ПОЧВОВЕДЕНИЕ. ПОЧВЕННЫЙ РАСТВОР

Формирование химического состава почвенных растворов

Формирование состава почвенных растворов — сложный процесс, который обусловливается и регулируется как абиотическими, так и биотическими факторами и компонентами почвы и экосистемы в целом.

Состав почвенных растворов зависит от количества и качества атмосферных осадков, от состава твердой фазы почвы, от количества и качественного состава живого и мертвого растительного материала в надземных и подземных ярусах биогеоценоза, от жизнедеятельности мезофауны и микроорганизмов.

Состав почвенных растворов постоянно находится под влиянием жизнедеятельности высших растений — изъятие из него корнями определенных ионов и соединений и, наоборот, поступление веществ с корневыми выделениями.

Минеральные, органические и органоминеральные вещества, входящие в состав жидкой фазы почв, могут иметь форму истинно растворенных или коллоидно-растворимых соединений. Коллоид- но-растворимые вещества представлены золями кремнекислоты и полутораоксидов железа и алюминия, органическими и органо- минеральными соединениями. По данным К. К. Гедройца, коллоиды составляют от 1/10 до 1/4 от общего количества веществ, находящихся в почвенном растворе.

К важнейшим катионам почвенного раствора относятся Са2+, Mg2+, Na+, К+, NH+4, Н + , А13+, Fe3 + , Fe2+. Среди анионов преобладают НССГ3, СО2 3, NO 3, NO 2, СГ, SO2 4, Н2РО 4, НРО2 4

Железо, алюминий и многие микроэлементы (Си, Ni, V, Сг и др.) в почвенных растворах содержатся главным образом в виде комплексных органоминеральных соединений, где органическая часть комплексов представлена гумусовыми и низкомолекулярными органическими кислотами, полифенолами и другими органическими веществами.

Концентрация почвенных растворов невелика и в разных типах почв колеблется от десятков миллиграммов до нескольких граммов вещества на литр раствора. Только в засоленных почвах содержание растворенных веществ может достигать десятков и даже сотен граммов на литр.

Наличие в почвенном растворе свободных кислот и оснований, кислых и основных солей определяют одно из важнейших для жизнедеятельности растений и процессов почвообразования его свойство — актуальную реакцию почвенного раствора. Реакция почвенного раствора определяется активностью свободных водородных (Н + ) и гидроксильных ионов (ОН ) и измеряется рН — отрицательным логарифмом активности водородных ионов. рН почвенного раствора разных типов почв колеблется от 2,5 (кислые сульфатные почвы) до 8—9 и выше (карбонатные и засоленные почвы), достигая максимума в щелочных солонцах и содовых солончаках (10—11).

Наиболее низкими концентрациями и кислой реакцией характеризуются почвенные растворы подзолистых и болотных почв таежной зоны (табл. 26). Концентрация их составляет несколько десятков миллиграммов на 1 л раствора при рН от 5 до 6. Содержание основных катионов и анионов измеряется единицами или десятками мг/л. Примерно такие же количества главных компонентов почвенного раствора характерны и для сильно выщелоченных почв влажных тропиков и субтропиков. Содержание органического углерода в почвенных растворах таежной зоны достигает нескольких десятков миллиграммов на 1 л; под хвойными лесами это растворенное органическое вещество в основном представлено фульвокислотами. С глубиной количество органического вещества в жидкой фазе почвы постепенно уменьшается, что говорит о закреплении мигрирующих воднорастворимых веществ в почвенном профиле. Вместе с органическим веществом мигрирует и железо (в двух- и трехвалентной форме). Железоорганические комплексы присутствуют в почвенных растворах в широком диапазоне рН. В почвенных растворах примерно 80 — 95% железа прочно связано в органоминеральные комплексы. Это хорошо иллюстрируется данными табл. 27, где показано, что и весной, и осенью в почвенных растворах подзолистой почвы явно доминирует железо, связанное с органическим веществом.

В степных почвах (черноземах, солонцах и др.) концентрация почвенных растворов существенно выше, чем в подзолистых и болотных почвах (не десятки, а сотни миллиграммов 1—3 г/л). В связи с более высокой биологической активностью этих почв в них существенно повышается содержание гидрокарбонатного иона, реакция становится нейтральной или слабощелочной. Более высокое поступление химических элементов с высокозольным опадом травянистых степных растений обеспечивает повышение концентрации и других катионов и анионов (кальция, магния, хлора, сульфат-иона). В солодях и особенно в солонцах резко возрастает количество иона натрия, появляется ион СОэ2 , что обеспечивает в солонцах, в частности, щелочную реакцию почвенных растворов. Максимальное содержание солей (до десятков и сотен граммов на 1л) наблюдается в почвенных растворах солончаков. Концентрация солей в почвенных растворах солончаков в несколько раз превышает их содержание в морской воде.

Если для большинства почв характерен гидрокарбонатно- кальциевый состав почвенных растворов (преобладание этих двух ионов), то в почвенных растворах засоленных почв преобладающая доля принадлежит хлоридам и сульфатам магния и натрия.

Для характеристики степени и характера засоления почв широко применяется анализ водной вытяжки. Этот вид анализа дает возможность проводить массовые определения и в то же время позволяет выделять из почвы максимальные количества солей, находящихся в том числе и в виде осадка в твердой фазе почвы. Водная вытяжка (отношение воды к почве 5:1) растворяет все легкорастворимые соли, часть труднорастворимых солей и часть солей, образовавшихся в результате обмена катионов труднорастворимых солей с Na и Mg поглощающего комплекса (Н Г Минашина, 1970, 1978)

Весьма тщательные исследования соотношения солей, извлекаемых водными вытяжками и находящихся в почвенных растворах, были проведены П. И. Шаврыгиным  27 позволяет наглядно судить о количестве и соотношении ионов в этих системах Из исследований вытекает, что общая сумма воднораст- воримых веществ в водных вытяжках выше, чем в почвенных растворах, эти различия тем выше, чем меньше растворимость солей Так, например, содержание сульфата кальция в почвенных растворах не превышает 8—12% от его количества в водной вытяжке, а содержание сульфата магния составляет уже 85-90% от его количества в водной вытяжке Различия в составе солей почвенных растворов и водных вытяжек больше всего относятся к кальциевым солям и в малой мере к хлорид-иону

Метод водных вытяжек, оставаясь основным для контроля солевого состояния почв, одновременно позволяет также путем расчетов получить и данные по концентрации почвенных растворов, характеризующие истинные условия существования растений в данной почве (Н. Г. Минашина, 1970). Расчет концентрации солей по данным анализа водной вытяжки удобно производить относительно влажности почвы, соответствующей наименьшей влагоемкости (НВ). Н. Г. Минашиной предложена следующая формула расчета концентрации почвенного раствора по данным анализа водной вытяжки

Расчетные и истинные концентрации почвенного раствора для почв Мургабского оазиса Средней Азии, полученные Н. Г. Мина- шиной, оказались довольно близкими. Исключение составили почвы с высоким содержанием гипса, где расчетные концентрации по водной вытяжке были выше, чем истинная концентрация почвенных растворов.