Химический состав почвы

Почва является самой верхней частью коры выветривания литосферы и поэтому в основном отражает ее химический состав. Ho в то же время почва — это продукт воздействия на литосферу живых организмов, что отражается на ее химическом составе. Наиболее яркое отличие химического состава почвы от материнской почвообразующей породы заключается в содержании важнейших биогенных элементов углерода и азота. Содержание азота в почве возрастает в 20 раз, а азота в 10 раз по сравнению с горной породой.
Поскольку основная часть почвенной массы (за исключением гумуса и органических остатков) представлена минеральными частицами, то химический состав почвы, в общем, определяется составом формирующих ее минералов. Так, наиболее высокое содержание кремния мы обнаруживаем в обогащенных кварцем крупных почвенных частицах размером более 0,25 мм. В более мелких фракциях увеличивается участие полевых шпатов и железосодержащих минералов, поэтому в этих фракциях возрастает содержание алюминия, железа и других элементов.
Особенности химического состава свойственны не только разным типам почв, но и отдельным почвенным горизонтам. Поэтому сведения об их химическом составе служат важными показателями почвообразовательного процесса и, следовательно, плодородия почвы.
Химические элементы присутствуют в почве в составе разнообразных минеральных и органических соединений, а также в ионной форме в почвенном растворе. Важнейшие из этих химических элементов следующие.
Кремний. Валовое содержание SiO, колеблется от 40-70 % в глинистых почвах до 90-98 % в песчаных. Содержание этого элемента определяется прежде всего присутствием в почве кварца, а также силикатов и алюмосиликатов. Иногда в почве могут присутствовать аморфный кремнезем в виде опала или халцедона, накопление которых в почве связано с биогенными процессами (скопления диатомовых водорослей или силикатных губок).
Алюминий. Валовое содержание в почве Al7O3 составляет от 1-2 до 15-20 %. Алюминий присутствует в полевых шпатах и глинистых минералах, а также в составе слюд, корунда и др. Может присутствовать и свободный Al7O3 (глинозем) в аморфной или кристаллической форме.
Железо. Общее содержание в почве Fe2O3 колеблется от 1 до 20% и более. Железо может входить в состав минералов (наряду с кремнием и алюминием), а также присутствовать в некристаллической форме (в виде железистых аморфных или растворимых в воде соединений).
Кальций. Содержание CaO в почвах обычно составляет 1-3 % и определяется его концентрацией в гумусе, органических остатках, а также в глинистых минералах. Повышенное содержание кальция может быть обусловлено присутствием обломков карбонатных пород и Са-содержащих минералов (гипса, кальцита и др.).
Магний. Валовое содержание MgO а почве обычно близко к содержанию CaO. Оно обусловлено в первую очередь его присутствием в глинистых минералах, особенно хлорита, вермикулита, монтмориллонита. Встречаются и крупные обломки доломитов, роговых обманок, оливина. Много магния накапливается в виде сульфатов и хлоридов при засолении почв засушливых областей.
Калий. Содержание K2O в почвах составляет 2-3 %. Калий присутствует чаще в составе глинистых минералов (особенно в гидрослюдах), а также в составе крупных частиц минералов калиевых полевых шпатов, биотита, мусковита и др. Нередко калий может быть в дефиците, что определяет необходимость внесения калийных удобрений для повышения плодородия почвы.
Натрий. Валовое содержание в почве Na2O обычно около 1-3 %. Этот элемент присутствует в основном в составе натрийсодержащих минералов — полевых шпатов. В засоленных почвах степей и пустынь натрий присутствует в виде хлоридов. Дефицита этого элемента растения обычно не испытывают.
Марганец. Содержание MnO составляет в почве несколько десятых или сотых долей процента. Присутствие марганцевых скоплений обусловлено в основном деятельностью марганцевых бактерий. В небольших количествах этот элемент входит в состав минералов (оливинов, пироксенов и др.).
Сера. Содержание SO2 в почве обычно не превышает нескольких десятых долей процента. Однако оно может существенно возрастать в случае промышленного загрязнения почв, например в результате выпадения с осадками газообразных выбросов сернистых соединений. Сера присутствует обычно в составе различных органических соединений растительного и животного происхождения. В крупных почвенных частицах сера присутствует в составе сульфидов (пирита), гипса, соединений Fe (II), образующихся в болотных почвах.
Углерод. Содержание этого элемента в почве колеблется от долей процента в бедных органическим веществом песчаных почвах, до 3-5 и даже 10 % в богатых гумусом черноземах. А в торфяных почвах его содержание может достигать десятков процентов.
В почве углерод содержится главным образом в составе гумуса и органических остатков. Немало этого элемента может находиться и в составе карбонатов. Очень часто почвы, используемые в земледелии, нуждаются во внесении углерода, прежде всего в форме органических удобрений.
Азот. Содержание в почвах азота небольшое обычно не более 0,3-0,4 %. Однако этот элемент играет важнейшую роль в плодородии, поскольку жизненно необходим растениям. Растениям азот доступен только в форме нитратов и аммонийного азота.
Подобно углероду почти весь азот почвы связан с ее органической частью гумусом и органическими остатками. Однако пополнение доступных растениям запасов азота возможно не только благодаря остаткам растений и животных, но и в результате деятельности микроорганизмов (см. раздел 5). Так, азотфиксирующие бактерии почвы способны восстанавливать газообразный азот (N2) в аммонийный (NH4+).
Большинство почв, вовлеченных в земледелие, нуждается в систематическом пополнении запасов азота.
Фосфор. Валовое содержание P2O5 в почве не превышает обычно 0,1-0,2%. Этот элемент принадлежит к числу важнейших биогенных элементов, но в большинстве почв его содержание невысоко. Поэтому возникает необходимость в систематическом внесении фосфора в виде фосфорных удобрений, особенно на почвах легкого механического состава — песчаных и легких супесях.
Наряду с названными выше химическими элементами в почве в малых количествах присутствуют и другие элементы (Cu, Co, Ni, Zn, Li, В и другие). Несмотря на их невысокое содержание в почвах, эти элементы очень важны для жизнедеятельности растений и поэтому определяют уровень почвенного плодородия.
Химический состав почвы оказывает важнейшее влияние на плодородие почвы. Как дефицит биогенных элементов, так и избыток некоторых токсичных для растений соединений (натрия, марганца, серы) часто имеет решающее значение для их урожайности.