Глобальные экологические функции почв

Набор и количественное соотношение химических элементов в почве называют ее элементным составом. Любые почвы содер­жат все 92 элемента Периодической системы Д.И. Менделеева, а в случае химического загрязнения в почвах обнаруживаются и транс­урановые элементы. Диапазон концентраций очень велик: от де­сятков и единиц массовых долей (%) до 10¹⁰—10¹². Часть элемен­тов участвует в формировании почвенной массы, т. е. они играют конституционную роль, хотя они же необходимы и живым орга­низмам; другая часть существенно не влияет на свойства почвен­ной массы, но зато играет важную физиологическую роль: неко­торые элементы могут быть как стимуляторами физиологических и биохимических процессов, так и токсичными факторами. Пер­вая группа — это макроэлементы, вторая включает микро-, ультрамикро- и наноэлементы.

Химические элементы представлены в почвах большим набо­ром их химических соединений. Разнообразие соединений любо­го из элементов обеспечивает сравнительную устойчивость хи­мического состояния почв. Так, соединения фосфора представ­лены преимущественно ортофосфатами, но они могут находить­ся одновременно в виде различных соединений с кальцием, алюминием, железом, цинком, свинцом, марганцем.

Железо в почвах одновременно входит в кристаллические ре­шетки алюмосиликатов, в гётит FеООН, гематит Fе₂О₃ и различ­ные гидроксиды. По мере расхода наиболее растворимых соедине­ний Fе³⁺ его концентрация поддерживается в почвенном растворе другими соединениями железа. Соединения кремния в почвенном растворе представлены ортокремниевой кислотой Н₄SiО₄ или ее полимерными формами, а в твердых фазах одновременно сосуще­ствуют аморфный и кристаллический диоксид кремния SiО₂ (кварц), минералы группы алюмосиликатов.

В крупных песчаных фракциях почв преобладают каркасные алю­мосиликаты, во фракции менее 1 мкм — слоистые алюмосилика­ты, из них наиболее распространены монтмориллонит, каолинит и гидрослюды.

Особенно многочисленны в почвах соединения углерода. Прак­тически всегда в почвенном воздухе есть диоксид углерода СО₂, в почвенном растворе — угольная кислота, в степных и сухостепных почвах — СаСО₃ и Nа₂СО₃ . Все они — минеральные соеди­нения.

Набор соединений в органическом веществе до сих пор не подсчитан, но в их число входят как низкомолекулярные соеди­нения, начиная от метана СН₄, аминокислот, простейших кис­лот жирного ряда, моносахаридов, так и высокомолекулярные соединения, представленные целлюлозой, лигнином, полипе­птидами.

Сложность состава почв, большой набор химических соеди­нений обусловливают возможность одновременного протекания различных химических реакций и способность твердых фаз почв поддерживать сравнительно постоянный состав почвенного ра­створа, откуда растения непосредственно черпают химические элементы (рис. 3.1).

Поддержание постоянства состава почвен­ного раствора называют буферностью почв. В природной обста­новке буферность почв выражается в том, что при потреблении какого-либо элемента из почвенного раствора происходит час­тичное растворение твердых фаз и концентрация раствора вос­станавливается. Если в почвенный раствор попадают извне из­лишние количества каких-либо соединений, то твердые фазы почв связывают такие вещества, вновь поддерживая постоян­ство состава почвенного раствора. Это подтверждают возмож­ные переходы ионов К⁺ и трансформация калийсодержащих веществ в почве. Буферность почв обусловлена большим набо­ром одновременно протекающих химических реакций между почвенным раствором и твердыми частями почвы. Химическое разнообразие делает почву устойчивой как в изменяющихся условиях природной среды, так и при антропогенном воздействии.