Глинистые почвы содержание гумуса

Глава 4. ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВЫ И ЕГО СОСТАВ

§1. Источники органического вещества и его состав

Важнейшей составляющей частью почвы является органическое вещество, которое представляет собой сложное сочетание растительных и животных остатков, находящихся на различных стадиях разложения, и специфических почвенных органических веществ, называемых гумусом.

Потенциальным источником органического вещества считают все компоненты биоценоза, которые попадают на или в почву (отмирающие микроорганизмы, мхи, лишайники, животные и т.д.), но основным источником накопления гумуса в почвах служат зеленые растения, которые ежегодно оставляют в почве и на ее поверхности большое количество органического вещества. Биологическая продуктивность растений широко варьирует и находится в пределах от 1– 2 т/год сухого органического вещества (тундра) до 30 – 35 т/год (влажные субтропики).

Растительный опад различается не только количественно, но и качественно (см. главу 2). Химический состав органических веществ, поступающих в почву, очень разнообразен и во многом зависит от типа отмерших растений. Большую часть их массы составляет вода (75 – 90 %). В состав сухого вещества входят углеводы, белки, жиры, воски, смолы, липиды, дубильные вещества и другие соединения. Подавляющее большинство этих соединений – высокомолекулярные вещества. Основная часть растительных остатков состоит главным образом из целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и дубильных веществ, при этом наиболее богаты ими древесные породы. Белка больше всего содержится в бактериях и бобовых растениях, наименьшее его количество обнаружено в древесине.

Кроме того, органические остатки всегда содержат некоторое количество зольных элементов. Основную массу золы составляют кальций, магний, кремний, калий, натрий, фосфор, сера, железо, алюминий, марганец, образующие в составе гумуса органоминеральные комплексонаты. Содержание кремнезема (SiO₂) колеблется от 10 до 70 %, фосфора – от 2 до 10 % массы золы. Название зольных элементов связано с тем, что при сжигании растений они остаются в золе, а не улетучиваются, как это происходит с углеродом, водородом, кислородом и азотом.

В весьма малом количестве в золе встречаются микроэлементы – бор, цинк, йод, фтор, молибден, кобальт, никель, медь и др. Наиболее высокой зольностью обладают водоросли, злаковые и бобовые растения, меньше всего золы содержится в древесине хвойных пород. Состав органического вещества можно представить следующим образом (рис.6).

§2. Трансформация органического вещества в почве

Превращение органических остатков в гумус – сложный биохимический процесс, совершающийся в почве при непосредственном участии микроорганизмов, животных, кислорода воздуха и воды. В этом процессе главная и решающая роль принадлежит микроорганизмам, которые участвуют во всех этапах образования гумуса, чему способствует огромная населенность почв микрофлорой. Животные, населяющие почву, тоже активно участвуют в превращении органических остатков в гумус. Насекомые и их личинки, дождевые черви измельчают и перетирают растительные остатки, перемешивают их с почвой, заглатывают, перерабатывают и выбрасывают неиспользованную часть в виде экскрементов в толщу почвы.

Отмирая, все растительные и животные организмы подвергаются процессам разложения до более простых соединений, конечной стадией которых является полная минерализация органического вещества. Образовавшиеся неорганические вещества используются растениями как элементы питания. Скорость процессов разложения и минерализации различных соединений неодинакова. Интенсивно минерализуются растворимые сахара, крахмал; достаточно хорошо разлагаются белки, гемицеллюлозы и целлюлоза; устойчивы – лигнин, смолы, воски. Другая часть продуктов разложения потребляется самими микроорганизмами (гетеротрофными) для синтеза вторичных белков, жиров, углеводов, образующих плазму новых поколений микроорганизмов, а после отмирания последних снова подвергается процессу разложения. Процесс временного удержания органического вещества в микробной клетке называется микробным синтезом. Часть продуктов разложения превращается в специфические сложные высокомолекулярные вещества – гумусовые вещества. Совокупность сложных биохимических и физико-химических процессов превращения органического вещества, в результате которых образуется специфическое органические вещество почвы – гумус, называется гумификацией. Все три процесса идут в почве одновременно и взаимосвязаны друг с другом. Трансформация органического вещества происходит при участии ферментов, выделяемых микроорганизмами, корнями растений, под влиянием которых осуществляются биохимические реакции гидролиза, окисления, восстановления, брожения и т.д. и образуется гумус.

Существует несколько теорий гумусообразования. Первой в 1952 году появилась конденсационная теория, разработанная М.М.Кононовой. В соответствии с этой теорией образование гумуса идет как постепенный процесс поликонденсации (полимеризации) промежуточных продуктов разложения органических веществ (сначала образуются фульвокислоты, а из них – гуминовые). Концепция биохимического окисления разработана Л.Н.Александровой в 70-е годы XX в. Согласно ей, ведущее значение в процессе гумификации имеют реакции медленного биохимического окисления продуктов разложения, в результате которых образуется система высокомолекулярных гумусовых кислот переменного элементного состава. Гумусовые кислоты вступают во взаимодействие с зольными элементами растительных остатков, освобождающимися в процессе минерализации последних, а также с минеральной частью почвы, образуя различные органо-минеральные производные гумусовых кислот. При этом происходит расщепление единой системы кислот на ряд фракций, различных по степени растворимости и строению молекулы. Менее дисперсная часть, образующая с кальцием и полуторными оксидами нерастворимые в воде соли, формируется как группа гуминовых кислот. Более дисперсная фракция, дающая преимущественно растворимые соли, образует группу фульвокислот. Биологические концепции гумусообразовапия предполагают, что гумусовые вещества – продукты синтеза различных микроорганизмов. Данная точка зрения была высказана В.Р.Вильямсом, она получила развитие в работах Ф.Ю.Гельцера, С.П.Ляха, Д.Г.Звягинцева и др.

В различных природных условиях характер и скорость гумусообразования неодинаковы и зависят от взаимосвязанных условий почвообразования: водно-воздушного и теплового режимов почвы, её гранулометрического состава и физико-химических свойств, состава и характера поступления растительных остатков, видового состава и интенсивности жизнедеятельности микроорганизмов.

Трансформация остатков происходит в аэробных или анаэробных условиях в зависимости от водно-воздушного режима. В аэробных условиях при достаточном количестве влаги в почве, благоприятной температуре и свободном доступе О₂ процесс разложения органических остатков развивается интенсивно при участии аэробных микроорганизмов. Наиболее оптимальными условиями являются температура 25 – 30 °С и влажность – 60 % от полной влагоемкости почвы. Но в этих же условиях быстро идет минерализация как промежуточных продуктов разложения, так и гумусовых веществ, поэтому в почве накапливается относительно мало гумуса, но много элементов зольного и азотного питания растений (в сероземах и других почвах субтропиков).

В анаэробных условиях (при постоянном избытке влаги, а также при низких температурах, недостатке О₂) процессы гумусообразования идут медленно при участии, главным образом, анаэробных микроорганизмов. При этом образуются много низкомолекулярных органических кислот и восстановленные газообразные продукты (СН₄, H₂S), угнетающие жизнедеятельность микроорганизмов. Процесс разложения постепенно затухает, и органические остатки превращаются в торф – массу слаборазложившихся и неразложившихся растительных остатков, частично сохранивших анатомическую структуру. Наиболее благоприятны для накопления гумуса сочетание в почве аэробных и анаэробных условий с чередованием периодов иссушение и увлажнения. Такой режим характерен для черноземов.

Видовой состав почвенных микроорганизмов и интенсивность их жизнедеятельности также влияют на образование гумуса. Северные подзолистые почвы в результате специфических гидротермических условий характеризуются наименьшим содержанием микроорганизмов с небольшим видовым разнообразием и низкой жизнедеятельностью. Следствием этого является медленное разложение растительных остатков и накопление слаборазложенного торфа. Во влажных субтропиках и тропиках отмечаются интенсивное развитие микробиологической деятельности и в связи с этим активная минерализация остатков. Сопоставление запасов гумуса в различных почвах с разным количеством микроорганизмов в них свидетельствует о том, что как очень слабая, так и высокая биогенность почвы не способствует накоплению гумуса. Наибольшее количество гумуса накапливается в почвах со средним содержанием микроорганизмов (черноземы).

Гранулометрический состав и физико-химические свойства почвы имеют не менее значительное влияние. В песчаных и супесчаных хорошо прогреваемых и аэрируемых почвах разложение органических остатков идет быстро, значительная часть их минерализуется, гумусовые веществ мало и они плохо закрепляются на поверхности песчаных частиц. В глинистых и суглинистых почвах процесс разложения органических остатков при равных условиях происходит медленнее (из-за недостатка О₂), гумусовых вещества закрепляются на поверхности минеральных частиц и накапливаются в почве.

Химический и минералогический состав почвы определяет количество питательных веществ, необходимых для микроорганизмов, реакцию среды, в которой идет образование гумуса, и условия для закрепления гумусовых веществ в почве. Так, почвы, насыщенные кальцием, имеют нейтральную реакцию, которая благоприятна для развития бактерий и закрепления гуминовых кислот в виде нерастворимых в воде гуматов кальция, что обогащает ее гумусом. В кислой среде при насыщенности почв водородом и алюминием образуются растворимые фульвокислоты, которые имеют повышенную подвижность и ведут к большому накоплению гумуса. Закреплению гумуса в почве способствуют также глинистые минералы типа монтмориллонита и вермикулита.

В связи с различием в факторах, влияющих на образование гумуса, в разных почвах количество, качество и запасы гумуса неодинаковы. Так, в верхних горизонтах черноземов типичных содержится 10 – 14 % гумуса, серых темных лесных – 4 – 9 %, дерново-подзолистых – 2 – 3 %, темных каштановых, желтоземах – 4 – 5 %, бурых и серо-бурых полупустынных – 1 – 2 %. Запасы органического вещества в природных зонах также различны. Наибольшие запасы, по данным И.В.Тюрина, имеют различные подтипы черноземов, торфяники, серые лесные, средние – темно-каштановые, красноземы, низкие – подзолистые, дерново-подзолистые, сероземы типичные. В пахотных почвах Республики Беларусь содержится гумуса: в глинистых – 65 т/га, в суглинистых – 52 т/га, в супесчаных – 47 т/га, в песчаных – 35 т/га. Почвы Республики Беларусь в зависимости от содержания гумуса в пахотном слое делятся на 6 групп (табл. 3). В почвах других природных зон существуют свои градации в зависимости от содержания гумуса.

Группировка почв Республики Беларусь по содержанию гумуса

Источник

Характерные глинистые почвы, состав, структура и местоположение

глинистые почвы это те, в составе частиц (текстуры) которых преобладают частицы диаметром менее 0,002 мм (так называемые глины). Когда преобладание глин очень велико, рассматриваются тяжелые почвы из-за их высокой плотности.

Глины очень важны для плодородия почвы. Они удерживают минеральные соли, образуя агрегаты с перегноем (коллоидная фракция разложившегося органического вещества) и хорошо удерживают влагу.

С другой стороны, чрезвычайно глинистые почвы представляют проблему для сельского хозяйства из-за их плохой инфильтрации. Наиболее характерными глинистыми почвами являются почвы Vertisols (вспенивающиеся глины)..

Этот тип почвы распространен по всей планете. Среди видов, которые наиболее культивируются в этих местах, выделяется рис. Другие, такие как ананас и каучук, также имеют хорошее производство.

1 Характеристика глинистых почв
- 1.1 Свойства глин
- 1.2 Текстура
- 1.3 Пористость: проницаемость и аэрация
- 1.4 Катионообменная емкость
- 1.5 Влияние на микробиоту почвы
- 1.6 Бак для воды
2 Композиция
3 Структура
- 3.1 Глино-гуминовый комплекс
- 3.2 Расширяемые глины
4 Местоположение
- 4.1 В профиле
- 4.2 Физиография
- 4.3 География
5 культур
6 Ссылки

Характеристика глинистых почв

Свойства глин

Большая активная площадь поверхности и высокая обменная способность глин являются ее наиболее важными свойствами с эдафологической точки зрения. Эти свойства определяются его малым размером, отрицательным электрическим зарядом и электрической проводимостью..

Глины дают почве низкую проницаемость, высокую водоудерживающую способность и запас питательных веществ. Это делает их потенциальную рождаемость высокой.

С другой стороны, они обеспечивают плохую аэрацию и подвержены эрозии от низкой до средней..

Физико-химические свойства глинистой почвы зависят от минералогического состава почвы, особенно от преобладающего типа глины. Так, например, аллофан благоприятствует катионообменной емкости, пористости, удержанию влаги и структуре.

В то время как каолинит обладает низкой катионообменной способностью, низким удерживанием элементов и регулярным структурированием.

текстура

Ключевой категорией для почвы, которая должна быть определена как глина, является текстура. Это относится к доле песка, ила и глины в почве. Каждый из этих элементов является категорией размера частиц.

Если глинистые частицы составляют от 25 до 45% всех частиц, присутствующих в почве, их можно считать глинисто-песчаными, глинисто-глинистыми или глинисто-иловыми. Если глины превышают 45% от общего состава, мы находимся в глинистой почве из мелкой глины.

Пористость: проницаемость и аэрация

В той степени, в которой содержание глины определяет текстуру и структуру почвы, оно влияет на ее пористость.

Из-за своего малого диаметра частицы глины оставляют очень маленькие поры. Это препятствует циркуляции воды и воздуха в почвенной матрице. Эти условия вызывают насыщение почвы, что может привести к застою воды на поверхности, поскольку инфильтрация не происходит..

Если поры почвы насыщаются водой, ризосфера становится бескислородной (при недостатке кислорода). В этих условиях большинство культурных растений испытывают серьезные трудности в развитии..

В присутствии гумуса глина выражает свое положительное измерение. Глинисто-гуминовый комплекс образуется и агрегаты крупнее. Поэтому поры также больше и улучшают проницаемость и аэрацию

Емкость катионного обмена

Если глины и органическое вещество не удерживают катионы, они будут уноситься водой в направлении более низких горизонтов (выщелачивания), влияющих на плодородие почвы. Способность катионного обмена обусловлена отрицательными электрическими зарядами, которыми обладают как гумус, так и почвенные глины..

PH почвы может влиять на емкость катионного обмена. Это зависит от типа глины, присутствующей в почве.

Когда возникают каолинит и аллофан, отрицательный электрический заряд изменяется в зависимости от pH. Принимая во внимание, что при наличии расширяющихся глин в соотношении 2: 1 нагрузка постоянна при любом значении pH.

Влияние на почвенную микробиоту

Микроорганизмы почвы устанавливают тесную связь адгезии и разделения с частицами глины. На этой поверхности происходят процессы ионного обмена, которые захватываются или выделяются микроорганизмами..

Бак для воды

Из-за своей низкой проницаемости глинистые почвы идеальны как естественные или искусственные залежи воды. Некоторые водоносные горизонты определяются наличием глинистого горизонта на определенной глубине.

состав

Большинство глин относится к группе филлосиликатов (силикатов чешуйчатой формы). Существуют различные типы в зависимости от количества листов, которые формируют его структуру. Среди наиболее распространенных — мусковит, каолинит, биотит, хлорит, вермикулит и монтмориллонит..

Другие глинистые группы средней распространенности — оксиды кварца. Среди наименее часто встречаются полевой шпат, гематит, гетит, кальцит, гипс и галит.

В глинистых почвах пирокластического происхождения (вулканический пепел) есть кристобалит и аморфные материалы.

Из-за коллоидной природы своих частиц глинистые почвы сохраняют большое количество минералов. Глинистые почвы имеют тенденцию удерживать железо (Fe) и в меньшей степени алюминий (Al)..

Поскольку глинистые почвы сохраняют много влаги, происходят процессы окисления. Гидратированные оксиды железа дают этим почвам желтый или красноватый цвет

структура

Глино-гуминовый комплекс

Глины в сочетании с органическими веществами способствуют стабильности структуры почвы. В большинстве случаев именно глинисто-гуминовый комплекс способствует образованию почвенных агрегатов. Напротив, натрий делает глину нестабильной.

Если субстрат сделан исключительно из глины, он не будет иметь структуры и не позволит проникнуть в воду. Это приведет к уплотнению и упрочнению.

Расширяемые глины

Почва с растяжимыми глинами в сезонном тропическом климате претерпевает радикальные структурные изменения в зависимости от условий влажности.

В сезон дождей глины расширяются и почва имеет тенденцию к затоплению, она мягкая, липкая и пластичная. В сухой сезон глины сжимаются, показывая сухие, твердые и с большими трещинами.

место

В профиле

В полном профиле почвы глины расположены главным образом в горизонте B или в горизонте накопления или осадков. Это связано с его небольшими размерами, что приводит к его вымыванию с поверхности.

физиография

В декантирующих ландшафтах на равнинах с крупными реками переливы распределяют частицы в зависимости от веса. В этом смысле глины, будучи наименьшими, в конечном итоге оседают от берега реки в низких областях.

Точно так же в ландшафте гор и долин глины будут стремиться поселиться в последних.

география

В географическом плане его распределение очень изменчиво. На всех континентах глинистые почвы.

Вертисолы присутствуют в разных широтах и занимают около 335 миллионов гектаров по всему миру. По оценкам, потенциал сельхозугодий составляет 150 миллионов гектаров. В тропиках они покрывают около 200 миллионов гектаров; четверть этого считается сельскохозяйственно полезным.

культуры

Осушение и кислотность являются основными элементами, которые необходимо учитывать при использовании глинистых почв для сельского хозяйства..

Урожай для глинистых почв — рис. Вы также можете выращивать хлопок, сахарный тростник и сорго при правильной обработке.

Некоторые кислотоустойчивые и нетребовательные культуры, такие как ананас, каучук или африканская пальма, могут быть получены на некоторых типах глинистых почв..

В пределах постоянных культур некоторые фруктовые деревья адаптируются к глинистым почвам. Среди фруктовых деревьев умеренного климата: яблоня, груша, айва, фундук и ореховое дерево. Лесные насаждения одинаково жизнеспособны.

Для выпаса видов Brachiaria (Пример: Б. гумидикола) и Paspalum (Пример: P. fasciculatumтерпеть избыток воды.

Источник