Химический состав почв и почвообразующих пород

Российский университет

дружбы народов 

 

 

 

 

Аграрный факультет 

 

 

 

 

Курсовая  работа по теме: «Химический состав почв и почвообразующих пород».

 

 

                                                                                    

 

 

 

                                                                                                                                                          Группа: САБ - 2.11                                                                                                                                                       

                                                                                                                  №Студ. Билет: 2101300                                                                                                                                                                                                     

                                                                                                                                                           Студентка: Иванова Настя

 

Москва, 2012

 

 

 

План:

1. Введение;

2. Факторы почвообразования;

3. Содержание химических элементов в породах и почвах;

4. Содержание химических элементов в породах и почвах;

5. Формы соединений химических элементов в почвах и их доступность растениям;

6. Трансформации соединений биофильных элементов;

7. Химические соединения в почве;

8. Список использованной литературы;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Почва состоит из минеральных, органических и органо-минеральных веществ. По химическому составу она существенно отличается от исходных почвообразующих пород.

Главные особенности химического  состава почвы - присутствие органических веществ и в их составе специфической  группы - гумусовых веществ, разнообразие форм соединений

отдельных элементов и  непостоянство (динамичность) состава  во времени

Источник минеральных  соединений почвы - горные породы, из которых  слагается твердая оболочка земной коры литосфера. Органические вещества поступают в почву в результате жизнедеятельности растительных и  животных организмов, населяющих почву. Взаимодействие минеральных и органических веществ создает сложный комплекс органо -

минеральных соединений почв.

Минеральная часть составляет 80 - 90 % и более массы почв и только в органогенных почвах снижается  до 10 % и менее.

В составе почв обнаружены почти все известные химические элементы. 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 начато академиком В.И. Вернадским в 1911 г.

Факторы почвообразования

Под факторами почвообразования понимают элементы природной среды, под влиянием которых образуются почвы. 
 
Основоположник почвоведения В.В. Докучаев заложил начало учения о факторах почвообразования. Он первым установил, что формирование почвы тесно связано с физико-географической средой. 

 
В.В. Докучаев выделил пять факторов почвообразования – климат, почвообразующие  породы, живые и отмершие организмы, возраст и рельеф местности. В  современном почвоведении к перечисленным  факторам добавляют хозяйственную  деятельность человека, грунтовые воды. При изучении почв важно учитывать  взаимные связи и влияние всех факторов почвообразования.

 
Функциональную зависимость почвы  от факторов почвообразования можно  показать схематичной формулой:

Почва = f (К+П+О+Р+ХД+ГВ) t,

 
где f – функция; К – климат; П – порода; О – организмы; Р – рельеф;  
ХД – хозяйственная деятельность; ГВ – грунтовые воды; t – время. 
 
Функциональная зависимость между почвой и факторами почвообразования настолько сложна, что решение вышеприведенной формулы пока не представляется возможным. Однако В.В. Докучаев указывал, что затруднения эти временные и есть все основания ожидать, что сложные зависимости между почвой и факторами, ее образующими, будут найдены. В настоящее время основанием для такого заключения являются, во-первых, нарастающие темпы получения количественных (цифровых) данных о свойствах почв в различных условиях и, во-вторых, широкая компьютеризация и использование математических методов изучения массовых цифровых данных.

Почвообразующие породы

Горные породы, на которых  формируются почвы, называют почвообразующими или материнскими. Самыми распространенными являются рыхлые осадочные породы. Имеют плейстоценовый (четвертичный) возраст. Покрывают 90 % территории внетропической части северного полушария. Осадочные породы отличаются рыхлым сложением, пористостью, водопроницаемостью и другими благоприятными для почвообразования свойствами. Мощность их может достигать больше сотни метров. 
 
Встречаются следующие генетические типы осадочных пород: элювиальные, делювиальные, аллювиальные, моренные, водно-ледниковые, озерно-ледниковые, эоловые и др. 
 
Материнская порода является материальной основой, субстратом, на котором формируется почва. Почва в значительной мере наследует от исходной породы ее гранулометрический, минералогический, химический состав и свойства. Однако почвообразующая порода не есть скелет почвы, инертный к развивающимся в ней процессам. Она состоит из разнообразных минеральных компонентов, различным образом участвующих в процессе почвообразования. Среди них имеются частицы, практически инертные к химическим процессам, но играющие важную роль в образовании физических свойств почвы. Другие составные части почвообразующих пород легко разрушаются и обогащают почву определенными химическими элементами, таким образом, состав и строение почвообразующих пород оказывает чрезвычайно сильное влияние на процесс почвообразования. 
 
Так, например, в условиях хвойно-лиственных (смешанных) лесов обычно формируются дерново-подзолистые почвы. Однако, когда в пределах лесной зоны почвообразующие породы содержат повышенное количество карбонатов кальция, то образуются почвы, резко отличающиеся от дерново-подзолистых. Но в ландшафтах, где расположены лёссовидные отложения, содержащие повышенное количество карбонатов кальция, формируются своеобразные дерново-карбонатные почвы, резко отличающиеся внешним видом и свойствами от дерново-подзолистых почв. Таким образом, существенное значение имеет карбонатность породы, на которых могут образовываться почвы с хорошими физико-химическими свойствами. Лучшими почвообразующими породами являются лессы и лессовидные суглинки, а также карбонатные породы – на них образуются относительно плодородные почвы. 

 

 

 

 

Содержание химических элементов

Содержание отдельных  химических элементов в почве (в  весовых процентах)

А. П. Виноградов:

O - 49,0 Mg - 0,63

Si - 33,0 C - 2,00

Al - 7,13 S - 0,085

Fe - 3,80 P - 0,08

Na - 0,63 Cl - 0,01

Ca - 1,36 N - 0,10

K - 1,36 Mn - 0,085

Формы соединений химических элементов

Химические элементы находятся  в почвах в различных соединениях.

Кислород. Входит в большинство первичных и вторичных минералов почв, является одним из основных элементов органических веществ и воды.

Кремний. Наиболее распространенное соединение кремния в почвах - кварц (SiO2). Кремний входит также в состав силикатов. При их разрушении в результате выветривания и почвообразования кремнезем переходит в раствор в форме анионов орто- и метакремниевых кислот [ (SiO4)4- n (SiO3)2- ], силикатов натрия и калия, частично в форме золя. Одна часть растворенного кремнезема вымывается из почвы, другая осаждается (при кислой реакции) в виде гелей (SiO2 . n H2O) - аморфных осадков, которые, теряя воду, могут переходить в кварц вторичного происхождения. Взаимодействуя с основаниями полутороокисями, истинно растворенный и коллоидный кремнезем образует вторичные силикаты.

Алюминий. Находится в почве в составе первичных и вторичных минералов в форме органо - минеральных комплексов и в поглощенном состоянии (в кислых почвах). При разрушении первичных и вторичных минералов, содержащих алюминий, освобождается его гидроокись, значительная часть которой при выветривании остается на месте (как малоподвижная) и лишь частично переходит в раствор в виде золя. При слабощелочной реакции гидроокись, алюминия полностью выпадает в виде коллоидных осадков - гелей (Al2O3 . n H2O), переходящих при кристаллизации во вторичные минералы - гиббсит (Al2O3 . 3H2O), бемит (Al2O3 . H2O).

В кислой среде (рН<5) гидроокись алюминия становится более подвижной  и алюминий появляется в почвенном  растворе в виде ионовAl(OH)2+, что отрицательно сказывается на росте растений.

Водорастворимая и коллоидная гидроокись алюминия, взаимодействуя с органическим кислотами, образует подвижные комплексные соединения, в форме которых может перемешаться по профилю почвы.

Железо. Элемент, необходимый для жизни растений, без него не образуется хлорофилла. В почвах оно встречается в составе первичных и вторичных минералов-силикатов, в виде гидроокисей и окисей, простых солей, в поглощенном состоянии, а также в составе органо-минеральных комплексов.

В результате выветривания минералов, содержащих железо, освобождается его  гидроокись - малоподвижное соединение, выпадающие в форме аморфного  геля Fe2O3.nH2O

И переходящее при кристаллизации в гетит и гидрогетит Fe2O3 . H2O, Fe2O3 . 3H2O.

Только в сильно кислой среде (рН<3) подвижность гидроокиси железа увеличивается, и в почвенном  растворе появляются ионы железаFe3+. В восстановительных условиях окисное железо переходит в закисное с образованием растворимых соединений FeCO3,Fe(HCO3)2, FeSO4, доступных растениям. Повышенная растворимость соединений железа угнетает растения. На почвах нейтральных и щелочных с ярко выраженными окислительными процессами растения могут испытывать недостаток железа, что внешне проявляется как хлороз. Гидроокись железа, так же как и гидроокись алюминия, может образовывать с органическими кислотами подвижные формы комплексных соединений, способных перемещаться по профилю почвы.

Азот. Входит в состав всех белковых веществ, содержится в хлорофилле, нуклеиновых

кислотах, фосфатидах и многих других органических веществах живой клетки.

Основная масса почв сосредоточена  в органическом веществе. Количество азота находится в прямой зависимости  от содержания в почве органического  вещества, и, прежде всего гумуса. В  большинстве почв этот элемент составляет одну сороковую - одну двадцатую гумуса. Накопление азота в почве обусловлено  биологической аккумуляцией его  из атмосферы. В почвообразующих  породах азота очень мало. Азот доступен растениям главным образом  в форме аммония, нитратов, нитритов, которые образуются при разложении азотистых органических веществ. Нитриты  практически не содержатся в почве. Аммонийный и нитратный азот - основная форма азотистых соединений, которыми питаются растения.

Ион NH4 легко поглощается почвой с частичным переходом в необменное (фиксированное) состояние. Ион NO3 находится преимущественно в почвенном растворе и легко используется растениями. Во влажных районах нитраты подвержены вымыванию, особенно в паровом поле. Обеспеченность растений азотом зависит от скорости разложения органических веществ. Однако нельзя получать высокие урожаи только благодаря мобилизации природных запасов азота даже на богатых гумусом почвах. По содержанию в растениях он занимает первое место из элементов питания, получаемых из почвы. Поэтому высокая потребность растений в азоте требует пополнения его запасов в почве.

Фосфор. Входит в состав многих органических соединений, без которых не возможна жизнедеятельность организмов. Растения содержат десятые доли процента р2о5 на сухое вещество. Поглощаясь в больших количествах растениями, фосфор аккумулируется в верхних горизонтах почвы. Валовое содержание его в черноземах составляет 0,35 % и более.

В почвах фосфор содержится в органических и минеральных  соединениях. Органические представлены фитином, нуклеиновыми кислотами, нуклеопротеидами, фосфатидами, сахарофосфатами и другими веществами. Минеральные - солями кальция, магния, железа и алюминия ортофосфорной кислоты. Фосфор в почве входит в состав апатита, фосфорита и вивианита, а также находится в поглощенном состоянии в виде фосфат - аниона. Апатит встречается во многих магматических породах и составляет 95 % соединений фосфора в земной коре.

В минеральных соединениях  почв фосфор представлен большей  частью малоподвижными формами. Растворимость  фосфатов кальция, магния, алюминия и  железа тем меньше, чем выше их щелочность. Кислые почвы содержат химически  активные формы железа и алюминия или связан с полутороокисями в виде адсорбционных соединений, способных к частичному обмену их фосфат-ионов.

Среди фосфатов железа и алюминия в почве чаще всего представлены варисцит AlPO4. 2H2O и стренгит FePO4. 2H2O. Эти фосфаты относятся к классу средних солей. Подвергаясь выветриванию, они постепенно трансформируются в более основные и наиболее устойчивые формы, например аугелит Al2(OH)3 . PO4, вавеллит Al3(OH)3(PO4)2 . 5H2O. В слабо кислых, нейтральных и слабощелочных почвах преобладают фосфаты кальция. Наиболее устойчивой и менее растворимой формой фосфатов кальция является гидроксилапатит Ca10(OH)2 (PO4)6. В порядке возрастания растворимости следует: трикальцийфосфатCa3(PO4)2,октакальцийфосфат Ca8H2(PO4)6 . 5H2O, монетит CaHPO4, брушит CaHPO4 . 2H2O. В почвах, богатых кальцием, растворимые фосфаты кальция становятся более основными и менее растворимыми, превращаясь в конечном итоге в гидроксилапатит. Фосфаты являются основным источником фосфора для растений. Фосфор органических соединений усваивается главным образом после их минерализации. Наиболее благоприятная реакция среды для усвоения растениями фосфат-ионов слабо кислая (рН 6 - 6,5). Применение фосфорных удобрений целесообразно почти во всех почвах.

Сера. Входит в белковые вещества, эфирные масла. Потребность растений в ней небольшая, обычно меньше, чем в фосфоре. Биологическая аккумуляция серы в верхних горизонтах почвы зависит от условий почвообразования. Валовое содержание SO3 в верхних горизонтах почв колеблется в широких пределах - от 0,01 до 2 % и более. Сера находится в почве в форме сульфатов, сульфидов и в составе органического вещества. При разложении органического вещества. При разложении органического вещества, окислении сульфидов образуются сульфаты - наиболее устойчивая форма соединения серы в почвах, кроме FeSO4.

Сульфаты, особенно калия, натрия, магния, хорошо растворимы в воде, слабо  поглощаются в почве в форме  рол и могут накапливаться  в них только в условиях сухого климата. Обычно в почвах содержится достаточное количество сульфатов  для удовлетворения потребностей растений в сере.

Калий. Осуществляет важные физиологические функции в организмах. Потребляется растениями в больших количествах, особенно такими культурами как картофель, травы, табак. Валовое содержание калия (к2о) в почвах относительно высокое. В почвах тяжелого механического состава оно составляет 2% и более. Значительно меньше калия в легких почвах.

Основная часть калия  в почве входит в состав кристаллической  решетки первичных и вторичных  минералов в малодоступной для  растений форме. Некоторые из этих минералов, такие как биотит и мусковит, отдают калий довольно легко и могут  служить источником мобилизации  доступного калия. Калий содержится в почве также в поглощенном  состоянии (обменный и необменный) и  в форме простых солей. В этой форме он легко доступен растениям, но доля его незначительна. Основным источником калия для растений является обменный калия. Его доступность тем больше, чем выше степень насыщенности им почв. Необменный, или фиксированный, калий труднодоступен. Однако между обменным и необменным калием в почве существует определенное равновесие. При потреблении обменного калия его запасы пополняются за счет необменного. При наличии значительной доли калия в малодоступной форме растения испытывают в нем недостаток.