Орлов Д.С. Химия почв

Подождите немного. Документ загружается.

К потенциометру

ций и моделированию восстановительных процессов при оглеении или

орошении почв.

Прямые методы определения окислительного потенциала почвы

основаны на измерении электродвижущей силы (ЭДС) цепи, состав-

ленной из погруженных в почву индикаторного электрода и электрода

сравнения (рис. 70). Индикаторный электрод изготавливают из инерт-

ного металла, обычно это платина. В качестве электрода сравнения

используют каломельный или хлор-серебряный электроды.

Потенциал индикаторного электрода, погруженного в ОВ-систе-

му, считается равным окислительному потенциалу Eh данной системы.

Потенциал электрода сравнения Е

р не зависит от силы тока, проте-

кающего в измерительной цепи и

остается постоянным. Тогда ЭДС =

ЕЙ—Ес

если Ел>Е

р, и ЭДС =

р—Ей,

если Ей<Егр.

Соответственно для нахожде-

ния Ел используют две формулы:

=Е

р+ЭДС и

Е„

= Ес

—ЭДС;

выбор одной из этих формул зави-

сит от относительных величин двух

сравниваемых потенциалов; если в

измеряемой цепи индикаторный

электрод имеет положительный

знак, то Е>г>Еср, если отрицатель-

ный, то Е/г<Е

р. Знак электрода

узнают по положению переключа-

теля на шкале потенциометра.

Для измерения ЭДС пригод-

ны потенциометры с высоким вход-

ным сопротивлением или такие

схемы, в которых измерение осу-

ществляется в момент, когда сила

тока в цепи элемента равна нулю

(это равноценно разомкнутой

цепи).

Электроды для измерения О

П.

Для измерения окислительных по-

тенциалов пригодны различные

электронорбратимые, химически

инертные электроды. Эти электро-

ды должны обладать высокой элек-

тропроводностью и малой «хими-

ческой» емкостью, с тем чтобы да-

же небольшое количество получен-

ных или отданных им электро-

нов вызывало адекватное из-

менение потенциала. Одно из

главных требований к электродам — химическая инертность; мате-

риал электрода должен быть устойчив в обычных почвенных средах, а

поверхность электрода не должна загрязняться за счет адсорбции или

механического закрепления органических и неорганических почвенных

'компонентов. В качестве материалов для индикаторных ,ОВ-электродов

испытывали платину, палладий, иридий, золото, графит, карбиды и

бориды металлов. М. М. Шульц и А. А. Белюстин с соавторами раз-

работали специальные электронообратимые стекла. Предпочтение

yff/шт

Рис.

70. Установка индикаторного

платинового (А) и каломельного

электрода сравнения (Б) в почву

341

обычно отдается платине. Платиновые электроды для измерения ОВП

почвы изготавливаются в различных вариантах. Это могут быть про-

волочные электроды, пластинчатые электроды с гладкой поверхностью

или так называемые платинированные электроды, изготовленные в виде

стеклянных трубок, поверхность которых покрыта тонкой блестящей

пленкой металлической платины.

Правильные представления о величинах окислительных потен-

циалов почвы как естественно-исторического тела можно получить

только в результате прямых измерений, выполняемых непосредствен-

но в природной обстановке. Иногда окислительно-восстановительные

потенциалы измеряют в лабораторных условиях в свежесобранных

образцах почв, но предпочтительнее проводить непосредственные по-

левые измерения, поскольку даже в таких образцах нарушается сло-

жившееся окислительно-восстановительное состояние.

В лабораторных условиях обычно наблюдают за динамикой ОВП

в модельных опытах или устанавливают зависимость ОВП от хими-

ческого состава, сложения и аэрации.

В полевых условиях исследования выполняют в двух вариантах:

или проводят измерения ОВП единовременно (разовые измерения),

или наблюдают за динамикой ОВП. Разовые измерения чаще всего

проводят при площадных обследованиях или изучении достаточно

протяженных почвенно-геохимических профилей. Наблюдения за ди-

намикой удобнее вести на опытных площадках, где можно установить

стационарные электроды.

Описаны устройства, позволяющие быстро измерять и непрерывно

контролировать потенциалы одновременно в большом числе объектов

или горизонтов: таковы системы, в которых 40—50 платиновых элек-

тродов соединяются с потенциометром специальным сложным переклю-

чателем. Подключение электродов через переключатель с часовым ме-

ханизмом к автоматическому регистрирующему потенциометру позво-

ляет записывать динамику ЕЙ с заданным интервалом времени.

Характер проявления восстановительных процессов в почвенном

профиле можно выявить с помощью метода опрыскивания, предло-

женного Е. А. Дмитриевым. Сущность метода проста. Свежезачищен-

ную стенку разреза опрыскивают из пульверизатора 10%-ным раство-

ром Кз[Ре(СЫ)б]. Скопления подвижных соединений закисного железа

и их пространственное распределение обнаруживаются по проявлению

ярких зеленых или сине-зеленых пятен. Этот метод не дает возмож-

ности оценить величины потенциалов, но зато позволяет наглядно вы-

явить неоднородность развития ОВ-процессов и сделать качественное

заключение о том, насколько глубоко затронуты восстановительными

трансформациями соединения железа (или интенсивность их аккуму-

ляции). Чтобы выявить подвижные соединения окисного железа, спо-

собные окислять иодид-ион до свободного иода, стенку разреза опрыс-

кивают раствором, содержащим KI и крахмал. Для этого готовят 10%-

ный раствор KI, 5%-ный раствор растворимого крахмала и смешивают

их в отношении 10: 1. После опрыскивания на тех участках поверхно-

сти почвы, где произошло окисление иодид-иона, появляются темные

пятна. Аналогичные приемы могут быть разработаны и для других

групп соединений, встречающихся в почвах.

ГЛАВА 17

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ И ХИМИЧЕСКОЕ

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ

Особое место в химии почв занимают соединения тех элементов,,

которые присутствуют в микроколичествах, но играют важную физио-

логическую роль. Это так называемые микроэлементы. Микроколиче-

ства элементов и соединений могут играть и положительную, и отри-

цательную роль. Многие вещества в малых концентрациях необходимы

для нормального развития организмов, но в повышенных количествах

оказывают на них токсичное действие. Такое двойственное влияние

химического состава среды на живые организмы можно наблюдать

на примере любых веществ, но оно особенно контрастно проявляется

на примере микроэлементов.

К числу микро- и ультрамикроэлементов относятся все элементы

5-,

6- и 7-го периодов системы Д. И. Менделеева, большая часть эле-

ментов 4-го периода и некоторые элементы 2-го периода.

Недостаточное или избыточное содержание этих элементов в поч-

вах обусловлено двумя группами причин: биогеохимическими особен-

ностями почв и ландшафтов, с одной стороны, и влиянием техноген-

ных потоков вещества — с другой.

Те районы, в которых концентрация химических соединений по

природным причинам оказывается выше или ниже оптимального для

различных организмов уровня, были названы А. П. Виноградовым био-

геохимическими провинциями. Многие биогеохимические провинции

были выявлены, и карта-схема их расположения на территории СССР

была составлена В. В. Ковальским.

Формирование биогеохимических провинций с пониженным содер-

жанием отдельных элементов связано с особенностями почвообразу-

ющих пород или с интенсивным проявлением элювиального процесса.

Провинции с повышенным содержанием элементов формируются

в районах с преобладанием аккумулятивных ландшафтов, а также

вблизи рудных месторождений.

Повышенные концентрации в почвах элементов техногенного про-

исхождения обусловлены выбросами промышленных (металлургиче-

ских и энергетических) предприятий, бытовыми отходами, влиянием

транспорта, а также накоплением в почвах и водах остаточных коли-

честв и компонентов минеральных удобрений. Формирующиеся в ре-

зультате этих воздействий техногенные геохимические аномалии под-

разделяются, по А. И. Перельману, на 3 типа:

1) глобальные аномалии, охватывающие весь земной шар;

2) региональные, охватывающие части материка, страны, области;

3) локальные, радиусом до нескольких десятков километров и

связанные с определенным эпицентром, конкретным источником за-

грязнения.

Почвы существенно различаются по податливости к химическому

загрязнению. Аккумуляция поступающих в почву химических соеди-

нений зависит от таких свойств почвы, как механический состав, со-

держание гумуса, карбонатность, рН, емкость поглощения и непосред-

ственно связана с водным режимом.

Основы теории устойчивости почв к химическому загрязнению

и принципы соответствующей классификации были разработаны

М. А. Глазовской. Все техногенные вещества, являющиеся химиче-

скими загрязняющими веществами, М. А. Глазовская объединяет в

343

две группы. Первая группа — педохимически активные вещества, спо-

собные повлиять на кислотно-основные пли окислительно-восстанови-

тельные условия в почвах. К ним относятся минеральные кислоты, ще-

лочи, карбонаты, сероводород, метан. Вторая группа — биохимически

активные техногенные вещества, действующие непосредственно на жи-

вые организмы. Это токсичные микроэлементы, пестициды, углеводо-

роды и т. п.

Воздействие биохимически активных веществ на организмы за-

висит от их доступности растениям, подвижности в почвах, и поэтому

оценку устойчивости почв к химическим загрязнениям следует прово-

дить в зависимости от их подвижности в почвах.

Относительная опасность загрязнения почв биохимически актив-

ными элементами нарастает при утяжелении механического состава

и уменьшении коэффициента увлажнения (табл. 85).

Таблица 85

Относительная опасность загрязнения субаэральных почв

подвижными биохимически активными элементами

(по Глазовской, 1978)

Коэффициент увлажнения

и преобладающий

водный режим

>2,

резко промыв-

ной

1—2, промывной

преимущественно

0,5—1,

непромыв-

ной

<0,5,

резко непро-

мывной

Механический состав и наличие мерзлоты

пески и супеси

+ +

+ + +

+ + + +

суглинки

+ +

+ + +

+ + + +

+ + + + +

глины

+ + +

+ + + +

+ + + + +

различного

механического

состава с мер-

злотой

+ + +

+ + + +

+ + + + +

Примечание. Опасность: + очень слабая, ++ слабая, ++ +

умеренная, + + + + сильная, + + + + + очень сильная.

Опасность загрязнения почв слабоиодвижными формами соеди-

нений биохимически активных элементов увеличивается при высоком

содержании гумуса и высокой сорбционной способности. Накоплению

этих форм соединений в почвах, по М. А. Глазовской, способствуют

следующие процессы.

Изоморфные замещения в решетках глинистых минералов.

Сорбция ионов металлов глинистыми минералами, особенно

аллофаноидами.

Соосаждение со свежевыпавшими оксидами и гидроксидами,

особенно железа.

Образование малоподвижных комплексных органометалличе-

-ских соединений.

Редкие щелочные элементы

Входящие в первую группу Li, Rb и Cs сравнительно мало изу-

чены с точки зрения их поведения в почвах. По А. П. Виноградову,

в земной коре среднее содержание Li составляет 0,0032%, Rb —

0,015% и Cs — 0,00037%. В осадочных породах (глины и сланцы) их

количества соответственно равны 0,006, 0,02 и 0,0012%.

344

Для почв содержание микроэлементов принято выражать в мг/кг

(в англоязычной литературе в качестве соответствующей единицы ис-

пользуют ррт;

ррт =

мг/кг). Валовое содержание Li в почвах близ-

ко в среднем к 30 мг/кг при колебаниях средних величин от 7 до

200 мг/кг. Рубидия содержится несколько больше — среднее содер-

жание около 100 мг/кг (колеблется от 20 до 600); количество цезия

составляет от десятых долей до 20—25 мг/кг.

Поведение этих элементов в почвах в общих чертах повторяет

общие закономерности педохимии щелочных металлов. Ион Li харак-

теризуется в почвах сравнительно высокой подвижностью, тогда как

Rb и Cs могут фиксироваться некоторыми глинистыми минералами,

в частности монтмориллонитом. В почвах наблюдается иногда неко-

торое накопление Li, Rb и Cs в гумусовых горизонтах.

Резко повышено содержание этих элементов в почвах, развитых

в районах редкометалльных месторождений. В тех случаях, когда ред-

кометалльные пегматиты, например, содержат резко повышенные ко-

личества лития, рубидия и цезия, то соответственно в почвах концент-

рация Li и Rb становится почти в 1,5 раза больше, чем вне аномалии;

концентрация Cs повышается почти в 4 раза.

Подгруппа цинка

Из элементов подгруппы цинка Cd и Hg относятся к числу наи-

более токсичных металлов. Цинк, по данным Я- В. Пейве и П. А. Вла-

сюка, в микроколичествах положительно влияет на урожай сахарной

свеклы, клевера, салата, зерновых и некоторых плодовых культур.

Однако при высоких концентрациях цинх также оказывает токсичное

действие на растения.

Среднее содержание этих элементов в почве убывает в ряду:

Zn>Cd>Hg (табл. 86). Пределы колебаний в незагрязненных поч-

вах достаточно велики и для Zn

Таблица 86

Распространенность цинка, кадмия и

ртути в почве и литосфере, %

Элемент

Литосфера

8,5-Ю-

1,3-Ю-

8,3-Ю-

Почва

5-Ю-

ью-

1-10-6

Зола

растений

9-Ю"

1-Ю"

1-Ю"'

составляют 10—300 мг/кг, для

Cd — от 0,01 до 0,7 мг/кг, для

Hg — от 0,01 до 0,8 мг/кг. Бы-

товые и индустриальные выбро-

сы приводят к постепенному по-

вышению содержания тяжелых

металлов в почвах, но особенно

быстро оно проявляется в окре-

стностях промышленных пред-

приятий. В качестве примера

можно иривести результаты

анализа верхнего слоя почвы (0—5 см) из окрестностей свинцово-цин-

коплавильного завода в Британской Колумбии (Канада). В радиусе

5—6 км среднее содержание металлов, извлекаемых 1,0 н. НЫОз, со-

ставило: 17,8 мг/кг Cd и 571 мг/кг Zn; максимальные концентрации

достигли соответственно 36,1 и 1394 мг/кг, тогда как фоновое содер-

жание Cd было около

0,9—1,1,

a Zn — 50—75 мг/кг. Аккумуляция

Zn и Cd в почвах сопровождается повышением их содержания в рас-

тениях и продуктах питания. В окрестностях аналогичного свинцово-

цинкоплавильного завода в Порт-Пири (Австралия)), концентрация

Cd в зерне пшеницы достигала 0,3—0,4 мкг/г, снижаясь на расстоянии

10 км до 0,06—0,1 мкг/г, и только на расстоянии 35 км от завода она

опускалась до фонового уровня 0,01—0,02 мкг/г.

12 Д. С. Орлов

345

Техногенные ореолы рассеяния тяжелых металлов зависят от мощ-

ности предприятия, характера выбросов и преобладающего направле-

ния ветра в районе (розы ветров). Уровень загрязнения более или

менее быстро убывает с расстоянием от точки выброса; зависимость

между концентрацией тяжелого металла С

в верхнем слое почвы и

расстоянием от предприятия в наиболее общей форме выражается

экспоненциальным уровнением:

где е — основание натуральных логарифмов, / — расстояние от пред-

приятия, Сф — фоновое содержание металла, п и k — константы.

Уровень фонового содержания достигается на расстояниях от 10—

15 до 30—40 км от источника загрязнения.

Состояние Zn, Cd и Hg в почвах определяется их способностью

к образованию труднорастворимых солей, комплексных соединений с

участием в ионообменных реакциях.

В водных растворах хорошо растворимы хлориды, нитраты и суль-

фаты Zn и Cd; соединения ртути более разнообразны и растворимость

ее сульфатов и хлоридов колеблется в широках пределах. Легко ра-

створим HgCl

, тогда как Hg

, HgS0

-HgO обладают огра-

ниченной растворимостью от 0,0001 до 0,003 г в 100 г Н

В водных растворах эти элементы образуют различные ассоцн-

аты;

устойчивые ассоциаты образуются с участием ОН

, S0

- и дру-

гих анионов. Например, для Zn можно ожидать образование ZnOH+,

Zn(OH)

°, Zn(OH)

- Zn(OH)

- ZnC0

°, ZnHC0

- ZnH

ZnHP0

°,

Zn(HP0

)

и т. д. Образование этих ассоциатов необходи-

мо учитывать при расчете растворимости соединений Zn, Cd, Hg в поч-

ве и их адсорбции твердыми фазами.

Рассматриваемые элементы склонны к образованию гидроксидов.

В табл. 87 указаны величины рН осаждения соответствующих гидро-

ксидов, найденные с учетом об-

Таблица 87

Ориентировочные значения рН

осаждения гидроксидов Zn, Cd и Hg

из 0,01 М растворов

Гидроксид

Zn(OH)

Cd(OH)

HgO

Значения рН

начала

осаждения

6,4

8,2

2,4

полного

осаждения

8,0

9,7

5,0

начала рас

творения

10,5

11,5

разования гидроксокомплексов.

Гидроксид ртути неустойчив и

реакция Hg(*0H)

=pfcHg0+H

практически смещена вправо.

Гидроксид ртути в щелочной

среде вновь начинает раство-

ряться при рН 11,5, а гидроксид

цинка — при рН 10,5.

Полные константы устойчи-

вости гидроксокомплексов по

отношению к нейтральным моле-

кулам в растворе М(ОН)

° рав-

ны;

для Zn(OH)

:— lg&= 11,19;

Cd(OH)

: —

lgfc

8,70;

для Hg(OH)

: —lg*=21,70.

Для элементов подгруппы цинка характерна также низкая раство-

римость карбонатов, некоторых фосфатов и сульфидов (табл. 88).

Растворимость этих соединений зависит от формы кристаллиза-

ции; свежеосажденные аморфные гидроксиды более растворимы, чем

те же, но подвергшиеся старению осадки. В автоморфных почвах ве-

роятными формами накопления Zn, Cd и Hg могут быть их карбо-

наты, а в бескарбонатных почвах в твердых фазах можно ожидать

фосфаты.

К числу наиболее устойчивых соединений следует отнести суль-

фиды Cd и Hg; мало растворимы и различные сульфиды цинка. На-

346

Таблица 88

Произведение растворимости гидроксидов, карбонатов, фосфатов

и сульфидов Zn, Cd и Zn (по Лурье, 1979)

Соединение

ZnC0

Zn(OH)

(P04)a

ZnS—а (сфалерит)

ZnS—в (вюрцит)

CdC0

Cd(OH)

свежеосажденный

Cd(OH)2 после старения

CdS

HP0

HgO(Hg

+, 20H-)

HgS черный

HgS красный

ПР

1,45-10-"

1,2-10-

9,1

-10-

1,6-10-

2,5-10-

1.010-

2,2-10-"

5,9-10-

1.6-10-

8,9- Ю-

4,0-10-

3,0-10-

1.6-10-

4,0-10-

рПР= —lg ПР

10,84

16,92

32,04

23,80

21,60

12,00

13,66

14,23

27,80

16,05

12,40

25,52

51,80

52,40

копление последних вполне реально в почвах с восстановительными

процессами.

Одна из форм закрепления металлов в почвах — образование

адсорбционных соединений и ионный обмен. Поглощение катионов Zn,

Cd и Hg происходит как путем специфической, так и неспецифической

адсорбции.

Для определения количества специфически сорбированных ионов

металлов, например кадмия, используют следующий прием. Сначала

дасыщают почву ионами Cd

+ из раствора кадмиевой соли, а затем

несколько раз отмывают Cd

раствором 0,01 М Ca(N0

)2, осуществ-

ляя эту операцию возможно быстро (около 5 мин на одно отмыва-

ние).

Оставшаяся при таком быстром отмывании в почве часть ранее

адсорбированного кадмия удерживается, как считают, за счет специ-

фической адсорбции. Количество неспецифически адсорбированного ме-

талла находят по разности между общей и специфической адсорбцией.

Аналогично оценивают специфическую и неспецифическую адсорбцию

и других металлов. Полученные таким методом результаты показы-

вают, что кадмий сорбируется почвами преимущественно неспецифи-

чески. Для цинка характерна специфическая адсорбция. Однако при

малых концентрациях Cd в растворе часто наблюдается его специфи-

ческая адсорбция, происходящая, возможно, на поверхности гетита и

других оксидов железа.

Цинк сорбируется гетитом преимущественно в виде ZnOH+; это

—

одна из причин увеличения поглощения цинка с ростом рН, поскольку

в более щелочной среде концентрация гидроксокомплексов цинка так-

же нарастает. Сходное влияние оказывает и хлорид-ион. Поскольку

гетит хорошо адсорбирует хлоридные комплексы ZnCl+ (как и СиС1+,

РЬС1+), то металлы поглощаются гетитом в большей степени из хло-

ридных, а не нитратных растворов.

Роль образования гидроксокомплексов в сорбции металлов поч-

вами была наглядно показана Т. Д. Обуховской на примере ртути.

В кислой среде при рН<2 в растворе преобладают ионы Hg

, в обла-

сти рН около 3—4 — комплексы HgOH+. Доля нейтральных комплек-

сов Hg(OH)

° довольно быстро нарастает при дальнейшем увеличе-

12*

347

нии рН, и при рН 5—6 эта форма ртути становится в растворе пре-

обладающей. Сорбция ртути каолинитом, монтмориллонитом, верми-

кулитом, гидроксидом железа подчиняется той же закономерности:

при рН>2 сорбция Hg быстро нарастает и, достигнув максимума при

рН около 6,0, при дальнейшем увеличении щелочности почти не ме-

няется. Это позволяет сделать вывод, что в кислой среде поглощение

Hg происходит преимущественно путем ионного обмена, а при более

высоких рН главную роль играет адсорбция нейтральных молекул

Hg(OH)

°.

Устойчивость комплексных соединений металлов с гумусовыми

кислотами зависит от рН почвенного раствора. Например, если счи-

тать,

что реакция с участием иона кадмия идет по уравнению:

++2rK^Cd(rK)

а полная константа устойчивости может быть выражена как

„ [Cd(TKM

ста

~ [CdH-цгк-]» '

то

lg/Ccd<no,

6,25 + 0,63 (рН-5).

Отсюда следует, что логарифм константы устойчивости этого ком-

плекса повышается на 0,63 единицы на каждую единицу рН.

Бор и другие элементы III группы

Из элементов III группы только А1 является макроэлементом, уча-

ствуя в построении важнейших структурных фрагментов почвы. Бор —

типичный и очень важный микроэлемент. Остальные элементы содер-

жатся в микро- и ультрамикроколичествах; их роль и функции в поч-

вах изучены очень мало.

В соединениях бора преобладают неметаллические свойства, и era

оксид В

имеет кислотный характер (оксиды Al, Ga, In амфотер-

ны).

Оксид бора взаимодействует с водой, образуя борную (ортобор-

ную) кислоту: В

Оз+ЗН

0-»-2НзВОз.

Ортоборная кислота и ее соли — главная форма соединений бора

в почвах. Тетраборат натрия (бура) — соль четырехборной кислоты

Н2В4О7 — образуется при взаимодействии борной кислоты с гидрок-

сидом натрия:

4Н

В0

+ 2NaOH=^Na

B,,0

+ 7Н

Четырехборная кислота довольно слабая; константы ее ионизации

равны Ki = l,8-10-

= 2,0-10-

Ортоборная кислота очень слабая:

константы

IH+пнто

[Н

В0

]

1,8-Ю-

и /Сз=1,6-10-

Анион борной кислоты обладает отчетливо выраженными основ-

ными свойствами. Константа основности рКъ, характеризующая пере-

нос протона от молекулы воды к аниону:

В0

- + Н

О^НзВОз + ОН-,

равна 4,9, и по степени основности среди встречающихся в почвах

348

анионов слабых кислот ион Н

ВОз~ занимает пятое место после S

Р0

СОз

и H3S1O4

. Поэтому анион Н

ВОз~ может участвовать в

формировании щелочности почв, а в почвах борного засоления именно

бораты обусловливают иногда общий уровень щелочности водных вы-

тяжек.

На земной поверхности бор концентрируется при испарении при-

родных рассолов, образуя боратные месторождения, в которых при-

сутствуют бура Na

-ЮН

0, гидроборацит MgCaB

0n-6H

0, аша-

рит MgHBC>3. Бор, входящий в состав встречающихся в почвах алю-

мосиликатов (например, турмалины NaR

[OH, F)

| (ВОз)зISi

где R — Fe

+, Mg, Li, Al, Mn), трудно доступен растениям.

Содержание В в земной коре составляет 0,001—0,003%, повы-

шаясь в осадочных породах (глинах, сланцах) до Ы0

%. Среднее

содержание В в почвах, по А. П. Виноградову, составляет Ы0

в золе растений —

-10

-2

Колебания содержания В в почвах составляют от 2 до 130 мг/кг.

Наиболее бедны бором дерново-подзолистые почвы, особенно песча-

ные и супесчаные. В черноземах количество бора колеблется от 0,3 до

1,8 мг/кг; больше всего его в бурых степных почвах, там, где встре-

чаются солевые аккумуляции и борные солончаки.

Бор оказывает большое влияние на метаболизм и транспорт угле-

водов в растениях; при недостатке бора отток углеводов из листьев в

корнеплоды и клубнеплоды задерживается. Дефицит бора снижает

количество оплодотворенных цветков, понижает фиксацию атмосфер-

ного азота клубеньковыми растениями.

В растениях и почвах бор образует комплексные соединения с

углеводами, многоатомными спиртами и другими веществами. Так, ше-

стиатомный спирт маннит

н нон он

нон

с—с—с—с—с—сн

он

I I I

он он н н

образует с борной кислотой маннитборную кислоту по реакции:

—С—ОН НО

—С—О.

| + >В—ОН-* | >В—ОН + 2Н

—с—он но/ —с—о/

Образование такого рода комплексов с углеводами повышает их под-

вижность и транспорт в растениях.

Избыточное содержание бора в почвах столь же нежелательно,

как и недостаточное. При очень высоком содержании бора в травах

и кормах наблюдаются заболевания животных; нарушается, в част-

ности, нормальное пищеварение; у овец, верблюдов развивается пнев-

мония. Избыток бора в продуктах может нанести ущерб и здоровью

человека. Избыток бора наблюдается в некоторых биогеохимических

провинциях, одна из них расположена в бассейне р. Урал.

Внесение борных удобрений при недостатке бора повышает уро-

жайность сахарной свеклы, овощей, льна, клевера; бор способствует

увеличению сахаристости свеклы и крахмалистости картофеля. Борные

удобрения снижают также подверженность многих культур бактери-

альным заболеваниям.

349

Функции в почвах остальных элементов главной подгруппы

III группы — галлия Ga, индия In и таллия Т1 — изучены очень пло-

хо.

Содержание Ga в среднем составляет около 30 мг/кг, колеблясь

от 0,2—0,4 до 300—350 мг/кг.

Таблица 89

Содержание макроэлементов,

лантаноидов и некоторых других

элементов в гавайской почве и конкрециях

(по Глэсби),

оксиды, %; элементы, мг/кг

Содержание In и Т1 очень мало

и в среднем близко к 0,1 мг/кг.

В химическом отношении они

проявляют себя аналогами А1.

Галлий способен накапливаться

в гумусных и иллювиальных го-

ризонтах; иногда в повышенных

концентрациях (>1 мг/кг) обна-

руживается в растениях.

Таллий и его соединения

очень токсичны, но в почвах он

прочно фиксируется, поэтому его

токсичность проявляется при вы-

соких концентрациях (десятки

мг на 1 кг почвы).

Скандий Sc, иттрий Y и лан-

тан La содержатся в почвах в

среднем на уровне 10—50 мг/кг

при очень больших колебаниях;

для La диапазон содержаний

указывается даже в пределах

от 1 до 5000 мг/кг. Отличитель-

ной чертой элементов подгруппы

скандия является их тяготение

к концентрированию в илистой

фракции.

Концентрация в почвах лан-

таноидов колеблется от 0,1—

0,5 до 50—120 мг/кг. Наимень-

шее содержание характерно для тербия ТЬ, наибольшее — для це-

рия Се. Геохимическое поведение элементов этой группы сходно. Со-

держание некоторых из них в оксисоли с Гавайских островов и кон-

центрирование в марганцовистых конкрециях той же почвы показано

в табл. 89.

Свинец

В IV группе периодической системы элементов особое значение

имеет свинец, вследствие его высокой токсичности. Свинец ингибирует

ферментативные реакции, вступая в химическое взаимодействие с бел-

ками и осаждает их. Присутствие повышенных концентраций свинца

в воздухе и в продуктах питания представляет угрозу для здоровья

человека; действие свинца проявляется в заболеваниях нервной систе-

мы,

печени, почек и других органов.

Свинец широко используется в промышленности и на транспорте

и вместе с отходами производства попадает в почву. Свинец расхо-

дуется в производстве аккумуляторных батарей, на изготовление кра-

сок, различных сплавов; значительная его часть используется для про-

изводства алкилсвинцовых присадок к топливу для двигателей внут-

реннего сгорания. Широко распространен тетраэтилсвинец (СгНбЬРЬ;

его добавляют как антидетонатор к бензину для карбюраторных дви-

гателей внутреннего сгорания. Тетраэтилсвинец сам по себе весьма

Оксид или

элемент

Si0

А1

CaO

МпО

Се

Рг

Почва

31,8

31,5

15,9

0,12

1,68

1,33

110

5,9

5,0

1,6

4,1

0,52

2,8

не опр.

1,9

Конкреция

19,1

26,4

9,2

0,23

1,14

21,33

>200

8,7

2,5

2,0

6,0

4,6

Коэффициент

обогащения

конкреций,

Б:А

0,60

0,84

0,58

1,92

0,68

16,0

2,3

>1,8

3,6

4,0

5,6

5,4

4,9

4,8

4,6

—

2,4

350