Состав, свойства и экологическая значимость почвенных растворов

Наиболее существенным источником почвенных растворов являются атмосферные осадки. Грунтовые воды также могут участвовать в их формировании при близком их залегании от поверхности. При орошении дополнительным резервом влаги для почвенных растворов становятся поливные воды.

Атмосферные осадки, поверхностные воды, росы, грунтовые воды, попадая в почву и переходя в категорию жидкой её фазы, изменяют свой состав при взаимодействии с твёрдой и газообразной фазами почвы, с корневыми системами растений и живыми организмами, населяющими почву.

В почвенном растворе содержатся минеральные, органические и органо-минеральные вещества, представленные в виде ионных, молекулярных и коллоидных форм. Кроме того, в почвенном растворе присутствуют растворенные газы: СО₂, О₂ и др.

Из минеральных соединений в составе почвенного раствора могут быть анионы НСО₃^-, СО₃^2-, NО₃^-, NО₂^-, SО₄^2-, Cl^-, H₂PO₄^-, H₂PO₄^2- и катионы Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, NH₄⁺, K⁺, H⁺ и др. В сильнокислых почвах могут быть также Al³⁺, Fe³⁺, а в заболоченных Fe²⁺. Железо и алюминий в почвенных растворах содержатся в основном в виде устойчивых комплексов с органическими веществами.

Из органических соединений в почвенном растворе могут присутствовать водорастворимые вещества органических остатков и продукты их разложения, продукты жизнедеятельности растений и микроорганизмов (органические кислоты, сахара, аминокислоты, спирты, ферменты, дубильные вещества и др.), а также гумусовые вещества.

Органоминеральные соединения представлены преимущественно комплексными соединениями различных органических веществ кислотной природы (гумусовые кислоты, полифенолы, низкомолекулярные органические кислоты) с поливалентными катионами.

Соотношение минеральной и органической частей почвенного раствора неодинаково в разных почвах. Так, для болотных, подзолистоболотных и целинных дерново-подзолистых почв характерно преобладание в почвенном растворе органических веществ над минеральными; в чернозёмах эти компоненты примерно равны, а в засоленных почвах минеральных соединений больше. Повышенное содержание органических веществ в почвенном растворе имеют также солонцовые почвы благодаря его щелочной реакции к пептизирующему действию поглощенного Na⁺.

Коллоидно-растворимые формы могут быть представлены органическими и органоминеральными веществами, золями кремнекислоты и полутораокисей железа и алюминия. По данным К.К. Гедройца, коллоидная часть составляет обычно 1/4-1/10 и меньше общего количества веществ в растворе. Высокое содержание коллоидно-растворимых соединений наблюдается в почвенных растворах солонцов.

Содержание отдельных компонентов почвенного раствора существенно изменяется также по генетическим горизонтам одного и того же типа почв. Максимум органических веществ находится в почвенном растворе органогенных и гумусовых горизонтов. Вниз по профилю почв количество органических веществ резко падает в результате их закрепления и минерализации в верхних горизонтах. В чернозёмах, каштановых почвах, серозёмах и солонцах в составе почвенных растворов нижних горизонтов содержание минеральных солей увеличивается.

Концентрация почвенного раствора невелика и обычно не превышает нескольких граммов вещества на литр раствора. Исключение составляют засоленные почвы, в которых содержание растворенных веществ может достигать десятков граммов на литр. Так, в подзолах концентрация почвенного раствора составляет 2-3, в чернозёмах – 4-6, в солончаках – 10-300 г/л при оптимальной концентрации для большинства сельскохозяйственных растений 3-6 г/л.

Для сравнения: концентрация солей в воде реки Дон – 0,5, а в морской воде – 35 г/л.

Почвенный раствор находится в постоянном и тесном взаимодействии с твёрдой и газовой фазами почвы и корнями растений, и поэтому состав и концентрация его являются результатом биологических, физико-химических и физических процессов, лежащих в основе этого взаимодействия.

Темп и направление указанных процессов подвержены значительной сезонной изменчивости, поэтому и состав почвенного раствора чрезвычайно динамичен. Постоянно меняется концентрация почвенного раствора в зависимости от изменения влажности почвы и потребления питательных веществ корнями растений. Типичны сезонные тесты агрохимиков на содержание в почвах доступных растениям азота и фосфора, так как растения потребляют эти элементы главным образом из почвенного раствора.

К.К. Гедройц ещё в 1906 г. писал, что дальнейшие успехи агрономии зависят от развития исследований почвенных растворов ввиду той важной роли, которую они играют и в почвообразовании, и в жизни растений. Изменение концентрации и состава растворов ведёт к изменению режима водного и минерального питания растений, что, естественно, непосредственно отражается на их развитии и продуктивности. Поэтому человек своими разнообразными воздействиями на почву в процессе сельскохозяйственного производства по существу всегда стремился и стремится регулировать тем или иным способом состав почвенного раствора, сделать его состав оптимальным для получения наиболее высокой продуктивности агроценозов.

В питании растений большую роль играет осмотическое давление почвенного раствора. Если осмотическое давление почвенного раствора равно осмотическому давлению клеточного сока растений или выше его, то поступление воды в растения прекращается, что характерно для засоленных почв.

Важнейшими характеристиками почвенных растворов является их кислотность и щелочность, которая напрямую зависит от солевого состава растворов, поглотительной способности почв и присутствия в почвах свободных кислот.

Почвенный раствор имеет огромное значение в генезисе почв и их плодородии. Он участвует в процессах преобразования (разрушение и синтез) минеральных и органических соединений; в составе его по профилю почв перемещаются разнообразные продукты почвообразования. Элювиально-иллювиальная дифференциация почвенных горизонтов, состав грунтовых вод, вод родников и рек во многом обязан почвенным растворам тех территорий, где они формируются. Мягкие воды северных территорий нашей страны резко контрастны жёстким водам южных регионов.