Меню

Элементы в системе почва растение

Химический состав почв и их плодородие

Химический состав почв оказывает чрезвычайно большое влияние на их плодородие, как непосредственно, так и определяя те или иные свойства почвы, имеющие решающее значение в жизни растений. С одной стороны, это может быть дефицит тех или иных элементов питания растений, например фосфора, азота, калия, железа, некоторых микроэлементов; с другой токсичный для растений их избыток, как в случае засоления почв.

В процессе почвообразования происходят весьма существен­ные изменения химического состава исходных почвообразующих пород, связанные с серией общих почвенных процессов:

1) переход химических элементов из одних соединений в другие в связи с преобразованиями минералов;

2) поступ­ление элементов из атмосферы с осадками;

3) вынос элементов нисходящим движением воды в грунтовые воды и далее в гидрографическую сеть, и далее в океан;

4) принос элементов с грунтовыми водами;

5) циклическое вовлечение элементов в биологический круговорот веществ.

Поэтому профиль почв всегда дифференцирован в той или иной степени по химическому составу в отличие от исходных однородных почвообразующих пород.

Особой спецификой состава отличаются верхние гумусоаккумулятивные горизонты, а также гидрогенно-аккумулятивные горизонты разных почв. Химические процессы, протекающие в почвах, весьма сложны и многообразны. Их изучением занимается особый раздел почво­ведения «Химия почв».

Валовой химический состав растений значительно отличается от валового состава почвы вследствие избирательности растений к поглощению отдельных элементов (табл. 2). В растениях всегда больше азота, фосфора и калия.

Таблица 2. Валовой химический состав пахотных горизонтов почв (% на прокаленную навеску) в сравнении с зольным составом растений (% на золу)

Основные компоненты золы древесины – калий, кальций и магний, некоторые тропические породы содержат кремний.

В естественных биоценозах питательные элементы, усвоенные растениями и другими живыми организмами, снова возвращаются в почву после их отмирания и перегнивания, поэтому, как прави­ло, обеднения почвы питательными элементами не происходит. Устанавливается их относительное природное равновесие, харак­терное для разных типов почв.

На пахотных же землях после уборки урожая в почву возвраща­ется только часть поглощенных растениями минеральных элемен­тов, например с корневыми и стерневыми остатками зерновых культур. В связи с этим в пахотные почвы необходимо вносить минеральные удобрения, что позволяет возвратить в почву не только отчужден­ные с урожаем питательные элементы, но и сбалансировать их по количеству и соотношению для последующих сельскохозяйствен­ных культур.

Основными факторами плодородия почвы являются содержание гумуса, фитосанитарное состояние почвы (наличие сорняков, вредителей и возбудителей болезней сельскохозяйственных растений), мощность пахотного слоя, механический состав, структура, содержание подвижных форм элементов питания, реакция почвенного раствора. На основании модели плодородия может производиться программирование урожаев сельскохозяйственных культур для конкретных условий каждого поля севооборота в хозяйстве.

Модель плодородия – это экспериментально установленное сочетание важнейших свойств почвы (факторов плодородия), находящихся в тесной корреляции с величиной урожая при прочих равных условиях его получения.

Создать модель плодородия – это весьма сложная задача. Поэтому в настоящее время при разработке различных моделей плодородия интенсивно используют современные IT-технологии.

1. В каком виде элементы содержатся в почвах?

2. Какие элементы преобладают в почвах и почему?

3. Какие элементы жизненно необходимы растениям?

4. Какие из них относят к минеральным?

5. Какие элементы называют органогенными? Зольными?

6. Назовите формы соедине­ний азота, фосфора и калия в почвах.

7. Какова степень их доступности растениям?

8. На какие группы дифференцируют соединения фосфора по принципу доступности растениям?

9. Какие соединения фосфора легко переходят в раствор?

10. Как определяют содержание подвижного фосфора в почвах?

11. Как оха­рактеризовать почвы по содержанию минерального азота и использовать эти показа­тели в агрономических целях?

12. Какова роль микроэлементов в жизни растений?

13. Перечислите основные микроэлементы.

14. Что означает элювиально-аккумулятивный коэффициент микроэлементов?

15. В каких почвах элювиально-аккумулятивный коэффициент больше единицы?

16. Как использовать в аг­рономической практике показатели содержания в почвах подвижных микроэлемен­тов?

17. Что включает в себя «модель плодородия»?

Источник

Питательные элементы почвы

Потребность растений в разных питательных элементах неодинакова. Восемь биогенных («биогенный» означает «жизнепорождающий») химических элементов, используемых растениями в больших количествах, называют макроэлементами («макрос» значит «большой», «длинный»).

Макроэлементы: азот (N), сера (S), фосфор (Р), калий (К), магний (Mg), кальций (Са), железо (Fe) (если вы будете знать их латинские обозначения, вам будет проще понять, какие из них входят в то или иное удобрение, так как часто на упаковках приводятся именно химические формулы).

Они почти не присутствуют в природе в чистом виде, а содержатся в доступных для растений соединениях — питательных веществах. То же самое касается микроэлементов («микрос» значит «малый»), которые требуются в несравнимо меньшем количестве. Впрочем, если микроэлементов нужно немного, из этого вовсе не следует, что они менее значимы. Количественно человек съедает витаминов намного меньше, чем картошки, но разве витамины от этого становятся менее нужны?

Микроэлементы: бор (В), марганец (Мп), медь (Си), цинк (Zn), молибден (Мо), кобальт (Со).

Форму жизни на нашей планете не случайно называют «белковой» — без этой группы веществ ни один живой организм не может существовать. Но сами белки состоят как бы из своих «кирпичиков» — аминокислот. Большинство макроэлементов входит именно в их состав.

Азот (N). Самый важный из питательных элементов. Он не только входит в состав белков: хранитель генетической информации — ДНК — также включает в себя азотистые основания. Да и в хлорофилле, ответственном за фотосинтез (важность которого неоспорима), азот тоже присутствует, как и во многих других важных для нормальной жизнедеятельности растений химических соединениях.

Долгое время ученые полагали, что азот, как и углекислый газ, растение поглощает из атмосферы, почти на 80 % состоящей из него. Увы, практика доказала обратное — растение способно извлекать этот элемент исключительно из почвы, так что и о его достаточном количестве приходится заботиться человеку.

Сера (S). Этот элемент входит во многие аминокислоты, принимает участие в окислительно-восстановительных процессах, является составной частью ферментов, гормонов, веществ, служащих растению защитой от вредителей.

Фосфор (Р). Как и азот, входит в состав многих белков, ДНК, РНК, универсального носителя энергии — АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты), многих витаминов и прочих веществ. Фосфорная кислота — основа энергетического обмена любой живой клетки и играет большую роль в процессе дыхания.

Калий (К). Хотя калий в большинство важнейших молекул непосредственно не входит, без него не могут происходить многие реакции преобразования белков и углеводов, его роль вроде бы вспомогательная, но важность ее нельзя недооценить. Способствует калий и реакции фотосинтеза. Да и поступление в растительную клетку воды зависит тоже от него. В его же функции входит открывание и закрывание устьиц (микроотверстий на листьях, через которые осуществляется газообмен).

Магний (Mg). Важнее всего то, что он входит в состав хлорофилла. Кроме того, магний также играет свою роль в белковом обмене.

Кальций (Са). Если считать растительную клетку кирпичиком, из которых построен весь организм, то кальций оказывается в роли важной составляющей пектиновых веществ — «цемента», связывающего клетки в единую конструкцию. Он же определяет вязкость протоплазмы (комплекса веществ, заполняющих изнутри клетку) и участвует в образовании внутриклеточных перегородок (например, плазмолеммы).

Железо (Fe). Участвует в синтезе хлорофилла. Иногда железо относят к микро-, а не макроэлементам.

Понятно, почему перечисленные выше макроэлементы требуются растению в довольно большом количестве. Несколько сложнее определить значение микроэлементов: точная роль некоторых до сих пор не выяснена, но известно, что нормально существовать без них растение не может.

Марганец (Мп) играет большую роль в восстановлении нитратов (соединений азота) и является активатором («пусковым крючком» или «стартовой кнопкой») многих ферментов.

Медь (Си) является активатором ферментов так же, как и цинк (Zn).

Молибден (Мо) восстанавливает нитраты и содействует фиксации азота.

Хлор (С1) отвечает за осмос (диффузию, то есть просачивание воды через мембраны — стенки клеток) и ионный баланс, кроме того, хлор необходим для синтетических реакций образования кислорода.

Бор (В) самый загадочный из элементов: до сих пор точно не установлено, на что он влияет, кроме использования кальция и восстановительной фазы дыхания, а главное — как именно он влияет на них. Зато известно, что без него растения развиваются очень плохо.

Кобальт (Со) нужен не самим растениям непосредственно, а почвенным азотфиксирующим микроорганизмам, без нормальной работы которых цветам придется туго.

Цинк (Zn) — элемент, важность которого для растения определяется лишь по болезненной реакции на его отсутствие.

Источник

Почва как среда для растений

Почва для растения является средой, из которой оно получает воду и элементы питания. Количество минеральных веществ в почве зависит от специфических особенностей материнской горной породы, деятельности микроорганизмов, от жизнедеятельности самих растений, от типа почвы.

Почва имеет рыхлую структуру, представленную твердыми частицами, жидкой и газообразной фазами. Твердую фазу почвы составляют продукты выветривания различных минералов. Это частицы разных размеров, подразделяемые на четыре основные группы — камни, песок, пыль и глины. Каждая группа характеризуется определенными водно-физическими свойствами. Песчаные частицы хорошо пропускают воду, но плохо ее удерживают. Мелкие частицы образуют систему капилляров, способных удерживать влагу и даже подтягивать ее из более глубоких слоев. Когда в почве преобладают крупные частицы, ее механический состав принято считать легким. Наиболее плодородными являются легко- и среднесуглинистые почвы.

Почвенные частицы конкурируют с корнями за влагу, удерживая ее своей поверхностью. Это так называемая связанная вода, которая подразделяется на гигроскопическую и пленочную. Удерживается она силами молекулярного притяжения. Доступная растению влага представлена капиллярной водой, которая сосредоточена в мелких порах почвы. Более крупные поры содержат транзитную или гравитационную воду, передвигающуюся под действием силы тяжести.

Читайте также:  Количество растений на 1 м2 овса

Между влагой и воздушной фазой почвы складываются антагонистические отношения. Чем больше в почве крупных пор, тем лучше газовый режим этих почв, тем меньше влаги удерживает почва. Наиболее благоприятный водно-воздушный режим поддерживается в структурных почвах, где вода и воздух находятся одновременно и не мешают друг другу — вода заполняет капилляры внутри структурных агрегатов, а воздух — крупные поры между ними.

Характер взаимодействия растения и почвы в значительной степени связан с поглотительной способностью почвы — способностью удерживать или связывать химические соединения.

Основной вклад в учение о поглотительной способности почв внес один из выдающихся представителей отечественной науки о химии почв К. К. Гедройц. Он доказал наличие связи между агрономическими свойствами почвы, уровнем ее плодородия и составом поглощенных катионов.

Гедройц Константин Каэтанович (1872—1932) — советский почвовед и агрохимик, акад. АН СССР. Разработал основы коллоидной химии почв, методы их химического анализа, принципы’ классификации (по составу обменных катионов), Лауреат премии им. В. И. Ленина (1927).

Различают несколько типов поглотительной способности: механическую, физическую, химическую, физико-химическую (обменную), биологическую.

Механическая поглотительная способность. Почва как пористое тело задерживает мелкие частицы, через нее профильтровываются грубые суспензии.

Физическая поглотительная способность. На поверхности твердой фазы почвы и почвенного раствора образуется поверхностное натяжение, которое вызывает повышение концентрации у самой поверхности твердых частичек — адсорбцию (положительную). Наблюдается и отрицательная адсорбция (например, Cl 2 – , NO 3 – ); такие ионы профильтровываются.

Химическая поглотительная способность. Вещество, вносимое в почву, может давать нерастворимые соединения, с которыми происходят химические преобразования. Например, при внесении фосфорных солей в почву, богатую кальцием, образуется труднорастворимое в воде соединение Са3(РО4)2.

Физико-химическая (обменная) поглотительная способность. Часть элементов адсорбируется на поверхности почвенных частичек или раствора, а остальные вступают в обменные химические реакции с почвенными частицами. Эта способность является главной и имеет существенное значение в создании плодородия почвы, а также в питании растений.

Биологическая поглотительная способность — поглощение химических элементов в результате, жизнедеятельности бактерий, грибов и других микроорганизмов. Значительный вклад в изучение этого вопроса внес основоположник почвенной микробиологии С. Н. Виноградский.

Виноградский Сергей Николаевич (1856—1953), русский микробиолог, один из основоположников отечественной микробиологии, чл. кор. Петербургской АН (1894), почетный член Российской АН (1923). В 1887 г. открыл хемоавтотрофные микроорганизмы и явление хемосинтеза. Впервые (1893) выделил из почвы азотфиксирующие бактерии. С 1922 г. работал в Агробактериологическом отделе Пастеровского института в Париже.

Микроорганизмы (грибы, бактерии, водоросли), при взаимодействии с которыми происходит почвенное питание высших растений, концентрируются в основном в ризосфере. Симбиоз корней высших растений с грибами — микориза (буквально — грибокорень). Микориза характерна для большинства цветковых растений (не менее 90 %), Исключение составляют водные и паразитные растения, некоторые гречишные, крестоцветные, осоковые. Микориза бывает двух типов. Экзомикориза (наружная микориза) — гифы гриба оплетают корни плотным чехлом (гифовой мантией) и проникают в межклетники (но не в клетки!) одного или нескольких наружных слоев коры. Под влиянием гормонов, выделяемых грибом, молодые корни обычно ветвятся, окончания их утолщаются, корневые волоски отмирают. Экзомикориза характерна для многих деревьев умеренной зоны (дуб, береза, ива), некоторых кустарников и трав.

Эндомикориза (внутренняя микориза) широко распространена. Характерна для большинства цветковых растений — яблони, груши, земляники, томатов, злаков, орхидных и др. При эндомикоризе грибной чехол вокруг корня не образуется, корневые волоски не отмирают. Гифы гриба проникают в клетки коровой паренхимы.

Симбиоз корней с бактериями — бактериолизы (корневые клубеньки) — имеет важное практическое значение в снабжении растений азотом. Характерен для бобовых, березовых, лоховых, крушиновых, злаков и других семейств.

Микрофлора почвы разлагает органические вещества до более простых соединений, участвует в формировании структуры почвы. Характер этих процессов зависит от типа почвы, химического состава растительных остатков, физиологических свойств микроорганизмов и других факторов. В формировании структуры почвы принимают участие почвенные животные: кольчатые черви, личинки насекомых и др.

В результате совокупности биологических и химических процессов в почве образуется сложный комплекс органических веществ, который объединяют термином «гумус».

Богданова, Т.Л. Справочник по биологии/ Т.Л. Богданова [и д.р.]. – К.: Наукова думка, 1985.- 585 с.

Источник

ФОРМЫ СОЕДИНЕНИЙ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ И ИХ ДОСТУПНОСТЬ РАСТЕНИЯМ

Химический состав почвы — важный фактор почвенного плодородия, поскольку многие элементы питания растений не входят в состав минеральных удобрений. Хотя в растениях обнаружено более 70 химических элементов, роль большинства из них пока окончательно не установлена. В настоящее время к числу необходимых элементов питания растений относят 20 химических элементов (азот, фосфор, калий, углерод, сера, кальций, магний, натрий, железо, кислород, водород, хлор, медь, цинк, бор, молибден, йод, марганец, кобальт, ванадий). Еще 12 элементов считают условно необходимыми (кремний, алюминий, серебро, литий. никель, фтор, свинец, титан, стронций, кадмий, хром, селен). Каждый элемент выполняет определенные физиологические функции в растении. При недостатке или избытке какого-либо элемента растения хуже растут и развиваются. Однако при этом важное значение имеет не только валовое содержание элемента, но и форма его нахождения в почве.

Один и тот же элемент образует разные по растворимости и подвижности соединения, от которых зависят доступность их растениям, способность к миграции, реакция среды, участие в реакциях обмена, осаждения, комплексообразования, в окислительно-восстановительных процессах и т. п.

В почве химические элементы находятся в следующих формах:
в кристаллической решетке первичных и вторичных минералов, в составе аморфных гидроксидов, в органическом веществе и органо-минеральных производных, в обменном и необменном состоянии, в почвенном растворе и в почвенном воздухе. Разнообразие форм обусловлено процессами выветривания и почвообразования, сопровождающимися трансформацией первичных минералов и формированием системы гумусовых веществ. В результате этих процессов образуется большая группа соединений (органических, минеральных и органо-минеральных) вторичного происхождения.

Для растений и микроорганизмов наиболее доступны те элементы, которые находятся в почвенном растворе, в обменном состоянии и в составе легкоразлагаемого органического вещества. Водорастворимые вещества наиболее миграционноспособные. В меньшей степени в миграционные процессы вовлекаются коллоидные и илистые частицы.

Кислород. Образует много разнообразных соединений. Он входит в состав органического вещества, первичных и вторичных минералов, содержится в почвенном воздухе, органических и минеральных соединениях почвенного раствора. При дефиците свободного кислорода в почве создаются анаэробные условия.

Водород. Присутствует в почвах главным образом в составе воды, угольной кислоты и в органическом веществе, а также в кислых солях и гидроксильных ионах. Часть водорода находится в почвенном растворе и в обменном состоянии, обусловливая актуальную а потенциальную кислотность почвы.

Кремний. Валовое содержание оксида кремния (SiО2) в почвах варьирует в широких пределах от 30.40 % в ферраллитных почвах тропиков до 90. 98% в песчаных почвах Однако в среднем оно составляет 60…70%. Кварц — наиболее распространенное соединение кремния в почвах- кремний входит и в состав различных силикатов и алюмосиликатов. В результате процессов выветривания и почвообразования они разрушаются и кремний переходит в почвенный раствор в форме анионов орто- и метакремниевой кислот а затем осаждается в виде гелей — аморфных осадков. Постепенно теряя воду, аморфный гель кремнезема превращается в опал и халцедон или же кристаллический кварц вторичного происхождения.

Обычно в почвах обнаруживается незначительное количество водорастворимого кремнезема (до 10…50 мг/л). С увеличением рН среды растворимость кремнезема возрастает. Так, в щелочных содовых растворах ири ры, равном 10.11, его содержание достигает 100…200мг/л. Однако сульфаты, карбонаты и гидрокарбонат кальция и магния, присутствующие в почве, подавляют растворимость кремнезема и вызывают осаждение SiО2, если он находится в форме силиката натрия. В условиях влажных тропиков часть высвободившегося кремнезема вымывается из почв (процесс десиликации). В аридных зонах при поступлении кремнезема из щелочных грунтовых вод он образует в почве кремнеземистые сцементированные горизонты прослои и коры.

Алюминий. Валовое содержание в почвах АI2О3 обычно колеблется от 1. 2 до 15. 20%, достигая в латеритах 50% массы почвы. Наряду с кремнием и кислородом алюминий — важнейший компонент алюмосиликатов Поведение алюминия, освобождающегося при разрушении первичных и вторичных минералов, зависит от реакции среды.

В кислой среде — это катион А1 3+ , в щелочной — анион А1(ОН)4. При поступлении в почвенный раствор А1 3+ образуются комплексные ионы, гидролизованные в различной степени. Они имеют кислотные свойства, так как при взаимодействии с водой освобождаются ионы Н + .

Гидроксид алюминия выпадает в осадок в виде аморфного геля, который в дальнейшем приобретает кристаллическую структуру с образованием гиббсита и бёмита. Частично А1(ОН)3, может оставаться в почвенном растворе в виде золя. В кислой среде он взаимодействует с фульвокислотами и низкомолекулярными органическими веществами с образованием подвижных комплексных соединений, в форме которых мигрирует в почвенном профиле. Коллоидный гидроксид алюминия часто связывается с гелем кремнезема противоположного знака заряда, образуя смешанный гель — аллофан.

В обменной форме АI 3+ в значительных количествах присутствует в кислых почвах, где он вместе с Н + насыщает часть поглощающего комплекса. Обменный алюминий уравновешивает алюминий почвенного раствора. В кислых почвах обменный алюминий часто переходит в необменную форму, закрепляясь в межпакетных пространствах разбухающих минералов, особенно вермикулитов.
Обменный и водорастворимый алюминий ухудшают минеральное питание растений, переводи фосфор в труднорастворимые соединения и препятствуя поглощению двухвалентных катионов. Кроме того, алюминий токсичен для многих культур. Под его влиянием ухудшается развитие корневой системы, нарушается углеводный и азотный обмен в растении.

Железо. Относится к элементам, выполняющим важнейшие функции в растениях. Без него в зеленых частях растений не образуется хлорофилл, гак как железо — необходимая составная часть системы ферментов, участвующих в синтезе хлорофилла. Железо регулирует процессы окисления и восстановления сложных органических соединений в растениях. Его недостаток вызывает хлороз и распад ростовых веществ (ауксинов), синтезируемых растениями.

Читайте также:  Этапы эволюции растений в истории земли таблица

По соединениям железа, находящимся в почвах, можно судить о многих свойствах почв, а также о элементарных почвенных процессах и генезисе дочв. Цвет почвы зависит от степени гидратации соединений железа. Так, красный цвет в основном связан с присутствием сильноокристаллизованных оксидов железа, желтый — с преобладанием слабоокристаллизованных гидроксидов, соединения железа (II) придают почве сизую, серо-голубоватую или зеленовато-оливковую окраску. Повышенное содержание аморфных форм соединений железа показатель палео- или современного гидроморфизма. По распределению железа в почвенном профиле можно судить о процессах лессиважа, иллювиирования, панцере- и латеритообразовании. В гидратированном состоянии и в контакте с глиногумусовым комплексом соединения железа способствуют образованию пористых, водопрочных агрегатов. Железо важный компонент окислительно-восстановительной системы почвы, участвует в образовании разнообразных конкреций.

Общее содержание в почве Fе23 колеблется в широких пределам от 0,5. 1,0 % в песчаных почвах до 20…80% в ферр1ылктных почвах и латеритах тропиков.
Формы соединений железа в почве разнообразны. Оно находится в составе различных первичных и вторичных минералов, в виде аморфных гидроксидов простых солей, в обменном состоянии, участвует в образовании комплексов. Одна из важнейших особенностей железа способность менять валентность, поэтому его присутствие в почвах в виде Fе2 2+ или Fе2 З+ сильно зависит от окислительно-восстановительного режима.

В результате разрушения минералов при выветрiiваi1ии и почвообразовании выевобождается гидроксид железа Fе(ОН)3. Это малоподвижное и аморфное соединение образуется практически во всех почвах, если только в раствор поступает свободное железо.

Водорастворимое (нонное) железо изучено недостаточно. Ионы железа (III) присутствуют только в сильнокислой среде (при рН, равном З и ниже) и при высоких (близких к 800 мВ) значениях окислительно-восстановительного потенциала (ОВП). Такие сочетание в почвах встречаются редко. При более высоких значениях рН железо осаждается в форме гидроксида Fе(ОН)3, а при подщелачивании среды образуются анионы Fе(ОН). Железо (II) в значительных количествах присутствует только в переувлажненных и затопленных почвах. Восстановление железа начинается при ОВП ниже 300. 400 мВ, причем чем выше рН, тем больше должно быть снижение ОВП, при этом образуются такие соединения, как FеСО3, Fе (НСО3)2, FеSО4, Fе3(РО4)2 ×8Н20, ЕеS, а в щелочной среде — ферроферригидроксид Ее3(ОН)8. Водорастворимое железо поглощается почвенными коллоидами и переходит в обменное состояние в виде Fе 2+ . В гидроморфных гумусированных и биологически активных почвах содержится до 18 мг-экв/100 г обменного Fе 2+ .

Железо активно с органическими веществами и фульвокислотами с образованием прочных комплексных железоорганических соединений, способных к миграции в почвенном профиле. Органические вещества не только вступают во взаимодействие с ионным железом, оксидами и гидроксидами железа, но и способны извлекать его из кристаллической решетки первичных минералов и глинистых вторичных минералов.

Кальций. Этот элемент имеет огромное значение не только в питании растений, но и в почвообразовании. Кальций содержится во всех растительных клетках. При его недостатке прежде всего замедляется развитие корневой системы растений, корни ослизняются и быстро загнивают, а при кальциевом голодании отмирает верхушечная почка и прекращается рост стебли. Кальций влияет на прочность надземных частей растений и качество продукции растениеводства.
Соединения кальция создают благоприятные условия для трансформации органических остатков, гумусообразования, участвуют в образовании глинистых минералов, влияют на природу глиногумусовых комплексов, играют важную роль в биологических процессах. Кальций — эффективный коагулятор почвенных коллоидов, он также способствует формированию агрономически ценной структуры почвы.

Содержание кальция в бескарбонатных почвах составляет 1. 3%. Он входит в состав кристаллической решетки многих минералов. Может находиться как в обменно-поглощенном состоянии, так и в форме простых солей (хлоридов, нитратов, карбонатов, сульфатов и фосфатов). В процессе почвообразования в аридных регионах много кальция накапливается в форме вторичного кальцита (СаСО3) и гипса (СаSО420). Гидрогенным путем могут образовываться известковые или гипсовые коры.

Карбонат кальция присутствует в почвах в двух формах: активной и неактивной. Неактивные карбонаты представлены крупнозернистым или обломочным кальцитом и сосредоточены в крупных фракциях (размером более 1 мкм). Они малорастворимы в воде, насыщенной СО2, проявляют невысокую химическую активность, не влияют на поглощающий комплекс и представляют собой резерв кальция, способного переходить в активную форму.
Активные карбонаты сосредоточены во фракциях размером менее 1 мкм. Взаимодействуя с почвенным раствором, насыщенным СО2, они переходят в гидрокарбонаты и насыщают кальцием поглощающий комплекс.

Свободный углекислый кальций обусловливает слабощелочную реакцию почвенного раствора. В бескарбонатных почвах кальций, насыщая поглощающий комплекс, придает им нейтральную реакцию среды. В почвах с промывным типом водного режима при низком содержании обменного кальция реакция среды кислая.
Обычно растения не испытывают недостатка в кальции. Однако на растениях, произрастающих на кислых и сильнокислых почвах, особенно легкого гранулометрического состава, будет сказываться недостаток кальция.
Магний. Входит в состав многих органических веществ, образующихся в растениях важнейшее из которых хлорофилл, придающий листьям зеленый цвет и поглощающий энергию солнечных лучей. Магний положительно влияет на потребление растениями, особенно цитрусовыми, питательных веществ, насыщая вместе с кальцием почвенный поглощающий комплекс, магний способствует созданию нейтральной реакции среды. Вместе с тем при повышенном содержании обменного магния почвы характеризуются латоприятнь1ми агрофизическими свойствами. В таких почвах образуются подвижные гуматы и фульваты магния, что снижает почвенное плодородие.

Валовое содержание магния в почвах близко к содержанию кальция. Как и кальций, он находится в кристаллической решетке первичных и вторичных минералов, в обменном состоянии и в форме различных солей — карбонатов, сульфатов и хлоридов. В аридных регионах при засолении почв соли магния накапливаются в избыточных количествах и оказывают угнетающее действие на растения. В почвах с реакцией среды, близкой к нейтральной, магний занимает второе место после кальция среди обменных катионов. Дефицит магния испытывают растения, произрастающие на почвах легкого гранулометрического состава.

Калий. Этот элемент наравне е азотом, фосфором и серой интенсивно поглощают растения, особенно такие, как картофель, корнеплоды, травы, табак, овощные культуры. Валовое содержание калия в почвах относительно высокое (до 2.3 %). Основная часть его входит в кристаллическую решетку первичных и вторичных минералов и доступна для растений. Однако из некоторых минералов (биотита мусковита) растения сравнительно легко извлекают этот элемент.
Калий, представленный простыми солями почвенного раствора, легко доступен растениям но главная роль в питании растений принадлежит обменному калию, адсорбированному на поверхности почвенных коллоидов. Обменный калий, подобно иону способен переходить в необменную форму. Такое явление известно как ретроградация. Между обменной и необменной формами калия существует определенное равновесие. При потреблении обменного калия его запасы пополняются за счет необменного. Переход из одной формы в другую возможен при определенных условиях. Так, переход калия в необменное состояние происходит при повышении рН и избытке ионов Са 2+ в растворе, иссушении почвы и сокращении межпакетньх расстояний минералов с разбухающей решеткой. Обратному процессу способствуют биологическое поглощение обменного калия и гидратация минералов.

Натрий. Валовое содержание натрия в почве составляет 1.3%. Он сосредоточен главным образом в кристаллической решетке первичных минералов. преимущественно натрий содержащих полевых iппатов, присутствует в обменном состоянии и в почвенном растворе в составе водорастворимых солей Nа2СО3, NаНСО3, Nа24, NаСI и NaNО3. При достаточном увлажнении соли натрия легко выносятся из почвенного профиля благодаря высокой растворимости и подвижности, а в аридных регионах вместе с другими солями аккумулируются в почвах, вызывая их засоление. Это отрицательно сказывается па развитии растений, для которых особенно токсична соль Nа2СО3. Почвенное плодородие снижается и при высоком содержании обменного натрия. Когда его доля в составе обменных катионов превышает 10% емкости обмена, существенно ухудшаются агрономические свойства почв, что вынуждает проводить их мелиорацию.

Углерод. В почвах находится в составе органического вещества и в составе солей — карбонатов и гидрокарбонатов. Содержание органического углерода колеблется от долей процента в песчаных почвах, бедных органическим веществом, до 6. 7% и более в черноземах и некоторых дерновых почвах, а в торфяных почвах и торфянистых горизонтах достигает десятков процентов. Содержание углерода минеральных соединений также изменяется в широких пределах: от долей процента в почвах с промывным водным режимом до десятков процентов в аридных регионах, где он аккумулируется в почвах в составе карбонатов. Значительное количество углерода находится в углекислом газе почвенного воздуха.

Азот. Это важнейший элемент питания растений. Он почти целиком сосредоточен в органическом веществе почвы и клетках живых организмов. Азот составляет, как правило, 1/10. 1/20 часть от содержания органического углерода. Накопление азота в почве обусловлено биологической фиксацией его из атмосферы. В почвообразующих породах этого элемента очень мало.

Азот доступен растениям главным образом в виде аммония, нитратов и нитритов, хотя последняя форма в почвах практически не содержится. Аммонийный и нитратный азот — основные формы азотистых соединений, которые усваивают растения. Аммонийный азот находится в почве в свободном состоянии н почвенном растворе, из него аммоний поглощается отрицательно заряженными почвенными коллоидами и переходит в обменную форму. Часть обменно поглощённого аммония фиксируется в межпакетных пространствах разбухающих минералов и теряет способность к обмену, трансформируясь в необменную форму.

Ион NО3 в большинстве почв находится преимущественно в почвенном растворе и легко поглощается растениями. В то же время он легко вымывается за пределы почвенного профиля атмосферными осадками. В почвах е высоким содержанием положительно заряженных коллоидов железа и алюминия, таких как ферраллитные почвы может присутствовать в обменно-поглощенном состоянии.

Читайте также:  Инсектоакарицидные препараты для растений системного действия

Фосфор. Валовое содержание фосфора в почвах невысокое -0,1…0,2%. Однако его активно поглощают растения, поскольку он входит в состав многих органических соединений, без которых невозможно функционирование живых организмов. В почвах фосфор представлен органическими и минеральными соединениями. органическое вещество почвы — резерв подвижного фосфора, поскольку оно содержит до 60. 80%всех запасов фосфора. Органические соединения фосфора представлены фосфолипидами, фосфопротеинами, сахарофосфатами. Значительная часть фосфора входит а состав гумусовых веществ. Так, в гуминовых кислотах содержится до 50.80 %всего органического фосфора почвы. Растительные остатки также богаты этим элементом. Фосфор органических соединений переходит в доступную форму после минерализации их микрофлорой.

Среди минеральных соединений фосфора важнейшую роль играют соли ортофосфорной кислоты Н3РО4.

Фосфат-нон в обменном состоянии удерживается на поверхности глинистых минералов обменными двух- и трехвалентными катионами или катионами кристаллических решеток. Таким путем из почвы поглощается до 1%фосфора. У аморфных гидроксидов способность к поглощению фосфора выше, чем у глинистых минералов: для Fе(ОН)з она составляет 4%,для А1(ОН)3 — около 25%. Важную роль в удержании фоcфора играют гидраты железа, входящие в органо-минеральные комплексы. Свободный алюминий удерживает фосфор в менее растворимой форме, чем обменный или АР кристаллических решеток. Окристаллизованные гидроксиды (гиббсит и гётит) фосфор практически не поглощают. В почвах, содержащих карбонаты в активной форме, фосфор сохраняется в обменной форме при не слишком высоких значениях рН и достаточном содержании гумуса.
Ф. Дюшофур считает, что между фосфором почвенного раствора и фосфором, поглощенным коллоидами, существует постоянный обмен, приводящий к равновесному состоянию между обменным и растворимым фосфором. Вследствие этого всякие изменения в концентрации фосфора немедленно компенсируются путем обмена Однако часть почвенного фосфора (нерастворимые фосфаты) не участвует в этом кинетическом обмене.

Фосфор теряет растворимость и способность к обмену в результате осаждения и включения в кристаллические образования. Осаждение происходит при наличии растворимого и обменного фосфора в очень кислой (и восстановленной) среде, содержащей растворимые ионы А13 или Fе2 . В результате осаждения образуются нерастворимые фосфаты железа или алюминия с соотношением фосфор-металл порядка 1 : 2,тогда как для фосфора адсорбированного поверхностью коллоидальных гидроксидов оно равно 1:100 или 1:500.
Впочвах происходит медленная и постепенная потеря фосфором растворимости что возможно в результате следующих процессов:

• проникновения фосфат-нонов в межплоскостные пространства глинистых минералов во время приобретения гелями слоистой структуры или раздвиганния слоев у некоторых разбухающих минералов;

• образования железистых конкреций и поглощения ими фосфат-ионов а также Включения фосфат-ионов В минералы типа гётита или гиббсита в процессе кристаллизации соответствующих гидроксидов;

• фиксации фосфатов в карбонатной среде, когда рН поднимается выше 8и фосфаты переходят в менее растворимое и более состояние.

Доступность фосфора растениям у почв разных типов неодинакова. Сравнительно легко переходит в раствор фосфор, удерживаемый глинистыми минералами глиногумусового комплекса Вкислых почвах доступность фосфора растениям резко падает Вследствие связывания его свободным алюминием и включения в железистые конкреции. При высоком содержании карбонатов доступность фосфора растениям также низкая.

Известкование кислых почв, свежее органическое вещество, служащее источником подвижных гумусовых веществ, способствуют растворению фиксированного фосфора и повышают его доступность растениям. Выращивание бобовых трав способствует мобилизации почвенных фосфатов, поскольку они энергично экстрагируют фосфор, даже малорастворимый. Разлагающиеся остатки бобовых трав в дальнейшем будут служить источником растворимого фосфора для других культур.

Сера. Это важный элемент питания растений, она необходима для синтеза аминокислот и ферментов. Ее содержание в верхних горизонтах незасоленных почв колеблется в широких пределах — от 0,01 до 0,2.0,4%, в засоленных достигает нескольких десятков процентов. Повышенное содержание серы в почвах наблюдается при загрязнении их промышленными отходами, в местах
выпадения с осадками газообразных выбросов соединений серы. Сера входит в состав разнообразных органических л минеральных соединений. В верхних гумусовых горизонтах почв на долю органических соединений приходится 70. 80% всех запасов серы. доля минеральных соединений увеличивается по мере снижения содержания гумуса и накопления легкорастворимых солей и гипса. Сульфаты шелочных и щелочно-земельных элементов — наиболее распространенная форма минеральных соединений серы в почвах. Ванаэробных условиях при недостатке кислорода сульфатредуцирующие бактерии восстанавливают сульфаты до сульфидов.

Марганец. Среднее содержание марганца в почвах колеблется от 0,01. 0,02 до 0,15. 0,20%. Сбиологической точки зрения марганец микроэлемент, имеющий большое значение в физиологии растений. Часто растения страдают от его недостатка, но в повышенных количествах он токсичен. Впочвах марганец встречается в различных формах: труднорастворимые оксиды, легко- и труднорастворимые марганцовые соли, в обменном состоянии, в составе силикатов, а также в виде комплексных соединений с органическими веществами.
Клегкорастворимым солям относятся Мп5О4, Мп(НО3)2, МпСI2,присутствующие в незначительных количествах в почвенном растворе. из которых марганец переходит в обменную форму. Соединения двухвалентного марганца, включая легкорастворимые соли и обменный Мп 2 , присутствуют преимущественно в кислых почвах. Впереувлажненных почвах при интенсивном развитии восстановительных процессов могут накапливать труднорастворимые судьфиды марганца МпS2 и МпS. При увеличении рН почвенного раствора до 8,5 и выше марганец осаждается в виде Мп(OH)2, который впоследствии окисляется до Мп(ОН)4 или Мп34. Вкарбонатньгх почвах аридных регионов образуется труднорастворимая соль МпСО2. Марганец часто входит в состав конкреций, различных по химическому составу. Конкреции глеевых почв содержат до 8. 10%, а некоторых тропических почв — до 20 % марганца.

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ ПОЧВ

Многие элементы находятся в почвах и биологических объектах в тысячных-стотысячных долях процента и составляют особую группу микроэлементов. Кроме марганца к ним относятся бор, молибден. медь. цинк, кобальт, йод, ванадий др. Микроэлементы выполняют в растениях важнейшие функции. Они принимают участие в углеводном и азотном обменах, окислительно-восстановительных процессах, входят в активные центры различных ферментов и витаминов. Под влиянием микроэлементов в листьях увеличивается содержание хлорофилла, улучшается фотосинтез, повышается устойчивость растений к болезням и неблагоприятным условиям внешней среды.

При достаточном количестве основных питательных веществ (N, Р, К, Са, S и др.) дефицит микроэлементов в почве приводит к существенному снижению урожайности сельскохозяйственных культур и ухудшению качества продукции. Существует тесная взаимосвязь между содержанием микроэлементов в почве, с одной стороны, урожайностью растений, продуктивностью животных и здоровьем человека с другой. При изучении этих взаимосвязей А. П. Виноградов разработал учение о биогеохимических провинциях.

Биогеохимическая провинция — территория значительных размеров, отличающаяся от соседних территорий концентрацией в среде (почвах, водах, воздухе) одного иди нескольких микроэлементов. Например, в Читинской и Амурской областях выделяются провинции, обогащенные стронцием, в Центральной Якутии стронцием и бором, в Тыве — селеном и молибденом, в Дагестане отмечается дефицит меди и избыток молибдена, торфяные почвы таежно-лесной зоны обеднены медью и кобальтом.

В пределах биогеохимических провинций вследствие избытка или недостатка микроэлементов наблюдаются массовые нарушения обмена веществ у растений, животных и человека, сопровождающиеся специфическими заболеваниями. Эти заболевания известны как биогеохимические эпидемии. Так, при недостатке йода у животных и человека развивается эндемия зоба. С недостатком меди связаны суховершинность плодовых деревьев, полегание я невызревание злаков, атаксия овец и крупного рогатого скота. Избыток меди приводит к заболеванию скота анемией, к перерождению печени. При избытке стронция нарушается формироваiiие костной ткани, а при избытке селена наблюдается деформация копыт у животных, хлороз листьев и некроз тканей у некоторых растений.

Главный источник микроэлементов в почвах — почвообразующие породы. Набор и содержание в них микроэлементов, определяющие характерные особенности микроэлементного состава почв, заметно варьируют.

Основные почвообразующие породы таежно-лесной, лесостепной и степной зон — моренные отложения, лёссы и лёссовидные суглинки, покровные суглинки. Они содержат примерно одинаковое количество Мп, Со, Сп, Мо, 1. Морские отложения обогащены Мп, Сц, В, 1, пески и супеси существенно обеднены многими микроэлементами.

Заметное обогащение почв отдельным и микроэлементами наблюдается вблизи рудных месторождений (молибденовых, медных, никелевых и др.) и в зонах деятельности вулканов, а также в результате технического загрязнения территории —
На содержание микроэлементов в почвах и их распределение по генетическим горизонтам сильно влияет характер почвообразования. При гумусово-аккумулятивном процессе они, как правило накапливаются в верхней части профиля почв. Интенсивное развитие элювиальных процессов (оподзоливание, лессиваж и др.) сопровождается обеднением почв или отдельных горизонтов многими микроэлементами.

В почвах микроэлементы находятся в различных формах. Преимущественно они входят в состав кристаллических решеток первичных (авгит, биотит, полевые шпаты, роговая обманка и др.) и вторичных (монтмориллонит, вермикулит, хлорит) минералов. Также они могут находиться в почвенном растворе, в ионообменном состоянии, в составе органического вещества, труднорастворимых солей и осадков.

На поведение микроэлементов и формы их соединений большое влияние оказывают окислительно-восстановительные условия, реакция среды, концентрация в почвенном растворе СО2 и содержание органического вещества. Так, поведение микроэлементов с переменной валентностью связано с окислительно-восстановительным режимом почв. Марганец при окислении переходит в нерастворимое состояние, а хром и ванадий, наоборот, приобретают подвижность. В кислой среде возрастает растворимость соединений Мп, Сu, Со, Zn, благодаря чему они могут находиться как в обменном состоянии, так и в миграционноспособных формах. В шелочной среде эти элементы переходят в гидроксиды, из-за чего снижается их подвижность и доступность растениям. Молибден, наоборот, малоподвижен в кислой среде и приобретает подвижность при повышении рН. Бор, фтор и йод подвижны в кислой и щелочной средах.

При повышении концентрации СО2 в почвенном растворе увеличивается подвижность Мп, Ni, Ва в результате перехода карбонатов этих элементов в гидрокарбонаты. Гумусовые вещества и органические соединения неспецифической природы образуют со многими микроэлементами комплексные соединении различной подвижности, что влияет на перераспределение микроэлементов в почвенном профиле.

Источник