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 SiО 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.

Согласно С. В. Зонну соединения железа в почвах представлены следующими формами, соотношение которых показано в табл. 18.

1) силикатное железо, входящее в состав кристаллических решеток:

 а) первичных минералов; б) вторичных (глинистых) минералов;

 2) несиликатное (свободное) железо:

а) окристаллизованное (слабо или сильно) оксидов и гидроксидов;

 б) аморфных соединений (железистых и гумус-железистых);

в) подвижных соединений (обменных и водно-растворимых).

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 кальций содержащих 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 натрий содержащих 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 титан содержащих 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 тольо 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 почвообазующих 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 гидрогенно-аккумулятивные горизонты разных почв. Химические процессы, протекающие в почвах, весьма сложны и многообразны Их изучением занимается особый раздел почвоведения — химия почв.

ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВ

Органическое вещество почв - это совокупность живой биомассы и органических остатков растений, животных, микроорганизмов, продуктов их метаболизма, а также специфических новообразованных органических веществ почвы – гумуса. В органическом веществе почв всегда присутствует какое-то количество остатков отмерших организмов, находящихся на разных стадиях разложения, живые клетки микроорганизмов, почвенная фауна (рис 13)

Источники почвенного гумуса

Потенциальными источниками органического вещества почв можно считать все компоненты биоценоза, которые попадают на поверхность почв или в толщу почвенного профиля и участвуют в процессах почвообразования. Запасы биомассы биоценозов неодинаковы в разных природных зонах В абсолютном большинстве наземных биоценозов зеленые растения (автотрофы) имеют наибольшую биомассу и годичный прирост (первичную продукцию), превышающую биомассу беспозвоночных животных и микроорганизмов в несколько десятков или сотен раз, а позвоночных животных в несколько тысяч раз Поэтому надземный и корневой опад и продукты метаболизма высших растений дают основной материал, из которого формируется органическое вещество почв. Однако специфический химический состав животных и микроорганизмов, высокое содержание в них белков определяют заметную их роль в обогащении органического вещества почв азотсодержащими компонентами.

Химический состав биомассы во многом  определяет химический состав новообразованного гумуса. В формировании молекул гумусовых кислот принимают участие структурные химические единицы органического вещества, освобождающиеся в процессе трансформации отпада и опада: белки, углеводы, липиды, ароматических соединений  и т.д. Образование почвенного гумуса происходит в результате сложных преобразований этих химических единиц органического вещества.

Распад органических компонентов - сложный и длительный процесс. Это процесс частичного или полного превращения сложноорганизованных структур и молекул в более простые, в том числе и в продукты полной минерализации (СО2, NH3, Н2O и др.).