Почва: особенности состава и происходящих в ней процессов

Почва — самый верхний и плодородный слой литосферы, является связующим звеном между всеми оболочками планеты и живыми организмами.

Почва играет важную роль в процессах обмена веществом (энергией) между компонентами биосферы.

Почва — среда обитания большого количества живых организмов, и многие химические процессы, происходящие в почве как части литосферы напрямую связаны с процессами в биосфере.

В почве одновременно могут протекать химические, физические и биологические процессы.

Любую почву можно рассматривать как гетерогенную систему, состоящую из трех фаз: твердой (минеральный «скелет», органическая и биологическая компоненты), жидкой (почвенный раствор) и газообразной (почвенный воздух).

Минеральную основу почвы в основном составляет кварц (песок), глина и известняк (СаС0₃). В зависимости от размера частиц различают почвы песчаные, суглинистые и глинистые. Содержание органических веществ в разных почвах колеблется от ~2% (песчаные, глинистые почвы) до 20% (болотистые почвы).

Органические вещества почвы подразделяются на негумиповые и гумус.

Первые включают в себя не полностью разложившиеся остатки растений и животных, жиры и дубильные вещества, полисахара, пектины и др. Они легко разлагаются, поэтому нс попадают под понятие «гумус».

Под термином «гумус» (от лат. humus — земля, почва) чаще всего понимают темноокрашенное органическое вещество почвы (перегной), образующееся в результате биохимического разложения растительных и животных останков и накапливающееся в верхнем почвенном горизонте.

Таким образом, гумус — совокупность всех органических соединений, находящихся в почве.

Почвы, называемые черноземами, содержат максимальное количество гумуса, в среднем 500 т на гектар.

По оценкам ученых, общие запасы гумуса в почвах мира составляют около 2561 млрд т (расчет на слой в один метр).

По химическому составу гумус представляет собой сложную смесь гуминовых соединений (органических кислот).

По элементному составу основными компонентами гумуса являются Н, С, О, а также N (2−5%), S (~1%), Р, К.

За счет высокого содержания упомянутых биогенных элементов гумус — главный источник, из которого растения получают питание.

Биологическая составляющая почвенных экосистем представлена зелеными растениями, микроорганизмами и животными.

Основная почвообразующая роль принадлежит лесной растительности, второе место занимает травянистая растительность. В формировании плодородия почв важную роль играют почвенные микроорганизмы (бактерии, грибы, водоросли). Их общее число может достигать нескольких миллиардов в 1 г. Микрофлора почвы составляет в сухом весе примерно 2 т вещества животного происхождения на гектар.

Важную роль в почвенном круговороте веществ играют бактерии. Гетеротрофные бактерии разлагают органические остатки до простых минеральных соединений. Они могут быть как аэробными, так и анаэробными.

Одни осуществляют процесс аммонификации (разложение органических веществ до аммиака), другие восстанавливают нитрат-ион NO3 до NO; и далее до N₂0 или N₂ (процесс денитрификации). Например, данный процесс с участием глюкозы можно записать в виде следующих уравнений:

Последний процесс является также одним из основных биологических источников поступления оксида азота (I) в атмосферу.

Автотрофные бактерии осуществляют в почве процессы окисления минеральных соединений — продуктов жизнедеятельности гетеротрофов.

Например, аэробные бактерии играют роль в процессах нитрификации и нитрофикации:

Широко распространенные в почвах так называемые серобактерии окисляют H₂S, S и другие соединения серы до H₂S0₄ (процесс сульфофикации):

При участии железоокисляющих бактерий, наиболее распространенных в заболоченных почвах, происходит окисление солей Fe (II). В конечном итоге результат происходящих процессов (в том числе гидролиза) можно записать в следующем виде:

Эти же бактерии могут также окислять и соли Mn (II).

К физико-химическим процессам, происходящим в почвах, относят процессы эрозии и засоление почв.

Эрозия почв — это явление разрушения и сноса почв и рыхлых пород потоками воды и ветра. Соответственно, бывает ветровая и водная эрозия.

Эрозия уносит с полей биогенные элементы Р, К, N, Са, Mg гораздо больше, чем их вносится с удобрениями. Продуктивность почв при этом может снижаться на 35—70%.

Информация для размышления

То, что смывается или выдувается при естественной эрозии в течение столетий, антропогенная эрозия уносит в самые короткие сроки. Разрушение почвы за счет эрозии происходит быстро, тогда как для естественного восстановления верхнего плодородного слоя толщиной 25 см требуется согни и тысячи лет.^[1][2]

Засоление почв — процесс накопления вредных для растений солей (СаС0₃, MgC0₃, Na₂C0₃, Na₂SO, j, NaCl и др.) в верхних слоях почвы.

Этот процесс ежегодно превращает в разных странах мира сотни тысяч гектаров поливных земель в бесплодные. Процессу засоления способствуют нарушение правил строительства и эксплуатации ирригационных систем, которые орошают огромные площади земли. Для орошения пригодны воды с концентрацией солей до 1 r/л. Особенно нежелательно присутствие Na₂C0₃. В реках Na₂C0₃ обычно содержится в количестве 0,2—0,3 г/л. Однако засоление происходит также из-за того, что минерализованные грунтовые воды (в них содержится больше солей), поднимаются на поверхность, способствуя накоплению солей в почвенном профиле.

Информация для размышления

Фактически при поверхностном орошении через 8—10 лет грунтовые воды поднимаются до критического уровня (1,5—2,5 м) и вызывают засоление и заболачивание.

Избежать этого можно, если применять современные технологии: использование закрытых трубопроводов, дождевой воды, концентрирование оросительных вод, т. е. целого комплекса технологических мероприятий и высокой культуры земледелия.

• [1] Одними из основных причин антропогенной эрозии почвы являются: • уменьшение содержания гумусовых веществ в почве, приводящее к изменению структуры и водопроницаемости пахотных земель;
• [2] нарушение баланса по воде, которое является следствиемвырубки лесов, поливного земледелия и других воздействий, снижающих структурную устойчивость почв.