Елементний склад як хімічна характеристика ґрунтів

ЕЛЕМЕНТНИЙ СКЛАД ҐРУНТІВ

Ґрунтоутворення здійснюється у результаті одночасного або послідовного перебігу понад 30-ти хімічних реакцій і процесів. Значна частина з них характерна для всіх ґрунтів, інша − притаманна тільки окремим типам ґрунтів. Найпоширенішими реакціями для більшості ґрунтів є: осадження−розчинення, катіонний обмін, комплексоутворення, синтез і мінералізація органічних сполук, утворення гумусових речовин. Щодо процесів, то необхідно зазначити такі групи елементарних процесів ґрунтоутворення: біогенно-акумулятивні, ілювіально-акумулятивні, гідрогенно-акумулятивні, елювіальні, метаморфічні, педотурбаційні, антропогенні та деструкційні.

Основою для розуміння і наукового трактування процесів та хімічних реакцій, які безперервно відбуваються у ґрунтовій масі, є всебічне вивчення хімічного складу ґрунтів і його змін у результаті ґрунтоутворення та використання ґрунтового покриву. Хімічний склад ґрунтів характеризується двома показниками: елементним і фазовим (речовинним) складом.

Елементний склад ґрунтів − це одна із пріоритетних та надзвичайно інформативних хімічних характеристик ґрунтів. Його вивчення є необхідним для інтерпретації процесів ґрунтоутворення, вивчення генезису ґрунтів і оцінки їхньої родючості та продуктивності.

Елементним складом ґрунтівназивають набір та кількісне співвідношення хімічних елементів у ґрунтовій масі (Д.С. Орлов, 1992).

Доволі часто у науковій і науково-методичній літературі як синонім до терміна “ елементний склад ” ґрунту використовують термін “ валовий хімічний склад ” ґрунту. Слово “валовий” означає “загальний”, тобто такий, який складається з усіх компонентів. Коли йдеться про валовий вміст елемента у ґрунті, враховують всю його кількість, незалежно від форм сполук, в яких він міститься.

Упродовж тривалого періоду розвитку аналітичної хімії ґрунтів вивчення елементного складу зводилося до аналізу усієї маси генетичних горизонтів ґрунту. На сучасному етапі розвитку науки, окрім цього, доволі часто визначають елементний склад гранулометричних фракцій, новоутворень та інших компонентів ґрунтової маси.

Елементний склад у хімії ґрунтів і у ґрунтознавстві − один з найважливіших показників хімічного стану ґрунтів, їхніх властивостей та генезису. Результати вивчення елементного складу використовують для оцінки потенційної родючості ґрунтів, а також при виборі і розробці методів хімічного аналізу ґрунтів.

Насамперед дані елементного складу дають змогу оцінити характер і напрям ґрунтотворного процесу, оскільки відображають особливості набору та кількісного співвідношення елементів у тих чи інших видах генетичних горизонтів ґрунту. Зокрема: гумусово-акумулятивні горизонти (Н) відзначаються підвищеним вмістом елементів-органогенів Карбону (С), Нітрогену (N), Фосфору (P); в ілювіальних горизонтах (І) завжди накопичуються Алюміній (Al) і Ферум (Fe) та інші елементи; в елювіальних горизонтах спостерігається підвищений вміст SiO₂. Отже, дані елементного складу використовують як діагностичну ознаку щодо визначення виду генетичного горизонту.

Сукупність елементних складів генетичних горизонтів одного профілю ґрунту може бути показником напряму ґрунтотворного процесу. На рис. 2.1 зображено розподіл Карбону органічних сполук (С_орг, %) і валового вмісту R₂O₃, (%) у профілях дерново-підзолистого ґрунту, бурозему, чорнозему та сірозему.

Гумусовий профіль дерново-підзолистого ґрунту та бурозему регресивно-акумулятивний, типовий для лісових ґрунтів: найбільший вміст гумусу спостерігається у верхньому горизонті і швидко падає з глибиною. Профільний розподіл гумусу у чорноземі відзначається рівномірно-акумулятивним типом з поступовим зменшенням вниз по профілю кількості Карбону (С) органічних сполук.

Отже, що для чорнозему одним з головних процесів є прогресуюче накопичення гумусу без переміщення його у профілі, для сірозему характерним є прогресивно-акумулятивний тип розподілу гумусу у ґрунтовому профілі.

Стосовно профільного розподілу R₂O₃, то необхідно зазначити, що для чорнозему і сірозему він недиференційований, тобто, у вказаних ґрунтах не відбулося будь-якого помітного перерозподілу півтораоксидів Fe і Al (та інших мінеральних компонентів) по профілю. Аналіз профільного розподілу R₂O₃ у дерново-підзолистому ґрунті та буроземі вказує на чіткий перерозподіл півтораоксидів за елювіально-ілювіальним типом. Найчіткіше втрати R₂O₃ (передусім Fe₂O₃) спостерігаються в елювіальному горизонті дерново-підзолистого ґрунту та накопичення R₂O₃ в ілювіальному горизонті. Верхній максимум накопичення R₂O₃ (передусім Fe₂O₃) у даних ґрунтах співпадає з перегнійно-акумулятивним горизонтом. Однією з можливих причин появи цього максимуму є біологічне накопичення елементів.

Зазвичай вичерпний аналіз елементного складу дає змогу виявити головний напрям ґрунтотворного процесу та його результати. Водночас дані елементного складу не дають змоги виявити механізми реакцій і процесів, пов’язаних з трансформацією, перебудовою речовин у ґрунті, якщо ця трансформація не супроводжується просторовою диференціацією ґрунтової маси.

Вирішення питань, пов’язаних із ґенезою ґрунтів або формуванням хімічного складу генетичних горизонтів, потребують також глибокого аналізу тих змін хімічного складу ґрунтотворної породи, які відбулися у процесі ґрунтоутворення. Для встановлення цих змін порівнюють елементний склад генетичних горизонтів ґрунту між собою і зіставляють з елементним складом ґрунтотворної породи. Водночас припускають, що:

− ґрунтотворна порода однорідна і відмінності елементного складу ґрунтових горизонтів зумовлені процесами ґрунтоутворення, а не початковою неоднорідністю породи;

− верхня частина ґрунтотворної породи (переважно 15−20 см), яку аналізують, не змінилася під впливом процесів ґрунтоутворення;

− процес ґрунтоутворення відбувався в одному напрямі.

Дані елементного складу успішно використовують для встановлення рівня потенційної родючості ґрунтів, а також і їхньої біологічної продуктивності.

Рівень потенційної родючості ґрунту визначають:

Ø вміст і запаси гумусу та його якість; у складі органічної речовини міститься основна частина запасів Нітрогену, 80 % Сульфуру і 60 % Фосфору; елементи живлення, тісно зв’язані з органічною речовиною, не вимиваються з ґрунту, і водночас їх можуть поступово використовувати рослини;

Ø вміст поживних речовин (макро- і мікроелементів), які зумовлюють поживний режим ґрунту;

Ø склад обмінно-вбирних катіонів, які впливають на стан колоїдних систем у ґрунті та буферність ґрунту тощо.

Відомо, що рослинам доступна тільки частина елементів живлення, наявних у ґрунті. Елементи, які є складовими кристалічних ґраток мінералів (алюмосилікатів, ферисилікатів тощо), важкорозчинних сполук або негідролізованих компонентів гумусових речовин, стають доступними рослинам тільки після їхньої мобілізації. Незважаючи на це, валовий (загальний) вміст або запаси елемента показують, як довго той чи інший ґрунт потенційно зможе забезпечувати рослини елементами живлення за умови їхньої цілковитої мобілізації.

Обчислення потенційної забезпеченості чорнозему типового Нітрогеном, Фосфором і Калієм наведено у таблиці 2.1.

Таблиця 2.1