Химические элементы и их соединения в почве

Министерство общего и профессионального образования Ростовской области

 

Таганрогский филиал

Государственного бюджетного профессионального

Образовательного учреждения Ростовской области

«ДОНСКОЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

(ТФ ГБПОУ РО «ДСК»)

 

ХИМИЯ

УГЛУБЛЕННЫЙ КУРС

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

 

для специальности 35.02.12

Садово-парковое и ландшафтное строительство

 

Таганрог

 2016

ББК 74.262.4

Р 93

 

 

Рассмотрено и рекомендовано к изданию в качестве учебного пособия по дисциплине «Химия (углубленный курс)» на заседаниях цикловой методической комиссии общеобразовательных дисциплин (протокол от 30.08.2016 г. № 01) и методического совета колледжа (протокол от 31.08.2016 г. № 01)

Рецензенты:

ГОНСКАЯ Н.Н. преподаватель химии высшей категории ГБПОУ РО «ТМТ»

ЕРМОЛОВА Елена Викторовна, преподаватель высшей категории ТФ ГБПОУ РО «ДСК»

                  

 

 

Рыбалкина И.Н.

Р 93

Химия углубленный курс  [Текст]: конспект лекций по дисциплине для студентов СПО специальности 35.02.12 садово-парковое и ландшафтное строительство/ И.Н.Рыбалкина.- Таганрог: ТФ ГБПОУ РО «ДСК», 2016 – 62 [3] с.

 

 

Конспект лекций составлен в помощь обучающимся СПО специальности 35.02.12 садово-парковое и ландшафтное строительство, для освоения углубленного курса по Химии. Данное методическое пособие предназначено для аудиторного и самостоятельного изучения обучающимися по очной форме обучения.

Конспект лекций разработан в соответствии с требованиями примерной и рабочей программы для студентов среднего профессионального образования по специальности 35.02.12.

 

 

ББК 74.262.4

Зарегистрировано в качестве учебного пособия в методическом кабинете ГБПОУ РО «ДСК» под № 610 от 30.08.2016 г.

©, ТФ ГБПОУ РО «ДСК», 2016 © , Рыбалкина И.Н., 2016

Содержание

 

Раздел 1. Основы почвоведения. 4

Тема 1.1 Химический состав почв и ее плодородие. 4

Раздел 2. Основы агрохимии. 27

Тема. 2.1: Агрохимия-научная основа химизации земледелия. 27

Тема. 2.2: Минеральные и органические удобрения. 35

Тема. 2.3: Химическая мелиорация почв. 41

Тема. 2.4: Химические методы борьбы с вредителями и сорняками. 48

Список литературы: 61

 

Раздел 1. Основы почвоведения

Тема 1.1 Химический состав почв и ее плодородие

 

Перечень изучаемых вопросов:

Химические элементы и их соединения в почве. Влияние химического состава почвы на ее плодородие. Содержание питательных веществ в доступных для растений формах. Органический состав почвы. Химические соединения в форме гумуса. Гуминовые и фульвокислоты.

Химические элементы и их соединения в почве

Почва является самой верхней частью коры выветривания литосферы и поэтому в общих чертах наследует ее химический состав. Однако, представляя собой одновременно продукт воздействия на литосферу живого вещества, почва в содержании ряда элементов приобретает существенные отличия.

В литосфере и в почве около половины составляет кислород; второе место занимает кремний (приходится почти четвертая часть); следующую по порядку содержания группу, примерно десятую часть, образуют алюминий и железо; еще меньшую долю, всего лишь несколько процентов, составляют кальций, магний, натрий, калий и, наконец, на все остальные элементы, исключая углерод, приходится менее одного процента.

В природной «живой» почве, кроме того, представлены всегда органическое вещество, вода, газы. К числу наиболее ярких отличий химического состава почвы относится резкое возрастание в ней содержания углерода (в 20 раз) и азота (в 10 раз), обусловленное влиянием биогенных факторов. Поэтому же при сохранении общего порядка содержания элементов заметно возрастает количество кислорода и водорода, как элементов воды, на фоне уменьшения содержания алюминия, железа, калия, кальция, магния.

Если представить себе в общем виде почву как систему атомов химических элементов, то эта система окажется состоящей практически полностью из атомов кислорода и кремния, среди массы которых, концентрируясь в тех или иных точках и давая определенные минеральные и органические соединения, изредка встречаются атомы других элементов.

В валовом химическом составе почв преобладают кислород и кремний, в меньшей мере алюминий, и в очень небольшом количестве присутствуют железо, титан, кальций, магний, калий, натрий; другие элементы присутствуют в микроколичествах.

 

Для понимания причин формирования того или иного валового химического состава почвы и его варьирования по профилю всегда необходимо учитывать, что содержание отдельных элементов определяется присутствием их в почве в составе разнообразных конкретных минеральных и органических соединений.

Кремний. Содержание этого элемента определяется главным образом присутствием в почве кварца и в меньшей мере первичных и вторичных силикатов и алюмосиликатов. В ряде случаев может присутствовать, в том числе и в больших количествах, аморфный кремнезем в виде опала или халцедона, генезис и накопление которых в почве связаны с биогенными (опаловые фитолитарии, спикулы губок, скелеты диатомей и т. п.) или гидрогенными (окремнение почв) процессами. Валовое содержание SiО₂ в почве колеблется от 40—70% в глинистых почвах, до 90—98% в песчаных, тогда как в ферраллитных почвах тропиков может быть и много ниже.

Алюминий. Содержание алюминия в почвах обусловлено главным образом присутствием полевых шпатов и глинистых минералов и отчасти некоторых других богатых алюминием первичных минералов, например слюд, эпидотов, граната, корунда. Может присутствовать и свободный глинозем в виде разнообразных гидроксидов алюминия (диаспор, бемит, гидраргиллит) в аморфной или кристаллической форме. Валовое содержание А1₂О₃ в почвах обычно колеблется от 1—2 до 15—20%, а в ферраллитных почвах тропиков и бокситах может превысить 40%.

Железо. Этот элемент присутствует в почвах в составе как первичных, так и вторичных минералов, являясь компонентом магнетита, гематита, титаномагнетита, глауконита, роговых обманок, пироксенов, биотита, хлоритов, глинистых минералов, минералов группы оксидов железа. Много в почвах содержится и аморфных соединений железа, особенно разнообразных гидроксидов (гетит, гидрогетит и др.). Общее содержание в почве Fe2О3 колеблется в очень широких пределах (в %): от 0,5—1,0 в кварцево-песчаных почвах и 3—5 в почвах на лессах, до 8— —10 в почвах на элювии плотных ферромагнезиальных пород и до 20—50 в ферраллитных почвах и латеритах тропиков. В почвах также часто наблюдаются железистые конкреции и прослои.

Кальций. Содержание СаО в бескарбонатных суглинистых почвах составляет 1—3% и определяется главным образом присутствием глинистых минералов тонкодисперсных фракций, а также гумусом и органическими остатками, в связи с чем наблюдается тенденция к биогенному обогащению кальцием верхней органоаккумулятивной части профиля. Однако в ряде случаев его повышенное валовое содержание может быть обусловлено присутствием в крупных фракциях обломков карбонатных пород и первичных кальцийсодержащих минералов (кальцита, гипса, основных плагиоклазов и др.). В почвах сухостепной и аридной зон повышенное валовое содержание кальция может быть обусловлено образованием и накоплением вторичного кальцита или гипса в процессе почвообразования. Много кальция может накопиться в почве гидрогенным путем, вплоть до образования известковых или гипсовых кор.

Магний. Валовое содержание MgO в почве обычно близко к содержанию СаО и обусловлено главным образом присутствием глинистых минералов, особенно монтмориллонита, вермикулита, хлорита. В крупной фракции магний содержится в обломках доломитов, оливине, роговых обманках, пироксенах; в почвах аридной зоны много магния аккумулируется при засолении почв в виде хлоридов и сульфатов.

Калий. Содержание К2О составляет в почвах 2—3%. Присутствует калий чаще в глинистых минералах тонкодисперсных фракций, особенно в гидрослюдах, а также в составе таких первичных минералов крупной фракции, как биотит, мусковит, калиевые полевые шпаты. Наряду с кальцием калий относится к числу органогенов, необходимых для развития растений; в ряде случаев калий может быть в дефиците, в связи с чем его внесение в почву положительно сказывается на плодородии.

Натрий. Валовое содержание в почве Na2O обычно около 1—3%. В почве натрий главным образом присутствует в составе первичных минералов, преимущественно в натрийсодержащих полевых шпатах; содержание Na2O в отдельных составляющих крупной фракции может достигать 5—6%, тогда как в илистой фракции не превышает 0,5—1%. В засоленных почвах сухостепной и аридных зон в значительных количествах может присутствовать в виде хлоридов или входить в поглощающий комплекс почв, в связи с чем содержание Na2O в этом случае возрастает до нескольких процентов. В почве дефицита этого элемента обычно не наблюдается; присутствие натрия в повышенных количествах в составе подвижных соединений обусловливает наличие у почв неблагоприятных физических и химических свойств.

Титан. Содержание в почве TiO2 обычно не превышает нескольких десятых процента. Присутствует этот элемент в почве в составе первичных устойчивых к выветриванию титансодержащих минералов (ильменита, рутила, сфена), в связи с чем при выветривании наблюдается его относительное накопление, в некоторых случаях наблюдается заметное накопление титана (до 1%) в составе илистой фракции.

Марганец. Содержание МnО составляет в почве лишь несколько десятых или даже сотых долей процента и обусловлено присутствием марганцовистых конкреций, образовавшихся в результате микробиологической деятельности. В рассеянном виде марганец может входить в состав некоторых первичных минералов (оливинов, пироксенов, эпидота).

Сера. Содержание SO3 в почве обычно не превышает нескольких десятых процента. Присутствует сера в почве главным образом в составе различных органических соединений как растительного, так и животного происхождения; в засоленных почвах при наличии значительных количеств сульфатов валовое содержание SO3 может возрастать до нескольких процентов. Повышенное содержание серы в виде подвижных соединений может наблюдаться при загрязнении почв промышленными отходами (выпадение с осадками газообразных выбросов соединений серы). В крупных фракциях почвы сера присутствует в составе сульфидов (пирит), гипса, вторичных соединений железа (II), образующихся при болотном процессе.

Углерод, азот, фосфор. Эти элементы принадлежат к числу важнейших органогенов. Присутствие их в почве (первых двух практически целиком) обязано воздействию живого вещества и процессам почвообразования.

Углерод. В почве он содержится главным образом в составе гумуса, а также органических остатков. Много углерода может находиться в составе карбонатов. Содержание углерода в почве колеблется от долей процента в бедных органическим веществом песчаных почвах, до 3—5 и даже 10% в богатых гумусом черноземах (в торфянистых и торфяных горизонтах до десятков процентов). Значительная часть почв, используемых в земледелии, нуждается во внесении углерода в виде органического вещества.

Азот. Так же, как и углерод, азот почти целиком связан в почве с ее органической частью — гумусом — и составляет 1/10—1/20 от содержания углерода. Несмотря на небольшое количество (не более 0,3—0,4, часто 0,1 и менее процента), азот играет чрезвычайно важную роль в плодородии почв, так как жизненно необходим растениям, для которых он доступен только в форме нитратного и аммонийного ионов. Большинство культурных почв нуждается в систематическом внесении этого элемента. В естественных условиях пополнение в почве резервов азота в доступных для растений формах осуществляется азотофиксирующими бактериями.

Фосфор. Присутствует в почве в очень незначительных количествах: валовое содержание Р2О5 составляет не более 0,1 — 0,2%. Фосфор жизненно важен для растений, но в большинстве почв, особенно песчаных, находится в резком дефиците, в связи с чем необходимо систематическое внесение фосфора в почву, особенно при их интенсивном использовании в сельскохозяйственном производстве. В почве фосфор присутствует в составе гумуса, органических остатков, в минеральной части почв в составе апатита, вторичного болотного минерала — вивианита.

Наряду с перечисленными макроэлементами в почве в очень небольших количествах (тысячные доли процента) присутствуют рассеянные элементы и микроэлементы, чрезвычайно, однако, важные для жизнедеятельности растений. Валовое содержание этих элементов в преобладающей мере связано с содержанием в почве первичных минералов, отчасти глинистых минералов и органического вещества.

Наблюдается следующая приуроченность важнейших микроэлементов и рассеянных элементов к первичным минералам:

Ni, Co, Zn — авгит, биотит, ильменит, магнетит, роговая обманка;

Сu — авгит, апатит, биотит, гранаты, калиевые полевые шпаты, плагиоклазы;

V — авгит, биотит, ильменит, мусковит, роговая обманка, сфен;

Рb — авгит, апатит, биотит, калиевые полевые шпаты, мусковит;

Li — авгит, биотит, роговая обманка, турмалин;

В — турмалин;

Zr —циркон; редкоземельные элементы — эпидот, монацит.

 

Носителями микроэлементов и рассеянных элементов в крупной фракции почв могут быть также зерна кварца и обломков содержащих кварц пород, так как в них нередко встречаются субмикроскопические вкрапления перечисленных первичных минералов.

Химический состав почв оказывает чрезвычайно большое влияние на их плодородие, как непосредственно, так и определяя те или иные свойства почвы, имеющие решающее значение в жизни растений. С одной стороны, это может быть дефицит тех или иных элементов питания растений, например фосфора, азота, калия, железа, некоторых микроэлементов; с другой — токсичный для растений избыток, как в случае засоления почв.

В процессе почвообразования происходят весьма существенные преобразования химического состава исходных почвообразующих пород, связанные с целой серией общих почвенных процессов:

1) переход химических элементов из одних соединений в другие в связи с минеральными преобразованиями:

2) поступление элементов из атмосферы с осадками и импульверизацией;

3) вынос элементов нисходящим движением воды в грунтовые воды и далее в гидрографическую сеть, в конечном счете в океан;

4) принос элементов с грунтовыми водами;

5) циклическое вовлечение элементов в биологический круговорот веществ

Поэтому профиль почв всегда дифференцирован в той или иной степени по химическому составу в отличие от исходных однородных почвообразующих пород Особой спецификой состава отличаются верхние гумусоаккумулятивные горизонты, а также гидрогенноаккумулятивные горизонты разных почв

Химические процессы, протекающие в почвах, весьма сложны и многообразны Их изучением занимается особый раздел почвоведения — химия почв