Какой? Химический состав плодородного слоя и его компоненты, необходимые для поддержания здорового почвообразования, многочисленны. К ним относятся азот, калий, фосфор, сера и такие микроэлементы, как железо, марганец и цинк.
Почему важен? Значение почвы для нашей планеты неоспоримо. Она не только дает нам пищу, но и служит основой для формирования растительности, участвует в круговороте углерода и биоразнообразии. По этой причине важно понимать химический состав почвы.
В этой статье:
Фазы почвы
Почва состоит из нескольких частей, которые взаимосвязаны и оказывают влияние друг на друга. В ней есть четыре основных фазы:
- твердая;
- жидкая;
- газообразная;
- живая.
Фазы почвы
Органические и минеральные вещества образуют твердую фазу почвы. Она представляет собой рыхлую смесь частиц. В нее входят глина, остаточные породы, песок, камни и другие вещества разного размера и форм. Несмотря на неоднородность, твердая фаза является своего рода поддерживающим каркасом для остальных частей почвы. По качеству твердой фазы специалисты оценивают ее гранулометрический (петрографический) состав, уровень пористости, структуру, тип сложения и другие показатели.
Эта часть плодородного слоя малоподвижна и составляет большую часть – около 45–60 %. Минералогический и химический состав почвы, а также ее многие физические свойства связаны именно с твердой фазой.
Жидкая часть почвы состоит из воды и солей, которые в ней растворены – это грунтовая влага, конденсат, впитавшиеся в почву осадки. Она занимает четверть всего объема покрова (25 %). В отличие от твердой, эта фаза является динамичной.
Она выполняет несколько важных функций. Во-первых, обеспечивает питанием растения и микроорганизмы. Во-вторых, является важным составляющим в процессах минерализации, гумификации, перемещении различных веществ внутри, выветривании и формировании почвенного профиля.
В-третьих, она отвечает за терморегуляцию, за процессы, связанные с выделением тепла и испарением как из почвы, так и с поверхности растений. От объема жидкой фазы зависят физические и механические свойства почвенного покрова. Большое количество влаги внутри или на поверхности могут негативно влиять на плодородность, в том числе из-за ускоряющейся эрозии и вымывания питательных веществ из верхнего слоя.
Почвенный воздух отличается от обычного, в нем содержится в разы меньше кислорода и много углекислоты из-за микроорганизмов и растений. Чем их больше, тем сильнее они потребляют кислород и тем больше углекислого газа вырабатывают. Некоторые углеводороды, альдегиды, спирты и другие нелетучие органические соединения также присутствуют в газообразной фазе почвы. Небольшое количество этих веществ образуется в ходе жизни микроорганизмов. Эти элементы впитываются растениями через корни, способствуя развитию и росту.
Последней в списке является живая фаза почвы. Она имеет очень важное значение, поскольку благодаря ей все части связаны между собой. Простейшие организмы, бактерии, грибы, растения и мелкие животные – это и есть живая фаза почвы. Процесс их жизнедеятельности позволяет частям переходить друг в друга. От активности живой фазы во многом зависит химический состав и биологические свойства почвы.
Ниже представлена диаграмма, где показано, как в большинстве случаев распределяются фазы.
Фазы почвы
Отдельно рассмотрим химический состав и свойства почвы. В земляном покрове содержится большое количество органических веществ и минералов, которое распределено по твердой и жидкой фазе. Как уже отмечалось, эта часть принимает активное участие в синтезе некоторых веществ и их переработке.
Химический состав почвы
Почва содержит в себе намного больше питательных веществ, чем успевают потреблять растения. При этом достаточно большое количество соединений вовсе не предназначено для питания этого зеленого мира. Химический состав почвы в разных видах земли будет отличаться, однако есть основные элементы, которые имеют решающее значение для плодородности:
Азот
В почве содержится не более 0,07–0,5 % азота. Для питания растений при этом может быть использована только минеральная форма (1–2 % от его общего объема). Происходящие в почве процессы помогают превращать органический азот в формы, которые могут питать растения.
Фосфор
Объем фосфора во многих типах почв варьирует от 0,03 до 0,25 %. Примерно половина этого элемента находится в земле в виде минерала, а остальная часть является органикой. В торфяных почвах со слабой степенью окультуренности доля органического фосфора может достигать 70 %. Некоторое количество этого элемента находится в состоянии, связанном с почвенными коллоидами.
В большой степени его минеральные формы в кислых подзолистых почвах и красноземах присутствуют в малорастворимых фосфатах железа и алюминия, которые растениям усвоить сложно. В нейтральных слоях, таких как черноземы, минеральный фосфор представлен более растворимыми фосфатами кальция и магния, что улучшает его доступность для растений.
Калий
В почве содержится от 0,6 до 3 % калия. В глинистой и суглинистой структурах обычно больше этого элемента, в песчаных и супесях его значительно меньше. Количество доступного для обмена калия в верхнем слое почвы не одинаково: в подзолистых почвах – от 150 до 300 килограммов на гектар, в черноземах – от 400 до 900 кг/га, в сероземах – от 600 до 1 500. В отличие от азота и фосфора, калий не образует прочных соединений в растениях. Из-за этого его количество в органическом веществе почвы остается низким.
Кальций
Всего 0,2–2 % состава почвы занимает кальций в обменно-поглощенном состоянии. В некоторых случаях его может быть больше, например, в серо- и черноземах содержится больше всего обменного кальция. В кислотных подзолистых почвах этого элемента, наоборот, очень мало. Обогатить плодородный слой кальцием можно с помощью внесения извести.
Хлор
Хлор представлен в основном в виде различных водорастворимых соединений, благодаря чему его частицы свободно перемещаются внутри почвы, опускаются в глубокие слои и поднимаются на поверхность. В местностях с высокой влажностью элемент вымывается и его концентрация гораздо ниже, чем в местах с частыми или постоянными засухами. Содержание его также зависит от состояния дренажной системы (как естественной, так и искусственной) – там, где вода не уходит, почва сильно засолена и содержит много хлора. Это вредно для растительности.
Углерод
Углерод имеет важное значение как для самой почвы, поскольку он повышает ее плодородность, так и для природы и климата в целом. Он участвует в постоянном цикле обмена, начинающемся и заканчивающемся в атмосфере. Углекислый газ поглощается растениями, а когда они погибают, процесс разложения освобождает некоторое количество углерода, который со временем оказывается в атмосфере. Так поддерживается постоянный баланс.
Углерод
Магний
Количество магния зависит от состава исходных пород и может составлять от 0,4 до 4 % и больше. В глинистых землях и суглинке его может быть больше, как и в черно-, сероземах и каштановых почвах. Его содержание значительно ниже в песчаных, супесчаных и торфяных покровах. Примерно 90–95 % магния в почве представлено разными минералами, главным образом силикатами и алюмосиликатами, которые плохо растворимы в воде.
Поэтому этот элемент, содержащийся в них, не может быть напрямую усвоен растениями. Около 5–10 % магния находится в доступном (обменном) состоянии. Небольшая часть – в виде органических соединений; они после разложения становятся доступными для питания растений. Магний играет очень важную роль в этом процессе.
Сера
Сера содержится в почве в малых количествах (0,1–0,5 % от общего объема). Органические ее соединения составляют 80–90 %, остальная часть – питательные для растений минеральные вещества (с кальцием, калием, натрием, железом и другими). Сера высвобождается в процессе окисления в гумусе и органических остатках, эта реакция называется сульфофикацией и зависит от деятельности бактерий.
Как правило, для растений достаточно того количества элемента, которое есть в почве. Но иногда серу необходимо вносить дополнительно с суперфосфатными удобрениями, например, в подзолистые песчаные земли с малым содержанием гумуса.
Железо
В разных типах почв может быть обнаружено от 1 до 11 % железа в виде алюмосиликатов, окиси, гидратов. Нехватка элемента влияет на питание растений. Это особенно заметно в местах, где оно недоступно для прямого усвоения из-за высокого содержания карбонатов и извести.
Марганец
Этот элемент также есть в разных типах почвы, но в малых количествах и в нескольких формах. Однако доступными для растений являются только две из них – обменный и водорастворимый марганец. Если кислотность почвы уменьшается, пригодного для питания становится мало. Такие случаи встречаются крайне редко: обычно почва не выщелачивается до такого состояния.
Медь
Этот химический элемент практически не вымывается и не перемещается между слоями. Такое его свойство позволяет почве накапливать достаточное количество меди (от 55 до 130 кг/га в глинистых землях). Однако концентрация элемента сильно зависит от уровня pH – хорошо накапливается при высоком (7,0–8,0) и слабо – при более низком. Недостаточно меди в песчаных почвах, подверженных выветриванию и с большим количеством органических веществ.
Цинк
Концентрация цинка изменяется в диапазоне от 22 до 670 кг/га. Обычно его значительно больше в поверхностных слоях, по сравнению с глубокими. Одной из ключевых причин, влияющих на развитие дефицита цинка у растений, является pH почвы. На практике доказано, что поглощаемое растениями его количество сокращается после внесение в кислые земли извести. Процесс фиксации цинка в почве при повышении pH часто ассоциируется с образованием нерастворимых его гидроокисей. При pH выше 7,0 проблемы с доступностью цинка особенно значительны.
Бор
Количество бора в почвах – от 22 до 225 кг/га, он содержится в основном в ее верхних 15–20 см. В большей степени он обнаруживается как нерастворимый сложный минерал – турмалин. Общий запас бора в почве не гарантирует, что растения смогут легко его использовать – для них доступно менее 5 % всего объема элемента.
Почвы во влажных местах обычно с малым содержанием бора, так как водорастворимые его формы смываются дренажной влагой. То, что остается, это нерастворимый минерал. Концентрация бора ниже в глубоких слоях почвенного покрова. Это объясняет, почему в засушливую погоду растениям не хватает этого элемента. В такое время корни растений проникают в более глубокие слои почвы с низким содержанием бора.
Молибден
Молибден в почве содержится в очень малом количестве – около 7 килограммов на один гектар. Как и бор, он в большей степени сконцентрирован в верхней части (примерно 20 сантиметров). Молибден отличается от других химических элементов тем, что нейтральный pH или значения, близкие к нему, гарантируют достаточное содержания пригодного для растений вещества.
Другие элементы более доступны в более кислотной среде. Увеличить количество молибдена можно с помощью известкования, поскольку общий его запас мал для питания растений.
Влияние химического состава на почву
Химический состав почвы, характеристика которого меняется в зависимости от местности, играет важную роль в определении плодородности для всех типов культур. Негативно на питательность земли влияет не только нехватка микроэлементов и веществ, но и их избыток, который может быть вреден для определенных видов растительности.
Влияние химического состава на почву
Химический состав почвы, определение и содержание которого описано выше, не всегда является стабильным. Часто под влиянием разных факторов происходят серьезные изменения. К таким причинам относятся:
- преобразование минералов в результате разных реакций и перехода элементов в другие соединения;
- большое количество осадков, которые вносят в почву содержащиеся в атмосфере химические элементы;
- движение влаги и изменение количества грунтовых вод, вымывающих полезные элементы в подземную сеть и далее в природные резервуары;
- обратный процесс поступления веществ через грунтовые воды;
- природный циклический круговорот, в который вовлечены элементы из земли.
В связи с этими естественными процессами почвенный профиль всегда будет особым в разных климатических и топографических условиях, в то время как исходные однородные породы чаще всего остаются неизменными.
Часто задаваемые вопросы о химическом составе почвы
Какая единица измерения химического состава почвы?
Кларковое число, или просто кларк – основная единица определения среднего содержания того или иного элемента в земле. Сравнение производится с эталонным значением в идеальной почве. К примеру, в природной незагрязненной почве 1 кларк кальция будет равен 3,25 % в одном килограмме. Если содержание элемента превышает значение в 4 кларка, то считается, что он содержится в избытке и земля загрязнена им.
Какая почва считается структурной?
Это самая плодородная из всех видов. В ней содержатся не только мелкие частицы вроде ила и песка, которые входят в состав любой земли. Она богата перегноем, известью и другими элементами. В ней сбалансированы процессы циркуляции воды, воздуха и тепла, что делает ее оптимальной для питания растений.
Какая почва считается кислой?
Уровень кислотности бывает трех видов: слабокислый с pH 5,1–5,5, нейтральный с pH 5,6–7,0 и кислый с рН 3,8–5,0. Хуже всего растения переносят последний: они плохо развиваются или не растут вовсе. Есть народный метод определения кислотности, для него используются листы смородины. Несколько их необходимо заварить кипятком, а затем опустить небольшой образец почвы в этот отвар. Кислотность определяется по изменению цвета раствора.
От чего зависит тип почвы?
На него влияет множество факторов, в том числе процессы первоначального формирования почвенного горизонта, структура, состав и происхождения содержащихся пород, качества и количества минеральных и органических соединений. Почвы делятся на черно-, буро-, красно-, серо-, желтозем и так далее.
Какие почвы называются засоленными?
Те, в которых большая концентрация растворимых и минеральных солей. Более 0,1–0,3 % считается критическим показателем и вредно для растений. Даже такие типы почвы, как чернозем могут содержать много солей. С появлением высокого их уровня земля приобретает свойства солончаков и солонцов.
Часто задаваемые вопросы о химическом составе почвы
Идеально сбалансированное содержание всех необходимых веществ в пригодном для растений виде встречается редко. Обычно в почвах разного типа существует избыток или дефицит того или иного элемента. Железа много в минеральных с повышенной кислотностью, а марганец в избытке содержится в подзолистых. Если почвы сильно засолены, то в них наверняка будет повышена концентрация бора. Вблизи морских побережий обнаруживается значимый объем хлора.
Тем не менее, в подавляющем большинстве случаев недостаток питательных элементов в почве ограничивает полноценное развитие посадок. Чтобы устранить эту проблему и обеспечить урожайность, на большинстве участков рекомендуется регулярно вносить 6–8 основных макроэлементов. Из микроэлементов наиболее часто требуется добавление бора, а в случае кислых почв – молибдена. Обогащение серой обычно производится совместно с внесением магния и кальция, либо в составе простого суперфосфата с сульфатом кальция.
