22. Растительность в почвах

Высшие зеленые растения – основные продуценты и поставщики органического вещества в почву. После отмирания растительная масса в виде надземных и подземных остатков попадает в почвенную толщу, где разлагается под воздействием микроорганизмов и других агентов, образуя зольные элементы (элементы минерального питания растений) и гумусовые вещества.

Количество и характер надземных и подземных остатков, направленность гумусообразования и свойства гумусовых веществ в значительной мере зависят от типа растительности и гидротермических условий ее произрастания. Максимальная биомасса характерна для лесной зоны, минимальная – для приполярных и тропических областей.

Еще при жизни высших зеленых растений из них в почву попадают разнообразные органические и минеральные компоненты. Корневые системы растений выделяют в окружающую среду органические кислоты, ионы OH^-, H⁺, HCO₃^-, углекислый газ. Заметное количество химических элементов вымывается атмосферными осадками из живых надземных частей растений (хвои, листьев). В основном это Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺. Прижизненные выделения веществ из растений в почву имеют обменную основу. Растения поглощают те же элементы минерального питания Ca, Mg, K, P, S через корневые волоски из почвенных растворов и из твердой фазы почв. В системе растение почва осуществляется постоянный биологический круговорот веществ (см. №11).

Высшие растения влияют на передвижение влаги в почве. Корни поглощают влагу из верхних частей почвы за счет осмотического давления (создается благодаря транспирации). В почве появляется градиент сосущей силы, возникают восходящие токи воздуха из нижних, более влажных, слоев к верхним, более сухим.

Растения также затеняют поверхность почвы, участвуя в формировании микроклимата. Они ослабляют силу ветра, препятствуя эрозии и дефляции почв. С корневыми системами растений связано формирование структуры почв, возникновение в ней порозности.

23. Почвенные коллоиды и поглотительная способность почв

Наименьший диаметр частиц почвенной массы имеет илистая фракция (< 0,001 мм), а в ее пределах – коллоидная фракция (< 0,0001 мм). Твердые вещества в состоянии столь сильной дисперсии имеют большую удельную поверхность.

В состав минеральных коллоидов входят минеральные, органо-минеральные и органические вещества. Часть минеральных коллоидов находится в кристаллическом состоянии (каолинит, гидрослюда, монтмориллонит и др.). Другая часть минеральных коллоидов – это аморфные вещества. К ним относятся аллофаны, свежеосажденные гидроксиды алюминия, железа, марганца, гидраты кремнезема и их комплексные осадки – коагели. Органическая часть почвенных коллоидов – это гумусовые вещества, в том числе органо-минеральные комплексы, а также клетки наиболее мелких бактерий. В большинстве почв преобладают минеральные коллоиды (85-90%).

Коллоиды обладают сорбционной способностью: на их поверхности сорбируются газовые частицы, молекулы воды и различные находящиеся в почвенном растворе вещества – целые молекулы и отдельные ионы. В системе почвенный раствор – поверхность коллоида устанавливается динамическое равновесие, которое может быть нарушено изменением концентрации и состава растворенных веществ, температуры, давления. Это вызывает обменные реакции.

Различают два вида адсорбции – физическую и физико-химическую. Физическая адсорбция – свойство почвы поглощать из раствора целые молекулы минеральных и органических веществ, а также молекулы воды. Выделяют положительную физическую адсорбцию, представляющие собой притяжение молекул спиртов, органических кислот, алкалоидов и многих высокомолекулярных органических соединений к поверхности коллоидных частиц; а также отрицательную физическую адсорбцию – избирательное поглощение коллоидами (большинство минеральных солей, кислот и щелочей) самой воды, а не растворенных в ней веществ. Вещества с положительной физической адсорбцией вымываются из почвенной толщи хуже, чем вещества с отрицательной.

Физико-химическая, или обменная поглотительная, способность почв состоит в том, что почва способна обменивать некоторую часть катионов (или анионов), находящихся на поверхности твердых частиц, на эквивалентное количество катионов (анионов), находящихся в растворе. Это явление связано с наличием на поверхности коллоидных частиц определенного потенциалопределяющего заряда. На поверхности коллоидов образуется двойной электрический слой и устанавливается электростатическое равновесие. Внутренняя часть коллоида называется ядром, ядро с потенциалобразующим слоем называется гранулой, гранула со слоем неподвижных противоионов – частицей, а частица со слоем диффузных противоионов – мицеллой. Коллоиды, имеющие в потенциалопределяющем слое отрицательный заряд, называются ацитоидами, положительный заряд – базоидами; если же заряд может изменяться при разных кислотно-щелочных условиях среды – амфолитоидами.

Расположенные в поле электростатического воздействия заряда противоионы могут участвовать в реакциях обмена на ионы того же знака, находящихся в межмицеллярном растворе (в эквивалентных количествах). Эти явления получили название физико-химического поглощения и обмена.

Коллоидные частицы окружены прочно связанными с ними водными пленками, т. е. гидратированы. Присоединение молекул воды к коллоидной частице связано с проявлением поляризационных сил. Коллоиды, способные сильно гидратироваться, называются гидрофильными, слабо гидратирующиеся – гидрофобными.

Коллоиды могут находиться в состоянии золя, т. е. взвеси или раствора, или в виде студнеобразного осадка – геля. Переход коллоида из золя в гель называется коагуляцией, из геля в золь – пептизацией. Такие переходы связаны с изменением электрического потенциала коллоидных частиц и зависят от степени их гидратации. Так, при падении заряда происходит коагуляция. К. К. Гедройц установил ряд ионов по энергии их поглощения (трудности вытеснения):

Li⁺ < Na⁺ < NH₄⁺ < K⁺ < Mg²⁺ < H⁺ < Ca²⁺ < Ba²⁺ < Al³⁺ < Fe³⁺.

Положение водорода между двумя 2-х зарядными ионами связано с очень малой степенью его гидратации, что увеличивает энергию его поглощения.

Коагуляция может также быть вызвана встречей двух разнозаряженных ионов. В таком случае образуется коагель.