ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ПОЧВ

Элементный состав почвы становится сравнительно малоинформативным, когда приходится решать вопрос о механизмах почвенных процессов и о тех законах, которым эти процессы подчиняются.

Почвообразование осуществляется в результате множества протекающих одновременно или последовательно процессов и химических реакций. Полной и достаточно стройной классификации этих процессов пока нет. В первом приближении почвенно-химические процессы можно подразделить на следующие большие группы:

- процессы трансформации органических и минеральных компонентов почвы;

- процессы переноса вещества;

- специфические сложные процессы формирования отдельных почвенных горизон- тов или почвенного профиля.

Процессы трансформации объединяют химические реакции разложения, синтеза и перестройки различных веществ, входящих в почвообразующую породу, в состав почвы или привносимых в почву извне. К ним относятся реакции выветривания (разложения) минералов и горных пород, идущие путем растворения. восстановления, гидролиза. В эту группу входят также процессы минерализации органического вещества, процессы гумификации, реакции образования и растворения осадков.

Процессы переноса вещества охватывают как внутрипочвенную миграцию вещества, так и миграцию с переносом вещества через границу почва – сопряженная среда (атмосфера, воды, породы). Частными видами процессов этой группы являются элювиирование, иллювиирование, аккумуляция и выщелачивание.

Процессы преобразования почвы и ее отдельных горизонтов воспринимают как целостное специфическое явление, но состоящее из многих частных процессов и реакций. К ним можно отнести оглеение, оподзоливание и т.д.

Понимание всех этих процессов опирается уже не на элементный состава почвы. На ее вещественный (молекулярный) состав. В конкретных реакциях участвуют не атомы, а ионы и молекулы, и поэтому физико-химические свойства почв базируются на свойствах молекул. Молекулы разного типа могут входить в состав различных фаз и поэтому в неодинаковой степени участвовать в химических реакциях.

Фазой называют совокупность всех гомогенных частей системы, одинаковых во всех точках по составу и по всем физико-химическим свойствам и отграниченных о других частей системы некоторой видимой поверхностью (поверхностью раздела).

Почва представляет собой многофазную систему. Она состоит из твердых частиц, воды (почвенного раствора) и почвенного воздуха. Если почвенный раствор и почвенный воздух можно считать отдельными фазами почвы, то твердые частицы нельзя считать отдельной фазой. Общее число твердых фаз в почве может быть очень велико. Отдельные фазы составляют совокупности частиц кварца, слюд, обломков полевых шпатов или обломков кристаллов каолинита и т.д. Особыми фазами представлены скопления труднорастворимых или растворимых солей, оксидов, гидроксидов. Одинаковые по составу, но различные по кристаллическому строению вещества образуют отдельные фазы. Так, карбонат кальция CaCO3 может быть представлен кристаллами кальцита или арагонита.

Фазовый состав почвы не тождествен вещественному составу почвы. Число фаз может быть больше числа веществ, составляющих почву (явление полиморфизма), и наоборот – число фаз может быть меньше числа составляющих веществ, например в почвенном растворе.

На долю твердых частиц приходится 40-65% объема почвы. Объем почвенного раствора может изменяться в широком диапазоне. До 35% объема почвы обычно занимает почвенный воздух. Для типичных почв характерно следующее соотношение объемов твердых частиц, жидкой и газообразной фаз:

Т : Ж : Г = 2 : 1 : 1.

95% твердых частиц типичной плодородной почвы состоят из неорганических соединений и 5% - из неорганических. Некоторые виды почв, например торфяные, содержат иногда более 95% органических соединений, тогда как в так называемых «бедных» почвах содержание органических веществ может быть менее 1%.

Почвенный раствор – это жидкая фаза почвы, существующая в природных условиях. Состав почвенного раствора меняется в очень широких пределах. В незасоленных почвах в почвенном растворе содержится от десятых долей до нескольких г/л, или примерно от 5-7 до 100-150 ммоль/л катионов и анионов. Наиболее типичными компонентами почвенных растворов, концентрации которых значительно превосходят концентрации других катионов и анионов являются катионы Ca2+, Mg2+, K+, NH4+, Na+ и анионы HCO3-, SO2-, NO3- и Cl-. При изменении влажности почвы концентрация отдельных ионов меняется по различным законам. Так, концентрации ионов Na+, Cl-, NO3- возрастают пропорционально влажности почвы, а концентрация фосфат-иона, обусловленная произведением растворимости фосфатов, почти не изменяется.

Почвенный воздух отличается от атмосферного более высоким содержанием CO2 (обычно от 0,1 до 2-3%), а в торфяных почвах на глубине 20-30 см концентрация CO2 достигает 10-12% об. Содержание кислорода в воздухе верхнего слоя почвы (толщиной 20 см) на 0,5-1,5% ниже его концентрации в атмосферном воздухе. В почвенном воздухе могут содержаться H2S, CH4, N2O и органические летучие соединения (углеводороды, спирты. эфиры, альдегиды).