Соединения фосфора в почве

Общее количество фосфора в верхнем слое почвы в среднем составляет около 1000 кг ^· га^–1. Главный источник его поступления – почвообразующие породы, некоторая незначительная часть поступает с атмосферными осадками. Ежегодно с урожаем сельскохозяйственных растений из почвы выносится от 10 до 40 кг ^· га^–1 фосфора. Поэтому значительные количества его соединений дополнительно вносятся в почву с органическими и минеральными удобрениями. Соединения фосфора в почве содержатся в почвенном растворе, находятся в адсорбированном состоянии на поверхности неорганических компонентов почвы, присутствуют в твердой фазе почв в виде аморфных и кристаллических минералов и входят в состав органических соединений почвы.

В зависимости от вида почв содержание фосфора в органических соединениях изменяется от 10-20% (дерново-подзолистые почвы) до 70-80% (черноземные почвы) от его общего содержания в почвенном слое. Основное количество (до 60%) органических соединений фосфора во многих почвах находится в виде инозитолфосфатов, которые представляют собой эфиры ортофосфорной кислоты и насыщенного шестиатомного циклического спирта – циклогексангексола, или инозита. В результате присоединения к инозиту шести молекул ортофосфорной кислоты образуется 12 – основная инозитгексафосфорная кислота. При неполном фосфорилировании возникают цента-, тетра-, три-, ди- и моноинозитолфосфаты.

В составе гуминовых и фульвокислот может находиться от 2-3 до 50-80% всего фосфора, содержащегося в органической части почв. Его концентрация в гуминовых кислотах колеблется от 0,03-0,05 до 0,3-0,5%. Часть этого фосфора представлена также инозитолфосфатами.

Около 1% фосфора органической части почв сосредоточено в липидах, 2-3% – в нуклеиновых кислотах. Помимо этих соединений в почве идентифицированы фосфопротеины, сахарофосфаты и фосфорилированные карбоновые кислоты. Фосфаты принимают участие и в образовании органоминеральных соединений в почве, в этом случае ортофосфаты, например, могут быть связаны с органическими соединениями через катионные мостики железа, алю­миния или кальция.

Минеральная часть твердой фазы почв представлена в основном ортофосфатами, преимущественно минералами апатитовой группы. Кроме них распространены минералы группы плюмбогумита РbАl₃Н(ОН)₆(РО₄)₂, на долю которых в некоторых видах почв приходится до 50% от всей массы минерального фосфора, вавеллита Аl(РО₄)₄(ОН)₆ ^· 5Н₂О и вивианита Fe₃(PO₄)₂ ^· 8H₂O. Все встречающиеся в почве ортофосфаты относятся к труднорастворимым соединениям (таблица 10).

Трансформация соединений фосфора в почве связана с протеканием процессов минерализации органических фосфорсодержащих веществ, а также процессов иммобилизации, фиксации и мобилизации его неорганических соединений.

Минерализация– процесс превращения органических соединений фосфора и минеральные. Этот процесс протекает в почве в результате деятельности микроорганизмов. При этом под воздействием различных ферментов, например, фитаз, происходит выделение из органических веществ остатков ортофосфорной кислоты. Последующие их превращения будут определяться свойствами почвенного раствора и составом твердой фазы почв.

Таблица 10.Основные представители ортофосфатов кальция в почвах

Иммобилизация– превращение неорганических соединений фосфора в органические формы в процессе развития живых организмов. При этом фосфор переходит, например, в молекулы фосфолипидов или нуклеиновых кислот микробных клеток и в форме органических фосфорсодержащих соединений становится недоступным для других организмов.

Фиксация фосфора– переход растворимых фосфорных соединений в менее растворимое состояние за счет образования прочных связей с минеральными компонентами почвы. Фиксация протекает в результате образования труднорастворимых минералов и в процессе хемосорбции фосфат-ионов из почвенного раствора. Хемосорбция осуществляется в результате связывания фосфат-ионов с ионами Al, Fe или Са, которые находятся на поверхности минера­лов. В случае взаимодействия фосфат-ионов с катионами железа, алюминия или кальция, присутствующими в растворе, возможно образование и выпадение малорастворимых соединений.

Мобилизация – увеличение подвижности соединений фосфора, связанное с превращением труднорастворимых соединений в более растворимые, или переход их в почвенный раствор. Для большинства почв главный путь мобилизации связан с переходом соединений кальция из трикальцийфосфата в гидрофосфат или дигидро-фосфат кальция:

Са₃(РО₄)₂ ® СаНРО₄ ® Са(Н₂РО₄)₂. (28)

Эти превращения протекают в присутствии свободных кислот, образующихся, в частности, при трансформации компонентов почв. Для оценки возможного перехода фосфатов из твердой фазы почв в почвенный раствор на практике часто используют величину фосфатного потенциала почв (ФП). Фосфатный потенциал почв характеризует степень равновесности почвенного раствора по отношению к дигидрофосфату кальция:

ФП = –lg( (29) или ФП = 0,5р(Са²⁺) + р(Н₂РО ), (30)

где р(Са²⁺) = – lga_Ca²⁺), p(H₂PO ) = –lg .

Сравнивая величину фосфатного потенциала с отрицательным логарифмом корня квадратного из произведения растворимости дигидрофосфата кальция, можно сделать вывод о вероятном поведении соединений фосфора. Так, если для почв соблюдается неравенство

0,5р(Са²⁺) + р(Н₂РО ) > –lg (31)

то концентрация фосфат-ионов в растворе контролируется соединениями, более трудно растворимыми, чем Ca(H₂PO₄)₂. Если наблюдается равенство

0,5р(Са²⁺) + р(Н₂РО ) = –lg , (32)

то растворяется преимущественно монокальцийфосфат. Чем выше фосфатный потенциал, тем труднее переходит фосфор в почвенный раствор, тем менее благоприятные условия создаются для питания растений фосфором.

Примеры решения задач

Пример 20. Раствор фосфата (4 мл) концентрацией 0,4 г/л смешали с 40 г почвы и инкубировали ее во влажном состоянии в течение 1 нед. Встряхивали 5 г этой почвы с 50 мл 10мМ раствора КСl. Суспензию отфильтровали и в фильтрате определи­ли концентрацию фосфатов. Она составила 1,1 мкг РО /мл. Сколько внесенного фосфата адсобрировалось на почве?

Решение. Определим общее количество фосфата (m_ф), взятое для эксперимента:

m_ф=C_фV_ф

где Сфи Vф – концентрация и объем раствора фосфата, взятого для эксперимента, соответственно;

m_ф= 0,4 ^· 4 ^· 10^–3 = 1,6 ^· 10^–3 (г).

После адсорбции фосфата на почве его содержание в фильтрате (m^/_ф)в аликвоте составляет:

m^/_ф=V^/C^/_ф,

где V и С'_ф – объем раствора и концентрация фосфата в нем после экстракции;

m^/_ф = 1,1 ^· 10^{–6 ·} 50 = 5,5 ^· 10^–5 (г).

Можно ожидать, что для всей обработанной почвы будет выполняться следующее соотношение:

,

где – масса фосфата, способного экстрагироваться солевой вытяжкой из всего образца почвы;

m_обр – масса образца почвы (40 г), взятого на обработку;

m_H – масса навески (5 г), взятой для экстракции;

= 5,5 ^· 10^–3 = 4,4 ^· 10^–4(г)

Разность между общим количеством фосфата (m_ф)и количеством фосфата, способного к вымыванию ( ), представляет собой количество фосфата, адсорбировавшегося на почве:

m_ф – = 1,6 ^· 10^–3 – 0,44 ^· 10^–3 = 1,2 ^· 10^–3 (г).

Ответ: на почве адсорбировалось 1,2 ^· 10^–3 (г) фосфата.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: