3.9. Органические вещества почвы

Итогом процессов, происходящих в почвенной экосистеме, является гумус – органическое вещество почвы, результат взаимодействия живых организмов и материнской породы [15, с.215].

Количество гумуса в зональных типах почв тесно связано с географическими условиями. Так, содержание гумуса увеличивается от таежных подзолистых почв (2,5–4 %) на юг к серым лесным (4–6 %) и далее к черноземам (10–15 %), а затем закономерно уменьшается в каштановых почвах сухих степей (2–4 %) и в сероземах пустынь – до 1–2 %. Толщина гумусова слоя у черноземов на равнине может достигать 60–100 см, а у лесных почв – 10–30 см. Тонкий гумусовый горизонт имеют горные почвы, называемые неполноразвитыми.

Состав почвенного гумуса динамичен: он непрерывно обновляется в результате разложения и синтеза его компонентов.

В органическом веществе почвы различают следующие три главные группы форм. Первую группу составляют почти не разложившиеся или слаборазложившиеся остатки преимущественно растительного происхождения. Они образуют лесные подстилки, степной войлок. Это так называемый грубый гумус. В нем под микроскопом хорошо видны все детали растительной ткани – конфигурация клеток, толщина их оболочек и др. Наименее стойкие ткани разрушены.

Ко второй группе относятся остатки, образующие рыхлое черное вещество. Только под микроскопом видно, что это вещество состоит из измельченных и сильно измененных растительных остатков, обильно пропитанных новообразованными органическими соединениями. Такая форма почвенного органического вещества называется модер.

Третья группа состоит из специальных органических образований, не обнаруживающих следов строения растительных тканей и составляющих собственно гумус. Это – аморфные скопления от хорошо прозрачных светло-желтых до плохо прозрачных темнобурых. В одних почвах гумусовые вещества диффузно распределены в почвенном матриксе, в других – склеивают мелкие минеральные частицы, образуя гумус типа муль.

Перечисленные формы почвенного органического вещества образуются в условиях хорошей аэрации. При длительном водонасыщении почвы деятельность мезофауны и аэробных микроорганизмов подавляется. Вследствие этого преобразование растительных остатков сильно замедляется. В таких условиях из остатков гидрофильных растений, главным образом мхов, образуется торф. Его характерные черты: слабая разложенность растительных осадков (менее 30 %) и волокнистое строение, благодаря преобладанию мхов среди растений – торфообразователей. Органическое вещество почвы, состоящее из торфяных компонентов, называется гумусом типа мор. Между рассмотренными формами почвенного органического вещества существуют постепенные переходы.

Гумусовые вещества – это гетерогенная полидисперсная система высокомолекулярных азотосодержащих ароматических соединений кислотной природы, которые представлены гуминовыми кислотами, фульвокислотами и негидролизуемым остатком или гумином. Деление гуминовых веществ на эти группы было основано на способе выделения их из почвы. Гумусовые кислоты – особый класс соединений с переменным составом. В пределах этой группы гуминовые кислоты и фульвокислоты сохраняют общий принцип строения. Гуминовые кислоты хорошо растворяются в щелочных растворах, слабо растворяются в воде и не растворяются в кислотах. Структурная ячейка гуминовых кислот из дерново-подзолистой почвы имеет вид С₁₇₃Н₁₈₃О₈₆N₁₁, из чернозема – С₇₃Н₆₁О₃₂N₄. Элементарный состав гуминовых кислот в процентах по массе составляет: углерода – 50–62; водорода – 2,8–6,6; кислорода – 31–40; азота – 2–6.

Химическая и биологическая активность гуминовых кислот обусловлена высоким содержанием и большим набором двойных С = С связей, хиноидных С = О и фенольных группировок, кислородсодержащих функциональных групп, таких как карбоксильные группы СООН^-, фенольные и спиртовые гидроксогруппы ОН^-, альдегидные группировки, а также аминогруппы NH₂⁺. Реакционная способность гуминовых кислот связана с карбоксильными и фенолгидроксильными группами, водород которых может замещаться другими катионами. В почве обычно присутствуют не свободные гуминовые кислоты, а их соли: гуматы кальция, магния и др. Часть водорода функциональных групп замещается комплексными катионами типа Fe(OH)₂ и т.п. В результате образуются внутрикомплексные соединения – хелаты железа, алюминия и других металлов.

Фульвокислоты имеют похожее строение, но в них боковые цепи преобладают над ядром. Содержание карбоксильных и фенолгидроксильных групп больше, чем у гуминовых кислот. Структурная ячейка фульвокислот из дерново-подзолистой почвы – С₂₇₀Н₃₁₈О₂₀₆N₁₆, из чернозема – С₂₆₀Н₂₈₀О₁₇₇N₁₅. Элементарный процесс по массе составляет: углерода – 41–46; водорода – 4–5; азота – 3–4. Содержание кислорода зависит от количества углерода, но его больше, чем в гуминовых кислотах. Фульвокислоты растворяются в воде, растворы имеют сильнокислую реакцию (рН 2,6–2,8).

В групповом составе гумуса выделяют негидролизуемый остаток гумина. Гумин представляет собой совокупность гуминовых и фульвокислот, прочно связанных с минеральной частью почв, а также трудноразлагаемых остатков растений: целлюлозы, лигнина, углистых частиц.

Выделите основное отличие гуминовых веществ от негуминовых…

[1] образуются из соединений, входящих в состав живых растений и животных; разлагаясь выделяют двуокись углерода, воду и аммиак;

[2] энергия, образующаяся при распаде, используется почвенными организмами;

[3] распад сопровождается полной минерализацией элементов питания;

[4] в результате жизнедеятельности микроорганизмов перерабатываются в новые высокомолекулярные соединения.