Гумусное состояние основных типов почв это

Гумусное состояние почв

В связи с тем, что гумус является одним из главных источников элементов питания растений, от его содержания зависит плодородие почвы. Гумусовые вещества влияют на химические, биологические, физические свойства почвы, способствуют созданию благоприятного водно-воздушного режима. Вместе с тем гумусовые вещества довольно быстро изменяются под влиянием окультуривания. В настоящее время самой большой экологической проблемой пахотных почв является проблема дегумификации – уменьшение содержания гумуса в пахотных горизонтах. Процесс снижения содержания и запаса гумуса при введении целинных почв в культуру можно сказать известен, и общие закономерности этого процесса были освещены в монографиях И.В.Тюрина, М.М.Кононовой. Этому вопросу были посвящены работы казахстанских авторов.. Несмотря на это, проблема гумуса продолжает оставаться в поле зрения исследователей до настоящего времени, т.к. почвенное плодородие, как интегральный показатель свойств почв, обусловлено гумусным состоянием почв. Эта проблема актуальна и в связи с усилением техногенной нагрузки на почвенный покров. Нами были проведены стационарные исследования по изучению гумусного состояния черноземов и темно-каштановых почв Кустанайской и Акмолинской областей, составляющих основной земельный фонд Казахстана. В качестве исходных данных для рассмотрения состояния гумуса в освоенных почвах взяты показатели гумусированности целинного варианта, как на черноземах, так и темно-каштановых почвах. Для чего на исследуемых целинных участках и пашнях разного срока использования и вида обработки были заложены почвенные разрезы. Образцы почв отбирались через каждые 10 см до глубины 1,5 м в 8-10 кратной повторностях. Кроме того, в связи с тем, что почвы характеризуются большой пестротой, были отобраны на целине и пахотных черноземах 400 образцов для специальных статистических обработок. Анализы почвы проводили общепринятыми методами. При обработке экспериментального материала использованы методы вариационной статистики. Гумусное состояние почв – это совокупность морфологических признаков, общих запасов, свойств органического вещества и процессов его создания, трансформации и миграции в почвенном профиля. Система показателей, оценивающих гумусное состояние почв, включая уровни содержания и запасов органического вещества почв, его профильное распределение, обогащенность азотом, степень гумификации, типы гумусовых кислот и их особые признаки, была предложена Л.А.Гришиной и Д.С.Орловым. По совокупности этих показателей можно судить о направлениях и темпах гумификации, а также характеризовать гумусное состояние конкретной почвы. Основным источником образования гумуса являются органические остатки. Существует взаимосвязь между содержанием растительной биомассы и содержанием гумуса. По нашим исследованиям на целине запасы растительных остатков в метровом слое в черноземах составляют 25-30, темно-каштановых почвах 20-25 т/га. Главная масса корней сосредоточена в верхнем 0-20 см слое почв. Распашка целины привело к усиленному разрушению корневых остатков. В старопахотных почвах даже за 10 лет освоения запасы корней значительно снизились и составили в черноземах 8-10т/га, темно-каштановых почвах 5-8 т/га. С изменением общих запасов корней связана динамика гумуса. Содержание гумуса в целинной темно-каштановой почве и в почвах первого года освоения различаются незначительно, в верхнем горизонте оно составило 4,48; 4,19% соответственно, старопахотные почвы – 3,45%. Соответственно содержанию гумуса изменяется и содержание азота по вариантам: на целине — 0,29%; под пшеницей по пласту — 0,26%; на старопахотных почвах — 0,20%. Почвы более длительного срока освоения характеризуются более широким отношением С:N. Черноземные почвы Северного Казахстана после освоения целины за 40-45 лет утратили из пахотного слоя 0-20 см 30-35% гумуса от исходного его содержания.

Специальные исследования показали, что снижение гумуса не ограничивается пахотным слоем. Выше приводятся данные по пашне 35-40 лет освоения. За эти годы содержание гумуса снижалось и в глубоких слоях, незатронутых обработкой, так в слое 20-50 см оно снизилось на 24%, а в слое 50-100 см на 16% (табл. 1). Такая же закономерность обнаружена и в почвах других вариантов и также почвах еще более длительного времени использования.

Наиболее интенсивно процесс распада гумуса идет в пахотных горизонтах и уменьшается с глубиной. На глубине 2-30 см гумус наименее подвержен изменениям. Это справедливо как для почв 20 лет и 50 лет освоения. Начиная, с глубины 30 см и до глубины 60 см идет постепенное снижение гумуса, с глубиной. Подсчет запасов гумуса показал, что в верхнем 0-30 см слое целинной почвы запасы гумуса составляют в черноземах –195-200, темно-каштановых почвах – 100-105 т/га. Общий расход гумуса под культурой пшеницы за период 30-40 лет составил 29,9 т/га, а ежегодный расход 0,55 т/га. Причем снижается не только общее количество гумуса, а теряется наиболее активные и ценные для плодородия его части: подвижные гумусовые вещества. Происходит изменение и подвижных гумусовых веществ – наиболее молодых форм гумуса, которые непрочно связаны с минеральной частью почвы, содержат повышенное количество гидролизуемого азота, обладающего способностью быстро трансформироваться и высвобождать азот для растений (табл. 2).

По сравнению с целинной почвой количество подвижных гумусовых веществ на пашне как в черноземах, так и темно-каштановых почвах снизилось на 30-35%.Установлены следующие параметры содержания гумуса – минимальный уровень стабилизации гумуса в черноземах 4,55%, в темно-каштановых почвах – 3,55. Оптимальные уровни содержания гумуса в почвах черноземах 5,5-6,0%, темно-каштановых 3,5-4,0%, что подтверждается исследованиями и других авторов. Наряду с изменением количества гумуса происходит изменение его качественного состава. В составе гумуса черноземов и темно-каштановых почв преобладают гуминовые кислоты, а среди них связанные с кальцием (табл. 3).

Анализ фракционного состава гумуса черноземов и темно-каштановых почв интенсивно используемых в земледелии по нашим данным и материалам других исследователей показал общее относительное увеличение содержания гумусовых веществ в средней части гумусового горизонта, что определяется значительным возрастанием гуминовых кислот второй фракции. Содержание гуминовых кислот первой фракции невелико и приурочено в основном к верхней части профиля. Содержание гуминовых кислот третьей фракции, связанных с глинистой фракцией, не очень значительно и слабо дифференцировано в профиле почв. Наиболее существенную и определяющую роль в составе гумуса изученных почв играют гуминовые кислоты второй фракции. Общее содержание фульвокислот составляет 20-25%, вниз- почвенного профиля несколько увеличивается. Значительную часть гумуса (30-45%) прочно связана с гумином – нерастворимым остатком и не извлекается при обработке щелочами и кислотами. В темно-каштановых почвах качественный состав гумуса изменился следующим образом, в старопахотной почве сумма гуминовых кислот в слое 0-10 см составляет 32,51% к общему углероду, сумма фульвокислот 23,38%, а в целинной почве в том же слое 29,90 и 24,11% соответственно. Преобладающая часть гумуса представлена также специфическими гумусовыми веществами, связанными с поглощенным кальцием. Как в черноземах, так и темно-каштановых почвах снижение содержания гумуса сопровождается уменьшением всех групп гумусовых веществ, отнесенных к массе почвы. Таким образом, длительное использование почв в земледелии привело к изменению гумусного состояния пахотных почв. Это обусловлено рядом причин. Снижение содержания гумуса в пахотном слое почв примерно на 1/3 его количества является естественным природно-экологическим следствием распашки целинных почв. Этому способствуют многие факторы: сокращение количества поступающих в почву растительных остатков, изменение количественного и качественного состава зольного обмена в системе почва-растительность, изменение процессов трансформации растительных остатков в связи с изменение экологической обстановки, применение севооборота без травяного клина. Одним из главных причин считают эрозию почв. Если бы не было эрозии, то содержание гумуса в черноземе как в агроэкосистеме стабилизируется на определенном уровне через 15-20 лет и оно не представляло бы угрожающего явления.

Источник

Гумусное состояние почв

Гумусное состояние почв – совокупность показателей, характеризующих содержание гумуса, его распределение по профилю, качественный состав и запасы. Для оценки количества гумуса используют:

— содержание гумуса в верхнем горизонте (в %),

— его изменение по профилю почв,

Основными показателями качественного состава являются: отношение Сгк: Сфк (тип гумуса), содержание отдельных групп (групповой состав) и фракций (фракционный состав), обогащенность гумуса азотом (в %) и ряд других.

Гумусное состояние тундровых почв характеризуется слабой степенью гумификации органического вещества, его средними запасами в, резко убывающим его распределением по профилю, гуматно-фульватным типом гумуса, низким содержанием азота и активностью дыхания почв.

Гумусное состояние подзолистых лесных почв характеризуется наличием мощной подстилки, отчетливой выраженностью трех подгоризонтов подстилки, очень низким содержанием гумуса и его запасов, средней степенью гумификации органического вещества, средней обогащенностью азотом, фульватным и гуматно-фульватным типом гумуса, высоким содержанием гумусовых кислот, низким содержанием фракций, связанных с Са и прочносвязанных. Активность дыхания почв – средняя.

Дерново-подзолистые лесные почвы характеризуются наличием среднемощной подстилки, низким содержанием гумуса и его запасом, средней степенью гумификации, резко убывающим характером распределения органического вещества, средней обогащенностью его азотом, гуматно-фульватным типом гумуса, очень высоким содержанием свободных гумусовых кислот, очень низким содержанием фракций, связанных с Са и прочно связанных с минеральной частью. Интенсивность дыхания – средняя.

Гумусное состояние черноземовтипичных пахотных характеризуется высоким содержанием органического вещества и его большим запасом, постепенно убывающим характером распределения его по профилю, средней обогащенностью азотом, очень высокой степенью гумификации, фульватно-гуматным и гуматно-фульватным типами гумуса, низким содержанием свободных гуминовых кислот, высоким содержанием кислот, связанных с Са, очень низкими содержаниями прочносвязанных ГК и негидролизуемого остатка, высоким уровнем дыхания.

Мощность гумусовых горизонтов в черноземных почвах составляет 1-1,5 м, а в черноземах Украины и Кубани достигает 2 м и больше.

В сероземах количество гумуса очень небольшое.

Органическое вещество почв пустынь и полупустынь характеризуется высокой степенью гумификации, высокой обогащенностью азотом и фульватно-гуматным типом гумуса.

К количественной оценке содержания гумуса в почве возможны два подхода – генетический и агрономический.

Параметры генетической оценки предусматривают следующие уровни содержания гумуса (в горизонте А (Н) или Апах (Нпах)):

— очень высокое – > 10%;

— очень низкое –

Низкий уровеньхарактеризуется при применении зональной агротехники постоянно более низкими средними урожаями.

Под критическим уровнемсодержания гумуса понимают такое его количество, при котором существенно ухудшаются агрономические свойства почвы и ее способность противостоять агрогенным нагрузкам. При этом плотность почвы, ее структурное состояние, физико-механические свойства пахотного слоя приближаются к свойствам почвообразующих пород.

Для пахотных дерново-подзолистых суглинистых почв таким рубежом обычно является содержание гумуса

Источник

Гумусное состояние основных типов почв это

Органическое вещество (ОВ) почвы составляет примерно 10 % от объема твердой фазы. Однако, несмотря на незначительную долю, оно играет практически ключевую роль в почвенных процессах и плодородии.

Основные функции:

1. Источник энергии для микроорганизмов и растений
2. ОВ увеличивает рыхлость почвы, водопрочность агрегатов, уменьшает плотность почвы (роль гуминовой кислоты)
3. ОВ улучшает усвоение растениями питательных минеральных соединений
4. ОВ повышает влагоемкость, поглотительную способность, буферность
5. ОВ повышает связность легких почв и уменьшает связность тяжелых
6. ОВ влияет на биологическую активность
7. Санитарно-защитная: ОВ ускоряет детоксикацию (разложение) пестицидов
8. На почвах с большим содержанием гумуса растения лучше переносят избыток минеральных удобрений

2. Источники органического вещества и гумуса

К основным источникам относят:

1. Опад зеленых растений (наземный и подземный — корневой)
2. Биомасса микроорганизмов
3. Биомасса беспозвоночных

Поступление органических остатков – процесс привноса органического вещества на поверхность почвы или в почву в виде свежих отмерших растительных и животных остатков, экскрементов животных, органических удобрений.

Интенсивность и характер процесса зависит от климата, рельефа и главным образом от функционирования структуры биогеоценоза или агроценоза.

Поверхностное поступление органических остатков, как правило, преобладает в лесных экосистемах.

Здесь основная биомасса сосредоточена в надземном ярусе. Корневой опад в 3-5 раз меньше, чем надземный. В составе микроорганизмов преобладают грибы.

Внутрипрофильное поступление органических остатков преобладает в травянистых экосистемах, в т.ч. степи.

Основная часть биомассы сосредоточена в минеральной толще почвы. Корневой опад в 3-6 раз превышает наземный. В составе микроорганизмов преобладают бактерии.

В агроценозах органические остатки поступают в виде:

1. корневых систем культурных растений, пожнивных остатков, соломы
2. сидератов (зеленых удобрений)
3. органических удобрений (основной источник навоз), при этом 50 % фитомассы отчуждается с урожаем.

Важнейшими факторами являются количество, качественный состав опада и обогащение его элементами питания, азотом, биофильными элементами.

Химический состав органических остатков

Химический состав представлен различными по устойчивости к микробиологическому воздействию классами сложными органическими соединениями.

Сухое вещество представлено:

углеводы (целлюлоза, гемицеллюлоза)
белки
лигнин
липиды
воска и смолы
дубильные вещества
различные пигменты
ферменты и витамины

С, H, O, N (на них приходится 90-99 %)
зольные элементы (1-10 %) – Ca, K, Si, P, Mg
С : N

Минимальная зольность характерна для древесных остатков. Максимальная зольность для травянистых остатков.

3. Структура органического вещества. Состав и свойства гумуса

Всю совокупность органических соединений углерода, присутствующих в почве, называют органическим веществом. Это органические остатки (ткани растений и животных, частично сохранившие исходное анатомическое строение), продукты трансформации и распада, органические соединения специфической и неспецифической природы .

Гумусом называют сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации органических остатков и продуктов жизнедеятельности живых организмов.

Набор органических веществ в почве очень велик. Содержание отдельных соединений меняется от целых процентов до следовых количеств. Однако ни перечень соединений, ни их соотношение в разных почвах нельзя считать случайными.

Состав органической части почвы закономерно обусловлен факторами почвообразования. По мнению В.М.Пономаревой (1964), типы почвообразования являются синонимами общего цикла превращения органических остатков растений (типов гумусообразования). Остановимся на характеристике органических соединений неспецифической и специфической природы.

Неспецифические органические соединения – это соединения, синтезируемые живыми организмами и поступающие в почву после их отмирания. Значит, источником неспецифических соединений служат растительные и животные остатки. Химический состав различных органических остатков имеет общие черты. Преобладают углеводы, лигнин, белки, липиды.

Углеводы являются важнейшим источником углерода и энергии для почвенных микроорганизмов, стимулируют развитие корневых систем.

Они представлены следующими соединениями:

Моносахариды – содержатся в микроколичествах (от десятых долей до единиц процентов состава растений) и быстро утилизируются микроорганизмами;
Олигосахариды (сахароза, лактоза) – до 5-7% состава растений, трансформируются медленно;
Полисахариды (целлюлоза – до 40%, крахмал – единицы процентов, пектиновые вещества – до 10% и др.) – наиболее устойчивы к разложению.

По данным Л.А.Гришиной (1986), запасы моно- и олигосахаридов в надземной массе фитоценозов тундры составляют 9-50г/м2, хвойных лесов -500-1000, степей – 11-17 г/м2. Запасы целлюлозы в тундровых сообществах достигают 26-119 г/м2, хвойных лесах -8,5 – 9,5, разнотравно-злаковых лугах -115, зерновых агроценозах -75-100 г/м2. Моно- и олигосахаридов в корнях тундровых сообществ накапливается больше, чем в надземной массе. В корнях травянистых растений степей их примерно столько же, сколько в надземных органах. Наибольшее количество целлюлозы отмечается в корнях хвойных лесов (более 2,5 кг/м2).

Значение лигнина определяется следующими свойствами:

1. Это одно из наиболее устойчивых к разложению органических соединений, поступающих в почву с растительным опадом;
2. Содержит бензольные ядра, несущие гидроксильные и метоксильные группы. Углеродный скелет такого ядра сходен со скелетом ароматических продуктов деструкции гумусовых кислот;
3. Хорошо гумифицируется;
4. Служит источником для образования гуминовых веществ.

Лигнин в максимальных количествах содержится в одревесневших частях растений (до 20%), много его в составе лишайников (до 10%) и почти нет во мхах. В надземной массе травянистой растительности луговых степей и агроценозов содержание лигнина не превышает 8%. Запасы лигнина в надземной биомассе хвойных лесов составляют 4-6 кг/м2, тундровых фитоценозов – до 90, луговых степей -30 г/м2.

Запасы лигнина в подземной массе различных фитоценозов весьма варьирует. В корневых системах тундровых лугов они минимальны ( 1500 г/м2). Липиды разнокачественные химические соединения, экстрагируемые органическими растворителями. Компонентами липидов являются эфиры глицерина, свободные жирные кислоты, каротиноиды и воска. Содержание липидов в бактериях достигает 40%, грибах – 20, беспозвоночных животных -15%, в надземной части лесных и степных фитоценозов меняется от 2,5 до 6%. Запасы липидов в надземной части хвойных лесов (1кг/м2) в десятки раз превышают таковые в луговых степях (20 г/м2). В подземной биомассе хвойных лесов аккумулируется в 3-4 раза больше липидов (150-350 г/м2), чем в корневых системах луговых степей и агроценозов (40-80 г/м2).

Как показывает Д.С.Орлов (1985), накопление липидов в почвах находится в обратной зависимости от степени гумификации и содержания гуминовых кислот. Доля липидов минимальна (2-4%) в почвах с высокой степенью гумификации органического вещества (серые лесные, черноземы, каштановые). В почвах с низкой степенью гумификации (подзолистые, дерново-подзолистые) она повышается в 2-3 раза.

Белки, полипептиды, аминокислоты, аминосахара, нуклеиновые кислоты и их производные, хлорофилл, амины – важнейшие неспецифические азотсодержащие вещества. Белки составляют 90% этой группы веществ и имеют следующее значение:

1. Потребляются микроорганизмами;
2. Подвергаются быстрому разложению до пептидов или аминокислот;
3. Минерализуются до воды и аммиака;
4. Совместно с пептидами и аминокислотами входят в состав гуминовых веществ.

Содержание белков и других азотсодержащих соединений в различных организмах колеблется в широких пределах. Запасы белков в надземной части фитоценозов тундры меняются от 12-46 г/м2, в хвойных лесах – от 300 до 400, луговых степях до 50 г/м2. В подземной биомассе кустарничково-осоко-моховой тундры они равняются 80 г/м2, хвойных лесах 180-280, луговых степях – 70-130 г/м2. В растительных остатках бобовых культурных растений запасается в 2-3 раза больше белков, чем в пожнивно-корневых остатках злаковых полевых культур.

В остатках растений, животных и микроорганизмов есть и другие углеродсодержащие соединения, например, воски, смолы, дубильные вещества, пигменты, ферменты. Они также выполняют определенную роль в почвенных процессах.

Специфические органические соединения углерода представлены гумусовыми кислотами (гуминовые и фульвокислоты), прогуминовыми веществами и гумином. Прогуминовые вещества &#150 &#171молодые&#187 гуминоподобные продукты распада органических остатков слабо изучены. Гумин – нерастворимые органические соединения, прочно связанные с минеральной частью почвы. Изучены недостаточно, но имеют значение в формировании структурных агрегатов почвы.

Подробнее остановимся на характеристике гумусовых кислот, поскольку их формирование, количество и состав определяются экологическими условиями почвообразования.

Атомы углерода в гуминовых кислотах составляют 36-43% от общего числа атомов в молекуле. Это свидетельствует о значительной замещенности ароматических колец иразвитии боковых алифатических цепей. Фульвокислоты содержат значительно меньше углерода.

В зональном ряду почв отмечается увеличение содержания углерода в гуминовых кислотах черноземов. В подзолистых, дерново-подзолистых, бурых лесных и буроземах формируются наименее обуглероженные гуминовые кислоты. В фульвокислотах черноземов, каштановых почв наблюдается уменьшение содержания углерода, а у подзолистых почв и красноземов – увеличение. Пониженную обуглероженность фульвокислот черноземов и повышенную дерново-подзолистых почв Д.С.Орлов объясняет особенностями микробиологической деятельности этих почв.

Высокая биологическая активность черноземов способствует отщеплению боковых цепей от молекул гуминовых кислот (обуглироживанию) и накоплению наиболее устойчивых продуктов. Фульвокислоты, являясь доступной для микробов группой почвенного гумуса, быстро используются микроорганизмами и обновляются. В результате доля фульвокислот в составе гумуса снижается, а сами фульвокислоты, будучи молодыми, оказываются менее обуглероженными. В подзолистых почвах фульвокислоты накапливаются в больших количествах и в более сложных формах, обогащенных углеродом.

Этому благоприятствуют условия для их сохранения, поскольку при пониженной биологической активности гуминовые кислоты отличаются хорошо выраженными периферическими и алифатическими цепями и легко используются микроорганизмами.

Таким образом, процессы трансформации органического вещества обусловливают в черноземах резкую дифференциацию гумусовых кислот, а в подзолистых и дерново-подзолистых почвах – относительное сближение состава гуминовых и фульвокислот.

По степени подвижности выделяют две фракции органического вещества: легкоминерализуемая (ЛМОВ) и стабильная (Сстаб. гумус). ЛМОВ служит одновременно источником синтеза гумуса и источником формирования минерализационного потока углерода в атмосферу; рассматривается как сумма лабильного (ЛОВ) и подвижного (ПОВ) органического вещества.

Компонентами ЛОВ являются растительные и животные остатки, микробная биомасса, корневые выделения; ПОВ – органические продукты растительных остатков и гумуса, легко переходящие в растворимую форму. Стабильный гумус – устойчивое к разложению органическое вещество.

Разделение органического вещества по степени подвижности необходимо не только для изучения теоретических вопросов, но и практики земледелия. Дефицит легкоминерализуемого органического вещества в почвах определяет ухудшение питательного режима и структурного состояния почв. Поэтому задача земледельца заключается в поддержании в почве определенного количества легкоминерализуемого органического вещества.

В.В.Чупровой (1997), установлено, что запашка 8 т/га пожнивно-корневых остатков люцерны или 12т/га фитомассы донникового сидерата в пахотный слой выщелоченного чернозема обеспечивает положительный баланс углерода и азота в почве и существенную прибавку урожайности культур в севообороте.

Следовательно, увеличивая и поддерживая на определенном уровне количество легкоминерализуемых веществ, можно повышать потенциал почвенного плодородия, в том числе и эффективного.

4. Процессы превращения органических остатков в почве

Совокупность процессов трансформации органических веществ в почвах составляют процесс гумусообразования, который определяет формирование и эволюцию гумусового профиля почв. К процессам трансформации органических веществ относят: поступление в почву растительных остатков, их разложение, минерализацию и гумификацию, минерализацию гумусовых веществ, взаимодействие органических веществ с минеральной частью почвы, миграцию и аккумуляцию органических и органо-минеральных соединений.

Любые органические остатки, попадающие в почву или находящиеся на ее поверхности, разлагаются под воздействием микроорганизмов и почвенной фауны, для которых они служат строительным и энергетическим материалом. Процесс разложения органических остатков слагается из двух звеньев – минерализации и гумификации.

Минерализация – распад органических остатков до конечных продуктов – воды, диоксида углерода и простых солей. В результате минерализации происходит сравнительно быстрый переход различных элементов (азот, фосфор, сера, кальций, магний, калий, железо и др.), закрепленных в органических остатках, в минеральные формы и потребление их живыми организмами следующих поколений.

Гумификация – совокупность биохимических и физико-химических процессов трансформации продуктов разложения органических остатков в гумусовые кислоты почвы. Итог гумификации – закрепление органического вещества в почве в форме новых продуктов, устойчивых к микробиологическому разложению, служащих аккумуляторами огромных запасов энергии и элементов питания.

Факторы минерализации

Наиболее интенсивно распад органических остатков до конечных продуктов идет при оптимальной влажности почвы (60…80% от полной влагоемкости) и температуре (20-250С). При увеличении влажности и температуры или их снижении уменьшается скорость разложения остатков. При постоянном и резком недостатке влаги и высоких температурах в почву поступает мало растительных остатков, разложение их замедлено и осуществляется в виде процессов &#171тления&#187. Темп разложения растительных остатков в значительной степени зависят от типа биогеоценоза и типа почвы.

Большое влияние на интенсивность разложения опада оказывает и химический состав растительных остатков. При высоком содержании в составе растительных остатков соединений, устойчивых к микробиологическому воздействию, они накапливаются на поверхности почвы в количествах, значительно превышающих масштабы ежегодного опада (почвы тундры и таежно-лесной зоны). По этой причине древесина, хвоя и другие компоненты растительного опада, содержащие много лигнина, смол, дубильных веществ, но мало азотистых белковых соединений, разлагаются медленно. Надземная масса трав, особенно бобовых, разлагается быстрее, а корневые остатки минерализуются с меньшей скоростью вследствие увеличения в них доли лигнино-целлюлозного компонента. Когда же растительные остатки обогащены белковыми соединениями, то их разложение протекает весьма интенсивно (почвы лесостепи).

Важно учитывать особенности климатических условий, которые определяют характер функционирования почвенной фауны и микроорганизмов.

Значительное влияние на скорость минерализации оказывают минералогический и гранулометрический составы почвы. При оптимальных условиях разложения в почвах тяжелого гранулометрического состава, богатых высокодисперсными глинистыми минералами, минерализационные процессы тормозятся. Это обусловлено высокими величинами свободной поверхности минералов, благодаря чему на них сорбируются промежуточные продукты разложения и новообразованные гумусовые вещества, что предохраняет их дальнейшей минерализации. В почвах с преобладанием первичных минералов, сорбция практически не выражена, поэтому процесс минерализации протекает очень активно. Это свойственно почвам легкого гранулометрического состава, в связи с чем они всегда содержат мало гумуса. В почвах с кислой реакцией среды процессы разложения остатков тормозятся вследствие угнетения бактериальной микрофлоры. При наличии в почве поливалентных металлов (железо, марганец, алюминий), образуются комплексные органо-минеральные соединения, устойчивые к действию микроорганизмов. Одновалентные катионы и щелочная реакция среды способствуют образованию подвижных водорастворимых органических соединений, что благоприятствует их последующей минерализации.

Таким образом, свойства почвы прямо или косвенно влияют на скорость разложения органических остатков. Прямое влияние выражается в степени развития процессов взаимодействия продуктов распада с компонентами почвы, косвенное – в регулировании интенсивности жизнедеятельности микроорганизмов и их состава.

Концепции гумусообразования

Если минерализация органических остатков изучена довольно подробно, то механизм гумификации остается до конца не ясным. К настоящему времени предложен ряд концепций образования гумусовых веществ, но все они носят гипотетический характер.

Конденсационная (полимеризационная) гипотеза.

Впервые она была выдвинута А.Г.Трусовым (1913). Большой вклад в развитие этой гипотезы внесла М.М.Кононова. Сущность процесса гумификации, с ее точки зрения, может быть охарактеризована следующими положениями:

1. Процесс гумификации растительных остатков сопровождается минерализацией входящих в них компонентов до диоксида углерода, воды, аммиака и других компонентов;
2. Все компоненты растительных тканей могут быть первоисточниками структурных единиц гумусовых кислот в форме продуктов распада, продуктов микробного метаболизма, распада и ресинтеза;
3. Ответственное звено процесса формирования гумусовых веществ – конденсация структурных единиц, которая происходит путем окисления фенолов ферментами типа фенолоксидаз и взаимодействие их с аминокислотами и пептидами;
4. Заключительное звено формирования системы гумусовых веществ – поликонденсация (полимеризация) представляет собой химический процесс.

Гипотеза биохимического окисления

С принципиально иных позиций рассматривал процесс гумусообразования И.В.Тюрин. Он считал, что основная черта гумификации – реакции медленного биохимического окисления различных высокомолекулярных веществ, имеющих циклическое строение. Это положение получило дальнейшее развитие в трудах Л.Н.Александровой.

По Л.Н.Александровой, гумификация – сложный биофизико-химический процесс трансформации промежуточных высокомолекулярных продуктов разложения органических остатков в особый класс органических соединений – гумусовые кислоты.

Гумификация представляет собой очень длительный процесс и состоит из 3 этапов:

Новообразование гумусовых кислот (биохимическое окислительное кислотообразование), т.е. формирование системы гумусовых кислот осуществляется при непосредственном участии оксидаз микроорганизмов. На этом же этапе начинается фракционирование системы образующихся гумусовых веществ на гуминовые и фульвокислоты. Взаимодействуя с минеральными компонентами почвы и зольными элементами, высвобождающимися из растительных остатков, возникшая система гумусовых веществ распадается на группы. Менее подвижная часть формируется как группа гуминовых кислот, а более дисперсные фракции, образующие растворимые соли, составляют группу фульвокислот.

На втором этапе происходит дальнейшая трансформация новообразованных кислот. В гуминовых кислотах постепенно возрастает степень ароматизации за счет частичного разрушения алифатических компонентов и внутримолекулярных группировок. Важная черта этой стадии – гидролитическая и окислительная направленность.

На третьем этапе происходит постепенная минерализация гумусовых веществ, осуществляющаяся при участии многообразной системы экзоферментов микроорганизмов. Основные реакции этого этапа – гидролиз и оксиредукция, в результате которых происходит гидролитическое расщепление молекул гумусовых соединений, разрушение гетероциклических и ароматических группировок и в конечном итоге полное окисление продуктов распада до аммиака, воды, диоксида углерода. Фрагменты молекул гумусовых веществ ароматической природы не подвергаются полной минерализации, а, взаимодействуя с новообразованными соединениями, повторно включаются в процесс гумификации.

Матричная достройка или фрагментарное обновление гумусовых веществ

Теория фрагментарного обновления А.Д.Фокина основана на том, что продукты разложения органических веществ могут не формировать целиком новую гумусовую молекулу, а включаться путем конденсации сначала в периферические фрагменты уже сформированных молекул, а затем в циклические структуры. Таким образом, атомный и фрагментарный состав почвенного гумуса постоянно обновляется за счет новых поступлений органического материала. При этом периферические фрагменты обновляются в несколько раз быстрее, чем ядерные. Продукты разложения органического вещества практически одновременно включаются во все фракции почвенного гумуса, причем в количествах, приблизительно пропорциональных содержанию этой фракции.

5. Гумусное состояние почв и приемы его регулирования

Гумусное состояние почв – важнейший показатель количественной оценки плодородия. Характеризуется набором показателей, отражающих уровень накопления гумуса в почве; его профильное распределение; качественный состав; миграционную способность.

Источник