Файл: Почвоведение. Курс лекций.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 26.09.2020

Просмотров: 5433

Скачиваний: 17

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

структурными

 

единицами

 

гуминовых

 

кислот

 

являются

 

ароматические

  “

ядра

”, 

в

 

том

 

числе

 

азотсодержащие

 

гетероциклы

боковые

 

цепи

 

и

 

периферические

 

функ

-

циональные

 

группы

карбоксильные

  – 

СООН

гидроксильные

 

и

 

фенольные

 

ОН

метоксильные

  – 

О

-

СН

3

карбоксильные

  =

С

=0, 

хинонные

 

С

=0. 

Боковые

 

цепи

 

гу

-

миновых

 

кислот

 

представлены

 

углеводными

аминокислотными

 

и

 

другими

 

остат

-

ками

Фульвокислоты

  – 

гумусовые

 

вещества

 

желтой

 

или

 

красноватой

 

окраски

которые

 

остаются

 

в

 

растворе

 

после

 

подкисления

 

щелочной

 

вытяжки

 

из

 

почвы

 

и

 

выпадения

 

в

 

осадок

 

гуминовых

 

кислот

Как

 

и

 

гуминовые

 

кислоты

они

 

входят

 

в

 

гетерогенную

 

и

 

полидисперсную

 

группу

 

высокомолекулярных

 

азотсодержащих

 

органических

 

кислот

Фульвокислоты

 

содержат

от

 27 

до

 30 % 

углерода

от

 34 

до

 

42 – 

водорода

от

 25 

до

 30 – 

кислорода

 

и

 

от

 1,4 

до

 2,5 % 

азота

В

 

структуре

 

фульво

-, 

как

 

и

 

гуминовых

 

кислот

установлены

 

ароматические

 

и

 

алифатические

 

группы

Однако

 

ароматическая

 

часть

 

в

 

их

 

молекулах

 

выражена

 

менее

 

ярко

 

и

 

в

 

основном

 

преобладают

 

боковые

 

цепи

т

е

алифатические

угле

-

водные

 

и

 

аминокислотные

 

компоненты

По

 

составу

 

фульвокислоты

 

различных

 

типов

 

почв

 

менее

 

разнообразны

 

и

 

они

 

лучше

 

растворяются

 

в

 

воде

чем

 

гуминовые

 

кислоты

Часть

 

гумусовых

 

веществ

 

настолько

 

прочно

 

связана

 

с

 

минеральной

 

частью

 

почвы

что

не

 

извлекается

 

при

 

обработке

 

почвы

 

щелочами

 

и

 

кислотами

Эти

 “

не

-

растворимые

” 

составляющие

 

гумуса

 

называются

 

гуминами

В

 

тяжелых

 

глинистых

 

почвах

 

нерастворимые

 

образования

 

составляют

 

более

 50 % 

гумуса

Гумифицированные

 

вещества

 

почвы

 

более

 

устойчивы

 

к

 

микробиологическо

-

му

 

разложению

чем

 

негумифицированные

 

соединения

Однако

 

разложение

 

гуму

-

са

 

в

 

почве

хотя

 

немедленно

но

 

происходит

На

 

полях

занятых

 

зерновыми

 

куль

-

турами

за

 

вегетационный

 

период

 

разлагается

 0,7–0,8 

т

/

га

 

гумуса

пропашными

 – 

1,0–1,2 

т

/

га

 

с

 

образованием

 

доступного

 

растениям

 

минерального

 

азота

фосфора

серы

В

 

гумусе

 

содержится

 

около

 5 % 

азота

от

 1,5 

до

 2,4 % 

фосфора

В

 

дерново

-

подзолистых

 

почвах

 

на

 

органические

 

соединения

 

приходится

  40 % 

фосфора

 

и

 90 

серы

 

от

 

общего

 

содержания

 

этих

 

элементов

 

в

 

почве

На

 

степень

 

разложения

 

гумуса

 

влияет

 

гранулометрический

 

состав

 

почвы

содержание

 

гумуса

 

в

 

ней

 

и

 

т

д

Систематическое

 

внесение

 

органических

 

и

 

минеральных

 

удобрений

 

обеспечивает

 

сохранение

 

и

 

накопление

 

запасов

 

гумуса

 

в

 

почве

 

7. 

Минералогический

 

состав

 

минеральной

 

части

 

почвы

 

 

Известно

что

 

рыхлые

 

горные

 

породы

 

образуются

 

в

 

результате

 

выветрива

-

ния

 

изверженных

 

горных

 

пород

 

и

 

представляют

 

собой

 

смесь

 

продуктов

 

химиче

-

ского

 

и

 

физического

 

выветривания

т

.

е

смесь

 

первичных

 

и

 

вторичных

 

минералов

Первичные

 

минералы

 

обладают

 

различной

 

устойчивостью

 

против

 

разрушения

поэтому

 

в

 

составе

 

рыхлых

 

пород

   

они

 

могут

 

встречаться

 

в

 

различных

 

соотноше

-

ниях


background image

 

Минерал

 – 

это

 

однородное

 

в

 

химическом

 

отношении

 

тело

обладающее

 

по

-

стоянством

 

химического

 

состава

 

и

 

определенными

 

физическими

 

свойствами

По

 

физическому

 

состоянию

 

минералы

 

бывают

 

твердые

жидкие

 

и

 

газообразные

Многие

 

минералы

 

имеют

 

определенную

 

форму

 

и

 

являются

 

кристаллическими

Большинство

 

минералов

 

аморфны

Кристаллы

 

ряда

 

минералов

 

анизотропны

,  

т

.

е

различаются

 

по

 

своим

 

свойствам

 

в

 

различных

 

направлениях

  (

твердость

тепло

-

проводность

 

и

 

электропроводность

 

и

 

др

.). 

В

 

горных

 

породах

 

минералы

 

встреча

-

ются

 

в

 

определенных

 

сочетаниях

 

различными

 

группами

образовавшимися

 

в

 

од

-

нородных

 

условиях

Количество

 

первичных

 

минералов

встречающихся

 

в

 

извер

-

женных

 

породах

,   

достигает

 

более

  3000. 

Содержание

 

того

 

или

 

иного

 

минерала

 

в

 

рыхлой

 

породе

 

зависит

 

от

 

их

 

физических

 

и

 

химических

 

свойств

 (

табл

. 7.1). 

Таблица

 7.1.  

Средний

 

минералогический

 

состав

 

изверженных

 

и

 

осадочных

 

горных

 

пород

           

(

по

 

Кларку

). 

 

Состав

 (

в

 % 

от

 

веса

Изверженные

  

Осадочные

 

породы

 

Группа

   

минералов

 

породы

 

Сланцы

 

Песчаники

 

Полевые

 

шпаты

 

59,5 

30,0 

11,5 

Роговые

 

обманки

 

и

 

пироксены

 

16,8 

Кварц

 

12,0 

22,3 

66,8 

Слюда

 

3,8 

Глинистые

 

минералы

 

25,0 

6,6 

Гетит

 

5,6 

1,8 

Карбонаты

 

5,7 

11,1 

Прочие

 

минералы

 

7,9 

11,4 

2,2 

 

Таким

 

образом

, 92% 

общей

 

массы

 

изверженных

 

пород

  

состоит

 

из

 4-

х

 

групп

 

минералов

полевых

 

шпатов

роговых

 

обманок

 

и

 

пироксенов

кварца

 

и

 

слюды

Из

 

них

 

наибольшей

 

механической

 

прочностью

 

обладает

 

кварц

затем

 

следуют

 

поле

-

вые

 

шпаты

роговые

 

обманки

 

и

 

пироксены

слюды

В

 

связи

 

с

 

этим

 

при

 

физиче

-

ском

 

выветривании

 

они

   

дробятся

 

с

 

различной

 

скоростью

Более

 

прочные

 

будут

 

разрушаться

 

медленнее

 

и

 

сохраняться

 

в

 

виде

 

более

 

крупных

 

частиц

Менее

 

проч

-

ные

 

минералы

 

будут

 

дробиться

 

сильнее

 

и

 

быстрее

 

переходить

 

в

 

более

 

мелкие

 

гранулометрические

 

фракции

По

 

мере

 

перехода

 

к

 

более

 

мелким

 

фракциям

 

содержание

 

кварца

 

и

 

полевых

 

шпатов

 

уменьшается

и

 

увеличивается

 

содержание

 

менее

 

прочных

 

минералов

 

(

табл

. 7.2). 

Кварц

 - 

считается

 

минералом

вполне

 

устойчивым

 

к

 

химическому

 

выветрива

-

нию

Сравнительно

 

медленно

 

подвергаются

 

химическому

 

выветриванию

 

полевые

 

шпаты

Средние

 

и

 

основные

 

полевые

 

шпаты

 

отличаются

 

меньшей

 

устойчивостью

чем

 

кислые

Слюды

 -  (

мусковит

 

и

 

биотит

легче

чем

 

предыдущие

 

подвергаются

 

химиче

-

скому

 

выветриванию


background image

Роговые

 

обманки

 

и

 

пироксены

 

представляют

 

собой

 

минералы

которые

 

легко

 

изменяются

 

вследствие

 

воздействия

 

на

 

них

 

химических

 

агентов

 

Таблица

 7.2.

  

Гранулометрический

 

состав

 

минералов

 

озерно

-

гляциального

 

суглинка

 

Группа

  

Содержание

 

минералов

 (

в

 % 

от

 

веса

минералов

 

1-0,25 

0,25-0,05 

0,05-0,01 

0,01-0,005 

< 0,005 

Кварц

 

86 

81 

72 

63 

10 

Полевые

 

шпаты

 

14 

12 

15 

10 

Слюда

 

21 

67 

Роговые

  

обманки

 

Прочие

 

 

Первичные

 

минералы

.  

Минералы

входящие

 

в

 

состав

 

почв

делятся

 

на

 

две

 

группы

: 1) 

первичные

 

и

 2) 

вторичные

Первичные

 

минералы

 

образуются

 

вследст

-

вие

 

выветривания

 

магматических

 

и

 

метаморфических

 

пород

вторичные

 - 

из

 

пер

-

вичных

 (

табл

.2.3.1). 

Из

 

первичных

 

минералов

 

наиболее

 

распространенными

 

являются

 

минералы

включающие

 

кислородные

 

соединения

 

кремния

 (

кварц

полевые

 

шпаты

пироксе

-

ны

 

и

 

слюды

). 

Первичные

 

минералы

 

различаются

 

между

 

собой

 

химическим

 

составом

 

и

 

строением

 

кристаллической

 

решетки

что

 

и

 

предопределяет

 

их

 

неодинаковую

 

ус

-

тойчивость

 

против

 

выветривания

Таблица

 7.3.

  

Средний

 

минералогический

 

состав

 

магматических

 

и

 

осадочных

 

пород

,                   

в

 % (

по

 Jeffris). 

 

Группы

 

минералов

 

Магматические

 

породы

 

Осадочные

 

породы

 

Первичные

 

минералы

 

Полевые

 

шпаты

 

57,8 

7,0 

Амфиболы

 

16,0 

Кварц

 

12,8 

38,8 

Слюды

 

3,6 

20,0 

Вторичные

 

минералы

 

Карбонаты

 

1,1 

20,0 

Глины

 

0,5 

9,0 

Лимонит

 

0,2 

3,0 

Прочие

 

8,0 

3,0 

 

Строение

 

кристаллической

 

решетки

 

минералов

 

в

 

значительной

 

степени

 

зави

-

сит

 

от

 

объема

 

составляющих

 

ее

 

ионов

или

 

если

 

считать

что

 

форма

 

ионов

 

шаро

-

образная

то

 

от

 

величины

 

их

 

радиусов

В

 

элементарных

 

ячейках

из

 

которых

 

со

-

стоят

 

кристаллы

объем

 

катионов

 

и

 

анионов

 

определяет

 

их

 

взаимное

 

расположе

-

ние

Образование

 

устойчивой

 

структуры

 

происходит

 

при

 

условии

что

 

каждый

 

ка

-

тион

 

соприкасается

 

с

 

окружающими

 

его

 

анионами

Число

   

ионов

 

противополож

-


background image

ного

 

знака

окружающих

  

данный

 

ион

 

называется

 

координационным

 

числом

Ве

-

личина

 

координационного

 

числа

 

зависит

 

от

 

соотношения

 

радиуса

 

ионов

  (

табл

7.4). 

По

 

данным

 

Гольшмидта

радиусы

 

катионов

 

основных

 

элементов

из

 

которых

 

состоят

 

минералы

следующие

Ni – 0,78 

А

0

 (10

ˉ

8

c

м

), Na – 0,98, K - 1.33, NH

+

4

– 1,43, Mg

2+

 – 0,78, Ca

2+

 – 1,06, Ba

2+

 – 

1,43, Zn

2+

 – 0,83, Co

2+

 – 0,82, C

+

4

– 0,96, Cu

2+

 – 0,83,  Fe

2+

 – 0,83, Fe

3+

 – 0,67, Al

3+

 – 

0,57, B

3+

 – 0,20, Mn

2+

– 0,91, Mn

3+

 – 0,70, Mn

4+

 – 0,62, Si

4+

 – 0,39, C

4+

 – 0,18, Mo

4+

 – 

0,68, Ni

5+

 – 0,1-0,2, P

5+

 – 0,35, S

6+

 – 0,34, H

3

O

+

 – 1,35,  

анионов

: O

2

ˉ

– 1,32, F

ˉ

 – 1,33, Cl

ˉ

 – 1,81, OH

ˉ

 – 1,53, S

2

ˉ

 – 1,81 

А

0

 (10

-8

c

м

).  

 

Таблица

 7.4. 

 

Координационное

 

число

 

и

 

форма

 

кристаллической

 

решетки

 

 

Отношение

 

радиуса

 

катиона

 

 

к

 

радиусу

 

аниона

 

Координационное

  

число

 

Форма

  

окружения

 

0,15 – 0,22 

треугольник

 

0,22 – 0,41 

тетраэдр

 

0,41 – 0,73 

октаэдр

 

0,73 – 1,37  

куб

 

12 

кубо

-

октаэдр

 

 

Отношение

 

радиуса

 

катиона

 

к

 

радиусу

 

аниона

 

определяет

 

не

 

только

 

его

 

ко

-

ординационное

 

число

а

 

также

 

форму

 

кристаллической

 

решетки

 

и

 

характер

 

эле

-

ментарной

 

ячейки

.  

Элементарной

 

ячейкой

 

кремнекислородного

 

соединения

 

является

 

тетраэдр

четыре

 

вершины

 

которого

 

заняты

 

крупными

 

анионами

 

О

2+

  (r  =  1,32 

А

0

), 

а

 

в

 

центре

 

нахо

-

дится

 

катион

 

с

 

небольшим

 

радиусом

  Si

4+

  (r  =  0,39 

А

0

). 

Данный

 

тетраэдр

 

является

 

основной

 

структурной

 

ячей

-

кой

 

всех

 

существующих

 

соединений

 

кремния

 

с

 

кисло

-

родом

Ячейка

  SiO

4

 

заряжена

 

отрицательно

  (

на

  4 

поло

-

жительных

 

заряда

 Si 

приходится

  8 

отрицательных

 

заря

-

дов

 

кислорода

). 

Отрицательный

 

заряд

 

ячейки

 

может

 

быть

  

компенсирован

 

путем

 

присоединения

  

катионов

 

или

 

соединением

 

с

 

другими

 

кремнекислородными

 

тетраэдрами

.  

Соединение

 

тетраэдров

 

между

 

собой

 

происхо

-

дит

 

через

 

вершины

при

 

этом

 

определенные

 

ионы

 

кислорода

 

одновременно

 

связаны

 

с

 

двумя

 

ионами

 

кремния

Оставшиеся

 

свободные

 

валентности

 

ки

-

слородных

 

анионов

 

нейтрализуются

 

катионами

Кремнекислородные

 

тетраэдры

 

могут

 

образовывать

 

непрерывные

 

структуры

 

в

 

виде

 

одинарных

 

цепочек

что

 

характерно

 

для

 

пироксенов

 

энтатита

 

(Mg

2

Si

2

O

6

), 

гиперстона

  ((Mg

1

Fe)

2

Si

2

O

6

). 

Двойные

 

цепочки

 

образует

 

группа

 

амфи

-

 

 


background image

болов

  - 

антофиллит

  (Mg

1

Fe)

7

Si

4

O

11

(

ОН

)

2

Листы

как

 

у

 

слюды

,

 

образуются

 

в

 

том

 

случае

когда

 

тетраэдры

 

соединяются

 

друг

 

с

 

другом

 

тремя

 

вершинами

 

и

 

образуют

 

сетку

 

гексагональной

  (

шестиугольной

формы

 

в

 

виде

 

плоского

 

слоя

При

 

этом

 

по

 

каждой

 

стороне

 

имеются

 

ионы

 

кислорода

 

со

 

свободной

 

валентностью

направ

-

ленной

 

в

 

одну

 

сторону

Каждый

 

слой

 

соединяется

 

с

 

последующим

что

 

придает

 

слюдам

 

пластичность

В

 

случае

когда

 

кремнекислородные

 

тетраэдры

 

соединяются

 

между

 

собой

 

та

-

ким

 

образом

что

 

каждый

 

из

 

четырех

 

кислородных

 

ионов

 

принадлежит

 

двум

 

тет

-

раэдрам

получается

 

структура

не

 

имеющая

 

свободных

 

ионов

 

кислорода

Подоб

-

ную

 

структуру

 

имеет

 

кварц

 (SiO

2

)

n

 , 

который

 

отличается

 

большой

 

прочностью

Такая

 

же

 

форма

 

трехмерных

 

каркасов

 

характерна

 

и

 

для

 

полевых

 

шпатов

од

-

нако

 

в

 

некоторых

 

из

 

тетраэдров

  Si  

заменен

 Al

3+

В

 

результате

 

такого

 

замещения

 

образуется

 

алюмокислородный

 

комплекс

 (AlO

4

)

5

ˉ

Он

 

несет

 

на

 

единицу

 

больший

 

отрицательный

 

заряд

чем

    SiO

4

который

 

компенсируется

 

тем

 

или

 

иным

 

катио

-

ном

Этим

 

можно

 

объяснить

 

химический

 

состав

 

алюмосиликатов

к

 

которым

 

при

-

надлежат

 

полевые

 

шпаты

альбит

 Na[Al,Si

3

O

8

], 

анортит

 Ca[Al

2

Si

2

O

8

и

 

др

.  

В

 

аль

-

бите

 

из

 

четырех

 

ионов

 Si 

один

 

замещен

 

на

 Al

3+

возникший

 

отрицательный

 

заряд

 

компенсирован

 Na. 

В

 

анортите

 

из

 

четырех

 

ионов

 Si

4+

 

два

 

иона

 

замещены

 

на

 Al

3+

два

 

отрицательных

 

заряда

 

компенсируются

 Ca

2+

Минералы

в

 

которых

 

ион

 Si

4+ 

замещается

 

ионом

 Fe

3+ 

называются

 

ферриси

-

ликатами

.  

Изоморфные

 

замещения

 

происходят

 

в

 

кристаллической

 

решетке

 

в

 

пе

-

риод

 

ее

 

образования

качество

 

и

 

количество

 

замещающих

 

ионов

 

зависит

 

от

 

соста

-

ва

 

и

 

концентрации

 

окружающего

 

раствора

Вторичные

 

минералы

 

Как

 

отмечалось

 

раньше

в

 

результате

 

химического

 

выветривания

 

первичные

 

минералы

 

изменяют

 

свой

 

состав

 

и

 

внутреннюю

 

струк

-

туру

Выветривание

 

в

 

первую

 

очередь

 

затрагивает

 

поверхность

 

минералов

по

-

этому

 

с

 

их

 

измельчением

 

возрастает

 

суммарная

 

поверхность

и

 

процессы

 

разру

-

шения

 

ускоряются

Важнейшим

 

фактором

 

химического

 

выветривания

 

является

 

вода

а

 

также

 

присутствующие

 

в

 

почве

 

кислород

 

и

 

углекислота

Основными

 

типами

 

реакций

происходящими

 

в

 

почве

 

являются

гидратация

гидролиз

растворение

окисление

-

восстановление

Гидратация

  - 

это

 

притяжение

 

молекул

 

воды

 

к

 

поверхности

 

минералов

Вследствие

 

полярности

 

молекул

 

воды

 

она

 

представляет

 

собой

 

диполь

При

 

из

-

мельчении

 

минералов

 

часть

 

зарядов

 

ионов

 

кристаллической

 

решетки

 

высвобож

-

даются

к

 

ним

 

притягиваются

 

молекулы

 

воды

 

тем

 

конусом

который

 

имеет

 

проти

-

воположный

 

заряд

Диполи

 

воды

 

стремятся

  “

выдернуть

” 

ионы

 

из

 

кристалличе

-

ской

 

решетки

 

минерала

вследствие

 

чего

  

происходит

 

ее

 

расшатывание

 

и

 

разрых

-

ление

Реакции

 

гидролиза

 

приводят

 

к

 

замене

 

катионов

 

кристаллической

 

решетки

 

на

 

Н

+

  - 

ионы

 

воды

Схематически

 

данная

 

химическая

 

реакция

 

для

 

полевого

 

шпата

 

описывается

 

следующим

 

образом

 

KOH

O

HAlSi

O

H

O

КА

lSi

+

+

8

2

2

8

2