ХИМИЯ ПОЧВЫ. ТВЕРДЫЕ ФАЗЫ ПОЧВЫ

Почвообразование. Соединения кальция, магния, калия, натрия

Следующая по количественному значению группа элементов земной коры состоит из четырех наиболее распространенных щелочных и щелочноземельных металлов: кальций, магний, калий и натрий. В магматических породах перечисленные катионы в подавляющем числе случаев играют роль оснований простых и сложных силикатов. При этом наблюдается некоторая закономерность в распределении катионов в кислых и основных породах

Следует указать, что легкость выветривания минералов находится, видимо, в некоторой зависимости от характера их оснований. Так, наблюдениями отмечено, что легче всего выветриваются известковые полевые шпаты (анортит); в то же время магнезиальные силикаты проявляют значительную стойкость против разложения.

Натриевые и особенно калиевые силикаты также относительно более устойчивы, чем известковые; так, микроклин — K2Al2SieOi6 благодаря своей устойчивости встречается среди высокодисперсных продуктов выветривания.

Мы видели выше, что основания, освобождающиеся в процессе выветривания, переходят в форму простых солей: карбонатов, нитратов, хлоридов, фосфатов, силикатов. Все эти соли четырех основных катионов обладают большей или меньшей растворимостью в воде. При этом растворимость солей тем больше, чем ниже валентность образующих их ионов. Все соли калия и натрия, встречающиеся в почве, хорошо растворимы. Из солей кальция и магния наиболее растворимы нитраты и хлориды, менее — карбонаты и сульфаты, еще менее — фосфаты.

В тех местах земной поверхности, где выпадает значительное количество атмосферных осадков, идет постепенное выщелачивание; за процессом выветривания следует процесс обеднения поверхностных слоев растворимыми солями благодаря вымыванию. В зависимости от условий рельефа соли могут быть вымыты в более глубокие горизонты или совсем унесены через систему рек в моря и океаны. В гидросфере крупное преобладание получает Na; Са и К содержится в воде морей и океанов в относительно малых и близких между собой количествах; несколько больше Mg ( 9).

Наиболее распространенными отложениями кальция и магния являются отложения их карбонатов (известняк — СаС03, доломит— СаСОз-f MgC03). Их происхождение может быть различным: они возникают или путем выпадения из концентрированных растворов (химические осадки), или путем осаждения в водоемах, в скелетах отмерших организмов (органогенные осадки). Известковые отложения (в виде карбонатов) очень распространены на земной поверхности (см.  5), отличаясь между собой по плотности и степени окристаллизованности (от рыхлых туфов до кристаллических мраморов).

Кроме того, в ряде случаев растворы, содержащие углекислую известь, пропитывают глинистые или иные отложения и образуют породы, обогащенные СаС03, например лёссы. Надо отметить, что карбонаты магния значительно менее распространены, чем карбонаты кальция. Почвы, образующиеся на карбонатных породах, обычно отличаются большим содержанием кальция и (в меньшей мере) магния, что влечет за собой целый ряд положительных агрономических свойств. Кроме карбонатов, встречаются отложения кальция в виде гипса (CaS04-2H20). Благодаря своей сравнительно большой растворимости гипс в поверхностных слоях сохраняется лишь в областях с сухим климатом.

Отложения натриевых солей обычно образуются в форме хлоридов или сульфатов на дне соленых озер или обособленных морских заливов, если количество испаряющейся воды больше притекающей, и концентрация солей возрастает. В поверхностных слоях литосферы натриевые соли могут длительно сохраняться лишь в условиях сухого климата, где они обусловливают образование засоленных почв. Скопления калийных солей встречаются на земной поверхности реже, чем натриевых; известную роль в этом играет, по-видимому, сравнительная стойкость первичных калийных минералов.

Сказанное выше о процессах выветривания, вымывания и перераспределения соединений Са, Na, К и Mg позволяет предугадать, что в почвах среднее содержание этих элементов ниже, чем в среднем в литосфере (см.  4); особенно резко снижено в почвах процентное содержание натрия — элемента, преобладающего в гидросфере; оно составляет лишь 24% от процентного содержания Na в литосфере. Преобладают в почвах кальций и калий, которых меньше всего в гидросфере.

Щелочные и щелочноземельные основания в почвах участвуют в составе первичных минералов (в основном полевые шпаты, слюды, роговые обманки) и вторичных глинных минералов группы гидрослюд и монтмориллонита, входя в кристаллические решетки тех и других. Затем значительная часть катионов в почвах находится в адсорбированном состоянии на поверхности высокодисперсных частиц— минеральных и органических. При этом калий в большей своей части входит в кристаллические решетки минералов и лишь в очень малом количестве находится в адсорбированном состоянии.

Кальций же почти отсутствует в кристаллической решетке глинных минералов, но зато занимает первое место среди поглощенных оснований. Второе место среди поглощенных оснований принадлежит магнию. Натрий (так же, как и калий) в адсорбированном состоянии находится в большинстве почв в очень малых количествах; только в почвах засоленных (или испытавших засоление ранее) натрий играет заметную роль среди поглощенных оснований.

Под влиянием разнообразных условий почвообразования общее количество поглощенных щелочных и щелочноземельных оснований и их состав резко колеблются в различных почвах и в различных горизонтах одних и тех же почв. Не менее резко изменяется и содержание в почвах таких соединений Са, Na, К и Mg, как соли угольной, азотной, серной, фосфорной и других кислот; среди них в большинстве почв также резко преобладают кальциевые соли этих кислот.

Калий, магний и кальций представляют собой катионы, играющие важную физиологическую роль, и используются растениями в больших количествах. Что касается натрия, то в золе растений он составляет часто довольно высокий процент, но действительная потребность в нем растений в большинстве случаев невелика.

Из того, что было сказано выше о поведении катионов на земной поверхности, мы можем сделать некоторые выводы и относительно обеспеченности ими растений (конечно, только в общих чертах). Очевидно, из трех катионов (К, Mg, Са), которые нужны растениям в больших количествах, реже всего может встретиться недостаток Са в качестве питательного вещества Сравнительно редки случаи и недостатка магния в почвах. Что же касается калия, то этот элемент часто оказывается в почвах в таких количествах, которые не обеспечивают потребности растений. Это объясняется тем, что большинство растений поглощает калия в несколько раз больше, чем кальция и магния; с другой стороны, значительная часть калия в почве содержится в виде первичных минералов, в форме нерастворимой и недоступной растениям. Вот почему в практике сельского хозяйства нередко приходится прибегать к внесению калия извне, т. е. к применению калийных удобрений.

Мы рассмотрели, таким образом, формы соединений семи элементов, входящих в состав почв: кремния, алюминия, железа, кальция, магния, калия и натрия. Вместе с кислородом они составляют по весу ~ 97% литосферы. Отсюда видно, что все остальные элементы представлены в почвенных соединениях незначительными количествами. Однако некоторые из этих элементов играют весьма существенную роль в жизни растений, и в связи с этим необходимо коротко остановиться на тех формах, в которых они встречаются в почвах. Мы коснемся здесь соединений фосфора, серы и некоторых микроэлементов. Углерод и азот будут рассмотрены в связи с органической частью почвы.