Химический состав почв. Почвообразующие породы и минеральная часть почвы

1. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ. ПОЧВООБРАЗУЮЩИЕ ПОРОДЫ И МИНЕРАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ПОЧВЫ.

2.

• Химический состав почв определяется с
помощью валового анализа.
• Валовой анализ предусматривает
определение валового состава почв, т. е.
всех элементов, слагающих почву, но
характеризует в основном ее минеральную
часть.
• Химический состав отражает состав твердой
фазы почвы - содержание SiO2, Fe2O3, Al2O3,
MnO, CaO, MgO, ТO2, Na2O, K2O, Р2O5.
• По результатам валового анализа судят об
относительном перераспределении
элементов по профилю почв.

3. Сравнение среднего химического состава литосферы, почв и живых организмов

Элементный состав, %
Сравнение среднего химического
состава литосферы, почв и живых
организмов
70
60
50
40
30
20
10
0
О
Si
А1
Fe
Са
Na
К
Mg
Ti
Н
С
S
Mn
Р
Элемент
Литосфера
Почва
Организмы
О
47,2
49
70
Si
27,6
33
0,15
А1
8,8
7,13
0,02
Fe
5,1
3,8
0,02
Са
3,6
1,37
0,5
Na
2,64
0,63
0,02
К
2,6
1,36
0,07
Mg
2,1
0,63
0,2
Ti
0,6
0,46
0,0008
Н
0,15
5
10,5
С
0,1
2
18
S
0,09
0,085
0,05
Mn
0,09
0,085
0,007
Р
0,08
0,08
0,07
Cl
0,045
0,01
0,04
N
0,01
0,1
0,3
Организмы
Почва
Литосфера
Cl
N

4.

Химические элементы в почвах
• Кремний — определяется содержанием в
почве кварца и в меньшей степени
первичных и вторичных силикатов и
алюмосиликатов.
• В ряде случаев присутствует и в больших
количествах аморфный кремнезем в виде
опала или халцедона.
• Валовое содержание SiO2 колеблется от 40
до 70 % в глинистых почвах и до 90 —98 % в
песчаных.

5.

• Алюминий — обусловлен присутствием
полевых шпатов, глинистых минералов и
других богатых алюминием первичных
минералов, например слюд, эпидотов,
граната, корунда.
• В почве может содержаться и свободный
глинозем в виде бёмита, гидраргилита в
аморфной или кристаллической форме.
• Валовое содержание Аl2O3 в почвах обычно
колеблется от 1 — 2 до 15 —20 %, а в
ферраллитных почвах тропиков и бокситах
может превышать 40 %.

6.

• Железо — присутствует в почвах в
виде магнетита, гематита,
глауконита, роговых обманок,
биотита, хлоритов, глинистых
минералов, минералов группы оксидов
железа.
• Много в почвах и аморфных соединений железа
(гетит, гидрогетит и др.). Валовое содержание Fe2O3
колеблется в очень широких пределах — от 0,5 — 1
% в кварцево-песчаных почвах и 3 — 5 % в почвах на
лессах, до 8— 10 % на элювии плотных
ферромагнезиальных пород и 20 — 50% в
ферраллитных почвах и латеритах тропиков.

7.

Соединения железа в почве
представлены в следующих формах:
• силикатное железо, входящее в состав
кристаллических структур первичных
минералов и вторичных (глинистых)
минералов;
• несиликатное
(свободное) железо:
окристаллизованное
оксидов
и
гидрооксидов; аморфных соединений
(железистых и гумусово-железистых);
подвижных соединений (обменных и
воднорастворимых).

8.

• Кальций — содержание СаО в
бескарбонатных суглинистых почвах
составляет 1 — 3 % и определяется
присутствием глинистых минералов
полевых шпатов и силикатов, а также
гумусом и органическими остатками.
Кальций содержится также в обломках
карбонатных пород.
• В почвах сухостепной и аридной зон в
процессе почвообразования идет
накопление вторичного кальцита или
гипса.

9.

• Магний — по содержанию близок к
СаО, что обусловлено присутствием
монтмориллонита,
вермикулита,
хлорита. В крупных фракциях магний
сосредоточен в обломках доломитов,
роговых обманок, пироксенах.

10.

• Калий — содержание К2О в почвах
составляет 2 —3 %. Он присутствует в
тонкодисперсных фракциях, особенно в
гидрослюдах, а также в составе
первичных минералов — биотита,
мусковита, калиевых полевых шпатов.

11.

• Натрий — содержание Na2О в почвах
составляет
около
1
—
3
%,
преимущественно в натрийсодержащих
полевых шпатах.
• В аридных почвах натрий присутствует
в основном в виде хлоридов.
• Дефицита натрия в почвах, как
правило, не наблюдается, но его
избыток
обусловливает
неблагоприятные физические свойства почв.

12.

• Углерод, азот, фосфор — важнейшие
органогенные элементы.
• Углерод
сосредоточен
главным
образом в гумусе, а также в
органических остатках и карбонатах.
• Азот также связан с гумусом и наряду с
фосфором играет очень важную роль в
плодородии почв.
• В почвах, как правило, наблюдается
дефицит
фосфора,
его
валовое
количество незначительно и в основном
его содержат гумус и органические
вещество

13.

• Материнская (почвообразующая)
порода определяет минеральную часть
почвы.
• Минеральная часть – основа твердой
фазы почвы. На нее приходится от 80
до 98% массы почвы в сухом
состоянии.

14.

• Почвообразующая порода
– матрица на которой происходит
образование почвы;
– всегда представлена продуктами
гипергенеза (корами выветривания) или
продуктами их переотложения.

15.

• Гипергенез (выветривание) – процесс
преобразования
горных
пород
и
минералов на поверхности Земли под
действием экзогенных факторов.
• В рамках гипергенеза выделяют
частные процессы: физические,
химические и биохимические.
• Выделяют 2 уровня гипергенеза:
– Гипергенез почвообразующей породы
– Гипергенез внутрипочвенный

16.

• Почвообразующей породой могут
являться:
– Грубообломочный элювий магматических
метаморфических и осадочных пород;
– Верхние горизонты коры выветривания,
преимущественно тяжелого
гранулометрического состава
– Продукты выветривания переотложенные
различными экзогенными агентами
(отличаются разным гранулометрическим
составом) – покровные отложения.

17.

В
процессе гипергенеза химические
элементы
покидают
кристаллохимическую
структуру
минералов
почвообразующей породы и переходят
в иные формы, связанные с разными
фазами и компонентами почвы.

18. Формы химических элементов в почве

Форма нахождения
элемента в почве
Носитель элемента
Силикатные
Первичные и вторичные
силикаты
Связанные с полуторными
Оксиды и гидроксиды
окислами
Fe, Mn и Al
Связанные с сульфатами и Минералы классов сульфаты и
карбонатами
карбонаты
(в нейтральных и
щелочных почвах)
Связанные с органическим
Почвенные гумус,
веществом
органические остатки,
неспецифические
органические соединения
Сорбированные
Поверхность крупных
(поглощенные формы)
органических молекул и
тонкодисперсных частиц
Водорастворимые
Одиночные и комплексные
ионы в почвенном растворе
Степень
мобилизации в
процессе
гипергенеза и
почвообразования
Доступность
растениям
Очень слабо
Практически не
доступны
Слабо
Мало доступны
Средне
Средне доступны
Средняя
Средне доступны
Высокая
Легко доступны
Очень высокая
Очень легко доступны

19.

• За счет своих химических свойств
различные элементы характеризуются
различной степенью подвижности в зоне
гипергенеза, т.е. вовлеченностью в
геохимические и почвенно-геохимические
процессы.

20. Миграционные ряды элементов в коре выветривания (по Б.Б.Полынову, 1947)

Миграционные ряды
элементов
Состав ряда миграции
Энергично выносимые
Сl(Вr,I), S
Легко выносимые
Са, Na, Mg, К
Подвижные
Si (первичных силикатов), Р, Мn
Инертные (слабо подвижные)
Fe, Al
Практически неподвижные
SiO2 (кварца)

21. Миграционные ряды элементов в коре выветривания (по Б.Б.Полынову, 1947)

Миграционные ряды
элементов
Состав ряда миграции
Энергично выносимые
Сl(Вг,I), S
Легко выносимые
Са, Na, Mg, К
Подвижные
SiО2 (силикатов), Р, Мn
Инертные (слабо подвижные)
Fe, Al
Практически неподвижные
SiO2 (кварца)

22. Стадии выветривания

• На первой стадии происходит
физическая дезинтеграция породы, в
результате чего образуются россыпи
грубого обломочного материала,
который называют обломочной корой
выветривания.

23.

• Большей подвижностью хлоридов и
сульфатов и относительной
устойчивостью соединений кальция
обусловлено возникновение второй
стадии — обызвесткованной коры
выветривания.

24.

• На
третьей
стадии
продукты
выветривания
утрачивают
кремнекислоту
(SiO2 )
силикатов
вследствие
их
разрушения
и
перестройки с образованием глинистых
минералов.
• Кора выветривания этой стадии,
обогащенная вторичными глинистыми
алюмосиликатами, получила название
сиаллитной.

25.

• На четвертой стадии продукты
выветривания лишаются большей
части кремнезема и слагаются почти
исключительно гидроксидами железа и
алюминия. Подобная кора
выветривания носит название
аллитной

26. 1 — аллитный элювий; 2 — сиаллитная аккумуляция; 3 — карбонатная аккумуляция; 4 — хлоридно-сульфатная аккумуляция; 5 —

отложения
береговой зоны

27.

• Почвообразующая порода
характеризуется
– Сложением;
– Минералогическим составом;
– Гранулометрическим составом.

28.

29. Минералы почв и почвообразующих пород

• Первичные минералы – наследуются
от породы (кварц, амфиболы и
пироксены, слюды, глины, карбонаты,
сульфаты, оксиды, фосфаты и
сульфиды)
• Вторичные минералы образуются в
процессе почвообразования (оксиды и
гидрооксиды Fe, Al, Mn, глинистые
минералы, карбонаты, сульфаты,
хлориды)

30.

• Минералогический
состав
почв
определяется
устойчивостью
минералов к выветриванию.

31.

32.

Наиболее устойчивы и распространены в
почвах минералы:
– Кварц,
– Полевые шпаты,
– Глины,
– Оксиды железа,
– В аридных условиях – карбонаты и
сульфаты.

33.

34. Распространенные почвообразующие породы

• Аллювиальные
• Озерные
• Морские
• Глинистые (коры выветривания)
• Эоловые
• Ледниковые (моренные,
флювиогляциальные, покровные
суглинки, лессы)
• Элювий

35. Аллювий

Сортированные, слоистые
отложения, легкого
механического состава
(песок, супесь, галька).
Минералы: кварц, полевые
шпаты, слюды.
Часто обогащены
органическим веществом и
Fe2+.

36. Озерные (лимнические) отложения

Тонкослоистые отложения
среднего и тяжелого состава
( глины, суглинки, супесь).
Минералы: глинистые, кварц,
слюды.
Очень богаты органическим
веществом (торф, сапропель).

37. Морские

Чаще всего представлены
галькой, песками и супесями.
Преобладает кварц, в теплых
широтах – примесь карбонатов, в
т.ч. обломки раковин.

38. Глинистые (коры выветривания)

Гипергенные породы тяжелого
состава (глины, суглинки).
Минералы: глинистые, кварц.
Обогащены кремнием,
алюминием, железом.
Легко набухают, плохо
пропускают воду.

39. Эоловые отложения

Сортированные рыхлые
песчаные (легкие) отложения.
Минералы: кварц.
Бедные по химическому составу
(>99% - SiO2), легко пропускают и
плохо удерживают воду.

40. Ледниковые отложения (морена)

Несортированная, состоящая из
частиц разного размера (от
валунов до глинистых частиц)
плотная порода.
Плохо пропускает и легко
удерживает воду.
Состав минералов зависит от
минералогического состава
горных пород области сноса.
В Европейской части России в
составе морены переобладают
кварц, полевые шпаты, роговая
обманка (и др. амфиболы),
глины, иногда присутствуют
обломки известняка.

41. Ледниковые отложения (флювиогляциальные пески)

Рыхлые породы легкого
механического состава.
Легко пропускают и плохо
удерживают воду.
Состоят из зерен кварца, часто
покрытых пленкой из оксидов и
гидрооксидов железа.

42.

43. Ледниковые отложения (суглинки и лессы)

Суглинок – песчано-глинистая
порода.
Лес - пылеватая порода.
Тяжелые, плохо пропускают воду
и легко ее удерживают.
В минералогическом составе
преобладает кварц, возможны
примеси ортоклаза и карбонатов.

44. Элювиальные отложения (примитивные коры выветривания)

-Рыхлый грубообломочный
материал.

45.

46. Гранулометрические фракции почвы

• Камни - >3 мм
• Гравий – 3-1 мм
Мелкозем почвы
• Песок – 1-0,05 мм
• Пыль крупная – 0,05-0,01 мм
• Пыль мелкая – 0,01-0,001 мм
• Ил – <0,001 мм

47. Методы определения гранулометрического состава почв

• Полевой (органолептический)
– Сухой
– Мокрый
• Лабораторный
– Метод просеивания
– Метод «пипетки» по Н.А. Качинскому
– Метод отмучивания по А.Н. Сабанину
– Метод набухания

48. Классификация почв по гранулометрическому составу Н. А. Качинского (краткая шкала)

Содержание физической глины (частиц < ), %, в почвах
Краткое название подзолистого типа
степного типа
по
почвообразования почвообразования,
гранулометрическо
красноземы и
му
желтоземы
составу
Песок:
рыхлый
связный
Супесь
Суглинок:
легкий
средний
тяжелый
Глина:
легкая
средняя
тяжелая
солонцов и
солонцеватых
0-5
5-10
10-20
0-5
5-10
10-20
0—5
5—10
10—15
20-30
30-40
40-50
20-30
30-45
45-60
15—20
20-30
30—40
50-65
65-80
>80
60-75
75-85
>85
40-50
50—65
>65

49. Каменистость почвы (содержание частиц > 3 мм)

Каменистость почвы
(содержание частиц > 3 мм)
• < 0,5 % - некаменистая почва,
• 0,5- 5 % - слабая каменистая,
• 5 – 10 % - среднекаменистая,
• > 10% - сильнокаменистая почва

50.

51.

Разделение почв по
степени дифференциации
профиля
Отношение
содержания ила в
горизонте В, % к
содержанию ила в
горизонте А (А 2), %
Степень
дифференциации
профиля
1,2-1,5
Слабо дифференцирован
1,5-2,0
Средне дифференцирован
2,0-3,0
Сильно дифференцирован
>3,0
Очень сильно
дифференцирован

52. Минеральные горизонты почвы

• Элювиальные
горизонты – А2, (Е)
– горизонты выноса вещества

53.

• Иллювиальные горизонты В
- горизонты поступления и аккумуляции
вещества
– Вt – иллювиально-текстурный
– Bf –иллювиально-железистый
– Bh – иллювиально-гумусовый
– Bca – иллювиально-карбонатный
– Bs – иллювиально-сульфатный
– Вm – иллювиально-метаморфический

54.

• Глеевый горизонт - G,
• Почвообразующая порода - С,
• Подстилающая порода – D,

55. Формы химических элементов

• По миграционной способности,
• По доступности растениям
• Генетические формы