Какие минеральные вещества содержаться в почве
Почва. Минеральное вещество почвы. Органическое вещество почвы.Почва — это сложная система, состоящая из минерального и органического компонентов. Она служит субстратом для развития растений. Для успешного земледелия необходимо знать особенности и пути формирования почвы — это помогает повысить ее плодородие, т. е. имеет большое экономическое значение. В состав почвы входят четыре основных компонента:
Минеральное вещество почвыПочва состоит из минеральных компонентов разного размера: камней, щебня и «мелкозема». Последний принято подразделять в порядке укрупнения частиц на глину, ил и песок. Механический состав почвы определяется относительным содержанием в ней песка, ила и глины. Механический состав почвы сильно влияет на дренаж, содержание питательных веществ и температурный режим почвы, иными словами, структуру почвы с агрономической точки зрения. Средне- и мелкоструктурные почвы, такие как глины, суглинки и алевриты, обычно более пригодны для роста растений, так как содержат достаточно питательных веществ и способны лучше удерживать воду с растворенными в ней солями. Песчанистые почвы быстрее дренируются и теряют питательные вещества в результате выщелачивания, но их выгодно использовать для получения ранних урожаев; весной они быстрее, чем глинистые, просыхают и прогреваются. Присутствие камней, т. е. частиц диаметром более 2 мм, важно с точки зрения износа сельскохозяйственных орудий и влияния на дренаж. Обычно с увеличением содержания камней в почве уменьшается ее способность удерживать воду. Органическое вещество почвыОрганическое вещество, как правило, составляет лишь небольшую объемную долю почвы, однако оно очень важно, поскольку определяет многие ее свойства. Это главный источник таких элементов питания растений, как фосфор, азот и сера; оно способствует формированию почвенных агрегатов, т. е. мелкокомковатой структуры, особенно важной для тяжелых почв, поскольку в результате повышаются водопроницаемость и аэрация; оно служит пищей для микроорганизмов. Органическое вещество почвы подразделяют на детрит, или мертвое органическое вещество (MOB) и биоту. Гумус (перегной) — это органический материал, образующийся при неполном разложении MOB. Значительная часть его существует не в свободном виде, а связана с неорганическими молекулами, прежде всего с глинистыми частицами почвы. Вместе с ними гумус составляет так называемый поглощающий комплекс почвы, крайне важный почти для всех протекающих в ней физических, химических и биологических процессов, в частности для удерживания воды и питательных веществ. Среди почвенных организмов особое место занимают дождевые черви. Эти детритофаги вместе с MOB заглатывают большое количество минеральных частиц. Перемещаясь между разными слоями почвы, черви постоянно ее перемешивают. Кроме того, они оставляют ходы, облегчающие ее аэрацию и дренаж, улучшая тем самым ее структуру и связанные с ней свойства. Лучше всего дождевые черви чувствуют себя в нейтральной и слабокислой среде, редко встречаясь при рН ниже 4,5. — Также рекомендуем «Почвенный воздух. Биотические факторы. Экология сообществ — синэкология.» Оглавление темы «Почва. Популяционная экология.»: |
Минеральная часть почвы — основная составляющая почв, включающая
Минеральная часть почвы возникла в ходе процессов выветривания горных пород и минералов верхних слоев литосферы и их превращений. Это подтверждается схожим химическим составом литосферы и почв. Почвенный покров образовался под совокупным влиянием на минеральную природу физических и химических факторов, а также живых организмов, прежде всего растений и микроорганизмов.
Геохимический состав почвы наследуется от почвообразующих пород. Так, высокое содержание оксида кремния определяет высокое содержание его в почве. На карбонатных породах образуются почвы, обогащенные щелочноземельными элементами.
Биологических фактор почвообразования
Благодаря деятельности живых организмов в почве по сравнению с земной корой содержание углерода увеличилось в 20 раз, азота — в 10 раз.
Почвообразование в естественных условиях протекает очень медленно. Применение удобрений и агротехнических приемов позволяет ускорить этот процесс. Так, внесение удобрений усиливает жизнедеятельность растений и почвенной микрофлоры, что приводит к накоплению органических веществ и биологически важных элементов.
По химическому строению минералы делятся на силикаты и алюмосиликаты. Из силикатов для всех типов почв во фракциях песка и пыли преобладает кварц — SiO2, характеризующийся низкой поглотительной способностью и высокой водопроницаемостью. В почвах его содержание, как правило более 60%, в песчаных — более 90%. Кварц химически инертен, отличается высокой прочностью.
Основой минеральной части почв составляют кремнекислородные соединения. Самый распространенный почвенный минерал — кварц, или оксид кремния. Алюминий и железо преимущественно входят в состав алюмосиликатных и ферросиликатных минералов. Атомы кремния и кислорода образуют прочносвязанные группы SiO4, имеющие тетраэдрическую структуру. В связи с четырехвалентностью кремния, группы SiO4 могут образовывать между собой различные сложные комбинации соединения.
Группы соединений тетраэдров SiO4
В структурах минералов тонкодисперсных фракций почв кремнекислородные тетраэдры могут соединяться в слои, цепочки или отдельные группы тетраэдров SiO4. Суммарная степень окисления этих групп отрицательна. В сложных сочетаниях кремнекислородных тетраэдров часть атомов кремния может замещаться атомами алюминия.
В кристаллической решетке кварца тетраэдры SiO4 соединены между собой посредством атомов кислорода с четырьмя другими тетраэдрами SiO4. Общая формула кварца (SiO2)n. В кристаллической структуре полевых шпатов часть атомов кремния замещена на алюминий. Для компенсации возникающего отрицательного заряда кремнеалюмокислородного каркаса в их состав включаются атомы натрия, кальция и других, встраивающиеся в «полостях» решетки. Так, полевой шпат альбит имеет формулу Na[SiAlO8].
Кристаллическая структура кварца
Алюминий в тетраэдрической координации с ионами кислорода или гидроксильной группы ОН образует октаэдрические группы, где атом алюминия окружен шестью атомами кислорода или гидроксильной группами. Формула такого соединения (слоя) [Аl(ОН)3]•n соответствует минералу гиббситу (гидраргиллиту).
Структуру таких минералов можно представить следующим образом:
…[(ОН)ЗАl2(ОН)З]•n…[(ОН)3Al2(ОН)3]•n…[(OH)3Al2(OH)3]•n.
Формуле отражает химический состав слоя (пакета), а точки — межпакетные промежутки.
Минеральная часть почв состоит из первичных и вторичных минералов. В песчаных и супесчаных почвах в основном преобладают первичные минералы, суглинистые почвы состоят из первичных и вторичных минералов, а глинистые — преимущественно из вторичных с примесью кварца. Разделение минералов на первичные, то есть с размером частиц более 0,001 мм и вторичные менее 0,001 мм условно, так как последние являются продуктами физико-химического выветривания первичных и образования при этом гидратов полуторных оксидов кремнезема и иных соединений.
В процессе выветривания гидролиз полевого шпата и слюды приводит к замещению катионов металлов в кристаллических решетках минералов на ионы водорода:
Физико-химическое выветривание нераздельно от биологического преобразования пород и минералов под воздействием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности.
Первичные минералы почвы — минералы, перешедшие из земной коры в почву без изменения своей структуры. К ним относятся минералы почвенного скелета:
- кварц и его разновидности,
- полевые шпаты: ортоклазы, плагиоклазы, слюды, роговые обманки, авгит, турмалин, магнетит, кальцит, доломит и др.
Первичные минералы почвы входят в состав материнских почвообразующих пород, образовавшихся в результате выветривания и разрушения горных пород. В почвах они присутствуют в виде песчаных частиц размером от 0,05 до 1,0 мм и пылеватых частиц размером от 0,001 до 0,05 мм. В небольшом количестве присутствуют в виде илистых размером менее 1 мкм и коллоидных размером менее 0,25 мкм частиц.
Из первичных минералов под влиянием физико-химических процессов, таких как гидратация, гидролиз, окисление и жизнедеятельности почвенных организмов образуются гидраты полуторных оксидов и кремнеземы, минеральные соли, а также вторичные минералы.
При разрушении полевых шпатов и слюд высвобождается калий, кальций, магний, железо и некоторые другие питательные элементы для растений.
Вторичные минералы, или минералы глин, — каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и др. В основном представлены в виде илистых и коллоидных частиц, реже в виде пылеватых частиц.
В кристаллических решетках алюмосиликатных минералов мелкодисперсной фракции почв лежат комбинации кремнекислородных тетраэдрических и алюмогидроксильных октаэдрических слоёв.
Кристаллическая решетка каолинита образована пакетами из двух слоев, связанных между собой атомами кислорода: тетраэдрического кремнекислородного и октаэдрического алюмогидроксильного:
…[O3Si2O2(OH)Al2(OH)3]•n…[O3Si2O2(OH)Al2(OH)3]•n.
Кристаллические решетки монтмориллонита и гидрослюд образованы одним алюмогидроксильным слоем и двумя присоединёнными к нему кремнекислородными:
[O3Si2O2(OH)Al2OHO2Si2O3]•n…[O3Si2O2(OH)Al2OHO2Si2O3]•n.
Связь между пакетами у минералов каолинитовой группы сильнее, а межпакетные пространства небольшие. Поэтому взаимодействие микрокристаллических частиц с водой протекает только на внешней поверхности.
У минералов монтмориллонитовой группы межпакетные пространства больше, а связь между пакетами слабее, поэтому молекулы воды могут проникать в межпакетные пространства. В катионном обмене с почвенным раствором минералов этой группы принимают участие катионы, расположенные на поверхности частиц и находящиеся в межпакетных промежутках. Этим объясняется высокая обменная поглотительная способность минералов монтмориллонитовой группы и наличие необменного поглощения катионов. Эта группа характеризуется высокой дисперсностью, набухаемостью, липкостью и вязкостью.
Почвенные глинистые минералы разделяются на:
- монтмориллонитовые (монтмориллонит — Al2Si4O10(OH)2·nН2O, бейделлит — Al3Si3O9(OH)3·nH2O, нонтронит, сапонит, соконит и др.).
- каолинитовые (каолинит — Al2Si2O5(OH)4 и галлуазит Al2Si2O5(OH)4·2Н2O),
- гидрослюды (гидромусковит (иллит) (К,Н3O)Аl2(OН)2[Аl,Si]4·nН2O, гидробиотит, вермикулит),
- минералы полуторных оксидов (гематит, бемит, гидраргиллит, гётит и др.).
Наибольшей поглотительной способностью обладают монтмориллонитовые минералы, наименьшей — каолинит. Так, емкость поглощения каолинита в 8-15 раз меньше емкости поглощения монтмориллонита. Эта особенность имеет значение в поглощении удобрений.
Монтмориллонит — Мg3(OН)4[Si4O8(OН)2]·Н2O — характеризуется высокой дисперсностью: 40-50% коллоидных (размер менее 0,0001 мм) и 60-80% илистых (размер менее 0,001 мм) частиц. Преобладает в черноземах. Из-за высокой дисперсности емкость поглощения достигает 120 мг-экв/100 г, при увлажнении набухает. В межплоскостное пространство кристаллической структуры могут проникать катионы (К+, NH4+, Na+, Са2+ и др.), которые при дегидрации (подсушивании) почвы фиксируются и становятся недоступными для растений до следующего насыщения влагой.
Вторичные алюмосиликатные минералы находятся в почве в виде мелкодисперсных кристаллов и характеризуются высокой поглотительной способностью.
Группа каолинитов менее дисперсна, обладает небольшой набухаемостью и липкостью, емкость поглощения — не более 25 мг-экв/100 г почвы, размер частиц менее 0,001 мм, водопроницаемость хорошая.
В дерново-подзолистых и черноземных почвах, сформированных на покровных суглинках, в составе высокодисперсных фракций преобладают монтмориллонит и гидрослюды. В красноземах, желтоземах и дерново-подзолистых почвах, сформировавшихся на продуктах древнего гумидного выветривания гранита, содержание минералов каолинитовой группы значительно выше.
Гидрослюды образуются из слюд, имеют непостоянный химический состав, по физическим свойствам занимают промежуточное положение между монтмориллонитом и каолинитом. Гидрослюды присутствуют во всех почвах в илистой и коллоидной фракциях. Из-за высокой дисперсности обладают большой поверхностью и поглотительной способностью.
Слюды определяют агрохимические и агрофизические свойства почвы. Являются источником калийного питания растений, в их состав входит до 5-7% калия. Энергия коллоидного поглощения калия большая, вследствие чего в поглощающем комплексе его содержится 0,510 ммоль/100 г почвы. Красноземы и латериты вследствие небольшого содержания слюд и гидрослюд и избытком минералов каолинитов группы с низким содержанием калия, отличаются дефицитом калия.
К слабо окристаллизованным минералам, существенно влияющих на поглотительную способность почв, относятся аллофан, свободная кремнекислота, различные кислоты и их соли. В состав минеральной части почвы входят аморфные вещества: гидраты оксидов алюминия Al2O3 • nН2O, железа Fe2O3 • nН2O и кремния SiO2 • nН2O. Наибольшее их содержание отмечается в красноземах и желтоземах. В изоэлектрических точках этим вещества образуют аморфные осадки, которые по мере старения образуя новые минералы:
В почве содержатся минеральные соли: карбонаты, сульфаты, нитраты, хлориды, фосфаты кальция, магния, калия, натрия, железа, алюминия, марганца. Все нитраты и хлориды, а также соли калия и натрия хорошо растворимы в воде, но их содержание в почвах (за исключением засоленных) относительно небольшое. Малорастворимые соли (карбонаты кальция, магния и сульфат кальция) встречаются в составе твердой фазы в некоторых почвах в значительных количествах, а нерастворимые — фосфаты кальция, магния, железа и алюминия — во всех почвах.
В почве кроме макроэлементов присутствуют микроэлементы. Основным их источником в почве служат почвообразующие горные породы. Так, почвы, образовавшиеся на продуктах выветривания кислых пород, то есть гранитах, липаритах, гранито-порфирах, бедны никелем, кобальтом, медью. Почвы, сформировавшиеся на продуктах выветривания основных пород (базальтах, габбро), напротив, обогащены этими элементами.
Некоторые микроэлементы, например, йод, бор, фтор, селен, мышьяк могут поступать в почву из атмосферного воздуха, вулканических извержений и осадками. Для йода и фтора эти источники являются основными.
Таблица. Содержание микроэлементов в почве и литосфере, масс. %[1]
| Элемент | Содержание | Элемент | Содержание | ||
|---|---|---|---|---|---|
| в почве | в литосфере | в почве | в литосфере | ||
| Марганец | 0,085 | 0,09 | Медь | 0,002 | 0,01 |
| Фтор | 0,02 | 0,027 | Цинк | 0,005 | 0,005 |
| Вольфрам | 0,01 | 0,015 | Кобальт | 8·10-4 | 0,003 |
| Бор | 0,001 | 3·10-4 | Молибден | 3·10-4 | 3·10-4 |
| Никель | 0,004 | 0,008 | Йод | 5·10-4 | 3·10-5 |
[INSERT_ELEMENTOR id=»4128″]
Агрохимия. Учебник/В.Г. Минеев, В.Г. Сычев, Г.П. Гамзиков и др.; под ред. В.Г. Минеева. — М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. — 854 с.
Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.
Химический состав почв
Состав элементов в почвенном покрове, их распределение и ассоциации определяются комплексом факторов почвообразования. Прежде всего, это почвеннобиологический круговорот веществ в результате жизнедеятельности живых организмов и разложения их остатков. Избирательное поглощение веществ изменяет почвы по сравнению с материнской породой, определяет глобальную геохимическую работу растений. Главнейшей особенностью химического состава почв является значительное содержание в ней органического углерода и азота, за редким исключением отсутствующих в породе. Благодаря концентрированию расте¬ниями и микроорганизмами в почве накапливаются или задерживаются при промывном водном режиме и другие биофильные элементы – фосфор, сера, ка¬лий, кальций, магний и другие. Избирательность растений в поглощении эле¬ментов характеризует коэффициент биологического поглощения Ах, рассчитываемый как отношение содержания элемента X в золе растений к его содержанию в литосфере (кларку). Если значение коэффи¬циента не превышает 0,7, то элемент практически не накапливается в растении; при значениях, лежащих в пределах 0,71,3, растение практически не влияет на распределение элемента в почве. В тех случаях, когда коэффициент Ах превы¬шает единицу, имеет место избирательность растения к этому элементу, в результате чего возможно его накопление в почве благодаря поступлению опада [Карпачевский, 1993]. Значения коэффици¬ентов поглощения некоторых элементов: бор 33 и 40 (к почве и литосфере), магний – 3,6 и 11,0, алюминий – 0,2, кремний – 0,5, фосфор – 7,4 и 88, калий – 1,2 и 2,5, кальций – 1,0 и 2,2, железо – 0,2 и 0,3, сера 100 и 60, кадмий – 0,08 и 0,02.
На накопление элементов в почвах оказывает влияние состав почвеннопоглощающего комплекса, характер выноса растворенных соединений, состав органического вещества. По сравнению с осадочными породами, почвы характеризуются пониженным содержанием натрия, кальция, магния, хлора, стронция, которые выносятся в процессе выветривания и почвообразования.
Макроэлементы в почвах
К основным элементам, определяющим химический состав и состояние почвы, являются азот, фосфор и калий.
Растения и животные могут поглощать только связанный азот в форме минеральных соединений – азотнокислых и аммиачных солей. В незначительной степени они могут усваивать растворимые в воде амиды и простейшие аминокислоты.
Функцию перевода свободного азота в связанный выполняют бактерии. Известны аммонифицирующие, нитрифицирующие, денитрифицирующие, азотфиксирующие и другие бактерии. Аммонифицирующие бактерии способны разлагать сложные органические соединения с образованием аммиака.
Например:
CH2NH2COOH + O2 = HCOOH + CO2 + NH3
глицин муравьиная кислота аммиак
CH2NH2COOH + Н2О = CH3OH + CO2 + NH3
глицин метиловый спирт
Окисление аммиака до нитратов называется нитрификацией. Нитрификация может идти по следующему уравнению:
2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + H2O (первая фаза)
2HNO2 + O2 = 2HNO3 (вторая фаза)
На скорость окисления аммиака до нитратов влияет также обработка почвы, ее известкование и удобрение.
Некоторые бактерии в анаэробных условиях вызывают процесс денитрификации – восстановление нитратного азота до газообразного азота. Для этих бактерий окисление является источником энергии. Денитрификация сопряжена с потерей азота, что является крайне нежелательным для почв, используемых в сельскохозяйственном производстве.
Восстановление нитратов до нитритов происходит при участии фермента нитратредуктазы, а дальнейшее восстановление нитритов – нитритредуктазы по следующей формуле:
С6Н12О6 + 4NO3 = 6CO2 + 6Н2O + 2NO2
В почве происходит также процесс вымывания нитратов из почвы осадками и дренажными водами. Это связано с тем, что нитраты находятся преимущественно в почвенном растворе. Он имеет высокую подвижность и легко передвигается в почве. Нитратный азот (NO3) не образует в почве какихлибо малорастворимых солей и не поглощается отрицательно заряженными почвенными коллоидами.
Содержание и формы азота в почвах оказывают большое влияние на рост и развитие растений. При недостатке азота их рост ухудшается. При нормальном азотном питании растений повышается синтез белковых веществ, усиливается жизнедеятельность организмов, ускоряется рост и задерживается старение листьев. Избыток азота задерживает созревание растений, способствуют образованию большой вегетационной массы, уменьшает количество зерна, клубней, корнеплодов.
Азот – один из основных элементов, необходимых для питания растений. Он входит в простые и сложные белки, которые являются главной составной частью протоплазмы растительной клетки, в состав нуклеиновых кислот, содержится в хлорофилле, фосфатидах, алкалоидах, витаминах, ферментах и других органических веществах клеток.
Фосфор (Р). Фосфор относится к числу распространенных элементов в земной коре 8×102 весовых процента. Основная масса фосфора находится в природных фосфатах (170 видов), а также в породах с фосфорсодержащими минералами (амблигонит, вивианит, монацит, пироморфит и т.д.).
Минеральные формы фосфора в почвах преобладают над органическими. Минеральные соединения представлены трудно растворимыми фосфатами – солями кальция, железа и алюминия. При этом в нейтральных и щелочных почвах преобладают фосфаты кальция, в кислых – фосфаты полуторных окислов. Более высокой растворимостью характеризуются кальциевые соли фосфорной кислоты. Большая часть минерального фосфора не доступна растениям, поэтому потребность растений в нем удовлетворяется не полностью. Многие знают что, отдых в удмуртии является отличным местом для отдыха всей семьёй, также отдых в удмуртии славится своими санаториями и горнолыжными курортами, на которых можно хорошо провести время.
Входящие в почвы глинистые минералы адсорбируют фосфатионы сильнее всего в кислой среде. Так как глинистые минералы способны поглощать и обменивать анионы фосфорной кислоты в значительном количестве, то и сама почва должна обладать этим свойством. Фосфор органических соединений составляет в пахотном слое чернозема и дерновоподзолистых почв около половины всего содержащегося в почве фосфора. В органической форме фосфор находится в основном в гумусе. В небольших количествах встречаются фосфаты, сахарофосфаты и другие органические соединения.
В живых организмах фосфор входит в состав кислот и органических соединений, участвует в углеводном, жировом, азотном обмене растений, входит в состав скелета позвоночных, играет роль в нервной и других тканях.
Калий (К). Калий принадлежит к одному из наиболее распространенных в земной коре элементов. Среднее содержание в земной коре – 2,14%. В почвах содержание калия составляет 1,36 весового %. Содержание калия в почвах выше, чем фосфора и азота, вместе взятых. Калием богаты почвы, образующиеся на кислых и осадочных породах. Больше калия в тяжелых почвах, так как он входит в состав минералов, образующих преимущественно глинистые частицы. В глинистых и суглинистых почвах общее количество К2О достигает 23%, в песчаных, супесчаных и торфяных почвах значительно меньше. В почве калий находится в различных по доступности растениям соединениях, которые можно разбить на пять групп:
1. Калий, находящийся в алюмосиликатах (ортоклазе (полевом шпате) – K2Al2Si6O16, биотите – (H,K)2(Mg,Fe)2(Al,Fe)2(SiO4)3, глауконите – (K2O•4R2O3•10SiO2•nH2O), мусковите – H2KAl3Si3O12, и т. д.).
Отроклаз занимает видное место в составе почвы, однако калий, входящий в его состав, растениями не усваивается. В мусковите, биотите и нефелине калий более доступен растениям. Вступая в реакции обменного поглощения с солями почвенного раствора, а также с кислотами, выделяемыми корнями растений, часть калия переходит в растворимое состояние.
2. Калий, адсорбционносвязанный на поверхности почвенных коллоидов. Его содержание колеблется от 0,09 до 1,5 смоль/кг почвы. От валового содержания калия в почве эта форма составляет только 0,83 %. Тем не менее обменный калий играет важную роль в питании растений, что обусловлено сравнительно легким переходом некоторой части адсорбированного калия в раствор при обмене на другие катионы. Из раствора К поглощается деятельной поверхностью корневых волосков в обмен на Н.
3. Водорастворимый калий. Составляет 1/5 – 1/10 количества обменного калия. Появление водорастворимого калия в почве является следствием ряда процессов: 1) гидролиза калийных минералов; 2) разрушения минералов корневыми выделениями растений; 3) действие на минералы азотной кислоты и других кислых продуктов жизнедеятельности организмов; 4) вытеснение обменного калия солями, попадающими в почву с удобрениями и продуктами корневых выделений растений.
4. Калий, входящий в состав плазмы микроорганизмов. Этот калий становится доступным для растений только после отмирания микроорганизмов. Общее содержание калия в отдельных фракциях почв возрастает с увеличением дисперсности частиц. Наиболее доступным является калий илистой фракции, в которой он содержится преимущественно в обменном состоянии.
Из наиболее распространенных в почве групп глинистых минералов, монтмориллонитовая и гидрослюдная группы заметно фиксируют калий, так как им свойственна внутрикристаллическая адсорбция катионов, а каолинитовая не обладает подобным свойством.
Количество закрепляемого калия неодинаково для различных почв: черноземы обладают большей способностью к необменному поглощению калия, чем дерновоподзолистые почвы.
Железо (Fe). Оксиды и гидроксиды железа определяют цвет многих почв. В почвах железо присутствует в виде оксидов и гидроксидов, находящихся в виде различных кристаллических, скрытокристаллических или аморфных минералов, в хелатной форме – в почвах, богатых органическим веществом. Преобразованию соединений железа способствует органическое вещество, а также микроорганизмы.
Почвы с дефицитом железа для сельскохозяйственных растений распространены достаточно широко (карбонатные, щелочные, марганцевожелезистые разновидности почв). Однако даже на бедных железом почвах его абсолютного дефицита для растений не отмечается. Наблюдается недостаток только легкорастворимых форм.
Марганец (Mn). Марганец является одним из наиболее распространенных элементов в литосфере.
Сложное химическое поведение элемента приводит к образованию большого числа его оксидов и гидроксидов, которые осаждаются на почвенных частицах, а также конкреций различного диаметра, которые способны концентрировать железо и другие микроэлементы почвы.
Оксиды Mn являются наиболее аморфными соединениями, однако в некоторых почвах идентифицированы их кристаллические разновидности. Соединения марганца способны быстро окисляться и восстанавливаться при изменении условий почвенной среды. При этом окислительные условия снижают доступность марганца для биоты, восстановительные – увеличивают, иногда до токсичных значений. Восстановление оксидов марганца влияет на катионный обмен почв двояко: прекращается обмен на поверхности оксидов и вновь образующийся ион Mn2+ вступает в конкуренцию с другими катионами. Большое влияние на процессы окисления – восстановления соединений марганца и образование марганцевых конкреций оказывает микробиологическая активность почв.
Марганец не считается загрязняющим почву металлом. Однако при избыточных содержаниях, превышающих предельные концентрации, он становится загрязнителем и может оказывать токсичное действие на растения.
Алюминий (Al). Алюминий является одним из главных элементов земной коры. Его кларк в литосфере составляет 8,80. Число минералов, содержащих алюминий, исчисляется сотнями.
По абсолютному содержанию в почве кальций и магний входят во вторую группу элементов, содержание которых изменяется в почве от десятых долей до нескольких процентов. Обычно их содержания достаточно для удовлетворения потребностей растений, и эти элементы, особенно кальций, не считаются удобрительными. Среднее содержание кальция в литосфере – 3,6 %, магния – 2,1 %, однако в дерновоподзолистых почвах их содержание в 3–9 и 2–7 раз меньше. Эти элементы входят в состав очень большого количества горных пород. Большая их часть находится в виде труднорастворимых соединений, но при почвообразовательных процессах они переходят в более растворимые формы, которые могут быть потреблены растениями в процессе роста.
Кальций и магний обычно встречаются в почве и растениях в виде двухвалентного катиона. Наиболее доступными для растений являются обменнопоглощенные почвенными коллоидами ионы этих элементов. Так, на дерновоподзолистой почве содержание обменного кальция в пахотном слое составляет 500–1000 мг/кг почвы, или 20–30 % от валового (0,530,32 % от веса почвы), магния – 100–300 мг/кг почвы, или 5–10 % от валового (0,480,30 %).
При окультуривании дерновоподзолистых почв доля подвижных форм Са и Мg от валовых обычно растет. Оптимальное соотношение подвижных магния и кальция – 0,4–0,8, поэтому систематическое внесение извести только в форме СаСО3 может нанести и вред. Возможен и относительный избыток обменного магния. По различным данным вредный порог – более 40 % обменного магния или водорода от ЕКО, либо когда количество обменного магния сравнивается с количеством кальция. Недостаток магния обычно бывает при эквивалентном соотношении С?