Контрольные вопросы

• Какие основные этапы развития почвоведения Вы знаете?

• Какие вопросы решались на первом этапе развития почвоведения?

• Какие направления изучения почв были в древнем Китае, странах Средней Азии?

• Как изучались почвы в средние века?

• Чем характеризовалось почвоведение в период Возрождения?

• Какие основные направления развития имело почвоведение в додокучаевский период?

• В чем сущность генетического (докучаевского) почвоведения?

• Какие основные периоды выделяются в развитии почвенного картографирования?

• В чем существенные особенности современного почвоведения?

• Каких представителей белорусской школы почвоведов Вы знаете?

2.2. Органическое вещество почвы

Органические вещества и процессы их трансформации играют важную роль в формировании почвы и ее свойств (плодородие, поглотительная способность, буферность, санитарные функции и др.). Органические вещества принимают участие в питании растений, образовании водно-физических свойств, миграции элементов в почвенном профиле. Все главные почвообразовательные процессы протекают при прямом или косвенном участии органического вещества.

Источником органического вещества в почве являются органические остатки наземной и корневой частей высших растений, отмершие остатки почвенной фауны и микроорганизмов. Органические вещества поступают в почву также с выделениями живых растений и животных. Основная масса органических остатков поступает в почву с наземным и корневым опадом высшей растительности и колеблется в пределах от 0,1 т/га в год в пустынях до 25 т/га во влажных субтропических и тропических лесах, в степях – в среднем – 10,0—14,0 т/га. Под древесной растительностью большая часть органических остатков поступает на поверхность почвы, под травянистой растительностью – преимущественно при отмирании корневой системы (7—30 т сухого вещества на 1 га в метровом слое почвы), в то время как наземная часть дает 0,5—3,0 т/га сухого вещества.

В органической части почвы различают следующие формы:

1. Почти целые или слабо разрушенные остатки преимущественно растительного происхождения, в которых под микроскопом хорошо видны все детали растительной ткани – конфигурация клеток, толщина их оболочек и др. Цвет растительных остатков бурый. Они образуют лесную подстилку, мохово-торфянистый горизонт. Это так называемый грубый гумус, или моор (от нем. moor – торфяник).

2. Остатки в стадии глубокого разложения, когда под микроскопом можно видеть только маленькие части растительной ткани, а простым глазом мы видим однородную рыхлую перегнойную массу от темно-бурого до черного цвета, что получила название модер (от нем. moder -- ).

3. Специфические почвенные органические образования, в которых даже под микроскопом не видно следов растительных тканей. Представляют собой аморфные диффузно разбросанные в почве или образующие агрегаты от желто-бурого до черного цвета, которые образуют гумус.

Как же происходит образование гумуса из органических остатков растений и животных? В различных природных условиях характер преобразования органических остатков в гумус разный и зависит от условий почвообразования, водно-воздушного и теплового режимов почвы, состава остатков растительности и микроорганизмов, физико-химических свойств почв.

Преобразование органических остатков в гумус может происходить как в аэробных, так и в анаэробных почвенных условиях. В аэробных условиях преобразование органических остатков идет более интенсивно при участии аэробных бактерий. Наиболее благоприятные для большей части микроорганизмов является температура 25—30 ºС, а влажность – 60%. Однако в этих же условиях энергично идут и процессы минерализации органики до конечных продуктов – углекислоты, аммиака, азотной кислоты и др., поэтому в почве может накапливаться мало гумуса, но много элементов зольного и азотного питания растений.

При анаэробных условиях преобразование органических остатков протекает медленно, при участии в основном анаэробных микроорганизмов. При этом образуются низкомолекулярные кислоты, метан, сероводород, которые угнетают жизнедеятельность микроорганизмов. В этих условиях процесс разрушения органического вещества ведет к образованию торфа.

О скорости минерализации органического вещества можно судить по показателю дыхания почвы, представляющего интенсивность выделения СО2 с поверхности почвы. Самый высокий показатель характерен для почв влажных дождевых лесов тропического пояса. Это обусловлено большой массой растительного опада и быстрой его минерализацией. Самые низкие показатели почвенного дыхания (менее 0,1 га СО2 м²/час) характерны для естественных болот и пустынь.

Наиболее благоприятным для накопления гумуса является сочетание аэробных и анаэробных условий с чередованием периодов достаточного и недостаточного увлажнения. В период достаточного увлажнения происходит интенсивный синтез гумусовых веществ, которые в период недостаточного увлажнения закрепляются в почве, что способствует накоплению гумуса. Такой режим характерен для черноземов.

Характер и скорость преобразования органических остатков в гумус зависит от их химического состава. Быстрее этот процесс идет на остатках травянистой растительности, лиственном опаде деревьев и отмерших микроорганизмах. Опад хвойных деревьев, в котором мало зольных элементов и много лигнина, воска, смол, разрушается медленно и образует мало гумуса.

Важную роль в разрушении органических остатков играет видовой состав и интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов. При небольшом количестве и бедном видовом составе микроорганизмов идет медленный неполный распад органических остатков и наоборот.

На характер преобразования органических остатков влияют также физико-химические свойства самой почвы. В песчаных и супесчаных почвах, которые хорошо аэрируемые, быстро прогреваются, разложение органических остатков идет быстро, значительная часть их минерализуется и гумуса образуется мало. В бесструктурных суглинистых и глинистых почвах мало кислорода, они медленно прогреваются, минерализация замедленная, образовавшийся гумус закрепляется и накапливается в почве. Химический состав почвы определяет условия жизни микроорганизмов и возможность закрепления гумусовых веществ. В почвах с нейтральной реакцией среды более благоприятны условия для развития бактерий и образования гумуса. В кислой среде образование и закрепление гумуса идет менее интенсивно.

Преобразование органических остатков в гумус – сложный биохимический процесс. Органические вещества в результате разрушения превращаются в более подвижные и растворимые продукты. Затем одна часть их полностью минерализуется до конечных продуктов – оксидов и солей (СО2, NH3, Н2О и др.). Этот процесс ведет к образованию гумусовых веществ и называется гумификацией. Гумификация – это сочетание биохимических и физико-химических процессов, в результате которых органические вещества неспецифической природы преобразуются в гумусовые вещества (рис. ).

Процессы минерализации и гумификации протекают одновременно и сочетаются друг с другом.

Гумус – главная часть органического вещества почвы. Он представляет собой сложный комплекс соединений, представленных двумя группами веществ.

Первую группу составляют органические соединения индивидуальной природы, неспецифичные для почв. Они присутствуют в тканях растений и животных. Это белки, углеводы, жиры, лигнин, смолы, воск, органические кислоты, фенольные соединения.

ПОЧВА

Неорганическая часть

Живые организмы

Органическое вещество почвы

Остатки, не утратившие анатомического строения

ГУМУС

Промежуточ-ные продукты распада и гумификация

Неспецифичес-кие соединения

Специфические гуминовые вещества

Прогуминовые вещества

Негидролизуе-мый остаток (гумин)

Гуминовые кислоты

Гумусовые кислоты

Фульвокислоты

Черные

(серые)

Бурые

Гематомела-новые кислоты

Рис. Гуминовые вещества почвы (по Д.С. Орлову)

Они составляют не более 15% общего количества почвенных органических веществ. Однако их роль в почвообразовании довольно большая, так как они участвуют в процессах выветривания минералов, образовании органоминеральных комплексов и др. В другую группу входят специфичные гумусовые вещества, которые составляют 85—90% от общего содержания органического вещества в почве. Они представляют собой высокомолекулярные органические соединения кислотной природы. Имея кислотные свойства, гумусовые вещества вступают в реакцию с минеральной частью почвы, образуют устойчивые органоминеральные комплексы и прочно закрепляются в почве.

Гумусовые вещества (кислоты) по растворимости и экстрагируемости делятся на две основные группы.

1. Фульвокислоты – наиболее растворимая, высокоподвижная группа гумусовых соединений с выраженными кислотными свойствами и способностью к образованию комплексных соединений. Элементарный состав: С – 40—50%; Н – 4—6%; О – 48%; N – 1,5—2,5%. Окраска фульвокислой – от соломенно-желтой до светло-коричневой. Хорошо растворимы в воде, их водные растворы имеют сильнокислую реакцию (рН 2,6—2,8).

В связи с этим фульвокислоты являются активными агентами разрушения первичных и вторичных минералов. Преобладают в почвах подзолистого типа, красноземах и некоторых почвах влажных тропиков.

2. Гуминовые кислоты – нерастворимые в воде, минеральных и органических кислотах вещества темного цвета. Растворимы только в щелочах и осаждаются из щелочных растворов при их подкислении. Отличаются от фульвокислот более высокой молекулярной массой и большим количеством углерода и азота, но меньшим количеством кислорода и водорода. Элементарный состав гуминовых кислот в разных почвах варьирует в следующих пределах: С – 52—62%, Н – 3—4,5%, N – 3,5—4,5%, О – 32—39%. Гуминовые кислоты образуются в основном в черноземах, каштановых почвах, хорошо окультуренных дерново-подзолистых и серых лесных почвах.

Кроме фульво- и гуминовых кислот в гумусе выделяется еще и гумин, который не экстрагируется ни кислотными, ни щелочными растворителями. Он представляет совокупность гуминовых и фульвокислота (70—80 см) характерны для типичных черноземов (табл. ).

Наиболее прочно связанных с минеральной частью почвы, а также трудно разлагаемых компонентов растений: целлюлозы, лигнина, протеина, углистых частиц (гумусовый уголь).

Функции гумуса в почве следующие:

1. Формирование специфического почвенного профиля (с горизонтом А1), улучшение структуры и водно-физических свойств, увеличение поглотительной способности и буферности почв.

2. Источник минеральных элементов питания растений (N, Р, К, Са, S, микроэлементы). Повышение биологической и биохимической активности почв, что стимулирует рост и развитие растений. Источник СО2 в приземном слое воздуха.

3. Санитарно-защитные функции: гумус ускоряет разрушение пестицидов, закрепляет загрязняющие вещества (сорбция) и тем самым снижает их поступление в растения.

В разных географических зонах количество отмершего органического вещества, его состав и интенсивность преобразования не одинаковые. Поэтому и количество гумуса в почвах и его качество в разных почвах различное. Наибольше количество гумуса (10—14%) в верхнем горизонте и мощность этого горизонта.

Таблица

Средние показатели содержания гумуса в разных типах почв

Почвы	Гумус, %	Почвы	Гумус, %
Тундрово-глеевые	4,8—8,0	Черноземы
Подзолистые	1,0—2,5	Оподзоленные	6,0—10,0
Дерновые	5,0—18,0	Типичные Южные	10,--14,0 4,0—6,0
Дерново-подзолистые песчаные суглинистые	0,8—1,5 2,5—3,0	Каштановые темные светлые	4,0—5,0 2,0—3,0
Серые лесные светлые темные	1,5—5,0 4,0—9,0	Сероземы светлые темные	1,0—1,5 4,0—5,0
Бурые лесные песчаные суглинистые	4,0—6,0 6,0—9,0	Бурые полупустынные Красноземы Серо-бурые Желтоземы	1,0—2,0 5,0—9,0 0,8—1,0 4,0—5,0

На север и на юг от черноземов количество гумуса и мощность гумусового горизонта уменьшаются: на север – 4—9% в темно-серых лесных и 2—2,5% в дерново-подзолистых почвах при мощности гумусового горизонта соответственно 30—50 и 15-25 см; на юг – 4—5% в темно-каштановых и 1—1,5% в бурых и серо-бурых почвах при мощности гумусового горизонта 20—40 см и 10—15 см соответственно.

Почвы отличаются не только содержанием гумуса, но и его качеством. Например, в дерново-подзолистых почвах, красноземах в составе гумуса преобладают фульвокислоты (отношение гуминовых кислот к фульвокислотам – 0,6—0,8) в черноземах, темно-каштановых почвах высокое содержание гуминовых кислот, отношение которых к фульвокислотам составляет 1,5—2,5.

Отличие в количественных и качественных показателях гумуса прослеживается не только в меридиональном. Но и в широтном направлении. Так, в пределах черноземной зоны евразийского континента на Западе в теплых и влажных условиях формируется более мощный гумусовый горизонт (А1 90—120 см), чем в восточных сибирских районах (А1 40—50 см). Количество гумуса, наоборот, меньшее в Западных районах (6—8%), большее в восточных (12—14%). Кроме гидротермических условий количество гумуса оказывают влияние гранулометрический и химический составы почв, форма рельефа и др. Например, в дерново-подзолистых почвах количество гумуса значительно ниже (1—1,5%), чем в дерново-подзолистых суглинистых (2—3%).

Главные мероприятия по регулированию количества и состава гумуса включают: систематическое внесение в почву высоких доз органических удобрений, применение зеленых удобрений (люпин, сераделла и др.), посевы многолетних трав, известкование кислых почв, гипсование солонцов, оптимальная система обработки почв, мелиорация.