Почвенные ресурсы - Ярослав Кулико

Отличительная черта монтмориллонитовых минералов – высокая поглотительная способность в отношении обменных катионов и в отношении загрязняющих веществ. Средние величины катионного обмена – 80-120 м-экв. на 100 г. С гуминомыми кислотами монтмориллонит образует прочные темно-окрашенные (серые и черные) комплексы.

Вермикулиты по химическому составу близки к магниевым алюмосиликатам. Вермикулит – (Mg, Fe+2, Fe+3)3 (ОН)2 [(Al, Si)4O10] nН2O, нонтронит – Fe2(OH)2 [Si4O10] x nН2O. По структуре они сходны с монтмориллонитом и гидрослюдами. Цвет минерала бурый, желтовато-бурый, золотисто-желтый; иногда наблюдаются зеленоватые оттенки. Вермикулиты обладают высокой способностью к набуханию. Емкость поглощения катионов около 100 м-экв. на 100 г.

Группа каолинита – каолинит, диккит, накрит – имеет следующее строение: Al2(OH)4[Si2O5]. Наиболее распространенным является каолинит. Кристаллическая структура этих минералов состоит из двухслойных пакетов. Отдельные чешуйки каолинита бесцветны, а сплошные массы белые. Каолинит не набухает, так как доступ воды в межпакетное пространство затруднен из-за сильной связи между пакетами. Расстояние между пакетами не изменяется. Каолинит не содержит щелочных и мало содержит щелочноземельных оснований. Дисперсность его высокая, он свободно мигрирует в суспензиях. Емкость поглощения – 10–20 м-экв. на 100 г. Каолинит набухает слабо, имеет небольшую липкость, связность и гидрофильность.

Галлуазит встречается в виде гелеподобных полуматовых масс. Цвет галлуазита белый, часто с желтоватым, красноватым и голубоватым оттенками. По свойствам близок к каолиниту, но более гидратирован и имеет расширяющуюся кристаллическую решетку. Емкость поглощения – 25–30 м-экв. на 100 г.

К группе гидрослюд (иллитов) относятся гидратированные формы слоистых минералов с морфологически чешуйчатым строением: гидробиотит – (К, H30)(Mg, Fe)3 (ОН)2 [(Al, Si)4O10] nН2O; гидромусковит – (К, Н3О) Al2 (ОН)2 [(Al, Si)4O10] • nН2O; глауконит – K(Fe+3, Al, Fe+2, Mg)2 (ОН)2 [Al, Si3O10] • nН2O.

Гидробиотит и гидромусковит золотисто-желтого, серебряного и белого цвета. Глауконит имеет зеленый цвет различных оттенков. Структура гидрослюд подобна монтмориллониту. Они относятся к трехслойным минералам с многочисленными изоморфными замещениями. В отличие от монтмориллонита связь между пакетами прочная, и вода в них не проникает. Гидрослюды – важный источник калия для растений. Обменный калий находится на краях кристаллической решетки. Гидрослюды не набухают. Емкость поглощения – 40 м-экв. на 100 г. Гидрофильность, липкость, связность, набухание значительно меньше, чем у монтмориллонита.

К группе хлоритов относится большое количество минералов, которые по целому ряду свойств близки к слюдам. Кристаллическая решетка хлоритов состоит из четырех слоев. В связи с тем что хлориты представлены слоями различных минералов, их можно отнести к смешанослойным минералам с правильным чередованием слоев. Решетка хлоритов не набухающая, стабильная. Хлориты имеют зеленый цвет различных оттенков.

Минералы гидроокисей и окисей кремния, алюминия, железа, марганца образуются в аморфной форме при выветривании первичных минералов в виде гидратированных высокомолекулярных гелей и постепенно подвергаются дегидратации и кристаллизации с образованием окисей и гидроокисей кристаллической структуры. Кристаллизации способствуют высокая температура, замерзание, высушивание, окислительные условия почвы.

Гидроокись кремния (SiO2 nН2O) по мере старения переходит в твердый гель – опал (SiO2 • nН2O) с содержанием воды от 2 до 30 %, затем, теряя воду, – в кристаллические формы халцедона и кварца SiO2. Гидроокись марганца кристаллизуется в виде минерала пиролюзита MnO2, псиломелана mMnO х MnO2 • nН2O.

Гидраты полутораокисей (Al2O3 nН2O, Fe2O3 • nН2O), кристаллизуясь, образуют вторичные минералы: бемит Al2O3 х Н2O; гидроргилит (гиббсит) Al2O3 • nН2O или Al(ОН)3; гематит Fe203; гетит Fe2O3 • Н2O; гидрогетит Fe2O3 • nН2O. Эти минералы встречаются в небольших количествах во многих почвах. Гетита и гиббсита много в ферраллитных почвах. Эти минералы могут обволакивать пленками агрегатные скопления глинистых минералов, а также встречаться в виде конкреций. Поглотительной способностью, липкостью, набуханием практически не обладают.

Встречаются в почвах цеолиты. Эта группа своеобразных минералов щелочных и щелочноземельных алюмосиликатов. Цеолиты образуются в условиях различной реакции среды: в пресноводных и соленых озерах, лагунах. При подъеме дна водоема на поверхность цеолиты остаются в почве как унаследованные от породы.

Каркасная решетка цеолитов характеризуется большим количеством пор, полостей и каналов, что определяет их высокую поглотительную способность. Часто цеолиты используются в тепличных хозяйствах.

Минералы простых солей образуются при выветривании первичных минералов, а также в результате почвообразовательного процесса. К таким солям относятся: кальцит СаCO3; магнезит MgCO3; доломит [Са, Mg](CO3)2; сода Na2CO3 х nН2O; гипс CaSO4 2Н2O; мирабилит Na2SO4 • nН2O; галит NaCl; фосфаты; нитраты и др. Эти минералы способны накапливаться в почвах в больших количествах в условиях сухого климата. Качественный и количественный состав их определяет степень и характер засоления почв.

Глава 3

Органическое вещество почв

Органическое вещество почв представлено органическими остатками живых организмов, продуктами их метаболизма, а также специфическими органическими соединениями, носящими название почвенного гумуса. По современным представлениям все органические вещества, находящиеся в почвенной массе генетических горизонтов, делятся на две группы.

Неспецифические органические вещества – вещества непочвенного происхождения, которые имеют фито-, зоо-, микробо-ценотическую природу и поступают в процесс почвообразования как отмирающая биомасса (органические остатки) и как продукты жизнедеятельности живых организмов. Почвенный гумус, или специфические органические вещества почвенно-генетической природы, присущ только почвам. В вещественном составе почв органическим соединениям принадлежит особая роль, поскольку гумусообразование и гумусонакопление связаны только с почвообразовательным процессом и не наследуются, как правило, от материнской почвообразующей породы, хотя, безусловно, она влияет на состав и свойства гумуса.

3.1. Неспецифические органические соединения почв

Из массы органических веществ биологического происхождения в почвоведении широко представлены углеводы (целлюлоза, моносахариды, дисахариды, гемицеллюлоза, пектиновые вещества), лигнин, белки, жиры, липиды, дубильные вещества, воски, смолы и др. Особую роль играют ферменты и фенолы.

Углеводные компоненты, поступающие в почву с растительными и животными остатками, довольно быстро подвергаются различным превращениям: ферментативному гидролизу, окислению, конденсации.

Специфические функции углеводов в почве:

• формирование почвенной структуры за счет образования водопрочных агрегатов и усиления их стабильности, определяемых высокой клеящей способностью микробных слизей, обусловленных различными углеводами;

• образование органо-минеральных золей с полуторными окислами и глинистыми частицами; ускорение выветривания минералов за счет образования хелатных соединений;

• участие в ионообменных процессах, т. е. значительное влияние на поглотительную способность почвы;

• влияние на питание растений как путем непосредственного поглощения (моносахариды), так и косвенным, через образование различных соединений (полисахариды);

• трансформация гумусовых веществ микроорганизмами ускоряется в присутствии углеводов как источника энергии и углерода.

Хотя вопросы о распространении углеводов в почвах, влиянии типа почвы на их содержание и распределение пока изучены недостаточно, можно сделать вывод о существенной роли углеводов в почвообразовании.

Гемицеллюлоза сопутствует целлюлозе и составляет 15–30 % от растительной массы.

Лигнин отличается высоким содержанием углерода, наличием бензольных колец с гидроксильными (ОН) и метоксильными (ОСН3) группами, которые входят затем как структурные компоненты гумусовых веществ. В растительных остатках содержание лигнина может достигать 35 %.