Органоминеральные соединения в почвах

Все виды продуктов взаимодействия неспецифических веществ почвы или специфических гумусовых веществ с минеральными компонентами (катионами металлов, гидроксидами, неорганическими ани-онами, силикатами и т. д.) объединяют в понятие «органоминеральных соединений». Частным случаем органоминеральных соединений, образующихся в почвах, являются продукты взаимодействия органических веществ с почвенными минералами, называемые минералоорганическими соединениями.

В соответствии с классификацией, разработанной Л. Н. Александровой, органоминеральные соединения почв делят на три группы:

1) гетерополярные соли;

2) комплексно-гетерополярные соли;

3) сорбционные комплексы.

Гетерополярные, или простые, соли гумусовых кислот образуются в результате протекания реакций нейтрализации гумусовых кислот:

ГК-(СООН)_n + nNaOH ® ГK-(COONa)_n + nH₂O. (2)

В зависимости от рН среды замещение протонов протекает как по карбоксильным, так и по фенольным ОН-группам. Состав таких солей выражается формулой:

(O-)_р(Meⁿ⁺)_p/n

где Меⁿ⁺– соответствующий катион ( Na⁺, K ⁺ , NH Ca²⁺, Mg²⁺ и др.).

Гуматы щелочных металлов и аммония хорошо растворимы в воде и встречаются только в некоторых солонцах и содовых солончаках. Гуматы кальцияплохо растворимывводе при любых встречающихся в почвах значениях рН и склонны к образованию на поверхности минеральных компонентов пленок, которые прочно удерживаются силами адгезии. Гуматы магния растворяются лучше, чем гуматы кальция. Они могут переходить в раствор и мигрировать в пределах почвенного профиля.

Индивидуальные гуматы или фульваты различных металлов редко встречаются в почве. Чаще формируются более сложные органоминеральные производные, в которых катионы металлов входят в анионную часть молекулы. При этом карбоксильные группы гумусовых кислот могут связывать катионы металлов тремя различными способами:

В случае дополнительного вовлечения фенольных групп гумусовых кислот происходит образование хелатных комплексных соединений. Свободные карбоксильные и фенольные ОН-группы комплексных солей металлов гумусовых кислот могут вступать в дальнейшее взаимодействие с катионами металлов с образованием комплексно-гетерополярных солей

где Me – Al³⁺, Fe³⁺; Ме₁ – Na+, К+, Са²⁺, Mg²⁺, Al³⁺.

Гумусовые кислоты склонны образовывать комплексные соединения со всеми переходными металлами, находящимися в почве в виде микроэлементов или поступающими с антропогенными выбросами.

По способности образовывать соединения с гумусовыми веществами различные катионы можно расположить в ряд:

Fe³⁺ > А1³⁺ » Fe²⁺ > Cu²⁺ Zn²⁺ > Со²⁺ > Pb²⁺.

Положение металлов в этом ряду может меняться в зависимости от природы гумусовых кислот и рН среды.

Образование комплексных соединений и гетерополярных солей гумусовых кислот играет важную роль в процессах миграции и трансформации минеральных компонентов почвы. Эти процессы частично снижают опасность загрязнения почв, поскольку при достаточном количестве органических веществ в почве происходит связывание токсичных металлов.

Еще один вид органоминеральных соединений, образующихся в почве в процессе взаимодействия гумусовых веществ с кристаллическими или аморфными минералами почв, называют глино-гумусными, или сорбционными, комплексами. Глино-гумусные комплексы алюмосиликатных минералов (монтмориллонита, гидрослюд, каолинита и др.) можно представить схемой 1.

Схема 1. Глино-гумусные комплексы алюмосиликатных минералов:

Me – катионы Al³⁺, Fe³⁺; M_e1 – Na⁺, К+, NH и другие катионы

Примеры решения задач

Пример 10. Почва содержит 3,1% органического вещества. Вычислите процентное содержание С и N в почве, если органическое вещество содержит 60 % С и массовое отношение С:N равно 10:1.

Решение.В соответствии с условием задачи, в 100 г почвы содержится 3,1 г органического вещества. Содержание углерода:

= 1,86(г).

По условию задачи, содержание азота в почве составляет одну десятую от содержания углерода, т. е. m_n = 0,186 г.

Процентное содержание элементов равно:

Ответ:процентное содержание углерода и азота в почве равно 1,9% и 0,19% соответственно.

Пример 11. В 1м² пахотного слоя почвы содержится 6,5 кг органического С, а интенсивность дыхания почвы составляет 9 г СО₂/(м² • сут). Какая часть органического углерода теряется в сутки на дыхание? Средняя скорость выделения СО₂ в течение года - 2,5 г СO₂/(м² • сут), а содержание органического С поддерживается за счет поступления растительных остатков. Рассчитайте время оборота для С.

Решение. В первую очередь определим количество углерода (т_с), выделяющегося в виде СO₂ при дыхании почвы. При этом необходимо учесть количество углерода, которое содержится в одной молекуле диоксида углерода. Составим пропорцию:

В 44 г СО₂ содержится 12 г углерода

В 9 г СО₂/(м² • сут) содержится m_с углерода/(м² • сут).

Отсюда

[гС/(м² • сут)],

где М_С и М_СО2– молекулярные массы углерода и CO₂.

Определим часть углерода (р_с, %), которая теряется в сутки с дыханием, при этом содержание органического углерода в почве (С_орг) необходимо перевести в граммы:

Для ответа на второй вопрос определим отношение общего содержания углерода в почве к среднему количеству углерода, выделяющегося с дыханием в течение года (365 дней):

Ответ:на дыхание теряется в сутки 0,038% углерода; время оборота С составляет 26 лет.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: