Источники органических веществ в почве

Источники органической части почвы — органические остатки разной природы, поступающие в нее. В целинных почвах — это растительные остатки, микроорганизмы и почвенная фауна. Наибольшую биомассу имеют зеленые растения (автотрофы), способные синтези­ровать органические вещества из минеральных соединений. Биомасса почвенных микроорганизмов и представителей животного мира в не­сколько десятков, сотен и даже тысяч раз уступает биомассе зеленых растений. Новых запасов органического вещества они не вносят, а пе­рерабатывают растительные остатки, образуя вторичные формы орга­нических веществ почвы.

Существенным источником органических веществ в пахотных поч­вах являются органические удобрения разного состава.

 

Общая схема гумусообразования. Современные представления о гумусообразовании

Гумусообразование — сложный биохимический процесс превращения органических остатков в гумус, развивающийся в почве при обяза­тельном участии микроорганизмов.

В основе гумусообразования лежат следующие процееы:

1. разложение;
2. минерализация;
3. вторичный микробный синтез;
4. гумификация.

Общую схему гумусообразования можно представить следующим образом.

Органические остатки, попадая в почву, разлагаются под действием микроорганизмов, а также мелких живых организмов (насекомые, дождевые черви участвуют в измельчении и перетерании растительных остатков). При этом растительные остатки теряют свое анатомическое строение. В процессе разложения растительных остатков их органические вещества превращаются в более подвижные и простые соединения, так называемые промежуточные продукты разложения. Часть этих соединений полностью минерализуется микроорганизмами, т.е. разлагаетсядо элементов минерального питания, углекислого газа и воды. Продукты распада используются новыми поколениями зеленых растений как источник питания. Часть промежуточных продуктов разложения органических остатков потребляет другая группа микроорганизмов для синтеза жиров, белков, углеводов (процесс вторичного микробного синтеза). Еще часть промежуточных продуктов разложения превращается в сложные ВМС специфической природы – гумусовые вещества. Этот процесс называется гумификацией.

Процесс гумификации довольно сложный. Существуют различные концепции, объясняющие образование гумуса.

1. Конденсационная, или полимеризационная, теория гумификации (Трусов, Кононова,Фляйг). Согласно этой концепции, гумификация – это конденсация полимеров.

2. Теория окислительного карбоксилирования (Тюрин, Александрова)

Согласно этой концепции, гумификация идет в несколько этапов:

– окислительное карбоксилирование (кислотообразование);

– фракционирование на группы гуминовых и фульвокислот;

– отщепление боковых цепей, дезаминирование и внутримолекулярная перегруппировка;

– окисление и полная минерализация гумусовых кислот.

 

Состав и качество гумуса

Гумус – это сложный комплекс высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений, состоящих из:

– гуминовых кислот;

– фульвокислот;

– гуминов.

 

Гуминовые кислоты слаборастворимы в воде, нерастворимы в ми­неральных и органических кислотах, хорошо растворяются в щелочах, имеют темно-коричневый или черный цвет, из растворов легко осаж­даются двух- и трехвалентными катионами Са²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, A1³⁺. Сред­ний элементный состав ГК следующий: С — 50...62%; Н — 2,8...6,6; О — 31...40; N — 2...6%, причем больше углерода в ГК чернозёмов.

Фульвокислоты хорошо растворимы в воде, минеральных кислотах, щелочах с образованием растворов соломенно-желтого и оранжевого цвета, кислорода содержат больше, чем ГК, имеют более выраженные кислотные свойства. Фульвокислоты обладают сильной разрушающей способностью первичных и вто-

чных минералов, особенно при малом количеств.е ГК и являются одним из основных агентов подзолообразовательного процесса

Гумины — нерастворимые остатки, представляющие собой сово­купность ГК и ФК, прочно связанных с минеральной частью почвы, а также полугумифицированные остатки лигнина, целлюлозы, смол, восков и других соединений.

Важной характеристикой гумусового состояния почв (качества гумуса) является тип гумуса, который по соотношению углерода гуминовых кислот к угле­роду фульвокислот (С_ге: С_фк) делится на четыре группы

 

Типы гумуса по соотношению С_га: С_фк

 

Тип гумуса	По Л.Н.Алек­сандровой
1. Фульватный	<0,6
2. Гуматно-фульватный	0,6...0,8
3. Фульватно-гуматный	0,8...1,2
4. Гуматный	>1,2

 

Наиболее благоприятный фульватно-гуматный и гуматный типы с наименьшим количеством фульвокислот (характерен для черноземов, дерново-карбонатных почв)

 

Роль гумуса в почвообразовании и плодородии почв.

1. Взаимодействуя с минеральной частью почвы, гумусовые веще­ства и их производные участвуют в трансформации минералов. Разру­шение их фульвокислотами сопровождается миграцией растворимых продуктов в нижележащие горизонты.

2. Гумус — основной источник энергии в самых разнообразных почвенных процессах.

3. Гумус является аккумулятором азота, в нем содержится 80...90% почвенного азота.

4. Гумус – источник СО₂, который выделяется при его разложении и используется для фотосинтеза растений.

5. Высокогумусовые почвы характеризуются высокой биологической активностью.

6. Гумус — физиологически активное вещество. Продукты гумификации являются регуляторами и стимуля торами роста и развития растений.

7. Гумус выполняет санитарно-защитные функции. Благодаря высокой биологической активности он разрушает остатки пестицидов и других токсикантов и загрязнителей, устраняет негативное влияние избыточных доз минеральных удобрений.

8. Гумусовые вещества придают почве темную окраску, что способствует более интенсивному поглощению солнечной энергии. Органическое вещество предохраняет почву от быстрой потери тепла, а подвергаясь разложению, само выделяет тепло, в следствии чего богатые гумусом почвы более теплые.

 

Лекция

СТРУКТУРА ПОЧВЫ

1. Понятие о структуре и структурности почвы

2. Типы и виды структуры почвы

3. Факторы, условия образования и разрушения структуры

4. Мероприятия по созданию и поддержанию структуры.

 

Понятие о структуре и структурности почвы. Типы и виды структуры почвы

Способность почвы распадаться на агрегаты называется структурностью, а совокупность различных по форме и размеру агрегатов – почвенной структурой.

Структура почвы — очень важный показатель, характеризующий ее плодородие. Влияя на многие свойства почвы, она во многом определяет урожайность сельскохозяйственных культур.

В зависимости от размера структурные агрегаты подразделяются на микро- (< 0,25 мм), мезо- (0,25...10,0 мм) и макроагрегаты (> 10 мм). Наиболее ценными являются мезоагрегаты. Почва считается хорошо оструктуренной, если содержание в ней мезоагрегатов превышает 55%, а сами мезоагрегаты являются устойчивыми к механическому разрушению. От последнего во многом зависит способность почвы сохранять агрофизические свойства в благоприятном для растений состоянии при ее увлажнении и многократных обработках.

Различают 3 типа структуры (По С.А.Захарову):

– кубовидная (агрегаты равномерно развиты по трем взаимно перпендикулярным осям);

– призмовидная (агрегаты развиты в вертикальной плоскости);

– плитовидная (агрегаты развиты в горизонтальной плоскости)

Разновидности кубовидной структуры: глыбистая, комковатая, ореховатая, зернистая

Разновидности призмовидной структуры: столбчатая; столбовидная

Разновидности плитовидной структуры; сланцеватая; плитчатая, пластинчатая, листовая, чешуйчатая.

Факторы, условия образования и разрушения структуры

Образование почвенной структуры происходит под воздействием физических, физико-химических, химических и биологических факторов.

К физическим факторам относятся, например, иссушение и увлажнение почвы, замерзание и оттаивание почвенной влаги, давление корней растений, рыхлящая деятельность животных, механическая обработка почвы.

К физико-химическим факторам образования почвенной структуры относят коагуляцию почвенных коллоидов и их цементирующее воздействие.

Основными катионами, вызывающими необратимую коагуляцию почвенных коллоидов, являются Са²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺ и А1³⁺. При насыщении ими коллоидов образуются структурные отдельности, устойчивые к размывающему действию воды. Если же почвенный поглощающий комплекс насыщен катионами Na⁺, то необратимой коагуляции коллоидов не происходит. В этом случае формируются очень непрочные агрегаты.

В образовании водопрочной структуры большую роль играют и минеральные, и органические коллоиды. Тем не менее, следует отметить, что почвенные частицы особенно прочно скрепляются в структурные отдельности с помощью гумуса (органических коллоидов). Без него, только за счет минеральных коллоидов, водопрочной структуры не будет. Из минеральных коллоидов наибольшее значение в создании устойчивой структуры имеют глинистые минералы, особенно монтмориллонитовой группы, гидрооксиды железа и алюминия.

К химическим факторам формирования структурных отдельностей относится образование в почве различных соединений, которые плохо растворяются в воде и которые, попадая в поры внутри комков, цементируют их. Такие агрегаты имеют меньшую ценность, так как значительная часть их пор может быть заполнена цементирующим веществом. К химическим факторам относят, например, склеивающую способность соединений железа, которая может проявиться в почвах с временным избыточным увлажнением.

Биологические факторы — это растительность и населяющие почву живые организмы. Среди них главную роль в оструктуривании почвы выполняют многолетние травы. Они имеют хорошую корневую систему, при гумификации которой образуются гумусовые вещества (органические коллоиды), обладающие, большой склеивающей способностью. Дождевые черви пропускают через кишечный тракт растительные остатки и частицы почвы и выделяют их в виде капролитов, обладающих большой устойчивостью к размывающему действию воды. Способствуют образованию почвенной структуры и продукты жизнедеятельности микроорганизмов.

Механическое разрушение структуры происходит под влиянием обработки почвы, передвижения сельскохозяйственной техники, людей, животных.

Физико-химические факторы разрушения структуры связаны с реакциями обмена двухвалентных катионов на одновалентные. При этом происходит процесс пептизации и структурные отдельности разрушаются.

Биологические факторы разрушения связаны с процессами минерализации почвенного гумуса – главного клеющего вещества при образовании структуры.