плексов, но задерживается почвой главным образом в форме слабоподвижных ор- ганических комплексов.
В водном растворе при нейтральных или повышенных рН почв Hg(OH)20 преобладает над другими формами. Сорбция Hg глинами в почве относительно ограничена и слабо изменяется с изменением рН. Однако в кислых глеевых поч- вах может происходить образование HgS и металлической ртути. Накопление ртути в почве контролируется образованием органических комплексов и осажде- нием. Поэтому подвижность элемента зависит от процессов растворения и биоло- гического разрушения органорудных соединений.
Превращения соединений ртути с органическим веществом, особенно мети- лирование элементарной ртути, играет важную роль в цикле ртути в окружающей среде. Метилированная ртуть становится легкоподвижной и хорошо поглощается живыми организмами. У некоторых типов бактерий и дрожжей обнаружена спо- собность восстанавливать катион Hg2+ до элементарного состояния, в результате чего происходит удаление элемента из среды в виде паров. При участии микроор- ганизмов также происходит окисление ртути до катионных форм. Возможность
микробиологического метилирования ртути возможно в аэробных и анаэробных условиях. Метилирование может идти также абиотически.
Содержание ртути в почвах наследуется от материнской породы, однако из-за ее легколетучести нельзя исключать влияние дополнительных природных источ- ников - дегазация и термальная активность Земли. Накопление Hg в почве в целом связано с уровнем содержания органического углерода и серы. Концентрация элемента в верхнем слое почвы максимальна.
Сорбция Hg2+ в почве изменяется в зависимости от величины рН, будучи максимальной при рН 4-5. Почвы обладают большей емкостью в отношении ор- ганических форм ртути, чем HgCl2. Сорбция всех соединений элемента обнару-
живает тесную зависимость от концентрации Сорг и катионообменной емкостью почв.
Средние концентрации ртути в поверхностном слое почвы не превышают 400 мкг/кг. Фоновые уровни элемента можно оценить как 0,n мг/кг, однако точные количества определить трудно из-за широкого загрязнения почв этим металлом. Загрязнение почв ртутью связано с предприятиями, производящими тяжелые ме- таллы, с химическим производством, с применением фунгицидов.
Поведение ртути в загрязненных почвах представляет большой интерес, так как ее биологическая доступность создает большую опасность для биоты. Можно полагать, что неорганические соединения Hg , внесенные в почву, хорошо адсор- бируются гумусом и глинистыми минералам. Органические соединения элемента отчасти разрушаются или адсорбируются компонентами почвы. Однако все эти соединения обладают сравнительно низкой степенью диссоциации и слабо адсор- бируются, поэтому они легко поглощаются растениями. Метилртуть особенно доступна для растений, фенилртуть и сульфид ртути менее доступны.
Загрязнение почв ртутью само по себе не является серьезной проблемой, не- смотря на возможность образования большого количества метилртути. Тем не менее даже простые соли Hg или металлическая ртуть создают опасность для рас-
тений и почвенной биоты из-за отравляющих свойств паров ртути. Потребление элемента корнями растений может быть сведено до минимума путем внесения из- вести, серусодержащих соединений и твердых фосфатов.
Мышьяк (As). Мышьяк известен с древности. Еще Аристотель и Теофраст упоминают о естественных сернистых соединениях мышьяка, применявшихся в качестве лечебных средств и красок. Открытие металлического As относится к XII в., однако способ его получения был разработан только в конце XVII в. Как химический элемент As был установлен в 1789 г. французским химиком Лавуа- зье.
Среднее содержание элемента в земной коре - 5×10-4 весовых процента. Ха- рактеризуется однородным распределением в главных типах горных пород. Обра- зует собственные минералы и входит в состав других. Элемент связан с месторо- ждениями других минералах и выступает как индикатор при поисковых геохими- ческих работах.
Минералы мышьяка хорошо растворимы. Однако интенсивность его мигра- ции невелика вследствии активной сорбции глинистыми частицами, гидроксида- ми, органическим веществом.
Обычные состояния окисления As; -3, 0, +3, +5. Комплексные анионы AsО2-, AsО43-, НAsО42-, As2О3- являются наиболее распространенными подвижными фор- мами мышьяка. По особенностям поведения AsО43- близок к фосфатам и ванада-
там. Наиболее распространенная форма мышьяка в условиях окружющей среды - As5+.
Поведение мышьяка в почвах в значительной степени зависит от степени его окисления. Установлено, что арсенат-ионы легко фиксируются такими компонен- тами почв, как глинистые частицы, фосфатные гели, гумус и кальций. Наиболь- шей активностью в удерживании As отличаются гидратированные оксиды железа и алюминия.
Мышьяк, адсорбированный почвой, с трудом поддается десорбции, а проч- ность связывания элемента почвой с годами увеличивается. Мышьяк, связанный с оксидами железа и алюминия, может высвобождаться при гидролизе в результате снижения окислительно-восстановительного потенциала почв. Темпы сорбции
арсената во многом контролируются содержанием оксидов железа и величиной рН среды, а количество As, атсорбированного на поверхности оксидов, зависит от рН.
На характер миграции, осаждения и улетучивания As большое влияние ока- зывает микробиота почв. Его метилирование, осуществляемое определенными
дрожжами в окислых условиях и метанобразующими бактериями в отсутствии кислорода, играет важную роль в выделении ле тучих форм элемента.
Наиболее низкие уровни содержания мышьяка характерны для песчаных почв. Его максимальные концентрации связаны с аллювиальными почвами и поч- вами, обогащенными органическим веществом.
Поведение мышьяка в почвах зависит от их окислительного состояния. В глеевых тяжелых почвах элемент накапливается в верхнем горизонте и легко вы-
щелачивается из подпахотных слоев с высоким окислительно-восстановительным потенциалом.
Подвижность мышьяка в почве прямо пропорциональна уровню его поступ- ления и обратно пропорциональна времени и содержания Fe и Al. Токсичность элемента определяется содержанием его растворимых форм. Поэтому арсенат на- трия и триоксид мышьяка, использовавшиеся раньше как гербициды, являются наиболее токсичными его соединениями.
Токсичность мышьяка в почвах может быть снижена разными способами в зависимости от источника загрязнения и свойств почв. Увеличение окислительно- го состояния почв, применение веществ, способствующих осаждению и связыва- нию элемента (сульфата железа, карбоната кальция), ограничивает биодоступ- ность мышьяка. Внесение фосфатных удобрений также снижает поступление эле- мента в биоту. Однако поскольку фосфаты могут замещать адсорбированный или связанный мышьяк из сорбционных комплексов, это может увеличить исходные количества его растворимых форм в почвах.
Врезультате глобального загрязнения окружающей среды уровни содержа- ния мышьяка в почвах значительно повысились. И, и в отдельных случаях дости- гают 0,2%. Основные антропогенные источники элемента связаны с промышлен- ной деятельностью (обработка металлов, химические заводы по переработке ми- нералов серы и фосфора, сжигание угля, геотермальные электростанции) и с ис-
пользованием мышьяксодержащих пестицидов.
Никель (Ni). Содержание никеля в земной коре составляет 8×10-3 весовых процента. В распространении никеля в земной коре наблюдается сходство с ко- бальтом и железом. По геохимическим свойствам он является сидерофильным элементом. Элемент часто ассоциируется с сегрегатами сернистых тел (из-за сродства с серой), а также с карбонатами, фосфатами, силикатами. В континен- тальных отложениях он присутствует в виде сульфидов и арсенидов и часто за- мещает железо в железомагнезиальных соединениях. В соединениях никель глав- ным образом двух- и трехвалентен.
При выветривании горных пород элемент легко высвобождается, а затем осаждается с оксидами железа и марганца. Он относительно стабилен в водных растворах и может мигрировать на большие расстояния.
Впочвах никель тесно связан с оксидами марганца и железа, и в этой форме наиболее доступен для растений. В верхних горизонтах почв никель присутствует
ворганически связанных формах, часть из которых представлена легко раствори- мыми хелатами.
Распределение элемента по почвенному профилю зависит от содержания ор- ганического вещества, аморфных оксидов, глинистых фракций, которые опреде- ляются типом почв. Концентрации никеля в природных растворах верхних гори-
зонтах почв изменяются от 3 мкг/л до 25 мкг/л.
Ионные формы никеля (Ni2+, NiОН+, Н NiО2-, Ni(ОН)3) в почвенном растворе могут наблюдаться в том случае, когда элемент не полностью связан в фелатные комплексы. Растворимость никеля в почвах находится в обратной зависимости от величины рН.
Содержание элемента в почвах во многом определяется его содержанием в материнских породах. В верхних горизонтах – от почвообразующих процессов и уровня техногенного загрязнения.
Самые высокие содержания Ni наблюдаются в глинистых и суглинистых почвах, в почвах на основных и вулканических породах и в почвах, богатых орга- никой.
В настоящее время никель считается серьезным загрязнителем. Антропоген- ные источники никеля приводят к его существенному увеличению в почвах. В осадках сточных вод Ni присутствует в форме легкодоступных органических хе- латов и может быть фитотоксичным. Снижению его доступности для растений способствуют внесение фосфатов или органического вещества.
Источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду весьма раз- нообразны. Они носят как природный, так и техногенный характер. Природными источниками эмиссии тяжелых металлов являются извержение вулканов, лесные пожары, морская вода и др. Источниками техногенного поступления металлов яв- ляются промышленное и сельскохозяйственное производства, транспорт, жилищ- но-коммунальные комплексы. При этом общая масса металлов, поступающих от природных источников, значительно ниже антропогенного поступления: свинца – 17,2 раза, кадмия - в 8,8, цинка – 7,2, меди – 3,0, никеля – 1,9 раза.
Расчеты, проведенные в Беларуси, свидетельствуют о том, что в атмосферу республики только от стационарных источников сжигания топлива попадает 72% мышьяка, 57% ртути, около 99% никеля, 27% кадмия, 33% хрома, 27% меди, 15% свинца, 11% цинка. Цементное производство привносит значительные количест- ва кадмия, свинца, хрома. На долю электросталеплавильного производства при- ходится 24% кадмия, 15-16% свинца и хрома, 81% цинка. Передвижные источни- ки в основном загрязняют атмосферу цинком и медью.
Кроме атмосферных выпадений, значительное количество металлов привносится в почву при использовании удобрений, в том числе на основе осадков сточных вод и бытовых отходов. В составе примесей в удобрениях на- ходится кадмий, хром, медь свинец, уран, ванадий и цинк, с отходами интен- сивного животноводства и птицеводства – медь и мышьяк, с компостом и наво- зом - кадмий, медь, никель, цинк и мышьяк, с пестицидами – кадмий, мышьяк, ртуть, свинец, марганец и цинк.
15.4. Химический состав почв
Набор и количественное соотношение химических элементов в почве назы- вают ее элементным составом. Любые почвы содержат все 92 элемента Периоди- ческой системы Д.И. Менделеева, а в случае химического загрязнения в почвах обнаруживаются и трансурановые элементы. Диапазон концентраций очень ве- лик: от десятков и единиц массовых долей (в %), до 10-10-10-12% [3]. Часть элемен- тов участвует в формировании почвенной массы, то есть они играют конституци- онную роль, хотя они же необходимы и живым организмам, другая часть сущест- венно не влияет на свойства почвенной массы, но зато играет важную физиологи-
ческую роль: некоторые элементы могут быть как стимуляторами физиологиче- ских и биохимических процессов, так и быть токсичными. Первая группа - это макроэлементы, вторая включает микро-, ультрамикро- и наноэлементы (табл. 1).
Химические элементы представлены в почвах большим набором их химиче- ских соединений. Разнообразие соединений любого из элементов обеспечивает сравнительную устойчивость химического состояния почв. Так, соединения фос- фора представлены преимущественно ортофосфатами, но они могут находиться одновременно в виде различных соединений с кальцием, алюминием, железом, цинком, свинцом, марганцем. О разнообразии фосфатов дает представление сле- дующий далеко не полный перечень их почвенных соединений: Ca8H2(PO4)6 , Ca10(PO4)6(OH)2 , Ca10(PO4)6F2 , Ca4(PO4)3H " 3H2O, Ca3(PO4)2 , Ca(H2PO4)2 , CaHPO4 , AlPO4 " 2H2O, FePO4 " 2H2O, Fe3(PO4)2 " 8H2O, Zn3(PO4)2 , Pb3(PO4)2 , Pb5(PO4)3OH, PbAl3H(OH)6(PO4)2 , MnHPO4 . Кроме того, значи-
тельная часть фосфора представлена органическими соединениями и конденсиро- ванными фосфатами.
Железо в почвах одновременно входит в кристаллические решетки алюмоси- ликатов, в гётит FeOOH, гематит Fe2O3 , в различные гидроксиды. По мере рас- хода наиболее растворимых соединений Fe3 + его концентрация поддерживается
впочвенном растворе другими соединениями железа. Соединения кремния в поч- венном растворе представлены ортокремниевой кислотой H4SiO4 или ее поли- мерными формами, а в твердых фазах одновременно сосуществуют аморфный и кристаллический диоксид кремния SiO2 (кварц), минералы группы алюмосилика- тов. В крупных песчаных фракциях почв преобладают каркасные алюмосиликаты, во фракции менее 1 мкм - слоистые алюмосиликаты, из них наиболее распростра- нены монтмориллонит, каолинит и гидрослюды.
Особенно многочисленны в почвах соединения углерода. Практически всегда
впочвенном воздухе есть диоксид углерода CO2 , в почвенном растворе - уголь- ная кислота, в степных и сухостепных почвах - CaCO3 и Na2CO3 ; это только ми- неральные соединения. Набор соединений в органическом веществе до сих пор не подсчитан, но в их число входят как низкомолекулярные соединения, начиная от метана CH4 , аминокислот, простейших кислот жирного ряда, моносахаридов, и до высокомолекулярных соединений, представленных целлюлозой, лигнином, по- липептидами. Особое место занимают так называемые специфические для почв гуминовые вещества [4]. При характеристике почв наиболее информативны не отдельные индивидуальные соединения, а их группы, то есть совокупность со- единений со сходными строениями и свойствами. Такими группами могут быть моносахариды, аминокислоты (в почвах обнаруживают до 17 - 22 различных ами- нокислот), гуминовые кислоты, фульвокислоты. Вещества, входящие в одну группу, примерно одинаково участвуют в почвенно-химических реакциях. Но- менклатура групп почвенного гумуса приведена на рис. 2.
Группы органических соединений подразделяются на фракции по характеру связи с минеральными соединениями, могут быть, например, гуминовые кислоты свободные, связанные с Ca2 +, Fe3 +, алюмосиликатами и т.п.
Сложность состава почв, большой набор химических соединений обусловли-
вают возможность одновременного протекания различных химических реакций и способность твердых фаз почв поддерживать сравнительно постоянным состав почвенного раствора, откуда растения непосредственно черпают химические эле- менты. Эту способность поддерживать постоянным состав почвенного раствора называют буферностью почв. В природной обстановке буферность почв выража- ется в том, что при потреблении какого-либо элемента из почвенного раствора происходит частичное растворение твердых фаз и концентрация раствора восста- навливается. Если в почвенный раствор извне попадают излишние количества ка- ких-либо соединений, то твердые фазы почв связывают такие вещества, вновь поддерживая постоянство состава почвенного раствора. Это иллюстрируют воз- можные переходы ионов K+ и трансформация калийсодержащих веществ в почве, показанные на рис. 3. Итак, действует общее правило: буферность почв обуслов-
лена большим набором одновременно протекающих химических реакций между почвенным раствором и твердыми частями почвы (рис. 4). Химическое разнооб-
разие делает почву устойчивой в изменяющихся условиях природной среды или при антропогенной деятельности.
15.5.Химические реакции и процессы в почвах
Впочвах может происходить более 30 различных химических реакций и про- цессов. Часть их них имеет общий характер для всех почв, часть присуща только отдельным почвенным типам. Общие для большинства почв реакции следующие: осаждение-растворение, катионный обмен, комплексообразование, синтез и ми- нерализация органических соединений, образование гуминовых веществ. Почвам северных влажных регионов свойственны накопление кислых продуктов, разви- тие восстановительных процессов (глееобразование); в сухих южных районах не- редко происходит накопление солей, а реакция почв зависит от карбонатов каль- ция и регулируется карбонатно-кальциевым равновесием. Ниже рассмотрены наиболее важные для почв реакции.
Катионный обмен. Эту реакцию в 1850 - 1852 гг. открыли английские уче- ные - фермер Томпсон и химик Уэй. В 1922 - 1925 гг. на этой основе советский почвовед академик К.К. Гедройц создал стройное учение о поглотительной спо- собности почв, получившее признание во всем мире [5]. После открытия анион- ного обмена была создана общая теория ионного обмена, налажено промышлен- ное производство ионитов (ионообменных сорбентов), разработаны методы ионо- обменной хроматографии. Для почв наиболее характерны реакции катионного обмена между твердой частью почвы, которая поглощает катионы, и почвенным раствором, который можно рассматривать как раствор электролита. Если твердую часть почвы обозначить символом П, как это принято в почвенной литературе, то при добавлении к почве раствора KCl произойдет реакция
ПCa, Mg + 4KCl = PK4 + CaCl2 + MgCl2 .
Это означает, что почва содержала в обменной форме и Ca2+, и Mg2+, которые были вытеснены в раствор, а ионы K+ были поглощены почвой. Каких-либо дру- гих изменений при этом в почве не происходит.
В дерново-подзолистых почвах таежных лесов в обменной форме присутст- вуют ионы Ca2 +, Mg2 +, K+, H+, Al3 +. В черноземах, каштановых почвах степей преобладают Ca2 +, Mg2 +, K+. В солонцах и некоторых солончаках, кроме того, обычно есть Na+.
Общее количество обменных катионов в почве, согласно Международной системе единиц СИ, измеряют в смол (+) " кг- 1 (сантимоли положительных заря- дов в 1 кг почвы) и называют емкостью катионного обмена (сокращенно ЕКО).
Абсолютные величины ЕКО колеблются от единиц до нескольких десятков смол
(+) " кг- 1. Эти реакции очень важны, поскольку от состава обменных катионов и их количества зависят почвенное плодородие, многие физические и химические свойства почв и способность противостоять химическому загрязнению почв.
Кислотность почв. Обменные катионы участвуют также в формировании потенциальной кислотности почв. Такая кислотность встречается в кислых дерно- во-подзолистых, серых лесных, красноземных почвах. Проявляется она только при воздействии на почву солевого раствора, так же как и при обычной реакции катионного обмена. Отличие состоит в том, что потенциальная кислотность обу- словлена только катионами H+ и Al3 +:
PH+ + KCl PK+ + HCl или PAl3 + + 3KCl P + AlCl3 P + Al(OH)3 + 3HCl.
И в том и в другом случае в растворе появляется некоторое количество HCl, что и создает кислую реакцию среды.
Устраняют потенциальную кислотность довольно простыми приемами. Обычно к почве добавляют карбонат кальция (известь), который нейтрализует различные формы кислотности:
P + CaCO3 PCa2 + + H2CO3 PCa2 + + CO2 + H2O.
Природная кислотность почв может быть вызвана органическими кислотами, попадающими в почву с растительными остатками или корневыми выделениями, диоксидом углерода в почвенном воздухе и поступлением азотной и серной ки- слот с кислыми дождями. Анализ химических равновесий показал, что роль CO2 в этом процессе более значительна, чем это представлялось раньше [3]. Растворение CO2 приводит к образованию угольной кислоты H2CO3 . Сама по себе это до- вольно слабая кислота, но в почвенном воздухе доля CO2 много выше, чем в ат- мосферном; в последнем доля CO2 составляет около 0,03%, а в почвенном возду- хе достигает целых процентов. Поэтому в некарбонатных почвах только за счет CO2 величина pH может опускаться до 4,5 и даже ниже.
Щелочность почв. Щелочными считают почвы, водная суспензия которых имеет рН 7,5 - 8,0 или выше. Эти почвы формируются в степных и сухостепных природных зонах; к ним относятся солонцы, некоторые солончаки. Щелочность вызывается различными солями: карбонатами, фосфатами, боратами, гуматами,
силикатами. Но главную роль играют Na2CO3 и CaCO3 , последний создает ки- слотно-основную буферность и сравнительно высокую щелочность. Регулирова- ние реакции осуществляется в этом случае за счет карбонатно-кальциевой систе- мы CaCO3-H2O-CO2 . Карбонат кальция присутствует в твердой части почвы, во- да в почве имеется почти всегда (за исключением сильных засух), а CO2 всегда есть в почвенном воздухе. Почвенный раствор такой системы содержит разные количества Ca2 +, , H+, , и величина рН регулируется, по сути, только парциаль- ным давлением CO2 . Эта система работает до тех пор, пока в твердой части поч- вы присутствует CaCO3 , и обусловливает величины рН почвенных суспензий до 7,5 - 10,0 в зависимости от парциального давления CO2 в почвенном воздухе.
Щелочность почв неблагоприятно сказывается на их химических и физиче- ских свойствах. Под действием щелочной среды почвы расплываются, теряют структурность, а затем при высыхании сливаются в плотные, очень прочные глы- бы, которые часто не поддаются действию плуга. Таковы солонцы в зонах черно- земных, каштановых и бурых почв.
Засоление почвы. В бессточных впадинах сухих регионов страны, в примор-
ских районах почвы нередко содержат высокие концентрации легкорастворимых солей. Это хлориды кальция, магния, натрия и калия, сульфаты, некоторые карбо- наты, нитраты. Легкорастворимые соли отрицательно сказываются на развитии растений, поскольку они повышают осмотическое давление почвенных растворов, а некоторые катионы и анионы токсичны для растений. Засоленных почв особен- но много в Предкавказье, в Прикаспийской низменности, в Средней Азии. К сча- стью, легкорастворимые соли сравнительно легко подвижны, и их довольно про- сто удалить из почвы путем обычного промывания водой. В щелочных почвах не- благоприятные вещества сначала нейтрализуют гипсом, отработанной серной ки- слотой, сульфатами железа, а затем образующиеся легкорастворимые соли также отмывают водой. Этот метод мелиорации засоленных почв очень широко распро- странен, но успех приема зависит от возможности удаления промывных вод. В противном случае промывные воды смыкаются с подземными грунтовыми вода- ми, повышая их уровень. В результате возникает опасность вторичного засоления
почв за счет поднимающихся к поверхности соленых грунтовых вод по окраинам орошаемых и промываемых массивов.
Окислительно-восстановительные режимы. Практически в каждой почве происходят реакции окисления или восстановления химических соединений или элементов. Эти реакции являются сопряженными, и если какой-либо компонент почвы окисляется, то другой неизбежно восстанавливается. Наиболее простой и распространенный вариант - окисление-восстановление ионов железа:
Окислительные процессы идут за счет кислорода воздуха, при этом органи- ческие вещества почвы окисляются или частично, или полностью до конечных продуктов распада - H2O и CO2 . При высоких окислительно-восстановительных потенциалах порядка 0,5-0,7. В практически все элементы с переменной валент- ностью приобретают высшие степени окисления, многие из них становятся мало- подвижными и малодоступными растениям. Таковы ионы железа, меди, кобальта, серы, азота. Исключение составляет марганец, для перевода которого из Mn2 + в
Mn7 + необходимы потенциалы около 1,4 - 1,5 В, тогда как даже в наиболее аэри-
рованных и малоувлажненных почвах максимальные значения потенциалов редко превышают 0,6 - 0,7 В.
В переувлажненных почвах, особенно в затопляемых рисовых почвах, разви- ваются восстановительные процессы, потенциалы снижаются до + 0,2 / - 0,2 В, что обусловлено деятельностью микроорганизмов, способных развиваться без доступа свободного O2 и выделяющих в почву органические восстановленные со- единения и свободный водород. В таких почвах элементы с переменной валентно- стью переходят в состояние низших степеней окисления, становятся подвижны- ми, выделяется метан CH4 , другие углеводороды. Когда длительно развиваются восстановительные процессы, в почвах появляется сизоватая окраска, железо и марганец восстанавливаются до Fe2 + и Mn2 +. Такие почвы называют оглеенны- ми или глеевыми. Кстати, переувлажненные или орошаемые и затопляемые почвы служат одним из важнейших природных источников выделения в атмосферу ме- тана и других углеводородов, вызывающих проявления "парникового" эффекта.
Гумификация. Это один из самых важных почвенных биохимических про- цессов. Сущность его заключается в трансформации растительных остатков в своеобразные, темноокрашенные органические гуминовые вещества преимущест- венно кислотной природы. Впервые гуминовые кислоты выделил из торфа немец- кий ученый Ф. Ахард в 1786 г., но до сих пор их строение остается неясным. В основе гуминовых веществ лежат бензолсодержащие фрагменты, их мобильная часть представлена большим набором аминокислот и моносахаридов, они содер- жат азот и различные кислородсодержащие функциональные группы: карбок- сильные -COOH, гидроксильные -OH, хинонные и другие. Особенность гумино- вых веществ заключается в высокой устойчивости к гидротермическим и биохи- мическим условиям; их возраст, датированный по 14C, достигает сотен и тысяч лет, а молекулярные массы составляют десятки тысяч атомных единиц массы. Функции гуминовых веществ в почвах разнообразны и чрезвычайно важны. Они аккумулируют элементы питания растений, защищают почвенные минералы от выветривания, способствуют миграции катионов различных металлов в форме комплексных соединений, регулируют тепловой и кислотно-основной режимы почв, влияют на емкость катионного обмена и на буферность почвы, обладают
выраженной физиологической активностью и способны стимулировать рост и развитие сельскохозяйственных растений. Гуминовые кислоты и их соли (гуматы)
получают из различного природного сырья и используют не только в сельском хозяйстве, но также в промышленности и медицине (рис. 5).
Таким образом, подводя общие итоги, можно сделать некоторые выводы о химическом составе и причинах химической устойчивости почв.
1.Любая почва имеет очень сложный химический состав как по набору и ко- личественному соотношению химических элементов, так и по формам их соеди- нений.
2.Наиболее активную химическую роль в почвах играют те вещества, кото- рые находятся в высокодисперсном состоянии (ил, плазма); к ним относятся гу-
миновые вещества, слоистые глинистые минералы, ионные и молекулярные дис- персии.
3.Для почв характерно образование и накопление специфических гуминовых веществ, главных и наиболее активных составляющих органического вещества почвы.
4.В почвах одновременно протекает множество реакций, зачастую противо- положно направленных, что обусловливает стабильность системы; многообразие химических соединений и реакций - главное условие устойчивости почв.
5.В каждой природной зоне формируются почвы, имеющие особый химиче- ский состав и режимы, хорошо согласованные с экологической обстановкой или, по В.В. Докучаеву, соответствующие факторам почвообразования.
15.6.Химическое загрязнение и охрана почв
Впоследние десятилетия человек стал причиной быстрой деградации почв, хотя потери почв имели место на протяжении всей человеческой истории. Во всех странах мира сейчас распахивают около 1,5 млрд. га земель, а общие потери почв за историю человечества составили около 2 млрд. га, то есть потеряно больше, чем теперь распахивается, причем многие почвы перешли в разряд непригодных бросовых земель, восстановление которых или невозможно, или слишком дорого стоит. Насчитывают не менее 6 типов антропогенно-технических воздействий, которые могут вызвать разного уровня ухудшение почв. В их числе: 1) водная и ветровая эрозия, 2) засоление, подщелачивание, подкисление, 3) заболачивание, 4) физическая деградация, включая уплотнение и коркообразование, 5) разрушение
иотчуждение почвы при строительстве, добыче полезных ископаемых, 6) хими- ческое загрязнение почв. Охрана почв заключается в том, чтобы предотвратить или свести к минимуму все виды разрушения почв и/или почвенного покрова.
Ниже мы обсудим только химическое загрязнение почв, которое может быть вызвано следующими причинами: 1) атмосферным переносом загрязняющих ве- ществ (тяжелые металлы, кислые дожди, фтор, мышьяк, пестициды), 2) сельско- хозяйственным загрязнением (удобрения, пестициды), 3) наземным загрязнением - отвалы крупнотоннажных производств, отвалы топливно-энергетических ком- плексов, 4) загрязнением нефтью и нефтепродуктами.
Тяжелые металлы. Этот вид загрязняющих веществ начали изучать одним из первых. К тяжелым металлам обычно относят элементы, которые имеют атом- ную массу более 50. Они поступают в почву преимущественно из атмосферы с выбросами промышленных предприятий, а свинец - с выхлопными газами авто- мобилей. Описаны случаи, когда большие количества тяжелых металлов попадали в почву с оросительными водами, если выше водозабора в реки сбрасывались сточные воды промышленных предприятий. Наиболее типичные тяжелые метал- лы - свинец, кадмий, ртуть, цинк, молибден, никель, кобальт, олово, титан, медь, ванадий.
Из атмосферы в почву тяжелые металлы попадают чаще всего в форме окси- дов, где постепенно растворяются, переходя в гидроксиды, карбонаты или в фор-