Органическое вещество почвы

"Органическое вещество почвы

Что это такое

Органическое вещество почвы представляет собой важнейшее звено обмена веществ и энергии между живой и неживой природой. Это комплекс органических соединений, входящих в состав почвы. Представлены в основном гумусом (на 80–90%); неспецифическими для почвы углеводами; жирами, белками, а также остатками растений, животных. Запасы органического вещества в метровом слое различных типов почв колеблются от 8 до 760 т/га. В дерново-подзолистых почвах (пашня) эти запасы достигают 90–100 т/га, в торфяниках – 760 т/га. Основным источником органического вещества в почве являются остатки зеленых растений. В условиях хвойного леса в почву ежегодно поступает в виде опада и отмерших корней около 4–6 т сухого вещества на 1 га. В агроэкосистемах в почву поступает растительных остатков в год от 2–3 т (пропашные культуры) до 7–9 т сухого вещества на 1 га (многолетние травы). Масса микроорганизмов, ежегодно отмирающих в почве, составляет около 0,6–0,8 т сухого вещества на 1 га. Количество остатков животного происхождения – 0,1–0,2 т сухого вещества на 1 га почвы.

Различают следующие формы нахождения органического вещества в почве. 1. Неразложившиеся или слаборазложившиеся остатки преимущественно растительного происхождения, буроокрашенные. Образуют лесную подстилку, степной войлок, торфяные горизонты. Это так называемый грубый гумус, или мор. 2. Остатки в стадии глубокого разложения, образующие рыхлую темно-бурую или черную массу, под микроскопом – полуразложившиеся остатки. Эта форма получила название модер (труха). 3. Специфические органические образования, представляющие собой собственно гумус, составляющие 85–90% от органического вещества почвы. Это – муллевая форма. <br< a=""> />Состав органических остатков, поступающих в почву, довольно сложный. Основную массу их представляют углеводы – сахароза, фруктоза, глюкоза, крахмал, клетчатка. Вместе с органическими веществами в почву поступают азотсодержащие соединения – аминокислоты, белки, ал¬калоиды, а также лигнин, дубильные вещества, смолы, органические кислоты (щавелевая, лимонная, винная). Элементный состав органического вещества, поступающего в почву, характеризуется тем, что оно примерно на 5% (в пересчете на сухое вещество) представлено углеродом, водородом, азотом; остальные 5% – многочисленная группа зольных элементов – кальций, магний, калий, натрий, кремний, фосфор, железо, сера, а также микроэлементы – медь, бор, марганец, цинк и др. По содержанию зольных элементов органические остатки различных растительных формаций могут существенно отличаться, что соответствующим образом влияет на ход почвообразовательного процесса. Почвы образовавшиеся под травянистой луговой растительностью, содержат больше зольных элементов по сравнению с почвами, сформированными под лесом. Органические остатки, поступившие в почву, подвергаются различным биохимическим и физико-химическим преобразованиям. Подъем ферментов, выделяемых микроорганизмами, изменяется анатомическое строение остатков, а сложные органические соединения распадаются на более простые – их называют промежуточными продуктами преобразования органических остатков. В результате гидролиза белков образуются пептоны, пептиды, и свободные аминокислоты. При гидролизе сложных белков вместе с кислотами образуются углеводы, фосфорная кислота, азотсодержащие гетероциклические основы. Разложение жиров сопровождается образованием лигнина и жирных кислот. Продуктами распада лигнина являются фенолы. Много промежуточных соединений образуется при разложении углеводов – моносахариды, органические кислоты, альдегиды и др. Спектр промежуточных продуктов преобразования органических веществ, как видно, довольно разнообразный. Большая их часть окисляется до конечных продуктов – углекислого газа, воды, простых солей. А промежуточные продукты преобразования используются гетеротрофными бактериями для питания и построения плазмы и таким образом вновь образуются в сложные соединения – белки, углеводы и др. И, наконец, часть промежуточных продуктов участвует в синтезе гумусовых веществ. Процесс синтеза этих веществ протекает в условиях биокатализа, действия ферментов, выделяемых микроорганизмами. Сущность этого процесса сводится к тому, что промежуточные продукты разложения opганического вещества, попадая под воздействием реакций биохимического окисления, поликонденсации, полимеризации, дают качественно новые органические соединения, которые называют гумусовыми, или перегнойными, а процесс их образования – гумификацией. Обычно под гумусом (от лат. humus – земля, почва) понимают группу темноокрашенных высокомолекулярных азотсодержащих органических веществ кислотной природы, большая часть которых – коллоиды. Собственно гумусовые вещества составляют 85–90% общего количества органических соединений почвы. Наибольшее количество и качество гумуса дает травянистая растительность и ее корневая система. В образовании гумуса принимают участие простейшие животные почв и микроорганизмы, которые разрушают сложные органические вещества. Такой процесс называют биохимическим. В результате образуются две основные группы соединений: неспецифичный гумус (лигнин, целлюлоза, воски, смолы и др. полуразрушенные соединения) и специфический гумус (гуминовые и фульвокислоты, гумин). Специфический гумус выделяют щелочным реагентом. Та часть гумусовых веществ, которая не экстрагируется щелочью, называется гумином; экстрагируется щелочью и осаждаемая при окислении – гуминовой кислотой, а оставшаяся в растворе фракция – фульвокислотой. Строение гумуса очень сложное и не совсем выясненное. Фульвокислота наиболее подвижная, более агрессивная со светло-коричневым цветом. На Полесье она попадает в колодцы и создает в питьевой воде коричневый цвет. Лучший гумус тот, в котором преобладает гумин с гуминовой кислотой, как в наших дерновых почвах или в черноземных (Сr : Cф > 1). В большинстве почв суши преобладает фульватный состав гумуса. Наибольшее количество доброкачественного гумуса имеют черноземы (4–15%). Поэтому эти почвы самые плодородные. Гумус в почве частично соединяется с глеем и коллоидными частичками, создавая органоминеральные соединения (хелаты). Они полезны тем, что замедляют минерализацию гумуса (создание золы – оксидов химических соединений), увеличивают содержание ценных элементов питания в доступной форме для растений и не дают возможность выносить удобрения в реки и озера. В состав гумусовых включают и вещества исходных органических остатков (белки, углеводы, смолы и др.), промежуточные продукты преобразования органических остатков (аминокислоты, моносахариды, полифенолы и др.). В составе гумусовых веществ выделяют гумины – прочно связанный с минеральной частью почвы комплекс гумусовых кислот. Установлено, что благоприятствует накоплению гумуса сочетание аэробных и анаэробных условий с чередованием периода достаточного и недостаточного увлажнения. В зависимости от отношения к различным растворителям выделяют следующие компоненты гумуса: фульвокислоты и гуминовые кислоты. Гуминовые кислоты – специфические органические кислоты почвенного гумуса. Хорошо растворяются в щелочных растворах, слабо в воде и не растворяются в кислотах. Раствор гуминовых кислот имеет бурый или черный цвет. Состоят в основном из углерода (52–62%), кислорода (31–39%), водорода (2,8–6,6%), азота (2–6%) и небольшого количества зольных элементов – фосфора, серы, железа, алюминия, кремния и др. При взаимодействии с минеральной частью гуминовые кислоты образуют гуматы. Гуматы одновалентных катионов (К+, Na+, NH-) хорошо растворяются в воде и легко переходят в состояние коллоидных и истинных растворов, могут вымываться из верхних горизонтов почвы. Клеящая способность этих гуматов низкая. Почвы, содержащие гуматы одновалентных катионов, не имеют водопрочной структуры – при увлажнении набухают и заплывают. Гуматы двух- и трехвалентных катионов (Са2+, Mg2+, Fe3+, AI3+) образуют устойчивые водопрочные гели, способные обволакивать минеральные частички почвы и склеивать их в прочные агрегаты. Именно поэтому дерновые почвы характеризуются водопрочной структурой. Молекула гуминовых кислот имеет сложное строение. Ядро молекулы включает бензолполикарбоновые кислоты, ароматические и гетероциклические кольца. Периферические части гумусовых веществ содержат разные функциональные группы (карбоксильные, аминогруппы, спиртовые и др.), определяющие разнообразные химические свойства и взаимодействие групповых соединений между собой, а также с минеральными компонентами почвы и удобрений. В составе гумуса важное значение имеет соотношение между содержанием гуминовых кислот (ГК) и фульвокислот (ФК). Оно считается благоприятным при ГК/ФК >1. Велико значение гумуса в почвообразовании и формировании плодородия почв. Влияния гумусовых веществ на эти процессы разнообразное и весьма существенное. При участии гумуса образуются многие почвенные горизонты – А1 А2, В и др., формируется структура почвы и ее водно-воздушные свойства. Гумус повышает поглотительную способность почв, расширяет буферные возможности. В гумусе накапливаются многочисленные элементы питания растений - N, Р, S, К, Са, микроэлементы, которые высвобождаются при разложении его гетеротрофами. Процессы разложения гумусовых веществ сопровождаются выделением углекислого газа, необходимого зеленым растениям для фотосинтеза. Кроме того, гумус является источником биологически активных веществ в почве (ферменты, витамины, ростовые вещества), положительно влияющих на рост и развитие растений, мобилизацию элементов. Гумус выполняет и санитарно-охранную функцию: ускоряет разложение пестицидов, закрепляет загрязняющие вещества (сорбция, образование комплексов) и тем самым снижает их поступление в растения. Гуминовые кислоты имеют высокую поглотительную способность – 200–600 мг•экв на 100 г вещества, их рН около 3,4. Фульвокислоты (от лат. fulvus – желтый) имеют принципиально такое же строение, как и гуминовые, но ядро их менее конденсировано, они меньше содержат углерода, а кислорода и водорода – больше. Окраска от соломисто-желтой до оранжевой. Фульвокислоты, их соли – фульваты – хорошо растворяются в воде, кислотах, щелочах. Их водные растворы имеют кислую реакцию – рН 2,6–2,8. Поэтому фульвокислоты энергично разрушают почвообразующие породы, содействуют выносу из них многих химических элементов. Это особенно резко проявляется при подзолообразовании. Таким образом, гуминовые и фульвокислоты существенно отличаются своими свойствами. Гуминовые кислоты способны накапливаться в почве и формировать ее плодородие. Фульвокислоты активно разрушают минеральную часть почвы и снижают тем самым ее плодородие. Поэтому важно знать не только общее количество гумуса в почве, но и его качественный (групповой) состав – соотношение в нем гуминовых и фульвокислот и является важным показателем их агрохимической оценки. Количество гумуса, его качество (Гк/Фк), мощность гумусового горизонта в почвах различных географических зон неодинаково. Так, большее содержание гумуса в верхнем горизонте (10–14%) и наибольшая его мощность (70–80 см) характерна для типичных черноземов. На север и на юг от зоны черноземов количество гумуса и мощность гумусового горизонта уменьшается. В северном направлении – 3–6% в серых лесных почвах и 1–3% в дерново-подзолистых почвах при мощности гумусового горизонта соответственно 25–30 и 15–20 см. На юг – 3–5% в каштановых почвах и 1–2% в бурых почвах при мощности гумусового горизонта соответственно 20–40 и 10–15 см. Зональные типы почв отличаются и качеством гумуса. Так, в составе гумуса дерново-подзолистых почв преобладают фульвокислоты (соотношение гуминовых и фульвокислот 0,6–0,8), а в черноземах, каштановых почвах это соотношение равно 1,5–2,5, что говорит о явном преобладании в составе гумуса гуминовых кислот. Большое влияние на гумификацию оказывает гранулометрический состав. Так, дерново-подзолистые песчаные почвы содержат гумуса (1,0–1,5%) значительно меньше по сравнению с дерново-подзолистыми суглинками (2–3%). Чтобы баланс гумуса в используемых почвах был положительным, необходимо систематически вносить в почву органические удобрения в достаточно высоких количествах. Считается, что содержание гумуса в дерново-подзолистых почвах не будет снижаться, если ежегодно вносить 8–10 т/га органических удобрений. Положительно сказывается на повышении содержания гумуса в почве применение зеленых удобрений, травосеяние, известкование кислых почв и др. В заключение следует отметить, что гумус – понятие не только химическое и биологическое, но и экологическое. Гумусовые горизонты формируются как результат непрерывной смены поколений растений. Различные сообщества растений, например, травянистые и деревянистые, резко отличаются по требованиям к условиям внешней среды, по характеру гумификации. Лесная подстилка (Ао), промывной тип водного режима, фульватный тип гумуса – такова экологическая основа существования леса. А для трав – гумификация по гуматному типу, формирование темноокрашенной гумусовой толщи, аккумуляция в ней элементов питания. Гумус как экологическая основа почвенного плодородия непосредственным образом влияет на условия жизнедеятельности растений, в том числе и культурных.</br<>

Органическое вещество почвы

Органическое вещество почвы состоит из органических остатков (различной степени разложения) и гумуса, представляющего собой массу специфических органических веществ темного цвета, равномерно пропитывающих минеральную часть верхнего слоя почвы. Источники органического вещества. Основной источник органического вещества почвы - остатки отмерших организмов - растений и животных. Количество органических остатков, поступающих в почву и на ее поверхность, определяется не только типом растительности, ее возрастом (имеется в виду древесная многолетняя), но и условиями произрастания. В таежно-лесной зоне, в еловом лесу 60-80-летнего возраста средний годовой опад составляет 4—7 т на 1 га. Примерно такое же количество опада оставляет береза. Под травянистой растительностью основной источник гумуса — корни, масса которых в метровом слое почвы (в воздушно-сухом состоянии) составляет на суходольных лугах в таежно-лесной зоне от 6 до 13 т на 1 га, в зоне степей — 8—28, в зоне пустынь — 3—12 т на 1 га. Многолетние сеяные травы в зависимости от их состава и условий произрастания оставляют в почве 6— 15 т корней на 1 га. Под однолетней культурной растительностью ежегодно остается 3—5 т корневых остатков на 1 га. Скорость разложения органических остатков зависит от их состава. Быстро разлагаются остатки травянистых растений, особенно бобовых, богатых белками; медленному разложению подвергается лесная подстилка, содержащая лигнин, смолы, дубильные вещества. Превращение органических остатков в почве. Разложение органических остатков происходит под воздействием воды и воздуха, животных и микроорганизмов, обитающих в почве. Основная роль в этом процессе принадлежит микроорганизмам. Аэробный процесс разложения органических остатков при благоприятных условиях протекает интенсивно и приводит к их полной минерализации При этом углерод из различных соединений окисляется до СO2, водород —до Н2О, азот —до азотистой и азотной кислот, фосфор — до фосфорной кислоты, сера — серной кислоты. Все эти кислоты соединяются с основаниями, имеющимися в почве и золе растений, образуют различные минеральные соли. Большинство этих солей растворяется в воде и служит источником питания для жарений. Анаэробный процесс разложения органических остатков, возникающий главным образом при избыточном увлажнении почвы, протекает медленно название процесса гниения. Этот процесс характеризуется неполным разрушением органических остатков. Если продукты жизнедеятельности анаэробных бактерий из среды не удаляются, процесс разложения замедляется или прекращается, неразложившиеся остатки консервируются. Кроме того, под влиянием анаэробных процессов ряд химических соединений в почве восстанавливается. Например, окисные формы железа переходят в закисные. Образование гумусовых веществ. Помимо процессов минерализации и консервации органических остатков, в почве протекает процесс гумификации — образования гумусовых веществ, новых органических соединений специфической природы. По гипотезе И. В. Тюрина и Л. Н. Александровой, основу процесса гумификации составляет реакция медленного биохимического окисления различных высокомолекулярных веществ, имеющих циклическое строение. К числу подобных веществ следует отнести белки растительного и животного происхождения, лигнин, дубильные вещества. Реакция окисления, развивающаяся при разложений растительных остатков и происходящая под влиянием воздуха, ферментов-оксидаз и минеральных катализаторов, сопровождается соединением (полимеризацией) и уплотнением (конденсацией) промежуточных высокомолекулярных продуктов, что приводит к образованию новых высокомолекулярных гумусовых веществ, устойчивых к разложению. Гумусовые вещества (гумус) представляют собой комплекс высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений циклического строчения и кислотной природы. Содержание гумуса в верхнем слое почв колеблется от 1—2 до 10—12% и более, постепенно или резко уменьшаясь с глубиной. Из гумусовых веществ выделяют две основные группы кислот (гумусовые кислоты): фульвокислоты и гуминовые кислоты. Соединения этих кислот содержатся гумусе всех типов почв, но в различных количествах соотношениях. Фульвокислоты в зависимости от концентрации имеют цвет от соломенно-желтого до оранжевого Этот внешний признак и определил их название (от латинског fulvus — желтый). В элементарный химический состав фульвокислот входят углерод (40—52%), кислород (40—48%), водород (4—6%), азот (2—6%). Фульвокислоты хорошо растворимы в воде, минеральных кислотах и в слабых растворах щелочей. Водные растворы фульвокислот обладают сильно кислой реакцией (pН 2,6—2,8). Кислотная природа фульвокислот обусловлена карбоксильными и фенолгидроксильными группами, водород которых способен к реакциям обмена. Гуминовые кислоты в отличие от фульвокислот имеют черную окраску и содержат больше углерода (52— 63%). Они слабо растворяются в воде, но растворимы в слабых растворах щелочей. Кислотная их природа обусловлена теми же причинами, что и у фульвокислот. Высокомолекулярные гумусовые вещества (гумино вые кислоты и фульвокислоты) в растворах обладают свойствами коллоидов. Органо-минеральные производные гумусовых кислот в почве. Кислоты гумусовых веществ (гумусовые кислоты), образующиеся в процессе гумификации, активно взаимодействуют с минеральной частью почвы, при этом формируются различные органо-минеральные производные. Из компонентов почвы в этом процессе участвуют катионы NH4, К, Nа и Са, Мg, несиликатные формы полуторных окислов и глинистые минералы. При взаимодействии гумусовых кислот с катионами почв образуются соли—фульваты и гуматы. Гуматы (соли гуминовой кислоты) аммония и щелочных металлов хорошо растворимы в воде, гуматы Са и Мg — нерастворимы, они образуют водопрочные гели (гель — осадок коллоидов); склеивая и цементируя частицы почвы, они могут закрепляться на поверхности глинистых минералов. Все соли фульвокислот растворимы в воде и легко вымываются по профилю почвы. С несиликатными формами полутораокисей гумусовые кислоты образуют сложные алюмо-железо-гуминовые соединения комплексной природы (в этих соединениях все железо и большая часть алюминия находятся в анионной части молекулы). Алюмо- и железо-фульватные соли наиболее подвижны, они легко вымываются и перемещаются по профилю почвы. При высокой насыщенности среды полуторными окислами эти соединения фульвокислот выпадают в осадок. Алюмо- и железо-гуминовые соли менее подвижны, они осаждаются и накапливаются на месте своего образования. Третья группа органо-минеральных производных гумусовых веществ образуется при взаимодействии гумусовых кислот и их солей с коллоидами почвы, представленными главным образом полуторными окислами и глинистыми минералами. При этом происходит прочное склеивание пленок гумусовых кислот и их солей с поверхностью минеральных коллоидов — образуются органо-минеральные коллоиды. Гумус подзолистых и дерново-подзолистых почв характеризуется преобладанием соединений фульвокислот. Отношение гуминовых кислот к фульвокислотам в составе гумуса этих почв всегда меньше 1. В черноземах в составе гумуса преобладают гуминовые кислоты и отношение гк : фк близко к 2. Таким образом, почвы различаются не только по количеству гумуса, но и по качественному его составу. Условия образования гумуса. В природных условиях отдельных почвенно-климатических зон характер и скорость разложения органических остатков и процесс гумификации неодинаковы, они зависят от ряда взаимосвязанных условий почвообразования. Главные из этих условий: водно-воздушный и тепловой режимы почв, состав растительных остатков и характер их поступления, видовой состав микроорганизмов и интенсивность их жизнедеятельности, механический состав и физико-химические свойства почвы. Процесс гумификации интенсивно протекает в тех почвах, в которых складываются благоприятные условия для роста растений и микроорганизмов. Такие условия (благоприятное сочетание температур и выпадающих осадков в период вегетации, суглинистый механический состав почв и почвообразующих пород, наличие карбонатов в них, нейтральная и слабощелочная реакция) создаются на юге лесостепной зоны. В черноземных почвах этой зоны образуется наибольшее количество гумуса, в его составе преобладают гуминовые кислоты черного цвета, они прочно закрепляются в почве. К югу от подзоны типичных черноземов увеличивается теплообеспеченность и сухость почвы, что приводит к уменьшению количества биомассы, увеличению ее минерализации, ослаблению процесса гумификации. Поэтому запасы гумуса в темно-каштановых почвах меньше по сравнению с черноземами. К северу, с меньшей обеспеченностью теплом и большей увлажненностью, при наличии бескарбонатных почвообразующих пород с кислой реакцией среды, сокращается количество травянистых остатков и их зольность. Образующиеся продукты гумификации частично вымываются, поэтому запас гумуса в подзолистых почвах обычно не превышает 100 т на 1 га. В таежно-лесной зоне в составе органических остатков немалую долю занимают остатки деревянистых растений, при разложении которых образуется большое количество фульвокислот. Существенное влияние на гумификацию оказывает механический состав почвы. В песчаных и супесчаных почвах органическое вещество быстрее и полнее минерализуется, гумуса накапливается меньше, чем в глинистых почвах, где процесс разложения замедляется, а закрепление гумусовых веществ идет интенсивнее. На увеличение содержания гумуса в почве оказывает влияние химический состав почвообразующих пород и содержание оснований Са и Мg в почве, которые способствуют закреплению гуминовых кислот и образованию агрономически ценной структуры почв. Роль гумуса в почвообразовании и плодородии почвы. Гумус входит в почву как ее важнейшая составная часть и в основном определяет ее плодородие. Органическое вещество и гумус — источникм питательных веществ для растений. В гумусе почвы элементы питания сохраняются на продолжительный срок. При постепенной минерализации гумуса в результате микробиологических процессов из него высвобож-дается азот, фосфор, сера и другие питательные элементы в доступной для растений форме. При разложении органического вещества почвы увеличивается содержание СO2 в почвенном воздухе и приземных слоях атмосферы, что способствует увеличению фотосинтеза зеленых растений. С гумусом почвы связана ее поглотительная способность. Огромная роль принадлежит гумусовым веществам в почвообразовательных процессах и в формировании профиля почвы. Фульвокислоты наиболее активно участвуют в подзолообразовательном процессе, а гуминовые кислоты — в дерновом. Гумус влияет на все агрономические свойства почвы, поэтому содержание его и распределение по профилю — один из важнейших классификационных признаков различных типов почв.

Использованная литература

http://uchilok.net/geografia/114-organicheskoe-veschestvo-pochvy.html

http://www.okade.ru/organicheskoe-veschestvo-pochvy.html