3. Органическое вещество почвы

3.1. Источники органического вещества почв

Любая целинная или культурная почва заселена громадным количеством высших и низших организмов, ткани которых представляют собой разнообразные по объему, форме и химическому составу органические вещества. Необходимо различать при этом органическое вещество живущих растений (корни, корневища, стебли), животных, насекомых, грибов, микроорганизмов, органические остатки отмерших растений и животных, прижизненные продукты, выделяемые животными и растительными организмами, а также микроорганизмами. Вся эта масса органического вещества является по существу первоисточником для последующего гумусообразования.

Большая часть растительного органического вещества сосредоточена на поверхности почв. В то же время значительные количества свежего органического вещества ежегодно образуются в форме корневых систем, 60-70 % которых обычно сосредоточено в верхнем 30-50-сантиметровом слое почвы. Органическое вещество корней составляет от 20-30 до 90 % по отношению к общей фитомассе. Органические остатки почвенной фауны играют менее существенную роль.

Масштабы поступающих в почву органических остатков растений, их состав, соотношение надземной и корневой масс зависят от состава зональной растительности и местных условий, определяющих ее продуктивность.

Химический состав сухих органических остатков представлен углеводами, белками, лигнином, восками, смолами и другими веществами.

в почвы тундры поступает небольшое количество органических остатков (примерно 1 т/га); затем оно нарастает от северной тайги к южной и далее к лесам лесостепи и травянистой растительности луговых степей. При переходе к степным зонам величина опада снижается из-за сухости климата; в нем возрастает доля корнеопада. В пустынной зоне опад минимальный (1-2 т/га); в лесах влажных субтропиков и тропиков он достигает 20 т/га и более.

Характер поступления органических остатков в почвенный профиль неодинаков. В лесах основное их количество оказывается на поверхности почвы, причем вес сухой массы лесной подстилки составляет 200-400 ц/га, а иногда увеличивается до 500-1000 ц/га, В травянистых же сообществах значительная часть остатков (от 25-30 до 80-90 %) поступает непосредственно в почву в виде отмерших корней, и в целинной черноземной степи вес сухого войлока достигает 100-150 ц/га. Эти массы органического вещества при зольности подстилки 5-10 % содержат соответственно до 1000-10000 кг/га минеральных веществ. Различный характер поступления опада имеет важное значение для дальнейших процессов его превращения.

3.2. Состав органического вещества почвы

Органическое вещество почвы представлено двумя группами веществ:

 органическими остатками отмерших организмов (главным образом растений), в разной степени затронутых разложением – неспецифической частью гумуса;

 продуктами их гумификации – специфическими гумусовыми веществами (гумусом).

Неспецифическая часть гумуса. Помимо органических остатков в группу входят вещества различных классов органических соединений (10-15 % по массе): белки, углеводы, аминокислоты, жиры, лигнин, воски, смолы, дубильные вещества, ферменты и др.

Белковые вещества (протеины) присутствуют в растительных остатках в количестве от 0,6 до 15 %. В тканях грибов и бактерий содержание белков возрастает до 50-80 %. В элементарном составе белков, кроме углерода, водорода и кислорода, содержится азот (около 16 %), сера (0,3-2,4 %), фосфор (до 0,8 %). При гидролизе белковых веществ образуются так называемые аминокислоты, т.е. азотистые органические соединения, содержащие амидную группу NH₂ и карбоксильную группу СООН. Аминокислоты являются непременным компонентом гумусообразования.

Углеводы и близкие к ним вещества преобладают в тканях всех растений. Углеводы составляют в тканях различных растений от 10 до 50 %. Большая часть углеводов представлена клетчаткой (С₆Н₁₀О₅), а также крахмалом (С₆Н₁₀О₅) и различными сахарами: моносахаридами (С₆Н₁₂О₆) и полисахаридами (С₁₂Н₂₂О₁₁). Углеводы сравнительно легко и быстро разлагаются микроорганизмами, являясь для них одним из важнейших источников энергии.

Жиры и подобные им вещества обладают большим запасом энергии, чем углеводы. Их содержание в тканях растений колеблется от 1-3 до 20-30 %. Больше всего этих веществ аккумулируется в семенах и плодах растений.

Лигнин представляет собой особо прочное органическое вещество, участвующее в формировании одревесневших клеток растений. Содержание лигнина в тканях растений колеблется от 10 до 30 %. Исключительно высокая стойкость лигнина против разложения и его ароматическое строение дали основание ряду исследователей считать лигнин основным компонентом почвенного гумуса, наследуемым при разложении растительного органического вещества без существенных изменений.

Воски – это эфиры ненасыщенных карбоновых кислот с высшими одноатомными спиртами в смеси со свободными кислотами и часто углеводами. Смолы – смесь более ста различных соединений ароматического характера. Воски и смолы являются непременными компонентами органического вещества почв и в различных типах почв составляют от 2 до 14 % органического вещества.

Органические кислоты, образующиеся и накапливающиеся в почве разнообразны. низкомолекулярные органические кислоты: щавелевая (COOH₂), янтарная [(COOHCH₂)₂], муравьиная (HCOOH), уксусная (CH₃COOH), лимонная (C₆H₈O₇), бензойная (C₆H₅COOH) и др. – являются продуктами жизнедеятельности растений и низших организмов.

Дубильные вещества, являющиеся производными многоатомных фенолов, образуют с белками и аминокислотами прочные соединения. Содержание дубильных веществ в растениях колеблется от 5 до 25 %, особенно много их в коре древесных растений. Дубильным веществам приписывается существенная роль в гумусообразовании.

В составе сухого вещества органических остатков содержатся также зольные элементы (от 0,1-3,0 до 5-10 %): калий, кальций, магний, кремний, фосфор, сера, железо и многие другие, в том числе микроэлементы, всего не менее 60 элементов.

специфические гумусовые вещества. Они составляют основную часть органического вещества почв автоморфного ряда. Это смесь различных по составу и свойствам высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений, имеющих общие части строения и общность некоторых свойств. Для гумусовых веществ характерны кислотная природа, способность к обменному поглощению катионов, к соле- и комплексообразованию. По отношению к различным растворителям выделяют следующие компоненты гумусовых веществ специфической природы: гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумин.

Гуминовые кислоты – нерастворимая в воде, минеральных и органических кислотах группа гумусовых веществ. Они хорошо растворяются в щелочных растворах, образуя растворимые соли гуматы. Гуминовые кислоты имеют более сложное строение, более высокие молекулярные массы, повышенное содержание углерода. Препараты гуминовых кислот, выделенных из почвы, окрашены в коричневый или черный цвет. Гуминовые кислоты накапливаются на месте своего образования и преобладают в черноземах, каштановых, серых лесных, дерновых и некоторых других типах почв.

Фульвокислоты растворяются в воде, кислотах, слабых растворах щелочей, органических растворителях с образованием растворимых солей (фульватов). Они менее сложны по строению, чем гуминовые кислоты и имеют более низкую молекулярную массу. Их характеризует высокая миграционная способность, повышенная кислотность и способность энергично разрушать минеральную часть почвы. Эта наиболее светлоокрашенная часть гумуса (светло-бурый цвет) преобладает в подзолистых, дерново-подзолистых, сероземах, красноземах и некоторых почвах тропиков.

Гумин – неэкстрагируемая из почвы кислотами и щелочами часть гумуса (нерастворимый остаток после экстракции фульво- и гуминовых кислот), по свойствам близкий к гуминовым кислотам. Возможно, трудная растворимость гумина определяется прочностью его связи с минеральной частью почвы.