12. Почвенный раствор

Почвенный раствор можно определить как жидкую фазу почв, включающую почвенную воду, содержащую растворенные соли, органоминеральные и органические соединения, газы и тончайшие кол­лоидные золи. В.И. Вернадский считал почвенные растворы одной из важнейших категорий природных вод, -«основным субстратом жизни», «основным элементом механизма биосферы». Очень примечательно следующее высказывание академика Вернадского:

«Любое проявление природной воды - глетчерный лед, почвен­ный раствор, гейзер, минеральный источник - составляют единое целое, прямо или косвенно, но глубоко связанные между собой».

К.К. Гедройц, А.Г. Доярснко, А.А. Шмук, С.А. Захаров, А.А. Роде, П.А. Крюков, НА. Комарова, Е. И. Шилова внесли существенный вклад в разработку методов выделения, изучения состава и динамики почвенных растворов.

Почвенный раствор ~ это вода свободная и рыхлосвязанная, на­полняющая капиллярные промежутки и пространства между агрега­тами, содержащая в растворенном и коллоидном состоянии некото­рые газы, минеральные, органоминеральные и органические вещества. Объем почвенного раствора равен объему почвенной влаги за исклю­чением воды на уровне максимально гигроскопической влажности.

Физически прочносвязанная вода не входит в состав почвенного раствора. Проблематично к почвенному раствору отнести гравитаци­онно просачивающуюся воду, проходящую почвенные горизонты по крупным трещинами и ходам корней и животных.

1.12.1. Методы выделения почвенного раствора

Для выделения почвенного раствора используют методы: выжи­мание раствора под давлением на специальных прессах, центрифу гирования и замещения (вытеснения) другой жидкостью. Количество выделяющегося почвенного раствора зависит от водоудерживающих свойств почвы и степени ее увлажнения. Получение почвенных рас­творов центрифугированием возможно лишь в почвах с влажностью,

близкой к полной влагоемкости. Выделение почвенного раствора за­мещением его другой жидкостью заключается в том, что через ко­лонку, заполненную исследуемой почвой с естественной влажностью, сверху просачивается вытесняющая жидкость. Наиболее удобен для этой цели этиловый спирт. Почвенный раствор собирается в прием­ник. Для улучшения фильтрационных свойств тяжелых почв их ре­комендуется смешивать с хорошо отмытым кварцевым песком. При использовании указанных методов после выделения раствора в почве остается еще некоторое количество влаги.

Преимущество указанных методов - возможность получения растворов при влажности, характерной для почв в вегетационный пери­од, поэтому практически динамику почвенного раствора можно из* учить лишь этими методами.

Состав жидкой фазы почвы в почвоведении также изучают лизиме­трическим методом. Этот метод основан на исследовании просачива­ющихся через определенную толщу почвы дождевых или талых вод, которые собирают в специальный приемник. Недостаток всех лизи­метрических установок - возможность получения растворов лишь в периоды сильного увлажнения почв.

Все методы выделения почвенных растворов трудоемки и не полу­чили широкого распространения в практике научных исследований, кроме лизиметрических стационаров.

Некоторое приближение к познанию состава почвенных растворов дает метод извлечения солей из почвы водной вытяжкой в соотноше­нии почва: вода = 1:5. Простота и доступность метода водной вытяжки сделала его массовым при определении засоленности почв и содержа­ния водорастворимых элементов питания растений.

Сравнительное представление о составе почвенного раствора и водной вытяжки из солончака дают следующие данные в м.-экв. на 100г почвы.

	Вытяжка	Раствор
С1-	39,4	42,4
S<V"	14,1	7,0
Na*	37,0	36,4
Мд^г*	12,0	12,6
Са^г*	4,6	0,6

1.12.2. Состав, свойства и экологическая значимость почвенных растворов

Наиболее существенным источником почвенных растворов явля­ются атмосферные осадки. Грунтовые воды также могут участвовать в их формировании при близком их залегании от поверхности. При орошении дополнительным резервом влаги для почвенных растворов становятся поливные воды.

Атмосферные осадки, поверхностные воды, росы, грунтовые воды, попадая в почву и переходя в категорию жидкой ее фазы, изменя­ют свой состав при взаимодействии с твердой и газообразной фаза­ми почвы, с корневыми системами растений и живыми организмами, населяющими почву.

В почвенном растворе содержатся минеральные, органические и органо-минеральные вещества, представленные в виде ионных, мо­лекулярных и коллоидных форм. Кроме того, в почвенном растворе присутствуют растворенные газы: СО₂, О₂ и др.

Из минеральных соединений в составе почвенного раствора мо­гут быть анионы НСО₃-, СО₃²", NO₃~, NCV, SO₄²~, C1", Н₂РОГ. НРО₄²" и катионы Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, NH₄\ K⁺, H⁺ и др. В сильнокис­лых почвах могут быть также Al³⁺, Fe³⁺, а в заболоченных Fe²⁺. Же­лезо и алюминий в почвенных растворах содержатся в основном в виде устойчивых комплексов с органическими веществами.

Из органических соединений в почвенном растворе могут присут­ствовать водорастворимые вещества органических остатков и про­дукты их разложения, продукты жизнедеятельности растений и ми­кроорганизмов (органические кислоты, сахара, аминокислоты, спир­ты, ферменты, дубильные вещества и др.), а также гумусовые веще­ства.

Органоминеральные соединения представлены преимущественно комплексными соединениями различных органических веществ кис­лотной природы (гумусовые кислоты, полифенолы, низкомолекуляр­ные органические кислоты) с поливалентными катионами.

Соотношение минеральной и органической частей почвенного рас­твора неодинаково в разных почвах. Так, для болотных, подзолисто-болотных и целинных дерново-подзолистых почв характерно преоб­ладание в почвенном растворе органических веществ над минераль­ными; в черноземах эти компоненты примерно равны, а в засоленных

почвах минеральных соединений больше. Повышенное содержание органических веществ в почвенном растворе имеют также солонцо­вые почвы благодаря его щелочной реакции к пептизирующему дей­ствию поглощенного Na⁺.

Коллоидно-растворимые формы могут быть представлены органи­ческими и органоминеральными веществами, золями кремнекислоты и полутораокисей железа и алюминия. По данным К.К. Гедройца, коллоидная часть составляет обычно 1/4-1/10 и меньше общего ко­личества веществ в растворе. Высокое содержание коллоидно-раство­римых соединений наблюдается в почвенных растворах солонцов.

Содержание отдельных компонентов почвенного раствора суще­ственно изменяется также по генетическим горизонтам одного и того же типа почв. Максимум органических веществ находится в почвен­ном растворе органогенных и гумусовых горизонтов. Вниз по профи­лю почв количество органических веществ резко падает в результате их закрепления и минерализации в верхних горизонтах. В чернозе­мах, каштановых почвах, сероземах и солонцах в составе почвенных растворов нижних горизонтов содержание минеральных солей уве­личивается.

Концентрация почвенного раствора невелика и обычно не превы­шает нескольких граммов вещества на литр раствора. Исключение составляют засоленные почвы, в которых содержание растворенных веществ может достигать десятков граммов на литр. Так, в подзо­лах концентрация почвенного раствора составляет 2-3, в чернозе­мах - 4-6, в солончаках - 10-300 г/л при оптимальной концен­трации для большинства сельскохозяйственных растений 3-6 г/л. Для сравнения: концентрация солей в воде реки Дон - 0,5, а в мор­ской воде - 35 г/л.

Почвенный раствор находится в постоянном и тесном взаимодей­ствии с твердой и газовой фазами почвы и корнями растений, и по­этому состав и концентрация его являются результатом биологиче­ских, физико-химических и физических процессов, лежащих в осно­ве этого взаимодействия.

Темп и направление указанных процессов подвержены значитель­ной сезонной изменчивости, поэтому и состав почвенного раствора чрезвычайно динамичен. Постоянно меняется концентрация почвен­ного раствора в зависимости от изменения влажности почвы и потре­бления питательных веществ корнями растений. Типичны сезонные.