Введение в экологическую химию - Скурлатов Ю.И.
NBSN 5-06-002593-4
Скачать (прямая ссылка):
Твердая фаза почв и почвообразующих пород состоит из разноразмерных частиц (педов) — механических элементов. Относительное содержание в почве таких элементов определяет ее гранулометрический состав. В зависимости от размеров частиц различают песчаные, суглинистые и глинистые почвы.
От механического состава почв и почвообразующих пород в значительной мере зависит интенсивность многих почвенных процессов, связанных с превращениями, переносом и накоплением в почве органических и минеральных соединений.
Органический компонент почв представлен гумусовыми веществами, служащими источниками питания для почвенных микроорганизмов и структураторами почв. Гумусообразование происходит в результате превращения органических остатков, поступающих в почву после отмирания растений.
Биологическая составляющая почвенных экосистем представлена зелеными растениями, микроорганизмами и животными. При воздействии организмов на почву в процессе их жизнедеятельности осуществляются важнейшие звенья почвообразования — синтез и разрушение органического вещества, избирательное концентрирование биологически важных микроэлементов, разрушение и новообразование минералов и аккумуляция веществ.
Основная почвообразующая роль принадлежит лесной растительности. Ее биомасса на поверхности суши составляет 10й—1012 т. Остатки растительности поступают на поверхность почвы в основном в виде опада, На втором месте по биомассе почвообразующих зеленых растений — травянистая растительность (1010—10й т). При этом биомасса корней обычно превышает биомассу наземной части травянистой растительности.
В формировании плодородия почв важнейшая роль принадлежит почвенным микроорганизмам. Здесь обитают в большом количестве бактерии, микроскопические грибы и водоросли. Общее число микроорганизмов в почве исчисляется миллиардами в 1 г. Микрофлора
157
почвы по объему составляет около 0,1% ее объема, 7—10 т на 1 га или в сухом весе примерно 2 т живого вещества на гектар.
Особенно важную роль в почвенном круговороте веществ играют бактерии. Гетеротрофные бактерии разлагают органические остатки до простых минеральных соединений. Они могут быть как аэробными, так и анаэробными. Одни осуществляют процесс аммонификации,
другие восстанавливают N03 до N2 в процессе денитрификации. Бак-терии-денитрификаторы (Pseudomonas) используют KNO3 в качестве акцептора электрона от глюкозы. В качестве акцептора электрона может выступать и сульфат. При этом бактерии участвуют в процессе десульфофикации:
H2SO4 + 4{2Н} —> H2S + 4Н20
Автотрофные бактерии осуществляют в почве процессы окисления минеральных соединений — продуктов жизнедеятельности гетеротро-фов. Например, аэробные бактерии играют роль в процессах нитрофи-кации:
2NH3 + 302 —> 2HN02 + 2Н20 (нитрозомонос) 2HN02 + 02 —-> 2HN03 (нитробактер)
Широко распространенные в почвах серобактерии окисляют SH2, S и тиосоединения до H2S04 (процесс судьфофикации):
2H2S + 02 —+ 2Н20 + S S + 302 + 2Н20—> 2H2S04
При участии железоокисляющих бактерий, наиболее распространенных в заболоченных почвах, происходит окисление солей Fe(II):
4FeC03 + 02 + 6Н20 —+ 4Fe(OH)3 + 4С02
Эти же бактерии могут окислять и соли Мп(П).
В почве содержится много бактерий-азотфиксаторов: свободноживу-щих (аэробный азотобактер и анаэробный клостридиум) и клубеньковых.
На отмирающих органических остатках живут сапрофитные гетеротрофные бактерии и грибы. Микроскопические грибы (плесневые, актиномицеты) в аэробных условиях могут разлагать клетчатку, лигнин и другие стойкие органические соединения, участвуют в минерализации гумуса. Их гифы достигают нескольких тысяч метров на 1 г почвы. 158
Наряду с бактериями и грибами в почве присутствует большое количество водорослей, в основном в поверхностном слое и на растениях. Так, в 1 г лесной подзолистой почвы встречаются десятки тысяч клеток 10—15 видов водорослей, а в 1 г лесного опада — до 5 млн. клеток.
Плодородие почвы определяется содержанием в ней гумусовых веществ. Эти вещества химически и микробиологически устойчивы. Они являются промежуточными продуктами в процессе образования угля. Получаемые из самых разных источников — угля, торфа, почвы — гумусовые вещества обнаруживают внешне удивительно сходные свойства. Между собой гумусовые вещества различаются по растворимости в водных и спиртовых растворах:
Образец
1
Экстракция щелочью
Нерастворимые Экстракт
гумины |
Обработка кислотой
\
осадок раствор
(гуминовые кислоты) (фульвоки слоты)
Экстракция спиртом
/ Ч
осадок раствор
(гуминовые кислоты) (гуматомелановые кислоты)
Элементный анализ гумусовых веществ разного происхождения показывает, что содержание С, Н, О примерно одинаково для каждой фракции.
Кислород в составе гумусовых веществ присутствует в основном в виде функциональных групп —ОН, —СООН, —С=0, —ОСН3 и эфиров. Фракция фульвокислот характеризуется наиболее высоким содержанием кислорода (45%). В гуминовой кислоте кислорода содержится меньше (33%). В гумусовых веществах присутствует как алифатический, так и ароматический углерод. Соотношение ароматического С к алифатическому в гуминовой кислоте гораздо выше, чем в фульвокис-
