Химический состав минеральной части почв.

В почвах обнаружены почти все известные химические элементы.

Средние значения, показывающие содержание элементов в литосфере и почвах, называют кларками. Концентрация химических элементов в литосфере и почвах колеблется в широких пределах.

Таблица 3.

Среднее содержание химических элементов в литосфере и почвах, % от массы (Виноградов, 1950)

Элементы	Литосфера	Почва	Элементы	Литосфера	Почва
О Si Al Fe Ca Na K Mg Ti	47,20 27,6 8,80 5,10 3,60 2,64 2,60 2,10 0,60	49,0 33,0 7,13 3,80 1,37 0,63 1,36 0,60 0,46	С S Mn P N Cu Zn Co B	0,10 0,09 0,09 0,08 0,01 0,01 0,005 0,003 0,0003	2,00 0,085 0,085 0,08 0,10 0,002 0,005 0,0008 0,001

Как в литосфере, так и в почве на первом месте стоит кислород, на втором – кремний, затем алюминий, железо и т.д. Однако в почве, по сравнению с литосферой, в 20 раз больше углерода и в 10 раз больше азота, так как их содержание определяется жизнедеятельностью организмов. В почвах больше кислорода и водорода (как элементов воды), кремния и меньше Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, что является следствием процессов выветривания и почвообразования.

Химический состав почвообразующей породы отражает, в известной мере, ее гранулометрический и минералогический составы. Песчаные породы, богатые кварцем, состоят преимущественно из кремнезема. Чем тяжелее гранулометрический состав породы, тем больше в ней высокодисперсных вторичных минералов и меньше кремнезема, больше оксидов Fe, Al, химически связанной воды. Почвы, развивающиеся на карбонатной породе, богаче Ca, засоленность почвообразующей породы обусловливает высокое количество легкорастворимых солей.

Вторичные минералы:

глинистые – nSiO₂Al₂O₃·mH₂O;

минералы простых солей – кальцит, CaCO₃, доломит, CaCO₃·MgCO₃, сода, Na₂CO₃·10H₂O; сульфаты – гипс, CaSO₄·2H₂O, тенардит, Na₂SO₄; хлориты – галит, NaCl;

минералы гидроокисей и окисей – опал, SiO₂·nH₂O, гематит, Fe₂O₃, гетит, Fe₂O₃·H₂O, гидрогётит, Fe₂O₃·3H₂O,

аллофан, Al₂O₃ SiO₂·nH₂O.

Однако материнская порода в процессе почвообразования меняется. В зависимости от процесса почвообразования происходит изменение в содержании и распределении по профилю различных химических элементов, т.е. каждый тип почвы приобретает характерную дифференциацию химического состава по горизонтам.

В дерново-подзолистых почвах верхние горизонты обогащены кремнеземом, по сравнению с почвообразующей породой, и в них меньше оксидов Fe, Al.

Для почв свойственно накопление в верхних аккумулятивно-гумусовых горизонтах C и N (спутников органического вещества) и других биофильных элементов (P, К, S, Ca, Mg).

Элювиальные горизонты (горизонты вымывания – Е, EL), наоборот, обеднены элементами-биофилами, и в них происходит относительное накопление кремнекислоты.

В иллювиальных горизонтах (горизонтах вмывания ‑ В) концентрируются выщелоченные из верхних слоев профиля Al, Fe, Ca, Mg и другие элементы, в некоторых случаях эти горизонты обогащены органическим веществом (горизонт ВН).

На основании дифференциации химического состава различных горизонтов профиля почвы можно сделать вывод о тех процессах почвообразования, которые участвуют в формировании данной конкретной почвы, раскрыть ее генезис.

Химический состав почв оказывает существенное влияние на их плодородие, так как, с одной стороны, может создавать дефицит некоторых элементов питания растений, в частности N, P, K, Fe, микроэлементов, а с другой – растения могут страдать от избытка ряда химических элементов, как в засоленных почвах.

Химические элементы находятся в почвах в различных соединениях.

Кремний (Si). Его содержание определяется присутствием в почвах кварца, а также первичных и вторичных силикатов и алюмосиликатов. В почвах может присутствовать аморфный кремний биогенного происхождения. Содержание SiO₂ колеблется от 40–70% в глинистых почвах до 90–98% в песчаных.

Алюминий (Al). Его содержание в почвах обусловлено присутствием полевых шпатов, глинистых минералов и слюд. Он может находиться как в кристаллическом, так и в аморфном состоянии.

Количество Al₂O₃ колеблется от 1–2 до 15–20%, а в ферролитовых почвах тропиков может превышать 40%.

Железо (Fe). Этот элемент присутствует в почве в составе первичных и вторичных минералов, являясь компонентом магнетита, гематита, роговых обманок, биотита. Оно может находиться в окристаллизованном и аморфном состоянии, в виде гидроксидов (гетит, гидрогетит). Содержание Fe₂O₃ изменяется в широких пределах: от 0,5–1,0% в песчаных почвах, 3–5% в почвах на суглинистых ледниковых отложениях и лёссах до 20–50% в ферралитных почвах тропиков.

Кальций и магний (Ca, Mg). Их содержание в бескарбонатных суглинистых почвах составляет 1–3% и определяется присутствием тонкодисперсных глинистых минералов и гумуса, что свидетельствует о биогенном накоплении этих элементов. В почвах, сформированных на карбонатных породах (лёссы, карбонатные морены), содержание Ca и Mg значительно увеличивается и может достигать 10%.

Калий (К). В почвах содержится до 2–3% калия. Калий сосредоточен в основном в слюдах и калиевых полевых шпатах. Он относится к элементам-органогенам, поэтому может наблюдаться биогенное накопление калия в аккумулятивно-гумусовых горизонтах.

Натрий (Na). Этот элемент входит в состав первичных минералов – натриевых полевых шпатов. Его содержание в почвах 1–3%. В засоленных почвах может присутствовать в значительных количествах в виде хлоридов и сульфатов (до 7–12%). Наличие в почвах натрия в повышенных количествах обусловливает появление неблагоприятных физических и химических свойств (разрушение структуры, вынос органического вещества, диспергация и коагуляция почвенных коллоидов, набухание, липкость).

Марганец (Mn). Он входит в состав ряда первичных минералов (пироксенов, эпидота). В почвах накапливается в виде мелких марганцевых конкреций, образующихся в результате микробиологической деятельности. Обычно марганца содержится в почвах десятые и сотые доли процента.

Сера (S). Она присутствует в почве в основном в составе органических соединений. Содержание SO₃ в почвах составляет обычно не выше нескольких десятых процента. В засоленных почвах может находиться в виде сульфатов, и тогда ее количество возрастает до нескольких процентов. В техногеннозагрязненных почвах также может обнаруживаться повышенное содержание серы.

Углерод, азот, фосфор (C, N, P).Это важнейшие элементы-органогены. Их накопление в почвах связано с биохимическими процессами трансформации органических остатков в результате процесса почвообразования. Содержание углерода изменяется в почвах от десятых долей процента в песчаных подзолах до 3–5% в богатых гумусом черноземах, в торфах и торфяных горизонтах оно может достигать нескольких десятков процентов. Содержание азота в почвах невелико: 0,1–0,2% (в торфах до 3%). Однако значение этого элемента в жизнедеятельности растений, микроорганизмов, животных, а также в плодородии почв трудно переоценить. Фосфор также присутствует в почвах в небольшом количестве – 0,1–0,2%. Но это важный для живых организмов элемент часто может находиться в дефиците, особенно в легких по гранулометрическому составу почвах.

Химические процессы, протекающие в почвах, весьма сложны и многообразны, их изучением занимается особый раздел почвоведения – химия почв.