Минералогический и химический состав почвы

1. Тема: Минералогический и химический состав почвы

2. Роль минералов в почвах

• Минералогический состав определяет валовой (элементный)
химический состав почв, в том числе содержание биологически
важных элементов Р, К, Са, Мg, Na, микроэлементов, кроме
азота. В этом заключается ресурсная экологическая функция
минералов.
• Глинистые минералы являются носителями физико-химической
поглотительной способности. Чем сильнее она выражена, тем
плодороднее почва.
• С минералогическим составом связаны физические и
технологические свойства почв: гранулометрический состав,
плотность, плотность твёрдой фазы, гидрофильность,
пептизация, набухание, пластичность, крошение, удельное
сопротивление обработке, способность к
структурообразованию, теплоёмкость, теплопроводность и так
далее.

3.

• Минералы материнских пород вносят вклад в энергетический
баланс почвообразования, т. к. обладают поверхностной
энергией и энергией кристаллических решёток.
• Превращение минеральных соединений обуславливает
эволюцию, саморегулируемость и устойчивость почв к
негативным антропогенным воздействиям.
• Глинистые минералы, возможно, являются катализаторами
превращения органических веществ в почвах. Н-р,
монтмориллонит способствует полимеризации фенольных
соединений.

4.

К первичным минералам
относятся те минералы,
которые входили в состав
магматических пород и
перешли в рыхлые, при
механическом разрушении,
без химического изменения.
Размеры более 0,001 мм.
Минералогический
состав почвы
Вторичные минералы
возникли из первичных под
воздействием климатических и
биологических факторов.
Размеры меньше 0,001 мм.

5. Общая характеристика первичных минералов

• Первичные минералы входят в состав преимущественно
крупных фракций почвы – песчаной и пылеватой, имеющих
размер более 0,001 – 0,002 мм.
• Переходят в состав почвы из магматических и
метаморфических пород в результате процессов физического
выветривания, не меняя химического состава, то есть являются
остаточным материалом.
• Имеют жёсткую, неподвижную кристаллическую решётку,
практически не обладают влагоёмкостью, физико-химической
поглотительной способностью.

6.

• Обилие первичных минералов в твёрдой фазе почв
свидетельствует об их относительной молодости. С
увеличением возраста почв содержание и число видов
первичных минералов постепенно уменьшается. В древних
палеоавтоморфных почвах первичные минералы
представлены наиболее устойчивыми против выветривания
видами.
• Содержание первичных минералов в почвообразующих
породах и почвах коррелирует с гранулометрическим
составом. Они составляют 90-98% массы песков, 50-80%
массы суглинков, 10-12% массы глин.
• Первичные минералы содержат исходный запас элементов
питания растений, кроме азота, в значительной мере
определяют элементный химический состав почв, их
физические свойства.

7. Первичные минералы

• Кварц SiO2 – наиболее устойчивый к
выветриванию минерал, 40-60 % и >,
крупнозернистый.
• Полевые шпаты. Содержание в
магматических породах 60%, в литосфере
50%. В почвах, вследствие процессов
выветривания, содержание снижается до 1020%. распространены в песчаных (10,05 мм) и
пылеватых (0,05-0,001 мм) фракциях почв.
• Значение: 1. влияют на агрофизические
свойства, входя в песчаные и пылеватые
фракции, оптимальное количественное
содержание которых обусловливает
среднесуглинистый и легкосуглинистый
гранулометрический состав. 2. источник
образования вторичных, в том числе
глинистых минералов

8. Железо-магнезиальные алюмосиликаты (группы амфиболов, пироксенов)

В магматических породах содержание 17%. Поскольку они
легко выветриваются, наиболее распространены в молодых
почвах на элювии основных, ультраосновных пород.
• Исчезают в латеритах, красноземах, сформированных на
древних корах выветривания.
• В условиях гумидного климата характерны для
аллювиальных почв, сформированных на водноледниковых отложениях.
• Значение: 1. являются первоисточником большого
количества микроэлементов. 2. При их выветривании
образуются монтмориллонитовые глины, хлориты.

9. Первичные слюды

Содержание слюд в магматических породах около
4%, в кислых породах и развитых на них почвах
преобладает мусковитовая слюда, в основных
породах – биотитовая. Количество
обусловливается биоклиматическими условиями
выветривания и сортировки компонентов
осадочных и горных пород.
• Наиболее значительно содержание слюд в почвах
пустынь, в аллювиальных почвах. Меньше влажных субтропиков, тропиков.
• Кристаллы слюд вследствие совершенной
спайности встречаются во всех
гранулометрических фракциях, в том числе
коллоидной и предколлоидной.

10. Первичные слюды

• В группу слюд входят: мусковитовая (калийная) –
KАl2[AlSi3O10](OH, F)2; серицитовая – тонкочешуйчатая
разновидность мусковитовой слюды; биотитовая (железомагнезиальная) – K(Fe,Mg)3[AlSi3O10](OH, F)2; флогопитовая
(магнезиальная) – KMg3[AlSi3O10](OH, F)2;
• Значение первичных слюд:
1. Крупнозернистые слюды улучшают физические свойства
почв, увеличивая их водо- и воздухопроницаемость.
2. Являются источником калийного питания растений.
3. Служат источником образования гидрослюд,
смешаннослойных и других глинистых минералов.

11. Вторичные минералы

Минералы простых
солей образуются при
выветривании
первичных минералов и
в результате
почвообразовательного
процесса.
Кальцит, магнезит, доломит ,
гипс, мирабилит, галит,
фосфаты, нитраты и др.
Способны накапливаться в
почвах в больших
количествах в условиях
сухого климата.
Качественный и
количественный состав их
определяют степень и
характер засоления почв
Минералы гидроокисей и
окисей- гидроокиси Si, Al, Fe, Mn,
образующиеся в аморфной форме
при выветривании первичных
минералов в виде
гидратированных
высокомолекулярных гелей и
постепенно подвергающиеся
дегидратации и
кристаллизации с образованием
окисей и гидроокисей
кристаллической структуры.
Кристаллизации способствуют
высокая t, замерзание,
высушивание, окислительные
условия почвы.

12. Вторичные минералы

Глинистые минералы - вторичные алюмосиликаты
nSiO,Al,O, тН2O .
Образуются в результате синтеза из простых продуктов
выветривания первичных минералов путем изменения
первичных минералов в процессе выветривания и
почвообразования.
Группы монтмориллонита, каолинита, гидрослюд, хлоритов,
смешаннослоистых минералов.
Общие свойства: слоистое кристаллическое строение,
высокая дисперсность, поглотительная способность, наличие
химически связанной воды.

13. Минералы монтмориллонитовой группы

Разновидности нонтронит, бейделлит, сапонит и
др. Хим. формула 4SiO А1203 nH2О.
Обладают наиболее высокой дисперсностью.
Содержат до 60 % коллоидных частиц и до 80 %
частиц меньше 0,001 мм. Высокая емкость
поглощения катионов до 80 -120 миллиграммэквивалентов (м-экв.) на 100 г.
Водно-физические свойства малоблагоприятны.
Содержат большое количество воды,
недоступной растениям. Во влажном состоянии
сильно набухают, в сухом уплотняются и
растрескиваются, обладают значительной
липкостью, слабоводопроницаемы, образуют
корку. В сочетании с гуминовыми кислотами
образуют водопрочные агрегаты.

14. Минералы каолинитовой группы (каолинит, галлуазит, диккит, накрит) Содержит мало щелочноземельных оснований. Емкость поглощения

до 20
мг-экв. на 100 г. Преобладание
каолинита в почвах признак бедности
их основаниями.
Гидрослюды важный источник
калия для растений до
6-7 %. Образуются из слюд
и полевых шпатов.

15. Роль глинистых минералов

• Обусловливают современную динамику, эволюцию и
саморегулируемость почв как важнейшего компонента
биосферы. Процессы образования, трансформации,
перемещения, разрушения глинистых минералов участвуют в
формировании почвенного профиля. Их изучение
необходимо при решении генетических проблем
почвоведения.
• Наряду с гумусом, определяют физико-химическую
поглотительную способность почв и условия минерального
питания растений.
• Обусловливают выполнение почвой глобальных
экологических функций – биоэнергетической («запасают»
солнечную энергию в кристаллических решётках), контактнорегуляторной, гидрологической, газовой, санитарной и т.д.

16.

• От количества и состава глинистых минералов зависят воднофизические и
физико-механические свойства почв – их водоудерживающая способность,
липкость, пластичность, способность к структурообразованию, удельное
сопротивление обработке и т.д.
• Оказывают влияние на почвенные микроорганизмы, так как многие
представители микробиоты способны сорбироваться на поверхности
глинистых минералов, а продукты их жизнедеятельности вступают с
минералами в химические реакции.
• Содержание и состав глинистых минералов оказывают воздействие на
происходящие в почве процессы гумификации и минерализации
растительных остатков и на состав и свойства образующихся в почве
органических соединений, которые сорбируются на глинистых кристаллах
образуя глинисто-гумусовые комплексы.
• Ообладают большой химической активностью. На поверхности глинистых
кристаллов находятся ионы кислорода и (или) гидроксильные группы,
легко дающие водородные связи.

17.

18. Формы соединений химических элементов в почвах и их доступность растениям

• Кислород. Входит в большинство первичных и вторичных
минералов почв, является одним из основных элементов
органических веществ и воды.
• Кремний. Наиболее распространенное соединение - кварц (SiO,),
в составе силикатов. При их разрушении в результате
выветривания и почвообразования кремнезем переходит в
раствор в форме анионов орто- и метакремневых кислот,
силикатов натрия и калия, частично в форме золя. Одна часть
растворенного Si вымывается из почвы, другая осаждается (при
кислой реакции) в виде гелей аморфных осадков, которые, теряя
воду, могут переходить в кварц вторичного происхождения.
Взаимодействуя с основаниями полутораокисями, истинно
растворенный и коллоидный Si образует вторичные силикаты.

19. Алюминий находится в составе первичных и вторичных минералов в форме органо-минеральных комплексов и в поглощенном состоянии (в

кислых).
При разрушении первичных и вторичных минералов, содержащих
Al, освобождается его гидроокись, значительная часть которой при
выветривании остается на месте (как малоподвижная) и лишь
частично переходит в раствор в виде золя.
При слабощелочной реакции гидроокись алюминия полностью
выпадает в виде коллоидных осадков -гелей, переходящих при
кристаллизации во вторичные минералы гиббсит, бемит .
В кислой среде гидроокись Al становится более подвижной и Al
появляется в почвенном растворе в виде ионов Al(OH)2+, Al(OH)2+ ,
что отрицательно сказывается на росте растений. Водорастворимая
и коллоидная гидроокись Al, взаимодействуя с органическими
кислотами, образует подвижные комплексные соединения, в форме
которых может перемещаться по профилю почвы.

20. Железо - в составе первичных и вторичных минералов-силикатов, в виде гидроокисей и окисей, простых солей, в поглощенном

состоянии, в составе органо-минеральных комплексов.
В результате выветривания минералов, содержащих Fe,
освобождается гидроокись – малоподвижное соединение в форме
аморфного геля Fe2O3пН2О и переходящее при кристаллизации в
гетит Fe2О3 Н2О и гидрогетит Fe2О3 3Н2О.
При рН=3 подвижность гидроокиси Fe увеличивается и в
почвенном растворе появляются ионы железа Fe3+.
В восстановительных условиях окисное Fe переходит в закисное с
образованием растворимых соединений FeCO3, Fe(HCO3)2, FeSO4,
доступных растениям. Повышенная растворимость соединений Fe
угнетает растения. На почвах нейтральных и щелочных с
выраженными окислительными процессами растения могут
испытывать недостаток Fe - хлороз.
Гидроокись Fe может образовывать с органическими кислотами
подвижные формы комплексных соединений, способных
перемещаться по профилю почвы.

21. Азот - основная масса сосредоточена в органическом веществе 1/40 -1/20 гумуса. Накопление в N обусловлено биологической

аккумуляцией его из атмосферы. В почвообразующих породах
очень мало. N доступен растениям в форме аммония, нитратов,
нитритов, которые образуются при разложении азотистых
органических веществ. Аммонийный и нитратный N - основная
форма азотистых соединений, которыми питаются растения. Ион
NН4+ легко поглощается почвой с частичным переходом в
необменное (фиксированное) состояние. Ион NO3- в почвенном
растворе и легко используется растениями. Обеспеченность
растений N зависит от скорости разложения органических
веществ. По содержанию в растениях занимает 1 место из
элементов питания, получаемых из почвы.

22. Фосфор содержится в органических и минеральных соединениях. Органические - фитин, нуклеиновые кислоты и др., минеральные солями

Са, Mg, Fe и Al ортофосфорной кислоты.
Входит в состав апатита, фосфорита и вивианита, находится в
поглощенном состоянии в виде фосфат-аниона.
рН 5 – 7,5 преобладают фосфаты Ca.
Поглощаясь в больших количествах растениями, аккумулируется в
верхних горизонтах почвы.
Валовое содержание в черноземах 0,35%

23. Сера входит в белковые вещества, эфирные масла. Биологическая аккумуляция S в верхних горизонтах почвы зависит от условий

почвообразования.
Валовое содержание SO3 в верхних горизонтах 0,01 2% и более.
В форме сульфатов, сульфидов и в составе
органического вещества. При разложении
органического вещества, окислении сульфидов
образуются сульфаты - наиболее устойчивая форма
соединения S в почвах, кроме FeSO4.
Сульфаты K, Na, Mg, хорошо растворимы в воде, слабо
поглощаются почвами в форме SO4 и могут
накапливаться только в условиях сухого климата.

24. Калий Валовое содержание (К2О) в почвах относительно высокое. тяжелого мех. состава 2 % и более. Основная часть К входит в

состав первичных и вторичных
минералов в малодоступной для растений форме.
В поглощенном состоянии (обменный и необменный) и в форме
простых солей. В этой форме он легкодоступен растениям, но доля
его незначительна. Основной источник для растений - обменный.
Его доступность тем больше, чем выше степень насыщенности им
почв. Необменный, или фиксированный К труднодоступен. Между
обменным и необменным К в почве существует определенное
равновесие. При потреблении обменного К его запасы пополняются
за счет необменного. При наличии значительной доли К в
малодоступной форме растения испытывают в нем недостаток.

25. Кальций и магний

Находятся в кристаллической решетке минералов, в
обменно-поглощенном состоянии и в форме простых
солей.
Са - 1 место среди поглощенных катионов, Мg -2.
Растения обычно не испытывают недостатка в Са и Мg ,
однако многие почвы нуждаются в известковании или
гипсовании в целях улучшения их свойств.
Недостаток Са для питания растений - в солонцеватых
почвах, Мg в дерново-подзолистых песчаных и супесчаных
почвах.