раздела, с которыми прямо связано плодородие

почв или его оценка: запасы элементов питания, баланс элементов пи-

тания в естественных и культурных ландшафтах, химические механиз-

мы доступности элементов питания растениям и регулирования пита-

тельного режима почв.

Химия почв разрабатывает особые подходы к решению этих проб-

лем. Так, запасы элементов питания, по Н. И. Горбунову, оцениваются

с позиций потенциального и эффективного плодородия: учитываются

непосредственный, ближний, потенциальный и общий резервы элемен-

тов,

соответствующие содержанию элементов в агрохимических вытяж-

ках, в илистой фракции, во фракции более 0,001 мм и их валовым за-

пасом соответственно.

Составление баланса элементов питания не является, конечно, но-

вой проблемой. Известны исследования И. В. Тюрина по балансу азо-

та и сформулированные им принципы дифференцированного примене-

ния приемов регулирования азотного баланса. В настоящее время при-

обретает большое значение детализация отдельных статей баланса, по-

казывающая пути оптимального использования запасов элементов в

культурных и мелиорированных ландшафтах и меры обеспечения без-

дефицитного баланса.

К числу важнейших показателей почвенного плодородия относит-

ся доступность элементов питания растениям и запасы доступных форм

соединений. Если длительное время главным приемом оценки доступ-

ности растениям химических элементов были различного рода вытяж-

ки,

имитирующие действие корневых систем, то в последние два — три

десятилетия развиваются новые термодинамические подходы (А. В. Со-

колов, Н. П. Карпинский), согласно которым доступность или обеспе-

ченность оцениваются с помощью химических потенциалов или актив-

ностей компонента в нативной почве при естественной влажности (мгно-

венная обеспеченность растений тем или иным компонентом). Не ме-

нее важна способность почвы поддерживать свойственный ей уровень

активности компонента по мере его потребления растениями (буфер-

ная способность по отношению к данному элементу). Особенность та-

кого подхода заключается в его теоретической обоснованности, в отли-

чие от системы эмпирически подбираемых вытяжек.

Химические основы почвенного плодородия не могут не включать

вопросов регулирования питательного и в более общей форме биохи-

мического режима. Практически необходимо регулирование величины

и режима окислительно-восстановительного потенциала, величины рН,

гумусного состояния почв, состава поглощенных катионов в более ши-

роких пределах и. с большей степенью точности, чем это делалось до

сих пор.

Крупное направление химии почв — аналитическая химия почв.

Особенность этого направления в том, что если в других разделах поч-

воведения методы исследования рассматриваются только как средство

решения поставленных задач, то в химии почв они имеют и самостоя-

тельное значение. Поскольку задачи аналитической химии почв заклю-

чаются в разработке методов, то для этого необходима глубокая тео-

ретическая проработка основ методов, поиски новых принципов. Поэто-

му аналитическая химия почв равноправна по своему положению и

значению с другими направлениями химии почв.

Проблемы аналитической химии почв четко подразделяются на две

группы. С одной стороны, разрабатываются методы идентификации и

определения содержания элементов и веществ в почвах (и их фракци-

ях) и таких свойств, которые хорошо известны для различных природ-

ных и технических объектов (валовой элементный состав, рН, набор

солей и пр.). С другой стороны, разрабатываются методы, позволяю-

щие получить специфические, только почвам свойственные характери-

стики. К числу таких анализов относится, например, определение груп-

пового и фракционного состава гумуса.

Основы классического химического анализа почв были созданы

К- К. Гедройцем, а затем значительно расширены и усовершенствова-

яы,

что нашло отражение в руководствах Е. В. Аринушкиной и

•Л.

А. Воробьевой. Для последних двух—трех десятилетий, как отме-

чалось выше, характерно быстрое развитие экспрессных и высокочув-

ствительных инструментальных методов. Внедрение инструментальной

техники на несколько порядков повысило минимально обнаруживаемые

в почвах количества элементов и позволило получить массовые мате-

риалы, на основе которых составлены обзорные картосхемы содержа-

ния ряда элементов и вместе с тем внедрены методы статистической

характеристики для изучения пространственной изменчивости почв.

Новые инструментальные методы открыли огромные возможности

не только количественного анализа почв, но и изучения их свойств и

строения почвенных компонентов. Рентгенодифрактометрия стала при-

знанным методом определения состава глинистых минералов, а в пос-

ледние годы наряду с термографией и электронной микроскопией в этих

целях используется и инфракрасная спектроскопия.

Расширился арсенал методов изучения природы гумусовых ве-

ществ. Методы определения элементного состава и функциональных

групп дополнены исследованиями структурных фрагментов на основе

газожидкостной хроматографии, определения молекулярных масс с по-

мощью светорассеивания, ультрацентрифугирования, гель-хроматогра-

фии, прямых наблюдений агрегатов и структуры гумусовых кислот в

электронных просвечивающем и растровом микроскопах, а также мето-

дов электронного парамагнитного и ядерного магнитного резонанса

и др. Развитие методических работ шло преимущественно по пути ис-

пользования и внедрения в почвоведение методов, разработанных для

иных целей и объектов. Новые методы модифицировались и дорабаты-

вались применительно к специфическим условиям почвенных исследо-

ваний. Это ускорило темпы исследования и существенно расширило гра-

ницы познания. Вместе с тем очевидна необходимость значительно

•большего внимания к разработке специфических характеристик почв,

таких как состав поглощенных катионов, различные виды почвенной

кислотности и щелочности, способы выделения почвенных растворов,

методы анализа группового и фракционного состава гумуса, группового

состава фосфатов, нитрификационной способности почв. Нет основа-

ний думать, что все специфические признаки почв уже известны, поэто-

му работа в этом направлении продолжает оставаться важной состав-

ной частью химии почв.

ГЛАВА 2

ЭЛЕМЕНТНЫЙ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ПОЧВ

Элементный состав почв — первая и необходимая химическая ха-

рактеристика почв, на которой базируется понимание свойств почв, их

генезиса и плодородия. Без знания элементного состава почв глубокие

почвенно-химические исследования невозможны.

Элементным составом

почв называют набор и количественное

соот-

ношение химических элементов в почвенной массе. В качестве синони-

ма «элементного состава» иногда употребляют термин «валовой состав

почвы», но он менее точен, поскольку не поясняет, о каком именно

составе (химическом, механическом) идет речь. Слово «валовой» озна-

чает «общий», состоящий из всех компонентов. Поэтому часто говорят

о валовом, или общем, содержании элемента в почве, имея в виду все

его количество в почве независимо от форм соединений.