Механическая и химическая поглотительная способность почвы

8.Главные минералы и их свойства . 

Долгое время основными характеристиками минералов служили внешняя форма их кристаллов и других выделений, а также физические свойства (цвет, блеск, спайность, твердость, плотность и проч.), имеющие и в настоящее время большое значение при их описании и визуальной (в частности, полевой) диагностике. Эти характеристики, а также оптические, химические, электрические, магнитные и иные свойства зависят от химического состава и внутреннего строения (кристаллической структуры) минералов. Первостепенная роль химии в минералогии была осознана к середине 19 в., но важное значение структуры стало очевидным лишь с внедрением рентгенографии. Первые расшифровки кристаллических структур были выполнены уже в 1913 английскими физиками У.Г.Брэггом и У.Л.Брэггом.

Минералы - это химические соединения (исключение составляют самородные элементы). Однако даже бесцветные, оптически прозрачные образцы этих минералов почти всегда содержат небольшие количества примесей. Природны растворы или расплавы, из которых кристаллизуются минералы, обычно состоят из многих элементов. В процессе образования соединений немногочисленные атомы менее распространенных элементов могут замещать атомы главных элементов. Такое замещение настолько обычно, что химический состав многих минералов лишь очень редко приближается к составу чистого соединения. Например, состав распространенного породообразующего минерала оливина меняется в пределах составов двух т.н. конечных членов ряда: от форстерита, силиката магния Mg2SiO4, до фаялита, силиката железа Fe2SiO4. Отношения Mg:Si:O в первом минерале и Fe:Si:O - во втором составляют 2:1:4. В оливинах промежуточного состава значения отношений те же, т.е. (Mg + Fe):Si:O равно 2:1:4, а формула записывается в виде (Mg,Fe)2SiO4. Если относительные количества магния и железа известны, то это можно отразить в формуле (Mg0,80Fe0,20)2SiO4, из которой видно, что 80% атомов металла представлены магнием, а 20% - железом.

Структура. Все минералы, за исключением воды (которую - в отличие от льда - обычно не относят к минералам) и ртути, при обычных температурах представлены твердыми телами. Однако, если воду и ртуть сильно охладить, они затвердевают: вода - при 0. С, а ртуть - при ?39. С. При этих температурах молекулы воды и атомы ртути образуют характерную правильную трехмерную кристаллическую структуру (термины "кристаллический" и "твердый" в данном случае почти равноценны). Таким образом, минералы представляют собой кристаллические вещества, свойства которых определяются геометрическим расположением составляющих их атомов и типом химической связи между ними.

Элементарная ячейка (наименьшее подразделение кристалла) построена из регулярно расположенных атомов, удерживаемых вместе благодаря электронным связям. Эти мельчайшие ячейки, бесконечно повторяющиеся в трехмерном пространстве, образуют кристалл. Размеры элементарных ячеек в разных минералах различны и зависят от размеров ,числа и взаимного расположения атомов в пределах ячейки. Параметры ячейки выражаются в ангстремах () или нанометрах (1 . 10-8 см ??0,1 нм). Составленные вместе элементарные ячейки кристалла плотно, без зазоров заполняют объем и образуют кристаллическую решетку. Кристаллы подразделяются по признаку симметрии элементарной ячейки, которая характеризуется соотношением между ее ребрами и углами. Обычно выделяют 7 сингоний (в порядке повышения симметрии): триклинную, моноклинную, ромбическую, тетрагональную, тригональную, гексагональную и кубическую (изометрическую). Иногда тригональную и гексагональную сингонии не разделяют и описывают вместе под названием гексагональной сингонии. Сингонии подразделяются на 32 кристаллических класса (вида симметрии), включающих 230 пространственных групп. Эти группы впервые были выделены в 1890 российским ученым Е.С.Федоровым. При помощи рентгеноструктурного анализа определяют размеры элементарной ячейки минерала, его сингонию, класс симметрии и пространственную группу, а также расшифровывают кристаллическую структуру, т.е. взаимное расположение в трехмерном пространстве атомов, составляющих элементарную ячейку.

17.Лессы и лессовидные  суглинки, их происхождение, свойства, происхождение. Какие типы почв образуются в лессах.

В области ледниковых отложений  широко распространены покровные суглинки, представленные хорошо отсортированной  пылевидной массой желто-бурого цвета. Они образовались на месте временных  приледниковых мелководных бассейнов  и часто залегают на водоразделах, перекрывая толщу моренных отложений.

Лессы и лессовидные суглинки широко распространены на Украине, в  Средней Азии, Сибири. На территории Белоруссии встречаются главным  образом в восточной и центральной  части. Лессы характеризуются палевой  окраской, пылевидно-суглинистым механическим составом. Они пористы, богаты углекислым кальцием. До настоящего времени нет единой теории, объясняющей их происхождение. Характерной особенностью районов распространения мощных лессовых суглинков является сильная пестрота их рельефа. В таких местах обычно большое количество разных понижений, которые образуются, по-видимому, в результате глубокого выщелачивания карбонатов и осадки грунта.

Делювиальные  отложения — рыхлый мелкозернистый материал, смытый водными потоками и переотложенный в нижней части склонов холмов. Иногда они имеют слоистое строение. Аллювиальные образуются в поймах рек в период половодья и паводков. Представлены окатанным и сортированным материалом разного механического состава (галька, песок, супесь, суглинок, глина) с хорошо выраженной слоистостью. 
Эоловые отложения образуются при участии ветра (бог ветра в древней Греции — Эол), который развевает рыхлые продукты выветривания различных горных пород. Переносимые ветром частицы накапливаются по берегам рек и морей, а также в пустынях. Для них характерны хорошо выраженная сортированность материала и косая слоистость. В Белоруссии они встречаются преимущественно в Полесье по берегам озер и в долинах рек.

Органогенные  отложения (торф) образовались при разложении растительных остатков в условиях постоянного избыточного увлажнения слабопроточными грунтовыми, а также атмосферными и застойными пресными водами. Наступает холлодное время года, и чтобы сутра было приятней просыпаться, я установил себе дома теплый пол , который к 6 утра прогревается до 25 градусов.

Особенности строения почвообразующих  пород. Строение почвенного профиля  и свойства почв в значительной степени  зависят от строения почвообразующих  пород. Можно выделить несколько  типов их строения: однородная выветрившаяся  массивная порода (гранит, гнейс, базальт, известняк и др.); однородная рыхлая осадочная порода (лесс, покровный  суглинок, водно-ледниковый или дюнный песок и др.); двучленная порода, в  которой в пределах почвенного профиля  сменяются породы различного механического  состава, а иногда и происхождения; двучленная, в которой смена пород  наблюдается за пределами почвенного профиля; трехчленная, в которой  в пределах почвенного профиля происходит смена двух отложений различного механического состава, а глубже, за пределами профиля почвы, лежит  подстилающая порода; многочленная рыхлая порода, в которой в пределах почвенного профиля отмечается чередование нескольких литологически различных слоев, что наиболее типично для аллювиальных отложений.

26.Состав  гумус

Гумус - это сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении органических остатков. Содержание гумуса в почвах определяется условиями и характером почвообразовательного процесса; оно колеблется в верхних горизонтах от 1 - 2 до 12 - 15%, резко или постепенно уменьшаясь с глубиной. 
В составе почвенного гумуса выделяют специфическую часть (85 - 90 % всего гумуса), представленную гумусовыми веществами, и неспецифическую часть (10 - 15%), представленную негумифицированными органическими веществами. Последние по своему составу могут, быть весьма разнообразны и включать: азотистые соединения (белки, ферменты, аминокислоты), углеводы (моносахариды, олигосахариды, полисахариды), липиды (жиры, воски, фосфолипиды), дубильные вещества (таннины, галловая кислота, флобафены и другие полифенолы), органические кислоты; кроме того, лигнины, смолы, спирты, альдегиды.Гумусовые вещества почвы представлены гуминовыми и фульвокислотами, а также гуминами. 
Гуминовые кислоты - это высокомолекулярные азотсодержащие (до 3 - 6%) органические кислоты, имеющие циклическое строение, не растворимые в воде и минеральных кислотах, но растворимые в слабых щелочах и некоторых органических растворителях. 
Гуминовые кислоты состоят из углерода (50 - 62%), водорода (3 - 7%), кислорода (31 - 40%) и азота (2 - 6%). Их элементный состав зависит от типа почвы, химического состава разлагающихся остатков, условий гумификации. Так, гуминовые кислоты в подзолистых почвах в отличие от черноземов и каштановых почв содержат меньшее углерода, но больше водорода.В составе гуминовых кислот может содержаться от 1 до 10 % зольных элементов, однако они не являются постоянными компонентами молекулы, а присоединяются в результате химических реакций.Молекулы гуминовых кислот неодинаковы по размерам и химическому составу. Молекулярная масса их колеблется от 4000 до 100 000, поэтому они легко разделяются на фракции. Гуминовые кислоты в почвах находятся преимущественно в виде гелей, которые под действием минеральных кислот слабо гидролизуются, а под действием щелочей переходят в раствор. 
Взаимодействуя с минеральной частью почвы, гуминовые кислоты образуют соли - гуматы, сложные органо - минеральные комплексы, которые могут устойчиво и прочно адсорбироваться поверхностью глинистых минералов.Гуматы щелочей (натрия, калия, аммония) хорошо растворимы в воде, образуют истинные и коллоидные растворы, могут вымываться из верхних горизонтов почв, а при соответствующих условиях - иллювироваться в глубину почвенного профиля и там осаждаться и накапливаться. Это хорошо выражено в осолоделых солонцах и солонцеватых почвах.Гуматы кальция и магния нерастворимы в воде и закрепляются в почве в виде гелей. Они способны склеивать и цементировать механические элементы в агрегаты и способствуют образованию водопрочной структуры. Это наблюдается в черноземных, лугово - черноземных и дерново - карбонатных почвах.При взаимодействии гуминовых кислот с несиликатными соединениями образуются сложные органо - минеральные комплексы. Железо с гуминовыми кислотами связывается прочно и в последующем в реакциях обмена не участвует. В комплексах с алюминием часть алюминия проявляет способность к обмену. Образование комплексных соединений гуминовой кислоты способствует ее прочному закреплению в почве.Основная часть гуминовых кислот в любой почве (рН более 5) находится в форме нерастворимых в воде органо - минеральных соединений, а в почвах с кислой реакцией (рН менее 5) - в форме дегидратированных гелей и частично растворяется при действии щелочных растворов, образуя молекулярные и коллоидные растворы. 
Фульвокислоты, как и гуминовые кислоты, представляют собой высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Они растворяются в воде, кислотах, слабых растворах щелочей, пирофосфата натрия и водном растворе аммиака, образуя водорастворимые соли - фульваты. Кроме того, они растворяются во многих органических растворителях. Их растворы в зависимости от концентрации имеют окраску от соломенно - желтой до оранжевой. Водные растворы их обладают сильнокислой реакцией (рН 2,2 - 2,8). Фульвокислоты состоят из углерода, водорода, кислорода и азота, но меньше, чем гуминовые кислоты, содержат углерода и больше кислорода. В среднем в фульвокислотах содержится углерода 40 - 52 %, водорода 4 - 6 %, кислорода 40 - 48 % и азота 2 - 6 %  
Фульвокислоты благодаря сильнокислой реакции и хорошей растворимости в воде энергично разрушают минеральную часть почвы. 
Фулызатные соли (фульваты) щелочных и щелочно - земельных металлов хорошо растворимы. Комплексные соединения фульвокислот с железом и алюминием также частично растворимы, причем фульватно - железистые сильнее, чем комплексы с алюминием. Степень подвижности таких комплексных соединений зависит от насыщенности их металлом. При высокой насыщенности комплекс становится нерастворимым и выпадает в осадок.

Гумины представляют ту часть гумуса, которая не извлекается из декальцинированной почвы щелочами. Они почти полностью извлекаются при попеременном воздействии на остаток почвы с гуминами различных кислот и щелочей. Исследования показали, что в большинстве случаев гумины состоят из тех же групп гуминовых и фульвокислот, что и извлекаемые щелочью из гумуса. Эти кислоты в гуминах находятся в сложных и проч ных связях как между собой, так и с минеральной частью почвы. В группу гуминов входят также инертные карбонизированные углистые частицы и неполностью гумифицированные органические остатки. Содержание гуминов в гумусе составляет 15 - 20%, а в некоторых почвах даже 40 - 48 %.

31.  Механическая и химическая поглотительная способность почвы.

По Гидройцу: «под поглотительной следует понимать способностью почвы  задерживать соединения или части  их находящиеся в растворенном состоянии, а также коллоидально-распыленные  частички минерального вещества, живые  м.о. и грубые суспензии». В зависимости  от механизма поглощения.

 Механическая ПСП - Это свойство почвы задерживать в своей толще крупные частицы (больше чем система пор). Благодаря этому виду поглощения в верхних горизонтах сохраняются коллоидные частицы, тонко размолотые не растворимые в воде удобрения. Интенсивность механического поглощения зависит от пористости, размера пор, дисперсности вещества и т.д. Поэтому глинистые и суглинистые почвы характеризуются высокой механической ПСП, чем песчаные и супесчаные.

Химическая поглотительная способность почвы.

Химическая ПСП (хемосорбция)

Это образование труднорастворимых  соединений при взаимодействии различных  компонентов жидкой, твердой и  газообразной фаз почвы (чаще поглощаются  анионы кислот образующие труднорастворимые  соли). Особое значение имеет: ретроградация  фосфора, выражающаяся в хемосорбции  водорастворимых фосфорсодержащих соединений и протекающая в почвах при любой реакции среды. В  нейтральных, насыщенных Са и Мg почвах образуются малорастворимые фосфаты Са и Мg.

Ca(H2PO4)2+Ca(HCO3)2à2H2CO3+2CaHPO4 (осадок)

Ca(H2PO4)2+2Ca(HCO3)2à4H2CO3+Ca3(PO4)2 (осадок)

 В кислых почвах характеризующихся повышенным содержанием подвижных форм Al и Fe образуются фосфаты.

Ca(H2PO4)2+2Al à Сa+4H+2AlPO4(осадок)

Ca(H2PO4)2+2Fe à Сa+4H+2FePO4(осадок)

В следствии ретроградации  значительная часть фосфора закрепляется в почве и становится не доступной  для растений, для уменьшения химического  поглощения фосфора следует ограничить контакт удобрения с почвой, т.е. гранулировать.

45.  Влияние реакции почвы на ее лесорастительные свойства.

Естественные почвы с полным профилем, формирование которых связано с лесной растительностью, особенно с лесными древесными породами. Древесные растения, влияя в течение своей жизни на многие почвенные процессы (накопление гумуса, выщелачивание, оподзоливание, подкисление и т. п.), создают пестроту почвенного покрова, что обусловливает отличие лесных почв от почв в других биоценозах.

Различные древесные породы по-разному влияют на структуру почвы, ее химизм, аэрацию, водный и тепловой режимы, микрофлору вследствие неодинакового  строения корневой системы и других биологических отличий. Одни древесные породы оказывают на почву положительное действие (напр. береза, ильм, вяз, граб, бук, ольха, лиственница), другие - отрицательное (напр. ель). Лиственные породы обогащают почву мягким гумусом (муллем), азотом, зольными элементами; способствуют нейтрализации кислотности почв и тем самым создают благоприятные условия для развития полезной микрофлоры. Чистые хвойные насаждения неблагоприятно влияют на свойства почвы, способствуя накоплению грубого гумуса (модера). При участии хвойных пород, являющихся подзолообразователями, сформировались подзолистые почвы; под влиянием лиственных пород - бурые лесные почвы, деградированные черноземы. Улучшения лесорастительных свойств почв достигают чередованием хвойных пород с лиственными, созданием хвойно-лиственных насаждений.

О тесной связи леса и почвы писали классики лесоводства и почвоведения. (Г. Ф.Морозов, М. Е. Ткаченко, В. В.Докучаев и др.).Известна приуроченность древесных пород (при всей их адаптивности) к определенным почвам: сосны - к песчаным, ели - к суглинкам, липы - к глинистым разновидностям, дуба и ясеня - к серым лесным и черноземам, ольхи - к перегнойным, осины -к полугидроморфным легким почвам и т. п.

Лесные почвы обычно обладают большим естественным плодородием, т. к. зольные элементы и азот хвои и листьев возвращаются в почву, в отличие от почв полей, с которых  часто вывозят с урожаем всю  надземную часть растений. В лесу органический опад, накапливается в виде лесной подстилки на поверхности почвы и участвует в образовании гумуса: для корневой системы деревьев и кустарников опад часто служит средой обитания. Биологический круговорот еешрсте в лесных почвах отличается большой емкостью и интенсивностью обмена веществ.

В генезисе лесных почв большую  роль играют лесные пожары, при которых подстилка часто выгорает до минерального слоя, сгорают или сильно повреждаются поверхностные корневые системы деревьев. Например, при устойчивых низовых пожарах ельники сгорают полностью, а в сосняках и лиственничниках происходит отпад до 30 % по запасу, в зависимости от возраста и типа леса.