ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПОЧВ
ЭЛЕМЕНТНЫЙ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ПОЧВ
Практически все процессы, протекающие в почвах, имеют сложный комплексный характер, что обусловлено спецификой почвы как природного тела. В числе химических особенностей почв можно назвать следующие.
Полихимизм. Почва содержит очень большой набор химических элементов и веществ, причем один и тот же элемент представлен, как правило, несколькими соединениями, а одно и тоже вещество может находиться в различных кристаллических или аморфных состояниях.
Гетерогенность и полидисперсность. Почва представляет собой многофазную систему с развитыми неоднородными поверхностями раздела, на которых происходят процессы сорбции и десорбции (включая хемосорбцию) органических и минеральных компонентов.
Органно-минеральные взаимодействия – одна из наиболее специфичных почвенных особенностей исущественная черта почвообразования. В почвах формируются не толькопростые и комплексные соли, но и сложные адсорбционные комплексы, состоящие из минералов и органических веществ.
Динамичность почвенных процессов. Для природных почв характерны суточная, сезонная, годичная и вековая динамика. Изменения происходят непрерывно, что заставляет трансформировать классические химические представления и понятия.
Пространственная неоднородность – неотъемлемое почвенное свойство, обусловленное исходной пространственной неоднородностью факторов почвообразования (первичная неоднородность); она может нарастать по мере развития почвообразовательного процесса (вторичная неоднородность).
Неравновесность состояний и термодинамическая необратимость процессов. Почва – открытая термодинамическая система, через которую непрерывно протекает поток энергии и вещества. Это не позволяет достичь равновесных состояний, что усугубляется и своеобразной кинетикой почвенно-химических процессов, в которых сочетаются и очень быстрые и крайне медленно протекающие реакции.
Основой понимания происходящих в почвах процессов является знание химического состава почв и его изменений при почвообразовании и использовании почвенного покрова. Химический состав почв характеризуется двумя показателями: элементным и фазовым (вещественным) составом.
Элементный состав почв – одна из основных химических характеристик почв, на которой базируется понимание свойств почв, их генезиса и плодородия. Без знания элементного состава почв глубокие почвенно-химические исследования невозможны.
Элементным составом почв называют набор и количественное соотношение химических элементов в почвенной массе.
Элементный состав отражает многие наиболее важные итоги почвообразовательного процесса. По элементному составу различают генетические горизонты почв: в частности перегнойно-аккумулятивные горизонты отличаются повышенным содержанием углерода, фосфора, азота; в элювиальных горизонтах повышено содержание кремния и понижено содержание многих других элементов; в иллювиальных горизонтах накапливаются железо, алюминий и ряд других элементов.
Элементный состав дает представление о потенциальном плодородии почв. Высокое содержание углерода органических соединений и азота обычно считают признаком плодородной почвы. Высокий уровень накопления хлора – показатель неблагоприятных для растений условий. Конечно, растениям доступна только часть находящихся в почве элементов питания. Элементы, входящие в кристаллические решетки алюмосиликатов, в состав труднорастворимых соединений или в состав негидролизуемых компонентов гумусовых веществ, становятся доступными растениям после их полной мобилизации, т.е. после полного или частичного разрушения исходной структуры и перехода элемента в форму растворимого соединения. Тем не менее валовое содержание, или запасы элемента, показывают, как долго та или иная почва потенциально может обеспечивать растения при условии полной мобилизации запасов.
Элементный состав – один из важнейших факторов, который обусловливает выбор методов химического и физико-химического анализа почв.
Почвы содержат практически все природные элементы периодической системы Д.И.Менделеева. По набору элементов и их количественному содержанию почвы существенно отличаются от живых организмов, минералов и горных пород. Живые организмы состоят главным образом из элементов-органогенов – углерода, азота, водорода, кислорода, фосфора, серы; так называемые минеральные компоненты входят в их состав в сравнительно небольших количествах. Индивидуальные минералы содержат, как правило, небольшой набор элементов.
В почвах практически все входящие в их состав элементы являются обязательными и необходимыми. Большой набор элементов – первая отличительная особенность почв. Вторая особенность заключается в сочетании высокого содержания углерода и кремни, что отражает взаимное влияние двух факторов почвообразования: растительного и животного мира, с оной стороны, и почвообразующих пород – с другой. Третья особенность — большой диапазон концентраций, охватывающий 4-5 порядков и даже достигающий 9-10 порядков.
Средний элементный состав некоторых важнейших почв приведен в таблице … Приведенные в таблице данные об элементном составе почв показывают усредненный состав метрового слоя почвы. Этот слой включает 2-3 (а иногда и больше) почвенных горизонтов.
По абсолютному содержанию в почвах все элементы могут быть объединены в несколько групп. В первую группу следует отнести кислород и кремний, содержание которых составляет десятки процентов. Вторая группа включает элементы, содержание которых в почве меняется от десятых долей до нескольких процентов: это Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, C. Первые две группы – типичные макроэлементы. В третью группу входят Ti, Mn, N, P, S, H, концентрации которых измеряются десятыми и сотыми долями %. Они составляют переходную группу. Микро- и ультрамикроэлементы содержатся в почвах в количестве 10 -3 …10 -10 %; к ним можно отнести все остальные элементы, встречающиеся в почвах: Ba, Sr, Cu, Cr и т. д.
Почвы различного механического состава значительно отличаются друг от друга, особенно по содержанию Si, Al, Fe, щелочных и щелочноземельных металлов. В легких почвах повышена концентрация кремния – основную массу составляет SiО2. По сравнению со средним содержанием пород почвы обогащены С, N, P, S, т. е. биогенными элементами, накапливающимися в результате деятельности живых организмов. Si, Al, Fe, Mg, K, Na практически унаследованы почвами от почвообразующей породы.
Источник
Химия почв
В практикуме рассмотрены показатели химических свойств почв и методы их определения. Подробно описаны методы определения элементного состава, кислотно-основных и катионообменных свойств почв. Рассмотрены показатели и способы оценки подвижности соединений химических элементов в почвах.
Оглавление
- 1 Введение. Краткая история развития химии почв
- 2 Элементарный и фазовый состав почвы
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Химия почв предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
2 Элементарный и фазовый состав почвы
Итогом почвообразовательного процесса является формирование почвенного тела. По элементарному составу почв можно судить о ведущей роли того или иного фактора почвообразования. Считается, что неорганические вещества почвы наследуют от почвообразующих пород, а органические являются результатом «работы» живых организмов. В действительности же, при детальном рассмотрении некоторых ЭПП (осолонцевание, оподзоливание и др.) состав и соотношение в почве химических элементов и их соединений не всегда однозначно зависит от проявления биологического или геологического факторов. Элементарный состав оказывается результатом совместного влияния всех факторов почвообразования на формирующееся почвенное тело. Так растения, например, особенно это относится к ксерофитам, являются не только поставщиками органического вещества в почвы (черноземы, каштановые почвы и др.), но и, накапливая минеральные соли в надземных органах, способствуют развитию процессов засоления. Сложный механизм взаимодействия факторов почвообразования отметил еще В.В. Докучаев, назвав почвы «зеркалом ландшафта», т.е. результатом воздействия на них конкретных ландшафтных условий.
Определение элементарного состава почв является следующим после морфологического описания этапом любого почвенного исследования, т.к. используется для уточнения классификационной принадлежности почв, дает представление о потенциальном плодородии почв, является основой для определения комплекса мероприятий по повышению и воспроизводству почвенного плодородия.
2.1 Вопросы для самоконтроля «Элементарный и фазовый состав почвы»
1. Особенности почв как природного тела. Элементарный состав почв, сущность понятия, основные направления.
2. Особенности элементарного состава почв: биофильные элементы, макроэлементы, переходная группа и микро — и ультрамикроэлементы (их биологическая роль), геохимическая классификация элементов В.М. Гольдшмидта (литофильные, халькофильные, сидерофильые и атмофильные элементы).
Источник
интерпретация данных валового состава_Задание 2. 2. 16 Способы выражения элементного состава почвы
Название | 2. 16 Способы выражения элементного состава почвы |
Дата | 01.11.2021 |
Размер | 256 Kb. |
Формат файла | |
Имя файла | интерпретация данных валового состава_Задание 2.doc |
Тип | Документы #260842 |
страница | 1 из 3 |
Подборка по базе: реферат. Способы тушения пожаров 2021.docx, Гепатит В — причины появления, симптомы заболевания, диагностика, Конфликты. способы разрешения.docx, Задание по теме Управление конфликтами. Способы и правила разре, Руткиты, и способы противодействия им.docx, Значение и способы мотивации труда.docx, Аналоговый и дискретный способы представления изображений и звук, Законность и правопорядок, основные способы их обеспечения в сис, реферат. Способы тушения пожаров 2021.docx, Средства и способы спасения людей при пожаре.docx Распространен традиционный и простейший способ вычисления результатов анализа валового элементного состава почвы в процентах (массовых) высших оксидов элементов, входящих в состав почвы (Полынов Б.Б., 1956, Мякина Н.Б., Аринушкина Е.В., 1979). Этот способ наиболее применим для макроэлементов. При полном валовом анализе учитывают следующие оксиды: SiO2, Al2О3, Fe203, TiO2, Na2O, MnO, CaO, MgO, SO3, P2O5, K2O. В первом приближении можно считать, что в пересчете на прокаленную навеску почвы сумма высших оксидов должна быть близка 100 %. Допустимые отклонения не должны превышать 1-1,5 %. Такая проверка несколько условна, так как не во всех почвах и не всегда валентное состояние оксидов отвечает их высшим оксидам и не все элементы в почвах представлены кислородными соединениями. Из перечисленных выше макроэлементов в разных степенях окисленности в почвах могут находиться Fe, Mn, S. В восстановленных почвах некоторые элементы могут быть представлены сульфидами. Если, например, результаты анализа пирита FeS2 выразить в оксидах, то сумма оксидов составит более 200 %. Однако для большинства почв проверка правильности анализа элементного состава по сумме оксидов оказывается вполне приемлемой. Выражение результатов валового анализа почв в оксидах и в весовых процентах имеет существенные недостатки. 1. Условная форма записи в виде высших оксидов не соответствует реально присутствующим в почвах соединениям. Только Si, Ti, Fe и А1 частично находятся в почвах в форме оксидов различной степени окристаллизованности. Остальные оксиды не могут существовать в почве в свободном состоянии. 2. Оксидная форма искажает представление о соотношении количеств различных элементов в составе почвы, так как весовая и мольная доли кислорода в составе оксидов различных элементов неодинаковы. Например, доля S в составе SO3 составляет только 40 % массы оксида, тогда как доля К в составе К20 равна 83 %. Если, например, в почве содержится 1,5 % К20 и 0,3 % SO3, то по таким данным содержание К20 в почве в 5 раз больше, чем S03; а в пересчете на элементы содержание К оказывается равным 1,25 %, a S – 0,12 %, т. е. количество калия в 10 раз превышает количество серы. Таким образом, содержание оксидов не дает правильного представления о накоплении в почве химических элементов и их соотношении. 3. Правильному восприятию элементного состава почвы мешает и выражение результатов анализов в массовых процентах, даже если состав представлен в элементах, а не в оксидах. В химических реакциях и процессах участвуют атомы, ионы и молекулы, конечный результат зависит от числа вступивших в реакцию молекул или от числа атомов, перенесенных из одного почвенного горизонта в другой. Таким образом, итог процесса, его интенсивность должны быть выражены числом частиц вещества, а не его массой. Например. Сравним поведение алюминия и железа в черноземе. В пахотном горизонте типичного чернозема (Курская область) содержится 9,2 % А120з и 3,7 % Fe203. В пересчете на элементы это составит 4,9 % А1 и 2,6 % Fe. Атомные массы этих элементов резко различны и равны 26,98 и 55,85 для А1 и Fe соответственно. Следовательно, в 100 г почвы содержится 0,18 моля А1 и 0,047 моля Fe. Если по массе содержание А1 в 1,9 раза превышает содержание Fe, то по числу атомов – в 3,8 раза. Количественные соотношения между содержанием отдельных элементов широко используются почвоведами для решения многих генетических вопросов, и, решение задачи может зависеть от выбранного способа выражения результатов анализов. В практике почвоведения нередки и такие случаи, когда выводы о преобладании того или иного элемента могут быть изменены на противоположные при правильном выборе способа выражения результатов анализа. Например. Дерново-подзолистая почва в горизонте Е (А2) содержится 0,95 % СаО и 0,75 % MgO или в пересчете на Са и Mg – 0,68 и 0,45 % соответственно. Сравнение этих величин показывает преобладание Са над Mg. Однако число молей Са в 100 г почвы оказывается меньше, чем число молей магния – 0,017 и 0,019 соответственно. Таким образом, при исследованиях химического строения почвенных компонентов, их трансформации, закономерностей миграции и аккумуляции элементов результаты определения элементного состава следует выражать: а) в молях на определенную массу (кг) и (или) объем почвы. Согласно Международной системе единиц измерений (СИ), моль – это количество простого или сложного вещества, содержащее такое количество структурных элементов (атомов, молекул, ионов или электронов), которое равно числу атомов в 12 г изотопа углерода 12 С, а именно 6,022 • 10 23 (число Авогадро). Чтобы найти число молей элемента в 1 кг почвы, надо его процентное содержание в почве разделить на атомную массу (AM) и умножить на десять: моль/кг = (% • 10): AM; б) также можно пользоваться мольными долями или мольными процентами. Мольная доля – это число молей данного элемента (компонента), отнесенное к общему числу молей всех элементов (компонентов), составляющих почву. Мольная доля может изменяться от нуля до единицы. Мольный процент – то же, что и мольная доля, но выраженная в процентах; изменяется от нуля до 100 %. В таблице 16 приведен элементный состав дерново-подзолистой почвы, выраженный различными способами. Элементный состав дерново-подзолистой почвы в расчете на абсолютно сухую навеску (Орлов Д.С. и др., 2005) I. Процентное (по массе) содержание оксидов
II. Процентное (по массе) содержание элементов
III. Содержание элементов, моль/кг
IV. Мольные доли элементов, % от суммы молей
Сумма оксидов, как видно из таблицы, составляет от 89 до 97 %. Недостающее до 100 % количество приходится на MnO, Р205, S03 и на органические вещества. Наименьшая сумма – 89,35 % — найдена для верхнего горизонта А1Е, в котором содержится наибольшее количество органического вещества. По весовому содержанию оксиды располагаются в следующий убывающий ряд: Si02 >> AI3O3 > Fe203 > K20 > MgO, CaO, Na20. При пересчете на элементы этот ряд сохраняется, но соотношение элементов меняется. Так, в горизонте А1Е отношение SiО2/Al2О3 равно 8,4, тогда как отношение Si/Al = 7,4. Еще резче это различие выражено при сопоставлении кремния и железа. В том же горизонте отношение SiО2/Fe2О3 = 28,4, a Si/Fe – 19,0. Пересчетные коэффициенты отношений зависят от атомных масс и формулы оксида. В таблице 17 приведены некоторые массовые пересчетные коэффициенты. Пересчетные коэффициенты неодинаковы, и это означает, что выводы о накоплении, миграции элементов, их перераспределении в почвенном профиле будут различны в зависимости от выбранной формы выражения результатов анализа. Более контрастны заключения при использовании не массовых, а мольных величин. Например. В массовом выражении количество А1 в 2-3 раза превышает содержание Fe, а по числу атомов в 4-5 раз больше, чем Fe (см. табл. 14). По массе количество Са в верхних горизонтах в 1,5-2 раза больше, чем Mg, но по числу атомов уровни содержания Са и Mg соизмеримы или даже Mg преобладает. Также сглаживаются различия между К и Na. Массовые пересчетные коэффициенты
|