Строение и химический состав земной коры

Состав  и свойства гумусовых веществ

Гумусом называют сложный динамический комплекс органических соединений образующихся при разложении и мумификации органических остатков в зависимости от условий содержания гумуса в почвах, колеблется от1-2 до 12-15%.Следует различать 3 группы гумусовых  кислот: 1 гуминовые- наиболее тёмно окрашенная, накапливается на месте образования, это азотосодержащие органические кислоты, хорошо растворяется в слабыз растворах щёлочи, элементный состав колеблется в пределах: С-52,62%,Н-2.8-5.8%, О-31-39%, N-1.7-5%.2 Фульво- наименее окрашенная, более подвижная и легко передвигается по профилю почв, растворимы в воде, кислотах, слабых растворах щёлочи, элементный состав такойже, но меньше С за счёт увеличения О: С-40-50%, О-42-52%,N-1.7-5%, Н-4-6%.3. Гумины- комплекс гуминовых и фульвокислот, очень прочно связанные с минеральной частью в почве, не извлекаемые обычными способами экстракции. Почвы разных природных зон, как и различных уровней окультуренности, различаются по количеству и качеству гумусовых веществ. Гумус характеризуется не только запасами, но и качественным составом. В зависимости от соотношения гуминовых кислот и фульвокислот (С_гк : С_фк) выделяют следующие типы гумуса: гуматный (более 1,5), фульватно-гуматный (1,0...1,5), гуматно-фульватный (1,0...0,5) и фульватный (менее 0,5).При наиболее благоприятных условиях гумусонакопления формируется гумус, обогащенный гуминовыми кислотами. Большое накопление гуминовых кислот наблюдается в черноземах и темно-каштановых почвах.К северу и югу от типичных черноземов лугово-степной зоны в почвах уменьшаются запасы гумуса и ухудшается его качественный состав.Низкие запасы гумуса в северных подзолистых и дерново-подзолистых почвах связаны с тем, что в гумусе этих почв преобладают растворимые продукты гумификации (фульвокислоты и их соли — фульваты), которые вымываются осадками до грунтовых вод. В засушливых условиях юга из-за интенсивных процессов минерализации и малого количества органических остатков формируются сероземы с очень низкими запасами гумуса.

Роль гумуса в почвообразовании и плодородии почв

Гумусовые вещества, образующиеся в почве, активно участвуют  в процессах почвообразования. Гумус  играет главную роль в формировании профиля почвы. В благоприятных  для роста растений условиях формируется  хорошо выраженный темноокрашенный  гумусовый горизонт. Гумус склеивает  почвенные частицы в агрегаты (комочки), способствуя созданию агрономически ценной структуры и благоприятных для жизни растений физических свойств почвы. В гумусе содержатся основные элементы питания растений (N, Р, К, S, Са, Mg) и различные микроэлементы. Эти элементы в процессе постепенной минерализации гумусовых веществ становятся доступными для растений.Гумусовые вещества почвы служат пищей для гетеротрофных почвенных микроорганизмов. От содержания гумуса в почве зависит интенсивность биологических и биохимических процессов, обусловливающих накопление питательных веществ, необходимых растениям.Почвенный гумус придает почве темную окраску и способствует поглощению солнечной энергии. Богатые гумусом почвы более теплые, в них создаются благоприятные условия для роста и развития культурных растений, а также для почвенных микроорганизмов.Почвы с низким содержанием гумуса отличаются бесструктурностью, плохими водными, воздушными и тепловыми свойствами.Почвы, богатые гумусом, характеризуются большей поглотительной способностью, лучшими водными и физическими свойствами. В этом отношении особая роль принадлежит гуминовым кислотам, которые образуют с катионами кальция и магния устойчивые соединения, предохраняют эти элементы от вымывания.

Почвенные коллоиды их происхождение состав и  свойства

Накопление в почве  элементов питания растений связано  с поглотительной способностью почв. Академик К. К. Гедройц предложил  под поглотительной способностью почвы  понимать способность ее поглощать  жидкости, газы, солевые растворы и  удерживать твердые частички, а также  живые микроорганизмы. Поглотительные процессы в почве обусловлены  преимущественно тонкодисперсной  частью почвы и особенно коллоидами. Содержание коллоидов в почве  редко превышает 30 % почвенной массы, но влияние их на свойства почвы  и уровень плодородия исключительно  велико.Почва состоит из частиц различного размера. Почвенными коллоидами называют частицы диаметром от 0,2 до 0,001 мкм. Они образуются при диспергировании (раздроблении) крупных частиц или при конденсации вследствие физического или химического соединения молекул.По происхождению почвенные коллоиды бывают минеральные, органические и органо-минеральные.Минеральные коллоиды образуются при выветривании горных пород. Это глинистые минералы, коллоидные формы кремнезема и полуторные оксиды.К органическим коллоидам относятся гумусовые вещества почвы, сформированные в процессе гумификации растительных и животных остатков.Органо-минеральные коллоиды образуются при взаимодействии минеральных и органических коллоидов. Роль коллоидов в почве исключительно велика: от содержания коллоидной фракции зависят связность, водопроницаемость, буферность и другие свойства почвы. Коагуляция и пептизация коллоидов. Коллоиды могут находиться в двух состояниях: золя (коллоидного раствора) и геля (коллоидного осадка).

Коагуляцией называется процесс перехода коллоидов из состояния  золя в состояние геля. Слипание коллоидов в агрегаты происходит под влиянием электролитов. Коагуляция ацидоидов вызвана катионами электролита, базоидов — анионами. Свертывание (слипание) коллоидов может происходить при взаимодействии противоположно заряженных коллоидных систем. При высушивании или замораживании почвы наблюдаются дегидратация (обезвоживание) гидрофильных коллоидов и повышение концентрации электролита почвенного раствора, что также вызывает коагуляцию коллоидов. 

Значения  коллоидов в почвообразовании

Почвенные коллоиды - минеральные, органические и органоминеральные частицы, имеющие размер меньше 0,0001 мм и обладают определенными свойствами. Чем тяжелее почва и больше гумус, тем больше коллоидов и наоборот. Например: тяжелосуглинистые и глинистые хорошо гумусирующие почвы содержат 20-30% коллоидов и больше, а песчаные и супесчаные мало гумусированные всего 1-3%.На содержание коллоидов большое влияние оказывает характер почвообразовательного процесса: подзолообразование приводит к разрушению коллоидов в верхней части профиля и вымыванию продуктов разрушения вниз по профилю.Значение коллоидов в плодородии почв очень велико:Обладая большой поглотительной способностью, они поглощают из почвенного раствора и сохраняют от вымывания катионы (элементы питания).Обладают клеящейся способностью, - большая роль в образовании структуры т.к. происходит склеивание механических частиц в агрегаты.Они содержат N, P, S и другие элементы, питание которых переходит в доступную форму.

Поглотительная  способность почвы

Поглотительной  способностью почвы называется свойство задерживать или поглощать различные вещества, взаимодействующие и соприкасающиеся с ее твердой фазой. Почва способна задерживать или поглощать газы, различные соединения из растворов, минеральные или органические частицы, микроорганизмы и суспензии. Почвой энергично поглощаются и сохраняются главные элементы питания растений - K, N, Ca, Mg, P. Механическая поглотительная способность - свойство почвы механически задерживать взвешенные в воде вещества, обусловлена механическим составом, структурой, сложением, пористостью и капиллярностью почвы. Почва как фильтр, способна закреплять фильтрующиеся через нее частицы в зависимости от их размеров, диаметров капиллярных и расположения их. Эта способность используется при кольматировании (заилении) песчаных почв и очистке бытовых и технических сточных вод.Физическая поглотительная способность - свойство почвы поглощать из раствора молекулы электролитов, продукты гидролитического расщепления солей слабых кислот и сильных оснований, а также коллоиды при их коагуляции. При физическом поглощении происходит аполярная адсорбция (сгущение молекул на поверхности раздела двух фаз - твердой и жидкой, твердой и газообразной), определяемая наличием ненасыщенной энергии на поверхности почвенных частиц. Такое поглощение нередко сопровождается коагуляцией коллоидных веществ под воздействием электролитов, что также предохраняет от вымывания водорастворимые соединения. Вот почему химическими мелиорациями можно способствовать коагуляции коллоидов и противодействовать пептизации их.Химическая поглотительная способность - свойство почвы удерживать ионы в результате образования нерастворимых или труднорастворимых солей. Она заключается в выпадении из почвенных растворов осадков и закрепления их в почве. При взаимодействии растворимых и среднерастворимых солей возникают труднорастворимые соли , которые и присоединяются к твердой фазе почвы. например: Na2СО3+СаSO = СаСО3+Na2SO4; 3CаSO4+2Na3РО4= Са(РО4)2+ 3Na2SO4. Легкорастворимые соли, например, Na2SO4, уносятся из сферы взаимодействия. Химическое поглощение происходит в том случае, если анион раствора дает нерастворимое соединение с ионами, находящимися на поверхности твердых частиц почвы. Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность - свойство почвы обменивать некоторую часть катионов и в меньшей степени анионов из соприкасающихся растворов. Здесь наблюдается физическое и химическое поглощение. Происходит эквивалентный обмен катиононами. Катионы из раствора переходят в слой компенсирующих ионов мицелл почвенных коллоидов, а катионы из слоя компенсирующих ионов - в раствор. Изменяя искусственно реакцию почвенных растворов, можно направленно воздействовать на емкость поглощения, а из необменного состояния катионы перевести в обменные. Перевод в необменное состояние катионов совершается при периодическом высушивании почвы, что объясняется старением и частичной кристаллизацией гелей коллоидов.Биологическая поглотительная способность связана с жизнедеятельностью организмов почвы (главным образом микрофлоры), которые усваивают и закрепляют в своем теле различные вещества, а при отмирании обогащают ими почву. Растворимые соединения, поступающие из раствора, а также вещества, ассимилируемые организмами из твердой и газообразной фазы почвы, переходят в нерастворимую форму в теле организмов. Благодаря такому поглощению в почве аккумулируются необходимые для растений элементы зольного и азотного питания. Поглотительная способность почв сильнее проявляется в условиях оптимальной влажности почв, когда накапливается перегной и элементы пищи растений и повышается плодородие почв.

Почвенный поглащаящий комплекс

Основные закономерности обменного поглощения катионов заключаются  в следующем.Обмен происходит в эквивалентных количествах по законам обменных химических реакций.Любой поглощенный катион может быть вытеснен и заменен любым другим катионом почвенного раствора.Энергия поглощения и вытеснения катионов различна и зависит от величины валентности и атомной массы.Энергия поглощения с увеличением валентности возрастает:М⁺ < М²⁺ < М³⁺.Внутри рядов катионов с одной валентностью энергия поглощения возрастает с увеличением атомной массы:⁷Li<²³Na<¹⁸NH₄<³⁹K<¹H:R0,78 А 0,98 А 1,43 А 1,33 А.Г. Вигнер дал объяснение этой закономерности, исходя из теории гидратации ионов. Чем большегидратационная оболочка, тем меньшей энергией поглощения обладает ион. Гидратированность иона зависит от радиуса (размера) иона.Чем меньше радиус иона, тем выше плотность электростатического напряжения на его поверхности (самопотенциал), тем в большей степени он гидратирован. Исключение представляет комплексный ион NH4, обладающий большей гидратацией, чем ион К⁺, меньший по размеру.Ион водорода обладает высокой энергией поглощения. В водном растворе он присоединяет одну молекулу воды (Н₂0) и образует гидроксоний (Н₃0⁺), который поглощается сильнее, чем другие одновалентные катионы.На энергию поглощения оказывает влияние концентрация иона в почвенном растворе. Катион натрия, обладающий меньшей способностью к внедрению, чем катионы аммония и калия, может обменно поглощаться только при высокой концентрации их в почвенном растворе.4. Обменное поглощение носит обратимый характер.5. Скорость обмена обусловлена строением ядер коллоидных 
частиц, строением кристаллических решеток глинных минералов, 
величины внутримицеллярной порозности. Скорость обмена ве- 
лика, почти мгновенная, если она развивается на внешних поверх- 
ностях коллоидов и может продолжаться долго (несколько суток) 
при внутримицеллярном обменном поглощении.В поглощенном состоянии в почве могут находиться различные катионы:Са²⁺, Mg²⁺, К⁺, Na⁺, NHJ, Н⁺, Al³⁺, Fe²⁺, Мп²⁺ и др.Общее количество всех поглощенных катионов, по К. К. Гед-ройцу, называется емкостью поглощения (7). Ее характеризуют с некоторой условностью емкостью катионного обмена (ЕКО) и выражают в мг * экв на 100 г почвы.Суммарное количество всех обменных катионов, за исключением Н⁺ и А1³⁺, называют суммой обменных оснований (S), которая также выражается в мг * экв на 100 г почвы. Доля суммы поглощенных оснований от емкости поглощения, выраженная в процентах, называется степенью насыщенности почв основаниями:V = f-100%.В различных почвах количество и состав обменных катионов, емкость поглощения, степень насыщенности основаниями неодинаковы.Емкость поглощения зависит от содержания в почвах коллоидов и их природы. Чем больше в почве гумусовых веществ и ила, содержащего минералы монтмориллонитовой группы, тем выше ЕКО. Состав обменных катионов и степень насыщенности основаниями отражают особенности почвообразовательных процессовНаибольшая емкость поглощения характерна для черноземов типичных высокогумусных, в составе обменных катионов которых преобладают Са²⁺ и Mg²⁺; степень насыщенности этих почв основаниями составляет 100%. В дерново-подзолистых почвах с небольшим содержанием гумуса емкость поглощения низкая; в соиллювиальных горизонтах (ВО солонцов много обменного натрия и магния; почвы полностью насыщены основаниями

Физическая  или физико-химическая поглотительная способность

К общим физич. св-вам относ плотность почвы, плотность твёрдой фазы и пористость. Физ св-ва почвы: плотность твердой фазы-отношение массы тврдой. фазы почвы к массе воды в том же объеме при 4 гр. Опр-ся соотношением в почве орг. и минер компонентов(орг. в-ва 0,2-1,4,минер -2,1-5,18, минер горизонты-2,4-2,65, торф горизонты- 1,4-1,8г \ см 3.) Плотность-масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естеств. сложении. Зависит от минер и мех сост. и структуры, содерж. орг. в-ва (если много, то плотн. низкая.). На нее влияет обработка. Оптим=1-1,2 Пористость - суммарный объем всех пор между частицами ТВ фазы.(%) Зависит от мех. сос. структурности деятельности почвы фауны, содерж. орг. в-ва, обработки. Некапилярные поры - водопрониц, воздухообмен. Капилярное - водоудерж сп. Нужно капиллярная - много, а пористость аэрации 15 в минер. и 30-40-в торф. почвах. Оптим некапил-55-65(ниже=хуже воздухообмен.Физ мех св. Пластичность - сп. почвы изменять форму и сохранять ее. Зависит от ГМС влажности, содерж. гумуса (если много, то хуже), содерж. Na (много-лучше). Липкость - св. влажной почвы прилипать к др. телам. Зависит от мех сост. и ГМС, влажности, обмен Na и гумуса. Физ. спелость-почва крошится на комки ,не прилипая к орудию. Биоспелость - когда развиваются биопроц-ы(рост семян деят. микр-ов).Набухание - увелич. объема почвы при увл. Зависит от погл. СП и минер сост. (монтмориланит=лучше, каолинит - хуже, Na (с ним лучше). Усадка-сокращение объема почвы при высыхании, зависит от погл способн, Na,минер сост. Связность-сп сопротивляться внешн усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы Зависит от минер и мех. сост., структуры, гумуса - хуже, влажности и использ., ГМС (тяжелые лучше), Na-лучше. Удельное сопротивление-усилие, затрач. на обработку почвы. Зависит от плотности, влажности, связности и ГМС.

виды поглотительной способности по Гедройцу

  Механическая  поглотительная способность. При фильтрации воды через почву в почвенных порах и капиллярах задерживаются относительно крупные частицы, взвешенные в поверхностных водах: мелкие частички глины и песка, мелкий органический детритус и т.п. Механическая поглотительная способность почвы обусловливает чистоту ключевых грунтовых вод, образующихся из поверхности вод, мутных от большого количества механических примесей. Явление механической поглотительной способности используется при устройстве искусственных фильтров для очистки воды.Молекулярно-сорбционная (физическая) поглотительная способность. Обусловливается притяжением отдельных молекул к поверхности твердых почвенных частиц в результате проявления так называемой поверхностной энергии. Интенсивность проявления поверхностной энергии зависит от величины поверхности почвенных частиц и, следовательно, обязана присутствию в почве тонкодисперсных частиц. Эти частицы могут притягивать молекулы газов (например, молекулы водяного пара из воздуха), молекул жидких веществ. В частности, наличие пленочной влаги вокруг почвенных частиц обусловлено поверхностными силами. Наконец, в результате поверхностной энергии почвенными частицами поглощаются недиссоциированные на ионы молекулы веществ, находящихся в виде молекулярного раствора.Ионно-сорбционная (физико-химическая) илиобменная поглотительная способность, представляющая, по выражению К.К. Гедройца, поглотительную способность в тесном смысле этого слова, заключается в обмене сорбированных ионов тонкодисперсной части почвы на ионы почвенного раствора. Между почвенной высокодисперсной массой (почвенным поглощающим комплексом) и почвенным раствором существует подвижное равновесие. Изменение в составе почвенного раствора вызывает соответственные изменения в составе поглощенных ионов. Особо важное значение в ионном почвенном обмене имеют катионы. Поглощение анионов менее изучено.Разные типы почв отличаются величиной емкости поглощения и имеют определенный состав поглощенных катионов.Химическая поглотительная способность - образование трудно растворимых химических соединений в результате обменных реакций в почвенном растворе. Например, возникновение новообразований гипса в почве протекает следующим образом:Биологическая поглотительная способность почвы обусловлена присутствием в ней животных и растительных организмов. В процессе своего жизненного цикла растения и животные накапливают некоторые химические элементы, необходимые для нормальной жизнедеятельности организмов. После отмирания последних накопленные элементы частично задерживаются в почве. Таким образом почва постепенно обогащается определенными элементами. например, углеродом, азотом, фосфором и пр., а также некоторыми микроэлементами.