Условия формирования химического состава почв и их классификация

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Условия формирования химического состава почв и их классификация

Почва является самой верхней частью коры выветривания литосферы и поэтому в основном отражает ее химический состав. Поскольку основная часть почвенной массы (за исключением гумуса и органических остатков) представлена минеральными частицами, то химический состав почвы, в общем, определяется составом формирующих ее минералов. Особенности химического состава свойственны не только разным типам почв, но и отдельным почвенным горизонтам. Поэтому сведения об их химическом составе служат важными показателями почвообразовательного процесса и, следовательно, плодородия почвы. Химические элементы присутствуют в почве в составе разнообразных минеральных и органических соединений, а также в ионной форме в почвенном растворе. Важнейшие из этих химических элементов следующие.

Кремний. Валовое содержание SiO2 колеблется от 40-70% в глинистых почвах до 90-98%в песчаных. Содержание этого элемента определяется, прежде всего присутствием в почве кварца, а также силикатов и алюмосиликатов.

Алюминий. Валовое содержание в почве А12O3 составляет от 1-2 до 15-20%. Алюминий присутствует в полевых шпатах и глинистых минералах, а также в составе слюд, корунда и др. Может присутствовать и свободный А1203 (глинозем) в аморфной или кристаллической форме.

Железо. Общее содержание в почве Fе2O3 колеблется от 1 до 20% и более. Железо может входить в состав минералов (наряду с кремнием и алюминием), а также присутствовать в некристаллической форме (в виде железистых аморфных или растворимых вводе соединений).

Кальций. Содержание СаO в почвах обычно составляет 1-3% и определяется его концентрацией в гумусе, органических остатках, а также в глинистых минералах. Повышенное содержание кальция может быть обусловлено присутствием обломков карбонатных пород и Са-содержащих минералов (гипса, кальцита и др.).

Магний. Валовое содержание МO а почве обычно близко к содержанию СаO. Оно обусловлено в первую очередь его присутствием в глинистых минералах, особенно хлорита, вермикулита, монтмориллонита. Много магния накапливается в виде сульфатов и хлоридов при засолении почв засушливых областей.

Калий. Содержание К20 в почвах составляет 2-3%. Калий присутствует чаще в составе глинистых минералов (особенно в гидрослюдах), а также в составе крупных частиц минералов калиевых полевых шпатов, биотита, мусковита и др. Нередко калий может быть в дефиците, что определяет необходимость внесения калийных удобрений для повышения плодородия почвы.

Натрий. Валовое содержание в почве Nа2О обычно около 1-3%. Этот элемент присутствует в основном в составе натрийсодержащих минералов полевых шпатов. В засоленных почвах степей и пустынь натрий присутствует в виде хлоридов. Дефицита этого элемента растения обычно не испытывают.

Марганец. Содержание Мg составляет в почве несколько десятых или сотых долей процента. Присутствие марганцевых скоплений обусловлено в основном деятельностью марганцевых бактерий. В небольших количествах этот элемент входит в состав минералов (оливинов, пироксенов и др.).

Сера. Содержание S02 в почве обычно не превышает нескольких десятых долей процента. Однако оно может существенно возрастать в случае промышленного загрязнения почв, например в результате выпадения с осадками газообразных выбросов сернистых соединений.

Углерод. Содержание этого элемента в почве колеблется от долей процента в бедных органическим веществом песчаных почвах, до 3-5 и даже 10% в богатых гумусом черноземах. А в торфяных почвах его содержание может достигать десятков процентов. В почве углерод содержится главным образом в составе гумуса и органических остатков.

Азот. Содержание в почвах азота небольшое обычно не более 0,3-0,4%. Однако этот элемент играет важнейшую роль в плодородии, поскольку жизненно необходим растениям. Растениям азот доступен только в форме нитратов и аммонийного азота. Подобно углероду почти весь азот почвы связан с ее органической частью гумусом и органическими остатками.

Фосфор. Валовое содержание Р205 в почве не превышает обычно 0,1-0,2%. Этот элемент принадлежит к числу важнейших биогенных элементов, но в большинстве почв его содержание невысоко. Поэтому возникает необходимость в систематическом внесении фосфора в виде фосфорных удобрений, особенно на почвах легкого механического состава - песчаных и легких супесях. Химический состав почвы оказывает важнейшее влияние на плодородие почвы. Как дефицит биогенных элементов, так и избыток некоторых токсичных для растений соединений (натрия, марганца, серы) часто имеет решающее значение для их урожайности.

радиоактивность природный почва плодородие

2. Главные и второстепенные, прямые и косвенные факторы воздействия па литосферу: физико-географические факторы, геологические факторы, физико-химические факторы, биологические факторы. антропологические факторы

Геохимическая аномалия - участок территории, в пределах которой хотя бы в одном из природных тел, составляющих ее, статистические параметры распределения ХЕ отличаются от геохимического тела (средней величины, естественной вариации, содержания ХЕ). Часть техногенной геохимической аномалии, в рамках которой ОР достигают концентрации и осуществляют неблагоприятное влияние на живые организмы, называется зоной загрязнения (7).

В зависимости от компонентов НПС геохимические аномалии могут быть: И) литогеохимични, обусловленные составом горных пород, почв и донных отложений, техногенных фунтов; 2) гШрогедхтичии - составом подземных вод; 3) газогеохшични - газовым составом фунтов, горных пород, подземных вод; 4) сноухимични - составом снежного покрова; 5) биогеохимические - составом живого вещества. Наиболее стабильны во времени литогеохимични аномалии. ХЕ поступают в живые организмы воздушным, водным и трофическим путями В последнем случае отмечаются биологическое концетрування токсикантов по мере перемещения на более высокий трофический уровень. По определению В.В. Ковалевского [9] биогеохимические эндемии - заболевания растений, животных и людей, вызванные дефицитом или избытком (дисбалансом) ХЕ в природных средах. Особенно негативно на биоту влияют техногенные геохимические поля и аномалии вышеупомянутых типов.

В зоне формирования техногенных геохимических аномалий токсиканты включаются в биогеохимические циклы, шо ведет к возникновению патогенных для живых организмов и опасных для здоровья людей провинций гтомикроелементозы (Си - болезнь Менкеса с тяжелым поражением центральной нервной системы, Ип - врожденные пороки развития, Мп - диабет и др.); гтер.иикроелементозы (Ю> - свинцовая энцефалопатия, С (и - кадмиевые риниты, нефропатия, кардиомюпапя, Н§ - болезнь Минамата, энцефалопатия и др.)

Патогенные геохимические аномалии - участки территории с отклонениями концентрации и характера распределения ХЕ от геохимического фона, отличаются от санггарнонпгиеничних норм и приводят к патологии флоры, фауны и человеческого организма.

Патологические изменения в биоте возможны как при повышенному содержанию ряда ХЕ (АБ, Н & 5Г. Р И ПР), так и при заниженном вмисги ? И, Са и других ХЕ, а также при дисбаланса БГ / Са, Са / Р и др Действие характеристики биогенной миграции ХЕ заифопоновани различные показатели (биофьиькисть. коэффициент биологического поглощения, биогеохимическая активность вида, ряд биологического поглощения, растительно-фунтовнй коэффициент, растительно-водяной коэффициент и др.). Например, коэффициент биологического поглощения (А <) отражает отношение содержания ХЕ в золе растений к его содержанию в почве или горной породе Чем больше величина А *, тем более энергично накапливаются в растениях ХЕ п 10 - п-100 (Р, 5, СИ, И); п-1 - п-10 (К, Са, Иа, БГ, В, 2л, АЙ); Оде - 0,0и) (Те, В., РЬ, Аи, и. Те) и т. Д. Организм может регулировать гомеостатический состояние только при определенных пределах концентраций микроэлементов в фунтах; Со (7-30), Си (15-60), 7л (30-70), Мп (400-3000), Мо (1,5-4), & (0-10), и (2-40), В (3-30). Токсичность солей металлов снижается в такой последовательности: Сг, V, Мп, Си, Ва росли и микроорганизмы с прекрасными биоин дикторами содержания токсикантов в компонентах геологической среды (ГС). Физиологические и морфологические изменения рослым нередко обусловлены токсичностью отдельных металлов. Химический состав донных отложений играет значительную роль в состоянии водных экосистем и здоровье человека: донные отложения - гидробионты - человек. Снижены концентрате ХЕ в фунтах сказываются на здоровье человека и животных (Со - похудение и анемия домашних животных, Си - истощение животных, и - базедова болезнь, Ре - анемия у человека, $ е - мышечная дистрофия у ягнят, вялость сердечной мышцы у человека), а повышенные концентрации АБ приводят к задержке роста растений, Сии - цирроза печени, РЬ - нарушение функции почек и нервной системы и т.д.

3. Природные почвы -багатокомпонентна система. Строение и состав литосферы. Основные теории формирования современной Земли

Почвы - многокомпонентная система, в состав которой входят: твердые минеральные частицы, вода в различных состояниях, газообразные включения (воздуха). Промежутки между минеральными частицами, частично или полностью заполнены водой или газами, называются порами.

Рыхлые почвы можно разделить на две группы: сыпучие (крупнообломочные и песчаные) и связные (глинистые). Песчаные почвы состоят преимущественно из песчаных частиц, а глинистые содержат то или иное количество глинистых частиц. Глинистые частицы способны удерживать вокруг своей поверхности воду. Именно это свойство обусловливает ряд особенностей глинистых почв по сравнению с песчаными. Песчаные почвы могут содержать только кристаллизационную, капиллярную и гравитационную воду. Глинистые же почвы содержат все виды воды, включая и связную.

Понятие литосферы.

Понятие термина литосфера. Под именем литосферы обычно понимают самую верхнюю, преимущественно твердую оболочку Земли, состоящую из пород, близких по своему составу к гранитам. Толщина литосферы точно пока неизвестна. Одни авторы считают ее в 30--40 км, другие в 60--70 и третьи в 90--100 км. (В данном случае речь идет о средней предполагаемой мощности.)

Исследования земной коры (до глубины 16 км) показали, что она состоит главным образом из пород магматического происхождения, на долю которых приходится свыше 90%. Наибольшим распространением среди них пользуются граниты, из которых главным образом и сложена верхняя часть земной коры.

На основании анализов различных образцов гранитов (свыше 500) химический состав их рисуется нам в следующем виде:

Совершенно иной химический состав имеют те магматические породы, которые, являясь продуктами современных извержений, поднялись,, по-видимому, с больших глубин.

Породы первой группы, которые отличаются большим содержанием кремния (Si) и алюминия (А1), принято сокращенно обозначать символом Sial(от соединения Si+Al) или называть породами сиалическими. Породы второй группы, характеризующиеся большим содержанием магния (Mg), сокращенно обозначают символом Sima (от соединения Si+Mg) или называют симатическими (габбро, диориты, базальты и др.). Кроме химического состава, породы сиалические отличаются от пород симатических меньшим удельным весом (средняя плотность сиалических пород около 2,6, а симатических до 3).

Исходя из всех имеющихся в нашем распоряжении данных, мы можем сказать, что земная кора в верхней своей части состоит преимущественно из пород сиалических, а в более глубоких частях -- из пород симатических.

Данная современная гипотеза происхождения земли говорила о том, что сначала существовало некое газово-туманное облако, вращающееся вокруг некоего ядра, благодаря взаимному притягиванию, сгусток начал формироваться в диск и постепенно приплюснулся у полюсов, из-за неравномерности плотности газа, образовались кольца, которые со временем расслоились, после чего этот сгусток газов остыл и получились планеты, а отслоившиеся кольца - спутники. В центре туманности до сих пор существует не застывший сгусток, постоянно активный, и это Солнце, которое находится в центре солнечной системе. Эта теория была названа в честь двух знаменитых учёных, которые выдвинули это предположение. Однако постоянно изучая космос, учёные выясняют новые нюансы, поэтому эта теория стала недостаточно аргументированной, однако её ценность, до сих пор, играет большую роль в мире астрономии.

Другая теория от О. Ю. Шмидта немного отличается от предыдущей, однако эта современная гипотеза происхождения земли не менее интересна. По его предположению, перед формированием солнечной системы, само Солнце, путешествовало по галактике, притягивая газовые частицы, которые впоследствии слипались и формировали планеты, ещё холодные. Благодаря солнечной активности, планеты начали разогреваться и формироваться окончательно. Земля формировалась благодаря извержению вулканов и избивания лавы на поверхность планеты, что сформировало первичный покров. Газы, которые выделяла лава, испарившись, сформировали атмосферу для планеты, однако кислорода ещё не было. В этой атмосфере образовывались водные пары, которые при испарении под воздействием сто градусной температуры выпадали в крупных дождях, тем самым сформировав первичный океан. Из-за тектонической активности, литосферные плиты поднимались и образовывали часть суши, выделяющейся из океана, так образовались континенты.

Эта теория эволюции солнечной системы не всем пришла по душе. Позже, французский учёный Ж. Бюффон, предположил, что современная гипотеза происхождения земли должна быть следующая. Солнце находилось одно в космосе, но под влиянием другой звезды, которая пролетела мимо неё, сформировало галактику, вытянувшуюся на много километров. После этого звезда разлетелась на куски и под магнитными действиями Солнца вышла на его орбиту. Таким образом, куски звезды сформировали некоторые сгустки и образовались планеты.

Существует ещё одна современная гипотеза происхождения земли, которую предложил английский физик Хойлом. Он заявил, что у Солнца была звезда-близнец, которая под действием разных сил взорвалась, а осколки разлетелись на орбиту звезды. Таким образом, сформировались остальные планеты.

Учёными рассматривается не одна современная гипотеза происхождения земли, но все они основаны на одном и том, же принципе. Сначала был сгусток энергии и газов, а дальнейшее формирование происходило по-разному. Единственное сходство во всех теориях мы можем наблюдать спустя пять миллиардов лет формирования планет, когда получилась та Земля, которую мы можем видеть сейчас. Учёные до сих пор выдвигают разные теории происхождения галактики, опираясь на разные физические процессы, однако сейчас нет точной трактовки формирования солнечной системы. Однако все пришли к одному выводу, что формирование Солнца и других планет происходило в одно, и тоже время.

4. Влияние природных условий на качественный и количественный содержание макро- и микроэлементов. Макроэлементы. Биогенные элементы

К макроэлементов относятся элементы органических и неорганических субстратов живого вещества; эти элементы необходимы организмам постоянно и в достаточно больших количествах для существования, роста, развития, размножения. их содержание составляет от 0,001% до 60% массы тела организма.

Микроэлементы - обычно являются компонентами гормонов, Ф <? Рмипит1н 1 Других жизненно важных соединений. их отсутствие или ис * ГТС * и * отрицательно сказывается на жизнедеятельности организма до его гтгибели. их организму нужно в значительно меньших количествах, и содержание в живом веществе изменяется в пределах 10 и - 10

Содержание ультрамикроелвментие не превосходящую 10 мая массы тела. ФИНИодоНчка роль их в организмах еще полностью не выяснена. Ультра микроэлементы пока остаются загадкой как по их ролью в життсдинтольности организма, так и за их влиянием на эволюцию биосферы,

Клпрк концентраций (Кк) в живых организмах называется Чофилинистк. Частично биофильнисть принимает во внимание способность живых организмов преимущественно захватывать и аккумулировать некоторые питательные и энергетически важные для их жизнедеятельности элементы. Идея биофильиости принадлежит А. И. Перельману. Ккпидкреслюе геохимическую особенность отдельной природной системы, связанной с содержанием данного химического элемента, с химическим составом литосферы. Количественно оценивается как отношение среднего содержания элемента в живом веществе к его среднему содержанию в литосфере:

5. Радиоактивность природных почв. Органические вещества, которые загрязняют почвы. Плодородие почвы и проблемы его сохранения

Радиоактивность почв

-- способность почв к испусканию ?, ?, ?-?учей, обусловленная наличием в п. и материнских породахприродных и искусственных радионуклидов. В группу природных радионуклидов входят: 238U, 235U, 232Th ипродукты их распада (Ra, Rn, Th и др.), а также 40К, 87Rb, 14C и 3Н. Кроме природных радионуклидов внастоящее время известно более 1300 искусственных, наиболее важными из них являются: 90Sr, 137Cs, 131J,89Kr, 3H. Они могут создавать опасность для здоровья населения в случае загрязнения сельскохозяйственныхрастений, питьевой воды, продуктов питания, воздуха. Естественная радиоактивность п. определяется какфон при изучении различных свойств п. с помощью радиоактивных изотопов, а также для контролязагрязнения п. искусственными радионуклидами (см. загрязнение почвы радиоактивное).

Все природные радиоактивные элементы - в основном долгоживущие изотопы с периодом полураспада 108 - 1016 лет. Они излучают ? и ?- частицы и ? - лучи. Естественная радиоактивность в основном обусловливается содержанием урана, тория, радия и изотопа 40К.

Искусственная радиоактивность обусловлена ??поступлением в почву радиоактивных изотопов, образующихся в результате атомных термоядерных взрывов, в виде отходов атомной промышленности, в результате аварий на атомных предприятиях.

К органическим загрязнителям относятся:

низкомолекулярные органические соединения (хлорорганические пестициды (ХОП) , гербициды, инсектициды, фунгициды, ароматические амины) ;

ПАУ (полициклические ароматические углеводороды, флуорантен, пирен, нафталин и др.) ;

ХОС (хлорорганические соединения);

фенолы;

нефть и нефтепродукты (нефтяные шламы, мазут, керосин, бензин, различные растворители;

красители (краски, лаки, родственные продукты);

органические кислоты и др.

проблемы сохранение плодородия почв и пути их решения

Плодородие почв определяет такой компонент, как гумус. Это органическое вещество, образовавшееся из остатков отмерших организмов, а также в результате жизнедеятельности организмов, перерабатывающих эти остатки.

Основные причины снижения плодородия почвы - это многократный обработку с помощью мощных, тяжелых колесных тракторов и комбайнов; водная и ветровая эрозии; применение высоких доз минеральных удобрений и химических средств защиты растений, сопровождающееся загрязнением балластными веществами (хлоридами, сульфатами), накоплением ядохимикатов в почве, грунтовых водах.

Важным моментом сохранения и восстановления плодородия почв является приостановление эрозионных процессов.

Эрозия почв является наиболее распространенной из всех видов их деградации. Она наносит огромные экономические и экологические убытки, потому что угрожает самому существованию почвы как основному средству сельскохозяйственного производства и незаменимым компонентом биосферы.

Известно, что важным фактором сохранения плодородия почв является соблюдение севооборотов. Внедрять в земледелие научно обоснованных севооборотов, что позволит повысить производительность земель на 40-50%, обеспечив при этом воспроизводство плодородия почв и сохранения окружающей среды. Ведь севооборота является основой стабильности земледелия, поскольку они положительно влияют на все важные грунтовые режимы, способствуют активной детоксикации вредных веществ [2].

Итак, важную роль в сохранении и воспроизводстве плодородия почв должны играть не только минеральные и органические удобрения, но и соблюдение агротехнических энергосберегающих технологий систем земледелия.

Размещено на Allbest.ur