Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 71
Текст из файла (страница 71)
По значению £-величин можно судить о том, какие гуминовыекислоты — черные или бурые — преобладают в изучаемой почве.Фульвокислоты мало различаются по оптическим плотностям, и £-величины фульвокислот не используются для характеристики гумуса.ГЛАВА14АЗОТ, ФОСФОР И СЕРАВ ПОЧВЕННЫХ ПРОЦЕССАХЭлементам V и VI групп, наряду с углеродом, принадлежит оченьважная роль в биохимии живых организмов и в химии почв. С углеродом связана материальная основа построения биоорганических соединений, скелет жизненных процессов; азот и сера — необходимые элементы для формирования белков, с фосфором связаны энергетическиепроцессы в организме.
Кислород формирует важнейшие функциональные группы: карбоксил, гидроксилы фенольные и спиртовые, хиноныи пр.Элементы второго и третьего периодов V и VI групп играют конституционную роль в живых организмах и в почвах; элементы остальных периодов относятся к микроэлементам.Азот, фосфор и сера — типичные и важнейшие органогены, но, несмотря на это, их среднее содержание в почвах мало отличается отсредней концентрации их в осадочных породах (табл. 68), причем максимум накопления серы приходитТ а б л и ц а 68ся на осадочные породы. Это неСредняя концентрация N, Р и Sпротиворечит биогенности азота,в почвах и породах, %фосфора и серы и объясняется следующим образом.Сравнительновысокая концентрация фосфора вЭлементыЛитосфера ОсадочныеПочвыпородыосадочных породах вызвана накоплением фосфора с органическими остатками и образованием фос0,01Азот0,10,10,08Фосфор0,080,08форных месторождений. Следует0,050,30,09Сератакже иметь в виду, что средняяконцентрация этих элементов в почвах характеризует метровую толщу, тогда как в верхних, наиболеегумусированных и наиболее биогенных горизонтах, содержание N и Рзначительно выше.
В верхнем горизонте черноземов концентрация Nдостигает 0,25—0,5%, а концентрация фосфора и серы — 0,10—0,15%,что в 1,5 раза выше, чем средние значения для метровой толщи.Соотношение между С, N, Р и S в верхних гумусированных горизонтах почв одного типа сравнительно постоянно. В органическом веществе отношение С : N колеблется чаще всего от 8 до 15; содержаниеорганического фосфора в 4—5 раз меньше, чем содержание азота.В наименьших количествах содержится сера; отношение С : S близко279к 100 : 1. Соотношение этих элементов для некоторых почв показанав табл.
69.В живых организмах концентрация этих элементов следующая:азот — 0,3%, фосфор — 0,07, сера — 0,05%. В золе растений фосфораоколо 7%, а серы — 5%. Азот накапливается преимущественно в живых организмах и в почвах. Причина этого довольно проста: органические соединения азота неустойчивы вне живых организмов и быстроразлагаются; образующиеся минеральные соединения азота легкорастворимы, легко мигрируют и не образуют скоплений в биосфере,кроме областей безводных пусТ а б л и ц а 69тынь.
Поэтому азота много вОтносительное среднее содержаниеорганизмах и в почвах, где онуглерода, азота серы и органическогосвязан с живым органическимфосфора в почвах Шотландии (количествовеществом или с гумусом. Тольазота принято за 10) (по Вильямсуко в форме гумусовых веществи Скотту, 1960)органические соединения азотаприобретают сравнительно высорСГруппы почвNSоргкую устойчивость вне живыхорганизмов.Фосфор и сера легко обра10169На гранитах1,45 2,41зуют трудно растворимые соедиНа сланцах148101,42 2,37нения, гипсы, фосфориты. ПройНа песчаниках130101,37 2,35На основных140101,37 2,97дя через стадию аккумуляции визверженныхорганизмах, они затем скапливапородахются в толще почв или осадочКарбонатные113101,27 1,32ных пород.Все почвы140101,38 2,28Поскольку N, Р и S — этоорганогены, то их аккумуляциясвязана с накоплением в почвах органического вещества, хотя для серы характерны и широко распространенные солевые аккумуляции. Этитри элемента — типичные металлоиды с большим числом валентныхэлектронов и их поведение существенно зависит от окислительно-восстановительного режима.Зависимость химического состояния азота, серы и фосфора от окислительного потенциала выражена отчетливо, хотя для соединений фосфора она проявляется только косвенно.
Зависимость состояния отокислительного потенциала характерна и для элементов последующихVII и VIII групп, особенно марганца и железа.Таким образом, у рассматриваемой группировки элементов имеется геохимическая общность, которая проявляется в том, что миграцияи аккумуляция этих соединений, их подвижность и реакционная способность зависят от присутствия органических веществ и окислительно-восстановительных условий. Величина рН играет не менее важную роль,как это было рассмотрено на примере AI и Si.Азот, фосфор и сера относятся к элементам, проявляющим различную (переменную) валентность, причем при образовании химическойсвязи они могут выступать как доноры или как акцепторы электронов.Используя представления В.
Косселя и Р. Льюиса, можно говорить,что эти элементы проявляют в различных соединениях как положительную, так и отрицательную валентность.Если водороду приписать валентность + 1 , а кислороду валентность —2, то валентность азота в NH3 равна —3, а в NO равна +2.Аналогично валентность фосфора в РН 3 равна —3, а в Р2О5 она равна+ 5 . Соответственно для серы в H2S валентность равна —2, а в SOa онаравна + 6 . Азот в природных соединениях может иметь валентности280—3, + 1 , + 2, + 3 , +4, + 5 . Фосфор, как правило, образует соединенияс валентностью —3, + 3 , и -\-5; для почв характерны соединения пятивалентного фосфора.Наконец, сера проявляет валентность от —2 до +6, причем в почвах встречаются как наиболее окисленные, так и наиболее восстановленные се формы.Эти особенности обусловливают высокую химическую активностьN, Р и S, многообразие их форм соединений в почвах и участие в различных биохимических и абиотических почвенных процессах.Соединения азотаУстойчивые, постоянно присутствующие в почвах соединения азота представлены его формами с валентностями —3 и + 5 .
Соединенияс иными степенями окисления азота встречаются в малых количествахили эфемерно.Аммиак МНз в свободной форме в почвах практически не встречается. Он может продуцироваться при разложении органических удобрений, но в небольших количествах. Аммиак хорошо растворим вводе —до 50—70 г ЫНз на 100 г воды при 10—20°С.
При растворенииNils в воде образуются гидраты NH 3 -H 2 0 и частично происходит реакция:NH 3 +H 2 O^NH 4 + +OHконстанта равновесия которой равна:(кн-пон^}1()_INH 3 ]Атом азота в молекуле аммиака имеет неподеленную электроннуюпару, за счет которой возможно образование дополнительной ковалентной связи:Нг - НххH*N:HН ; N: -г Н ьххННТакую связь (точнее, способ ее образования) называют донорно-акцепторной.От названия «аммониевые соединения» образован термин «ониевые соединения». Эти соединения образуются путем обобщения свободной электронной пары с веществом, имеющим вакантную орбиту.Общая формула таких соединений:Rn+.Э+Хгде Э — атом N, Р, О и т.
п., п — его низшая степень окисления, R —водород или органический радикал, а Х~ — анион.В случае хлорида аммония соответствующая формула записывается так:[Н!и.,№+]+С1- или NH4C1.Если Э представлен атомом Р, то такие соединения называют фосфониевыми, если S — сульфониевыми, О — оксониевыми и т. д.Таким образом, формы соединений азота, представленные иономNH4+, следует называть аммонийными формами, но не аммиачным-азотом.281Преобладающая часть азота почвы представлена органическимисоединениями.
В гумусных горизонтах почв в органических формахсосредоточено 93—99% всего азота. В глубоких горизонтах доля органического азота падает, часто за счет так называемого фиксированного аммония; до 30—60% всего азота малогумусных горизонтов можетнаходиться в виде фиксированного аммония. Отсюда следует, чтооценка обогащенности гумуса азотом по величине С : N не всегда надежна.
В глубоких горизонтах почвы отношение С: N снижается до4—5 и даже до 2—3. Такие величины могут быть объяснены толькоприсутствием минерального азота, в частности фиксированного аммония.Минеральные формы соединений N, кроме аммония, представленынитратами и нитритами. Нитритов очень мало — десятые доли миллиграмма азота на 1 кг почвы. Кроме того, в газовой фазе обнаруживаются окислы азота. В доступных растениям минеральных соединенияхнаходится, как правило, 1—3% общего количества азота почвы. Но невесь минеральный азот доступен растениям; недоступен, в частности,фиксированный аммоний.Резервы азота для питания растений представлены органическимисоединениями.
Химическая (или биохимическая) трансформация этихвеществ, в результате которой образуются доступные растениям соединения азота, называется мобилизацией азота. Даже бедные дерново-подзолистые почвы содержат в пахотном слое 2—4 т/га азота, которого достаточно при условии мобилизации для формирования высоких урожаев в течение 50—60 лет. Запасов азота в черноземе хватилобы на 300—400 лет. Однако мобилизация азота допустима только внебольших пределах, поскольку в ее результате происходит постепенное разрушение гумуса и, как следствие, утрата почвой всех ее агрономически ценных свойств.В органической части почвы главные формы соединений азотапредставлены следующими группами.Азот аминокислот — преобладающая его часть — это азот аминогруппНIR—С—СООН.INH2При образовании дипептидов или полипептидов соответствующийазот аминокислотных остатков представлен амидогруппойR—С—NH—:IIОH 2 N-CH-C-NH—CH-C—NH—CH—СООН.Азот амидов, общую формулу которых можно записать какR—С—NHa.В амидах карбоновых кислот гидроксил карбоксильIIОной группы замещен группой NH2.
Этот азот при кислотном и щелочном гидролизе отщепляется вместе с аммонийным азотом обычных28 2аммонийных солей и количественно определяется совместно. В почвоведении эти формы соединений называют аммонийным азотом.Азот аминосахаров изучен в почвах недостаточно. Наиболее вероятные соединения — это глюкозамин или ацетилглюкозамин:НО\//СНNH—С—СН3IIОно—нн—онн онсн2онВ аминосахарах один из гидроксилов замещен на группу Nibили, как в ацетилглюкозамине, на ацетилированную аминогруппу.Из ацетилглюкозамина построен хитин, составляющий основупанцыря насекомых:сн,он2ГN- \N"Т-CHNZL1N H - C - C H 3,IIчNH-CОхитинХитин очень устойчивое соединение и м о ж е т н а к а п л и в а т ь с я в почвах,в том числе в составе н е г и д р о л и з у е м о г о о с т а т к а г у м у с о в ы х в е щ е с т в(«гумина»).Азот гетероциклов.В почвах о б н а р у ж е н ы р а з л и ч н ы е а з о т и с т ы е гет е р о ц и к л и ч е с к и е соединения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
