Неспецифические органические вещества почвы это

Неспецифические органические соединения почв

Органическое вещество почв представлено органическими остат­ками живых организмов, продуктами их метаболизма, а также спе­цифическими органическими соединениями, носящими название по­чвенного Гумуса. По современным представлениям все органические вещества, находящиеся в почвенной массе генетических горизонтов, делятся на две группы.

Неспецифические, т. е. вещества не почвенного происхождения, а имеющие фито-, зоо-, микробоценотическую природу и поступающие в процесс почвообразования как отмирающая био масса (органические остатки) и как продукты жизнедеятельно­сти живых организмов.

Почвенный гумус или специфические органические вещества почвенно-генетической природы, присущие только почвам.

В вещественном составе почв органическим соединениям при­надлежит особая роль, поскольку гумусообразование и гумусонакопление связано только с почвообразовательным процессом и не наследуется, как правило, от материнской почвообразующей породы, хотя, безусловно, материнские породы влияют на состав и свойства гумуса.

Из массы органических веществ биологического происхождения в почвоведении широко представлены углеводы (целлюлоза, моносахариды, дисахариды, гемицеллюлоза, пектиновые вещества), лигнин, белки, жиры, липиды, дубильные вещества, воски и смолы и др. Осо­бую роль играют ферменты и фенолы.

Разные биологические объекты, поступающие в процесс почвообра­зования, весьма варьируют по химическому составу (табл. 1). Углеводы — большая группа органических веществ, куда входят моносахариды, дисахариды, крахмал, целлюлоза (клетчатка), геми­целлюлоза и др. Большая часть приходится на долю целлюлозы. Особенно много ее в древесине — 50—60%. В листьях и травах ее содер­жится около 30%.

Углеводные компоненты, поступающие в почву с растительными II животными остатками, довольно быстро подвергаются различным превращениям: ферментативному гидролизу, окислению, конденса­ции. Их химическая трансформация в дальнейшем может происхо­дить различными путями: а) в условиях высокой биологической ак­тивности наблюдается распад углеводных соединений до мономеров с их дальнейшей конденсацией; 6) низкая биологическая активность способствует накоплению высокомолекулярных соединений за счет процессов ароматизации и карбоксилирования. Наиболее быстро про­цессам разложения подвергаются простые углеводы (моно- и дисахариды). Максимальное разложение углеводов наблюдается в первые три месяца при значительном накоплении новообразеванных гемицеллюлоз.

Специфические функции углеводов в почве:

•формирование почвенной структуры за счет образования водопрочных агрегатов и усиления их стабильности, определяемых высокой -клеящей способностью микробных слизей, обуслов­ленных различными углеводами;

•образование органоминеральных золей с полуторными окисла­ми и глинистыми частицами; ускорение выветривания минералов за счет образования хелатных соединений;

•участие в ионнообменных процессах, т. е. значительное влия­ние на поглотительную способность почвы;

•влияние на питание растений как путем непосредственного по­глощения (моносахариды), так и косвенным, через образование различных соединений (полисахариды);

Химический состав органических остатков, % на сухую беззольную массу (Александрова)

•трансформация гумусовых веществ микроорганизмами ускоря­ется в присутствии углеводов как источника энергии и угле­рода.

Хотя вопросы о распространении углеводов в почвах, влиянии типа почвы на их содержание и распределение пока изучены недо­статочно, в целом, можно, сделать вывод о существенной роли углеводов в почвообразовании.

Гемицеллюлоза сопутствует целлюлозе и составляет 15—30% рас­тительной массы.

Молекула целлюлозы построена из повторяющихся звеньев ангидро-D-глюкозы, соединенных гликозидной связью:

Целлюлоза построена из повторяющихся одинаковых звеньев; многие другие полисахариды при гидролизе дают смесь моносахаридов. Сложными полисахаридами являются гемицеллюлозы, образующие при деструкции глюкозу, маннозу, галактозу и др. Геми­целлюлозы отличаются от целлюлозы более легкой растворимо­стью в щелочных растворах; они легче гидролизуются разбавлен­ными кислотами.

Лигнин отличается высоким содержанием углерода, наличием бен­зольных колец с гидроксильными (ОН) и метоксильными (ОСН₃) группами, которые входят затем как структурные компоненты гуму­совых веществ. В растительных остатках содержание лигнина может достигать 35%.

В основе строения макромолекулы лигнина лежит элементар­ное звено типа С₆С₃, которое называют фенилпропановым звеном:

Белки и аминокислоты — главные химические компоненты неспецифических органических веществ, содержащие азот и фосфор. Содержание белков в биомассах крайне неодинаково: древесина —

Дата добавления: 2014-12-02 ; просмотров: 1629 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Неспецифические органические соединения почв

ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВ

Накопление углерода в почвах происходит в широких приделах табл. 1.

Таблица 1 —Запасы органического углерода (т/га)

в зональных и торфяно-болотных почвах (Орлов, 1995)

Поглощение углерода из атмосферы при фотосинтезе и возвращение его в атмосферу в результате окисления органического вещества в почве происходит в форме двуокиси углерода (СО₂), а в гидросферу — в форме бикарбонатов (НСОз).

Органическое вещество почв представлено органическими остатками живых организмов, продуктами их метаболизма, а также специфическими органическими соединениями, носящими название почвенного гумуса. По современным представлениям все органические вещества, находящиеся в почвенной массе генетических горизонтов, делятся на две группы.

■ Неспецифические, т. е. вещества не почвенного происхождения, а имеющие фито-, зоо-, микробоценотическую природу и поступающие в процесс почвообразования как отмирающая биомасса (органические остатки) и как продукты жизнедеятельности живых организмов.

■ Почвенный гумус или специфические органические вещества почвенно-генетической природы, присущие только почвам.

Гумусообразование и гумусонакопление происходит только в результате почвообразовательного процесса, и не наследуется, как правило, от материнской почвообразующей породы, хотя, безусловно, материнские породы влияют на состав и свойства гумуса.

Из массы органических веществ биологического происхождения в почвоведении широко представлены углеводы (целлюлоза, моносахариды, дисахариды, гемицеллюлоза, пектиновые вещества), лигнин, белки, жиры, липиды, дубильные вещества, воски и смолы и др.

Углеводы — большая группа органических веществ, куда входят моносахариды, дисахариды, крахмал, целлюлоза (клетчатка), геми­целлюлоза и др. Большая часть приходится на долю целлюлозы. Особенно много ее в древесине — 50-60%. В листьях и травах ее содержится около 30%.

Углеводные компоненты, поступающие в почву с растительными и животными остатками, довольно быстро подвергаются различным превращениям: ферментативному гидролизу, окислению, конденсации. Их химическая трансформация в дальнейшем может происходить различными путями: а) в условиях высокой биологической активности наблюдается распад углеводных соединений до мономеров с их дальнейшей конденсацией; б) низкая биологическая активность способствует накоплению высокомолекулярных соединений за счет процессов ароматизации и карбоксилирования. Наиболее быстро процессам разложения подвергаются простые углеводы (моно- и дисахариды). Максимальное разложение углеводов наблюдается в первые три месяца при значительном накоплении новообразованных гемицеллюлоз.

Лигнин отличается высоким содержанием углерода, наличием бензольных колец с гидроксильными (ОН) и метоксильными (ОСН₃) группами, которые входят затем как структурные компоненты гумусовых веществ. В растительных остатках содержание лигнина может достигать 35%.

Белки и аминокислоты — главные химические компоненты неспецифических органических веществ, содержащие азот и фосфор. Содержание белков в биомассах крайне неодинаково: древесина —

Смолы имеют различное химическое строение. Чаще всего встре­чаются в хвойных деревьях.

Воски выполняют функции защитных веществ, содержатся в не­значительных количествах.

Дубильные вещества содержатся почти во всех растениях. Их много в коре древесных пород (5—20%), мало в травах и микроор­ганизмах.

Смолы, воски и дубильные вещества плохо разлагаются в почве, а в некоторых случаях угнетают почвенную микрофлору.

Зольные вещества составляют золу, оставшуюся после сжигания растительных и животных остатков. Содержание зольных элементов в живых объектах варьирует в зависимости от вида, возраста и среды обитания. В растительных остатках золы около 5%, в древесине мало, около 1%, в травах много, около 10%. Основную массу золы составляют Са, Mg, К, Na, Si, H, S, Fe, Al, Mn и многие микроэлементы.

Ферменты определяют ферментативную активность почвенной массы, имеют биологическое происхождение и являются обязательными катализаторами всех биохимических процессов, происходящих при почвообразовании. Очень много ферментов участвуют в катализе процессов расщепления, превращения, минерализации органических веществ неспецифической природы и гумуса.

Фенолы представляют собой особый класс органических соединений. Фенольные соединения присутствует во всех трех фазах почвы и участвуют в биологических, гидрологических, геологических, химических, биохимических и физико-химических процессах, происходящих в почве, подвергаясь многообразным метаморфозам биотического и абиотического синтеза и разложения. Вещества фенольной природы принимают участие в образовании органоминеральных соединений. Почвенные фенолы существуют в нескольких формах: свободные, связанные и прочносвязанные с почвенной матрицей и не передвигающиеся в профиле почвы. Соотношение между ними определяется химической структурой фенолов и совокупностью почвенных условий.

В связи с высокой динамичностью количественной массы неспецифических органических соединений количество этих веществ в почвах варьирует в широких пределах. Считается, что около 10% определяемого в лабораториях гумуса составляют органические вещества неспецифической природы, полностью утратившие морфологические структуры исходных организмов. Неспецифические органические вещества почвы представляют интерес прежде всего как исходный материал для образования другой группы органических веществ, специфичных только для почвенных масс и носящих название гумусовые вещества почвы.

Дюшафур выделил 3 группы форм гумуса. К первой группе относятся почти не разложившиеся или слаборазложившиеся остатки в основном растительного происхождения. Они образуют так называемый грубый гумус – лесные подстилки, степной войлок. Рассматривая грубый гумус под микроскопом, можно хорошо различить детали растительной ткани: конфигурацию клеток, толщину их оболочек и др. Вместе с тем обнаруживается, что наименее стойкие ткани – камбий, флоэма, паренхима первичной коры – разрушены.

Вторая группа состоит из остатков, которые образуют рыхлое черное вещество – модер. Под микроскопом видно, что это вещество состоит из измельченных и сильно измененных растительных остатков – мелких обрывков растительных тканей, лишь частично сохранивших реликты клеточного строения и обильно пропитанных новообразованными органическими соединениями.

Третью группу слагают специальные почвенные органические образования, в которых следы строения растительных тканей не обнаруживаются. Такая форма образует собственно гумус, состоящий из аморфных скоплений разной прозрачности и окраски: от хорошо прозрачных светло-желтых до плохо прозрачных темно-бурых. Гумусовые вещества в одних почвах диффузно распределены в почвенном матриксе, а в других – склеивают мелкие минеральные частицы, образуя гумус типа мулль.

Длительное водонасыщение почвы подавляет деятельность мезофауны и аэробных микроорганизмов, вследствие чего резко снижается интенсивность преобразования растительных остатков. В таких условиях из остатков гидрофильных растений, главным образом мхов, образуется торф, который характеризуется слабой разложенностью растительных остатков (менее 30 %) и волокнистым строением благодаря преобладанию мхов среди растений-торфообразователей. Органическое вещество почвы, состоящей из торфяных компонентов, называется гумусом типа мор. Между рассмотренными формами почвенного органического вещества существуют постепенные переходы.

Источник

Неспецифические органические вещества почвы 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