Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 77
Текст из файла (страница 77)
с. 199—200).305В остатках высших растений и микроорганизмов или продуктах их.жизнедеятельности содержатся и многие другие органические серусодержащие вещества, в том числе:+NH2тиамин (витамин Bj) НОСН2—СН2—С—N—СН2'V^N/\/СГН3СSNСН3липоевая кислота Н 2 С(\}СН(СН2)4С(ч_s/ОНSООО.||||.Оглутатион^CCH(CH2)2CNHCHCN HCH 2 Cf'\НО /ОНNH,CH,SHантибиотики пенициллинового ряда:>С—CH—N—С=0но/|с||CH—CH—NHCCH2CeH5/ \ /II(СН3)2SОИзвестны и многие другие вещества. При микробиологическом разложении, особенно в анаэробных условиях, часть серусодержащих соединений образует летучие продукты; это могут быть метил меркаптан:;СНз—SH, диметилсульфид СН3—S—СНз и др.В почвах предполагается присутствие и сложных форм серусодержащих органических соединений; например, продуктов взаимодействияпроизводных бензохинона и цистеина?Г'/\—S—CH,—CH—СООН\ /IIои их дальнейшей конденсации.Наиболее распространенной формой нахождения минеральных соединений серы в почвах являются сульфаты.
Общее число устойчивыхи распространенных в земной коре минералов группы сульфатовсравнительно невелико. По А. Г. Бетехтину, это объясняется тем, чтокрупный анион SO* 2- образует прочные кристаллические решеткитолько в сочетании с крупными двухвалентными катионами Ва2+,Sr2+, Pb2+, тогда как одновалентные катионы щелочных металлов образуют непрочные структуры, легко распадающиеся в воде на ионы.Сравнительно высокая растворимость сульфатов объясняет их накопление преимущественно в почвах аридных регионов. Важнейшие минералы класса сульфатов приведены в табл. 78.Из минералов класса сульфатов в почвах наиболее распространены гипс CaS04-2H 2 0, полугидрат CaSO4-0,5H2O, иногда ангидрит'306Т а б л и ц а 78Минералы класса сульфатовНазвание минералаАлунитАнгидритАнглезитАрканитАстраханитБаритБеркеитВантгоффитГексагидритГипсГлазеритГлауберитКаинитКизеритЛевеитЛеонитМелантеритМирабилитПолигалитПолугидратСингенитТенардитХалькантитЦелестинШёнитЭпсомитЯрозитФормулKAI 3 (S0 4 ) a (OH) eCaS04PbS0 4K2S04Na2S04MgS04-4H20BaS04Na2C03-2Na2S043Na2S04-MgS04MgS0 4 -6H 2 0CaS0 4 -2H 2 0Na 2 S0 4 -K 2 S0 4Na2S04-CaS04KClMgS0 4 .3H 2 0MgS04-H.>06Na2S04-7MgS04-15H20K 2 S0 4 -MgS0 4 -4H 2 0FeS04-7H2ONa2SO4-10H2OK2S04 • MgS04 • 2CaS04 • 2H 2 0CaSO40,5H2OK 2 S0 4 CaS0 4 H 2 0Na2S04CuS0 4 -5H 2 0SrS04K2S04-MgS04-6HaOMgS0 4 -7H 2 0KFe 3 (S0 4 ) 2 (OH).CaS0 4 .
В засоленных почвах встречаются также мирабилит (глауберова соль)—Na2SO4-10H2O и эпсомит MgS0 4 -7H20. Сульфаты могутпропитывать почвенную массу в виде мелкокристаллической порошкообразной присыпки; гипс часто встречается в виде крупных кристаллов и их скоплений (гипсовые «розы»). Кроме того, сульфаты находятся в почве в адсорбированном состоянии, в виде примесей к карбонатам кальция.Превращения соединений серы в почвах представлены следующими процессами: минерализацией, иммобилизацией, окислением и восстановлением. Под минерализацией понимают превращение органических соединений серы в ее минеральные формы (сульфаты).
Минерализация наиболее интенсивно протекает при оптимальной для микроорганизмов влажности и температуре; скорость минерализации зависит от реакции и характера использования почв, примерно так же, каки общая минерализация органического вещества почвы.Иммобилизацией называют превращение неорганических соединений серы в органические в результате деятельности микроорганизмов;это процесс — обратный минерализации.
Используемая при этом серасульфатов переходит в восстановленную форму и закрепляется в клетках в виде серусодержащих аминокислот.Реакции окисления восстановленных соединений серы протекают впочвах достаточно быстро при доступе атмосферного воздуха. Сульфиды и элементарная сера постепенно окисляются даже кислородом воздуха; в аэробных условиях в окислении участвуют различные группытионовых и серобактерий. Элементарная сера появляется в почве как307промежуточный продукт окисления сульфидов железа или вносится схимикатами.
Ее окисление протекает ступенчато, но конечным продуктом является серная кислота или сульфаты:S» S2Of~*• S4Oi~тиосульфат тетратионат*• SOl~сульфит•• S O | - .сульфатОкисление пирита кислородом воздуха приводит к накоплениюсерной кислоты:2FeS 2 +2H 2 0+702-^2FeS04+2H 2 S0 4 ,а с помощью бактерий Thiobacillus ferrooxidans сульфат железа (II)окисляется до Fe 2 (S04b:4FeS04+0 2 +2H 2 S0 4 ->-2Fe 2 (S04)3+2H20.Особый интерес представляют реакции восстановления сульфатовсульфатредуцирующими бактериями.
Сульфаты неустойчивы в анаэробных условиях и при достаточном содержании органического вещества восстанавливаются, например анаэробными бактериями рода Desulfovibrio так, что происходит подщелачивание среды (при окислениихарактерно подкисление):Na 2 S0 4 +Fe (ОН) 3 +9H-^FeS+2NaOH+5H 2 0.Участвующий в реакции водород отбирается из органических веществпочвы.Деятельность сульфатредуцирующих бактерий приводит к накоплению в почвах сульфидов железа, придающих почве темную окраску,и соды:NaOH+C0 2 -^NaHC0 3 .Это один из путей образования в почвах соды, влекущий за собойформирование содовозасоленных почв и солонцов.В илах, обогащенных органическим веществом, осуществляетсяцепочка сопряженных реакций:Na 2 S0 4 ->~Na 2 S+20 2 ,Na2S+2H20^2NaOH+H2S,H2S+0+H20+S,2NaOH+C02^Na 2 CO a +H 2 0,2Fe (OH) 2 +2H 2 S^2FeS,+4H 2 0,2FeS+30^Fe203+2S.В результате образуется целая гамма продуктов: сероводород,сульфиды, сода, оксиды железа и др.
Одновременно появляются и продукты частичной переработки органического вещества, обладающиевысокой физиологической активностью. Так формируются лечебныегрязи.Рассмотренные свойства соединений серы позволяют оценить рольсеры в почвообразовании и плодородии почв.В почвах с непромывным водным режимом и при аэробных условиях сера накапливается или в виде гипса, или в составе легкорастворимых солей. Сульфаты магния и натрия — важнейшие компоненты засоленных почв, отрицательно влияющие на плодородие почв. Такиепочвы требуют промывки или других видов мелиорации.308Гипс оказывает положительное влияние при умеренном содержании, предупреждая солонцеобразование или способствуя мелиорациисолонцов.
При высоких уровнях накопления гипс образует плотныескопления, резко ухудшая физические свойства почв.В анаэробных условиях образование FbS ведет к снижению продуктивности почв. Восстановительные зоны можно рассматривать какгеохимические барьеры для железа и многих других металлов, образующих труднорастворимые сульфиды. Сульфатредукция способствуетувеличению щелочности и развитию солонцеобразования.Вместе с тем сера — необходимый для живых организмов элемент.Она обязательный компонент белков и жизнь без серы невозможна.Поэтому она является обязательным элементом питания растений. Несмотря на это, вопрос о серусодержащих удобрениях изучен недостаточно. Для почв, давно используемых в культуре, особенно почв Средиземноморья, эффективность серных удобрений доказана.
В вегетационных опытах было показано, что внесение в почвы гипса увеличивает количество белка в урожае клевера, потребление серы клеверомпри этом увеличивается в 3—5 раз, а фосфора — в 1,5—2 раза.Одна из причин малой изученности серусодержащих удобренийсвязана с тем, что обычные минеральные удобрения содержат большиеколичества сульфатов; таковы суперфосфат, сульфат аммония, каинитKCl-MgS04-3H 2 0, калимаг K.2S04-MgS04 и др. Внесение этих удобрений компенсирует недостаток серы.Другой источник серы — поступление в почву сульфатов и сернойкислоты техногенного происхождения с атмосферными осадками. Окислы серы поступают в атмосферу с продуктами сгорания различных видов серусодержащего топлива. Образующаяся в атмосфере H2SO4 вместе с атмосферными осадками поступает в почву, вызывая в гумидныхрайонах нежелательное увеличение почвенной кислотности.
В северномполушарии с осадками выпадает в среднем 3—15 KrS/ra-год. В промышленных районах эта нагрузка возрастает до 100—150 KrS/га-год.Многие исследователи считают, что если ежегодно на 1 га пашни поступает 12 кг S, то этого достаточно для обеспечения потребностейсельскохозяйственных культур.Г Л А В А 15МАРГАНЕЦ И ЖЕЛЕЗО В ПОЧВАХМарганец и железо занимают соседние места в периодической системе элементов и имеют сходное строение электронных оболочек.В атомах марганца, железа и в других элементах d-семействапроисходит достройка З^-орбитали, тогда как на внешней 4з-оболочкеатомов этих элементов находится по два электрона. Оба элемента относятся к переходным металлам, для которых характерны различныестепени окисления.
У переходных металлов чаще всего встречаютсясостояния окисления + 2 и + 3 , но возможны и более высокие состояния окисления.Соединения Fe в почвах представлены практически только наиболее типичными окислительными состояниями: Fe (II) и Fe (III). ДляМп характерны состояния окисления + 2 и + 4 , это — ионная формаМп2+ и оксид Мп0 2 . Менее стабилен в почвах Мп3+. Соединения марганца высших степеней окисления + 5 , + 6 и + 7 в почвах не встречаются; манганаты Мп0 4 2 " и иерманганаты Мп0 4 " образуются или ис309пользуются при анализе почв. Способность сравнительно легко изменять состояние окисления приводит к тому, что поведение Мп и Fe впочвах в очень большой степени зависит от окислительно-восстановительного режима почвы.По содержанию в почвах железо занимает среди химических элементов четвертое место после О, Si, A1.
Однако оно может уступатьместо калию (в супесчаных почвах) или кальцию (в карбонатных почвах и черноземах). Высокое накопление в почвах углерода в виде карбонатов или органических веществ также может изменить порядок расположения элементов.Среднее содержание Мп в метровом слое почвы колеблется от0,01—0,02% до 0,15—0,20% (реже до 0,3%), и оно близко к содержанию Р, Si, Ti.Содержание Fe и Мп в почвах, их распределение по почвенномупрофилю и в пределах одного горизонта отражают направление и особенности почвообразовательного процесса. Минимальное содержаниеFe, около 0,5%, свойственно торфяным и песчаным почвам. В серыхлесных почвах и черноземах железа содержится до 3—4%, в бурыхлесных почвах оно повышается до 6, а в красноземе его среднее содержание в метровом слое достигает 11—12%.Известны различные типы распределения соединений Fe и Мп впочвенном профиле.
В черноземах и близких к ним почвах содержаниеэтих элементов в пересчете на безгумусную и бескарбонатную навескупочти постоянно во всех генетических горизонтах. Профиль таких почвпо этому показателю можно отнести к недифференцированному. Контрастный вариант представлен элювиально-иллювиальным или аккумулятивно-элювиалыю-иллювиальным типом распределения, как в подзолистых и дерново-подзолистых почвах.Одной из характерных особенностей педохимии железа и марганцаявляется их неравномерное распределение в массе некоторых почвенных горизонтов.
Это проявляется в форме видимых глазом скопленийили новообразований, имеющих форму выцветов, примазок, точек, различного рода конкреций. Железистые скопления имеют бурые, желтые,желто-бурые, красноватые окраски; скопления соединений марганцапреимущественно черного цвета. Широко распространены смешанныежелезисто-марганцевые конкреции, гумусово-железистые и гумусовомарганцевистые новообразования. По наблюдениям А. К. Оглезневаконкреции некоторых пойменных почв содержат до 12—32% Fe203 иот 0,8—1,0 до 15% МпО.В конкрециях псевдоглеевых почв содержание железа, извлекаемого дитионитовой вытяжкой, достигает иногда 20—25%, а Мп — до8—10%. Конкреции из некоторых почв Гавайских островов содержатдо 20% Мп.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
