Химический состав почвы является отражением элементарного состава всех геосфер, принимающих участие в формировании почвы. Поэтому в состав всякой почвы входят те элементы, которые распространены или встречаются как в литосфере, так и в гидро-, атмо- и биосфере.
В состав почв входят почти все элементы периодической системы Менделеева. Однако подавляющее их большинство встречается в почвах в очень малых количествах, поэтому в практике приходится иметь дело всего с 15 элементами. К ним принадлежат прежде всего четыре элемента органогена, т. е. С, N, О и Н, как входящие в состав органических веществ, затем из неметаллов S, Р, Si и С1, а из металлов Na, К, Са, Mg, AI, Fe и Мn.
Перечисленные 15 элементов, составляя основу химического состава литосферы в целом, в то же время входят в зольную часть растительных и животных остатков, которая, в свою очередь, образуется за счет элементов, рассеянных в массе почвы. Количественное содержание в почве этих элементов различно: на первое место надо поставить О и Si, на второе -- А1 и Fe, на третье -- Са и Mg, а затем -- К и все остальные. Нормальный рост растений обусловлен содержанием в почве доступных форм зольных элементов и азота. Обычно растения усваивают из почвы N, Р, К, S, Са, Mg, Fe, Na, Si в достаточно больших количествах и эти элементы называются макроэлементами, а В, Mn, Mo, Сu, Zn, Со, F используются в ничтожных количествах и называются микроэлементами. К важнейшим из них относятся элементы, без которых невозможно образование белков,-- N, Р, S, Fe, Mg; такие элементы, как К, Сu, Mg, Na, оказывают огромное влияние на регуляцию работы клеток и формирование различных тканей растений.
Элементы питания, содержащиеся в почвах, находятся в различных минеральных и органических соединениях, и запасы их обычно значительно превышают ежегодную потребность. Однако большая часть их находится в форме, не доступной для растений: азот -- в органическом веществе, фосфор -- в фосфатах, железо, алюминий, кальций, калий -- в поглощенном состоянии, кальций и магний -- в форме карбонатов, т. е. в не растворимой в воде форме. Процесс усвоения растениями элементов питания происходит благодаря обменному поглощению. Формы соединений и биологическое значение химических элементов различны. Элементы входят в состав почв в форме различных химических соединений, характеризующих тип почвы, и имеют разное биологическое значение.
Кислород в свободном состоянии находится в почвенном воздухе, а в связанном входит в состав воды, окислов, гидратов, кислородных кислот и их солей. Он имеет важное значение, как элемент, необходимый для дыхания растений и животных, и как элемент-органоген.
Кремний входит в состав силикатов, т. е. солей кремниевых, алюмокремниевых и феррокремниевых кислот, а также встречается в виде кремнезема, как кристаллического (кварц), так и аморфного. Биологическое значение кремния не выяснено, но он всегда содержится в золе растений (в особенности камыша и тростника) и, по-видимому, необходим для образования клеток и тканей более твердых частей организмов.
Алюминий входит в состав алюмосиликатов, глинозема и гидратов глинозема. Биологического значения он не имеет.
Железо входит в состав ферросиликатов и других солей, как окисных, так и закисных, а также в состав гидратов железа. Биологическое значение его велико: с ним связано образование хлорофилла в зеленых растениях.
Кальций встречается преимущественно в виде солей разных кислот, чаще всего угольной. Он очень важен для растений, так как входит в состав стеблей, и обычно находится в растительных клетках в виде кристаллов щавелевокислого кальция.
Магний, как и кальций, встречается в виде аналогичных соединений. Он важен для растений, так как входит в состав хлорофилла.
Натрий и калий входят в состав солей различных кислот, причем натрий биологического значения не имеет, тогда как калий является одним из основных элементов питания растений и, в частности, играет большую роль в крахмалообразовании.
Фосфор входит в состав почвы в виде фосфатов и в виде различных органических соединений. Он содержится в ядре растительных клеток. Известно, что недостаток в почве фосфора отражается на качестве зерна. Он является одним из основных питательных элементов и необходим для развития растений так же, как и азот.
Азот -- исключительно важный для питания растений, элемент- органоген, входящий в состав молекулы белков основы растительной и животной клетки, Встречается в почве в форме различных органических соединений, аммиачных солей и солей азотной и азотистой кислот.
Сера также входит в состав молекулы белков. В почвах встречается в форме сульфатов, сернистых солей, сероводорода и различных органических соединений.
Водород важен для растений как органоген. Входит в состав воды, гидратов, разнообразных свободных кислот и их кислых солей.
Хлор биологического значения не имеет. В почве встречается в виде хлористых солей. Углерод входит в состав растительных остатков и составляет в среднем 45 % их массы. Как основа всех органических соединений он имеет исключительно большое значение. Встречается в почве также и в форме минеральных соединений углекислого газа и солей угольной кислоты.
Марганец, как предполагают, играет роль катализатора. Определенное биологическое значение имеют также и многие другие химические элементы, встречающиеся в почвах в очень малых количествах (например, медь, цинк, фтор, бор и другие), так называемые микроэлементы. Некоторые из них используются в качестве минеральных удобрений. Однако наибольшее значение для питания растений имеют соли калия, кальция, магния, железа и кислот -- азотной, фосфорной, серной и угольной.
Для характеристики плодородия почвы наибольшее значение имеет содержание гумуса, азота, фосфора и калия. Определение содержания в почве тех или других химических элементов и форм их соединений является задачей химического анализа почв.
Содержание гумуса в верхнем горизонте почв разного типа колеблется в широких пределах, но для каждого типа и подтипа почвы оно является достаточно устойчивым и поэтому характерным показателем. Для остальных элементов, наряду с их валовым содержанием (которое свидетельствует о той или иной степени плодородия почвы), необходимо знать содержание их форм растениями.
Валовое содержание в почвах азота и фосфора (в верхнем горизонте) обычно выражается в десятых долях процента, калия содержится до двух и более процентов. Содержание же их усвояемых форм не превышает тысячных долей процента и его принято выражать в миллиграммах на 100 г почвы.
Горные породы, из которых формируется почва, называют почвообразующими, или материнскими
Почвообразующая порода является материальной основой почвы и передает ей свой механический, минералогический и химический состав, а также физические, химические, физико-химические свойства, которые в дальнейшем постепенно изменяются в различной степени под воздействие почвообразовательного процесса.
Почвообразующие породы различаются по происхождению, составу строению и свойствам.
Твердая оболочка Земли, или литосфера, состоит из магматических, метаморфических и осадочных пород.
Магматические, или изверженные, породы образовались из силикатных расплавов, застывших в глубине земной коры (породы глубинные -интрузивные), или из магмы, излившейся на поверхность Земли (породы излившиеся- эффузивные). Магматические породы составляют 95% общей массы пород, слагающих литосферу, однако почвообразующими являются лишь в редких случаях, главным образом в горных областях.
Метаморфические - вторичные массивно кристаллические породы, образовавшиеся из магматических или осадочных в недрах земли в результате глубоких превращений (сланцы, гнейсы). Их значение также мало.
Осадочные породы - отложения продуктов выветривания массивно кристаллических пород или остатков различных организмов. Они подразделяются на обломочные, химические осадки и биогенные. Среди осадочных пород химического и биогенного происхождения важную роль в почвообразовании играют карбонатные отложения - известняки, мергели, доломиты, мел.
Лекция № 7