ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.09.2020
Просмотров: 8708
Скачиваний: 18
Сложность
состава
почв
,
большой
набор
химических
соединений
обусловли
-
вают
возможность
одновременного
протекания
различных
химических
реакций
и
способность
твердых
фаз
почв
поддерживать
сравнительно
постоянным
состав
почвенного
раствора
,
откуда
растения
непосредственно
черпают
химические
эле
-
менты
.
Эту
способность
поддерживать
постоянным
состав
почвенного
раствора
называют
буферностью
почв
.
В
природной
обстановке
буферность
почв
выража
-
ется
в
том
,
что
при
потреблении
какого
-
либо
элемента
из
почвенного
раствора
происходит
частичное
растворение
твердых
фаз
и
концентрация
раствора
восста
-
навливается
.
Если
в
почвенный
раствор
извне
попадают
излишние
количества
ка
-
ких
-
либо
соединений
,
то
твердые
фазы
почв
связывают
такие
вещества
,
вновь
поддерживая
постоянство
состава
почвенного
раствора
.
Это
иллюстрируют
воз
-
можные
переходы
ионов
K+
и
трансформация
калийсодержащих
веществ
в
почве
,
показанные
на
рис
. 3.
Итак
,
действует
общее
правило
:
буферность
почв
обуслов
-
лена
большим
набором
одновременно
протекающих
химических
реакций
между
почвенным
раствором
и
твердыми
частями
почвы
(
рис
. 4).
Химическое
разнооб
-
разие
делает
почву
устойчивой
в
изменяющихся
условиях
природной
среды
или
при
антропогенной
деятельности
.
15.5.
Химические
реакции
и
процессы
в
почвах
В
почвах
может
происходить
более
30
различных
химических
реакций
и
про
-
цессов
.
Часть
их
них
имеет
общий
характер
для
всех
почв
,
часть
присуща
только
отдельным
почвенным
типам
.
Общие
для
большинства
почв
реакции
следующие
:
осаждение
-
растворение
,
катионный
обмен
,
комплексообразование
,
синтез
и
ми
-
нерализация
органических
соединений
,
образование
гуминовых
веществ
.
Почвам
северных
влажных
регионов
свойственны
накопление
кислых
продуктов
,
разви
-
тие
восстановительных
процессов
(
глееобразование
);
в
сухих
южных
районах
не
-
редко
происходит
накопление
солей
,
а
реакция
почв
зависит
от
карбонатов
каль
-
ция
и
регулируется
карбонатно
-
кальциевым
равновесием
.
Ниже
рассмотрены
наиболее
важные
для
почв
реакции
.
Катионный
обмен
.
Эту
реакцию
в
1850 - 1852
гг
.
открыли
английские
уче
-
ные
-
фермер
Томпсон
и
химик
Уэй
.
В
1922 - 1925
гг
.
на
этой
основе
советский
почвовед
академик
К
.
К
.
Гедройц
создал
стройное
учение
о
поглотительной
спо
-
собности
почв
,
получившее
признание
во
всем
мире
[5].
После
открытия
анион
-
ного
обмена
была
создана
общая
теория
ионного
обмена
,
налажено
промышлен
-
ное
производство
ионитов
(
ионообменных
сорбентов
),
разработаны
методы
ионо
-
обменной
хроматографии
.
Для
почв
наиболее
характерны
реакции
катионного
обмена
между
твердой
частью
почвы
,
которая
поглощает
катионы
,
и
почвенным
раствором
,
который
можно
рассматривать
как
раствор
электролита
.
Если
твердую
часть
почвы
обозначить
символом
П
,
как
это
принято
в
почвенной
литературе
,
то
при
добавлении
к
почве
раствора
KCl
произойдет
реакция
П
Ca, Mg + 4KCl = PK
4
+ CaCl
2
+ MgCl
2
.
Это
означает
,
что
почва
содержала
в
обменной
форме
и
Ca
2+
,
и
Mg
2+
,
которые
были
вытеснены
в
раствор
,
а
ионы
K+
были
поглощены
почвой
.
Каких
-
либо
дру
-
гих
изменений
при
этом
в
почве
не
происходит
.
В
дерново
-
подзолистых
почвах
таежных
лесов
в
обменной
форме
присутст
-
вуют
ионы
Ca2 +, Mg2 +, K+, H+, Al3 +.
В
черноземах
,
каштановых
почвах
степей
преобладают
Ca2 +, Mg2 +, K+.
В
солонцах
и
некоторых
солончаках
,
кроме
того
,
обычно
есть
Na+.
Общее
количество
обменных
катионов
в
почве
,
согласно
Международной
системе
единиц
СИ
,
измеряют
в
смол
(+) "
кг
- 1 (
сантимоли
положительных
заря
-
дов
в
1
кг
почвы
)
и
называют
емкостью
катионного
обмена
(
сокращенно
ЕКО
).
Абсолютные
величины
ЕКО
колеблются
от
единиц
до
нескольких
десятков
смол
(+) "
кг
- 1.
Эти
реакции
очень
важны
,
поскольку
от
состава
обменных
катионов
и
их
количества
зависят
почвенное
плодородие
,
многие
физические
и
химические
свойства
почв
и
способность
противостоять
химическому
загрязнению
почв
.
Кислотность
почв
.
Обменные
катионы
участвуют
также
в
формировании
потенциальной
кислотности
почв
.
Такая
кислотность
встречается
в
кислых
дерно
-
во
-
подзолистых
,
серых
лесных
,
красноземных
почвах
.
Проявляется
она
только
при
воздействии
на
почву
солевого
раствора
,
так
же
как
и
при
обычной
реакции
катионного
обмена
.
Отличие
состоит
в
том
,
что
потенциальная
кислотность
обу
-
словлена
только
катионами
H+
и
Al3 +:
PH+ + KCl PK+ + HCl
или
PAl3 + + 3KCl P + AlCl3
P + Al(OH)3 + 3HCl.
И
в
том
и
в
другом
случае
в
растворе
появляется
некоторое
количество
HCl,
что
и
создает
кислую
реакцию
среды
.
Устраняют
потенциальную
кислотность
довольно
простыми
приемами
.
Обычно
к
почве
добавляют
карбонат
кальция
(
известь
),
который
нейтрализует
различные
формы
кислотности
:
P + CaCO3 PCa2 + + H2CO3
PCa2 + + CO2 + H2O.
Природная
кислотность
почв
может
быть
вызвана
органическими
кислотами
,
попадающими
в
почву
с
растительными
остатками
или
корневыми
выделениями
,
диоксидом
углерода
в
почвенном
воздухе
и
поступлением
азотной
и
серной
ки
-
слот
с
кислыми
дождями
.
Анализ
химических
равновесий
показал
,
что
роль
CO2
в
этом
процессе
более
значительна
,
чем
это
представлялось
раньше
[3].
Растворение
CO2
приводит
к
образованию
угольной
кислоты
H2CO3 .
Сама
по
себе
это
до
-
вольно
слабая
кислота
,
но
в
почвенном
воздухе
доля
CO2
много
выше
,
чем
в
ат
-
мосферном
;
в
последнем
доля
CO2
составляет
около
0,03%,
а
в
почвенном
возду
-
хе
достигает
целых
процентов
.
Поэтому
в
некарбонатных
почвах
только
за
счет
CO2
величина
pH
может
опускаться
до
4,5
и
даже
ниже
.
Щелочность
почв
.
Щелочными
считают
почвы
,
водная
суспензия
которых
имеет
рН
7,5 - 8,0
или
выше
.
Эти
почвы
формируются
в
степных
и
сухостепных
природных
зонах
;
к
ним
относятся
солонцы
,
некоторые
солончаки
.
Щелочность
вызывается
различными
солями
:
карбонатами
,
фосфатами
,
боратами
,
гуматами
,
силикатами
.
Но
главную
роль
играют
Na2CO3
и
CaCO3 ,
последний
создает
ки
-
слотно
-
основную
буферность
и
сравнительно
высокую
щелочность
.
Регулирова
-
ние
реакции
осуществляется
в
этом
случае
за
счет
карбонатно
-
кальциевой
систе
-
мы
CaCO3-H2O-CO2 .
Карбонат
кальция
присутствует
в
твердой
части
почвы
,
во
-
да
в
почве
имеется
почти
всегда
(
за
исключением
сильных
засух
),
а
CO2
всегда
есть
в
почвенном
воздухе
.
Почвенный
раствор
такой
системы
содержит
разные
количества
Ca2 +, , H+, ,
и
величина
рН
регулируется
,
по
сути
,
только
парциаль
-
ным
давлением
CO2 .
Эта
система
работает
до
тех
пор
,
пока
в
твердой
части
поч
-
вы
присутствует
CaCO3 ,
и
обусловливает
величины
рН
почвенных
суспензий
до
7,5 - 10,0
в
зависимости
от
парциального
давления
CO2
в
почвенном
воздухе
.
Щелочность
почв
неблагоприятно
сказывается
на
их
химических
и
физиче
-
ских
свойствах
.
Под
действием
щелочной
среды
почвы
расплываются
,
теряют
структурность
,
а
затем
при
высыхании
сливаются
в
плотные
,
очень
прочные
глы
-
бы
,
которые
часто
не
поддаются
действию
плуга
.
Таковы
солонцы
в
зонах
черно
-
земных
,
каштановых
и
бурых
почв
.
Засоление
почвы
.
В
бессточных
впадинах
сухих
регионов
страны
,
в
примор
-
ских
районах
почвы
нередко
содержат
высокие
концентрации
легкорастворимых
солей
.
Это
хлориды
кальция
,
магния
,
натрия
и
калия
,
сульфаты
,
некоторые
карбо
-
наты
,
нитраты
.
Легкорастворимые
соли
отрицательно
сказываются
на
развитии
растений
,
поскольку
они
повышают
осмотическое
давление
почвенных
растворов
,
а
некоторые
катионы
и
анионы
токсичны
для
растений
.
Засоленных
почв
особен
-
но
много
в
Предкавказье
,
в
Прикаспийской
низменности
,
в
Средней
Азии
.
К
сча
-
стью
,
легкорастворимые
соли
сравнительно
легко
подвижны
,
и
их
довольно
про
-
сто
удалить
из
почвы
путем
обычного
промывания
водой
.
В
щелочных
почвах
не
-
благоприятные
вещества
сначала
нейтрализуют
гипсом
,
отработанной
серной
ки
-
слотой
,
сульфатами
железа
,
а
затем
образующиеся
легкорастворимые
соли
также
отмывают
водой
.
Этот
метод
мелиорации
засоленных
почв
очень
широко
распро
-
странен
,
но
успех
приема
зависит
от
возможности
удаления
промывных
вод
.
В
противном
случае
промывные
воды
смыкаются
с
подземными
грунтовыми
вода
-
ми
,
повышая
их
уровень
.
В
результате
возникает
опасность
вторичного
засоления
почв
за
счет
поднимающихся
к
поверхности
соленых
грунтовых
вод
по
окраинам
орошаемых
и
промываемых
массивов
.
Окислительно
-
восстановительные
режимы
.
Практически
в
каждой
почве
происходят
реакции
окисления
или
восстановления
химических
соединений
или
элементов
.
Эти
реакции
являются
сопряженными
,
и
если
какой
-
либо
компонент
почвы
окисляется
,
то
другой
неизбежно
восстанавливается
.
Наиболее
простой
и
распространенный
вариант
-
окисление
-
восстановление
ионов
железа
:
Окислительные
процессы
идут
за
счет
кислорода
воздуха
,
при
этом
органи
-
ческие
вещества
почвы
окисляются
или
частично
,
или
полностью
до
конечных
продуктов
распада
- H2O
и
CO2 .
При
высоких
окислительно
-
восстановительных
потенциалах
порядка
0,5-0,7.
В
практически
все
элементы
с
переменной
валент
-
ностью
приобретают
высшие
степени
окисления
,
многие
из
них
становятся
мало
-
подвижными
и
малодоступными
растениям
.
Таковы
ионы
железа
,
меди
,
кобальта
,
серы
,
азота
.
Исключение
составляет
марганец
,
для
перевода
которого
из
Mn2 +
в
Mn7 +
необходимы
потенциалы
около
1,4 - 1,5
В
,
тогда
как
даже
в
наиболее
аэри
-
рованных
и
малоувлажненных
почвах
максимальные
значения
потенциалов
редко
превышают
0,6 - 0,7
В
.
В
переувлажненных
почвах
,
особенно
в
затопляемых
рисовых
почвах
,
разви
-
ваются
восстановительные
процессы
,
потенциалы
снижаются
до
+ 0,2 / - 0,2
В
,
что
обусловлено
деятельностью
микроорганизмов
,
способных
развиваться
без
доступа
свободного
O2
и
выделяющих
в
почву
органические
восстановленные
со
-
единения
и
свободный
водород
.
В
таких
почвах
элементы
с
переменной
валентно
-
стью
переходят
в
состояние
низших
степеней
окисления
,
становятся
подвижны
-
ми
,
выделяется
метан
CH4 ,
другие
углеводороды
.
Когда
длительно
развиваются
восстановительные
процессы
,
в
почвах
появляется
сизоватая
окраска
,
железо
и
марганец
восстанавливаются
до
Fe2 +
и
Mn2 +.
Такие
почвы
называют
оглеенны
-
ми
или
глеевыми
.
Кстати
,
переувлажненные
или
орошаемые
и
затопляемые
почвы
служат
одним
из
важнейших
природных
источников
выделения
в
атмосферу
ме
-
тана
и
других
углеводородов
,
вызывающих
проявления
"
парникового
"
эффекта
.
Гумификация
.
Это
один
из
самых
важных
почвенных
биохимических
про
-
цессов
.
Сущность
его
заключается
в
трансформации
растительных
остатков
в
своеобразные
,
темноокрашенные
органические
гуминовые
вещества
преимущест
-
венно
кислотной
природы
.
Впервые
гуминовые
кислоты
выделил
из
торфа
немец
-
кий
ученый
Ф
.
Ахард
в
1786
г
.,
но
до
сих
пор
их
строение
остается
неясным
.
В
основе
гуминовых
веществ
лежат
бензолсодержащие
фрагменты
,
их
мобильная
часть
представлена
большим
набором
аминокислот
и
моносахаридов
,
они
содер
-
жат
азот
и
различные
кислородсодержащие
функциональные
группы
:
карбок
-
сильные
-COOH,
гидроксильные
-OH,
хинонные
и
другие
.
Особенность
гумино
-
вых
веществ
заключается
в
высокой
устойчивости
к
гидротермическим
и
биохи
-
мическим
условиям
;
их
возраст
,
датированный
по
14C,
достигает
сотен
и
тысяч
лет
,
а
молекулярные
массы
составляют
десятки
тысяч
атомных
единиц
массы
.
Функции
гуминовых
веществ
в
почвах
разнообразны
и
чрезвычайно
важны
.
Они
аккумулируют
элементы
питания
растений
,
защищают
почвенные
минералы
от
выветривания
,
способствуют
миграции
катионов
различных
металлов
в
форме
комплексных
соединений
,
регулируют
тепловой
и
кислотно
-
основной
режимы
почв
,
влияют
на
емкость
катионного
обмена
и
на
буферность
почвы
,
обладают
выраженной
физиологической
активностью
и
способны
стимулировать
рост
и
развитие
сельскохозяйственных
растений
.
Гуминовые
кислоты
и
их
соли
(
гуматы
)
получают
из
различного
природного
сырья
и
используют
не
только
в
сельском
хозяйстве
,
но
также
в
промышленности
и
медицине
(
рис
. 5).
Таким
образом
,
подводя
общие
итоги
,
можно
сделать
некоторые
выводы
о
химическом
составе
и
причинах
химической
устойчивости
почв
.
1.
Любая
почва
имеет
очень
сложный
химический
состав
как
по
набору
и
ко
-
личественному
соотношению
химических
элементов
,
так
и
по
формам
их
соеди
-
нений
.
2.
Наиболее
активную
химическую
роль
в
почвах
играют
те
вещества
,
кото
-
рые
находятся
в
высокодисперсном
состоянии
(
ил
,
плазма
);
к
ним
относятся
гу
-
миновые
вещества
,
слоистые
глинистые
минералы
,
ионные
и
молекулярные
дис
-
персии
.
3.
Для
почв
характерно
образование
и
накопление
специфических
гуминовых
веществ
,
главных
и
наиболее
активных
составляющих
органического
вещества
почвы
.
4.
В
почвах
одновременно
протекает
множество
реакций
,
зачастую
противо
-
положно
направленных
,
что
обусловливает
стабильность
системы
;
многообразие
химических
соединений
и
реакций
-
главное
условие
устойчивости
почв
.
5.
В
каждой
природной
зоне
формируются
почвы
,
имеющие
особый
химиче
-
ский
состав
и
режимы
,
хорошо
согласованные
с
экологической
обстановкой
или
,
по
В
.
В
.
Докучаеву
,
соответствующие
факторам
почвообразования
.
15.6.
Химическое
загрязнение
и
охрана
почв
В
последние
десятилетия
человек
стал
причиной
быстрой
деградации
почв
,
хотя
потери
почв
имели
место
на
протяжении
всей
человеческой
истории
.
Во
всех
странах
мира
сейчас
распахивают
около
1,5
млрд
.
га
земель
,
а
общие
потери
почв
за
историю
человечества
составили
около
2
млрд
.
га
,
то
есть
потеряно
больше
,
чем
теперь
распахивается
,
причем
многие
почвы
перешли
в
разряд
непригодных
бросовых
земель
,
восстановление
которых
или
невозможно
,
или
слишком
дорого
стоит
.
Насчитывают
не
менее
6
типов
антропогенно
-
технических
воздействий
,
которые
могут
вызвать
разного
уровня
ухудшение
почв
.
В
их
числе
: 1)
водная
и
ветровая
эрозия
, 2)
засоление
,
подщелачивание
,
подкисление
, 3)
заболачивание
, 4)
физическая
деградация
,
включая
уплотнение
и
коркообразование
, 5)
разрушение
и
отчуждение
почвы
при
строительстве
,
добыче
полезных
ископаемых
, 6)
хими
-
ческое
загрязнение
почв
.
Охрана
почв
заключается
в
том
,
чтобы
предотвратить
или
свести
к
минимуму
все
виды
разрушения
почв
и
/
или
почвенного
покрова
.
Ниже
мы
обсудим
только
химическое
загрязнение
почв
,
которое
может
быть
вызвано
следующими
причинами
: 1)
атмосферным
переносом
загрязняющих
ве
-
ществ
(
тяжелые
металлы
,
кислые
дожди
,
фтор
,
мышьяк
,
пестициды
), 2)
сельско
-
хозяйственным
загрязнением
(
удобрения
,
пестициды
), 3)
наземным
загрязнением
-
отвалы
крупнотоннажных
производств
,
отвалы
топливно
-
энергетических
ком
-
плексов
, 4)
загрязнением
нефтью
и
нефтепродуктами
.
Тяжелые
металлы
.
Этот
вид
загрязняющих
веществ
начали
изучать
одним
из
первых
.
К
тяжелым
металлам
обычно
относят
элементы
,
которые
имеют
атом
-
ную
массу
более
50.
Они
поступают
в
почву
преимущественно
из
атмосферы
с
выбросами
промышленных
предприятий
,
а
свинец
-
с
выхлопными
газами
авто
-
мобилей
.
Описаны
случаи
,
когда
большие
количества
тяжелых
металлов
попадали
в
почву
с
оросительными
водами
,
если
выше
водозабора
в
реки
сбрасывались
сточные
воды
промышленных
предприятий
.
Наиболее
типичные
тяжелые
метал
-
лы
-
свинец
,
кадмий
,
ртуть
,
цинк
,
молибден
,
никель
,
кобальт
,
олово
,
титан
,
медь
,
ванадий
.
Из
атмосферы
в
почву
тяжелые
металлы
попадают
чаще
всего
в
форме
окси
-
дов
,
где
постепенно
растворяются
,
переходя
в
гидроксиды
,
карбонаты
или
в
фор
-