7

Почвоведение

Органическое вещество почв

Накопление углерода в почвах происходит в широких приделах табл. 1.

Таблица 1 — Запасы органического углерода (т/га)

в зональных и торфяно-болотных почвах (Орлов, 1995)

Зона	Почвы	Запасы, т/га
Южная тайга Лесостепь	Дерново-подзолистые Торфяно-болотные Серые лесные Торфяно-болотные	от 124-180 до 1400-2000 от 200-280 до 4345

Поглощение углерода из атмосферы при фотосинтезе и возвращение его в атмосферу в результате окисления органического вещества в почве происходит в форме двуокиси углерода (СО₂), а в гидросферу — в форме бикарбонатов (НСОз).

Органическое вещество почв представлено органическими остатками живых организмов, продуктами их метаболизма, а также специфическими органическими соединениями, носящими название почвенного гумуса. По современным представлениям все органические вещества, находящиеся в почвенной массе генетических горизонтов, делятся на две группы.

• Неспецифические, т. е. вещества не почвенного происхождения, а имеющие фито-, зоо-, микробоценотическую природу и поступающие в процесс почвообразования как отмирающая биомасса (органические остатки) и как продукты жизнедеятельности живых организмов.

• Почвенный гумус или специфические органические вещества почвенно-генетической природы, присущие только почвам.

Гумусообразование и гумусонакопление происходит только в результате почвообразовательного процесса, и не наследуется, как правило, от материнской почвообразующей породы, хотя, безусловно, материнские породы влияют на состав и свойства гумуса.

Неспецифические органические соединения почв

Из массы органических веществ биологического происхождения в почвоведении широко представлены углеводы (целлюлоза, моносахариды, дисахариды, гемицеллюлоза, пектиновые вещества), лигнин, белки, жиры, липиды, дубильные вещества, воски и смолы и др.

Углеводы — большая группа органических веществ, куда входят моносахариды, дисахариды, крахмал, целлюлоза (клетчатка), геми­целлюлоза и др. Большая часть приходится на долю целлюлозы. Особенно много ее в древесине — 50-60%. В листьях и травах ее содержится около 30%.

Углеводные компоненты, поступающие в почву с растительными и животными остатками, довольно быстро подвергаются различным превращениям: ферментативному гидролизу, окислению, конденсации. Их химическая трансформация в дальнейшем может происходить различными путями: а) в условиях высокой биологической активности наблюдается распад углеводных соединений до мономеров с их дальнейшей конденсацией; б) низкая биологическая активность способствует накоплению высокомолекулярных соединений за счет процессов ароматизации и карбоксилирования. Наиболее быстро процессам разложения подвергаются простые углеводы (моно- и дисахариды). Максимальное разложение углеводов наблюдается в первые три месяца при значительном накоплении новообразованных гемицеллюлоз.

Лигнин отличается высоким содержанием углерода, наличием бензольных колец с гидроксильными (ОН) и метоксильными (ОСН₃) группами, которые входят затем как структурные компоненты гумусовых веществ. В растительных остатках содержание лигнина может достигать 35%.

Белки и аминокислоты — главные химические компоненты неспецифических органических веществ, содержащие азот и фосфор. Содержание белков в биомассах крайне неодинаково: древесина — <1, сено (трава) – 5-10, грибы — 10-50; бактерии — 40-80%.

В процессах почвообразования эти химические соединения подвергаются действию протеолитических и дезаминирующих ферментов. Аминокислоты в почвах могут быть свободными и связанными. Однако в отличие от утлеводных соединений количество свободных аминокислот больше содержания связанных, а роль их более существенна, так как они являются структурными элементами в синтезе белка, субстратом эндогенного дыхания, регулятором ферментативных реакций. По профилю наблюдается снижение как количества, так и разнообразия состава аминокислот. При этом в сумме свободных аминокислот возрастает относительное количество нейтральных соединений, устойчивых к минерализации. Одной из особенностей аминокислотного состава почв является корреляция последних с за­пасами общего и гидролизуемого азота, почвенного гумуса. Таким образом, аминокислоты в почве являются важным звеном в системе органическое вещество — питание растений, обеспечивая условия для развития почвообразовательного процесса и возделывания сельскохозяйственных растений.

Смолы имеют различное химическое строение. Чаще всего встре­чаются в хвойных деревьях.

Воски выполняют функции защитных веществ, содержатся в не­значительных количествах.

Дубильные вещества содержатся почти во всех растениях. Их много в коре древесных пород (5—20%), мало в травах и микроор­ганизмах.

Смолы, воски и дубильные вещества плохо разлагаются в почве, а в некоторых случаях угнетают почвенную микрофлору.

Зольные вещества составляют золу, оставшуюся после сжигания растительных и животных остатков. Содержание зольных элементов в живых объектах варьирует в зависимости от вида, возраста и среды обитания. В растительных остатках золы около 5%, в древесине мало, около 1%, в травах много, около 10%. Основную массу золы составляют Са, Mg, К, Na, Si, H, S, Fe, Al, Mn и многие микроэлементы.

Ферменты определяют ферментативную активность почвенной массы, имеют биологическое происхождение и являются обязательными катализаторами всех биохимических процессов, происходящих при почвообразовании. Очень много ферментов участвуют в катализе процессов расщепления, превращения, минерализации органических веществ неспецифической природы и гумуса.

Фенолы представляют собой особый класс органических соединений. Фенольные соединения присутствует во всех трех фазах почвы и участвуют в биологических, гидрологических, геологических, химических, биохимических и физико-химических процессах, происходящих в почве, подвергаясь многообразным метаморфозам биотического и абиотического синтеза и разложения. Вещества фенольной природы принимают участие в образовании органоминеральных соединений. Почвенные фенолы существуют в нескольких формах: свободные, связанные и прочносвязанные с почвенной матрицей и не передвигающиеся в профиле почвы. Соотношение между ними определяется химической структурой фенолов и совокупностью почвенных условий.

В связи с высокой динамичностью количественной массы неспецифических органических соединений количество этих веществ в почвах варьирует в широких пределах. Считается, что около 10% определяемого в лабораториях гумуса составляют органические вещества неспецифической природы, полностью утратившие морфологические структуры исходных организмов. Неспецифические органические вещества почвы представляют интерес прежде всего как исходный материал для образования другой группы органических веществ, специфичных только для почвенных масс и носящих название гумусовые вещества почвы.

Дюшафур выделил 3 группы форм гумуса. К первой группе относятся почти не разложившиеся или слаборазложившиеся остатки в основном растительного происхождения. Они образуют так называемый грубый гумус – лесные подстилки, степной войлок. Рассматривая грубый гумус под микроскопом, можно хорошо различить детали растительной ткани: конфигурацию клеток, толщину их оболочек и др. Вместе с тем обнаруживается, что наименее стойкие ткани – камбий, флоэма, паренхима первичной коры – разрушены.

Вторая группа состоит из остатков, которые образуют рыхлое черное вещество – модер. Под микроскопом видно, что это вещество состоит из измельченных и сильно измененных растительных остатков – мелких обрывков растительных тканей, лишь частично сохранивших реликты клеточного строения и обильно пропитанных новообразованными органическими соединениями.

Третью группу слагают специальные почвенные органические образования, в которых следы строения растительных тканей не обнаруживаются. Такая форма образует собственно гумус, состоящий из аморфных скоплений разной прозрачности и окраски: от хорошо прозрачных светло-желтых до плохо прозрачных темно-бурых. Гумусовые вещества в одних почвах диффузно распределены в почвенном матриксе, а в других – склеивают мелкие минеральные частицы, образуя гумус типа мулль.

Длительное водонасыщение почвы подавляет деятельность мезофауны и аэробных микроорганизмов, вследствие чего резко снижается интенсивность преобразования растительных остатков. В таких условиях из остатков гидрофильных растений, главным образом мхов, образуется торф, который характеризуется слабой разложенностью растительных остатков (менее 30 %) и волокнистым строением благодаря преобладанию мхов среди растений-торфообразователей. Органическое вещество почвы, состоящей из торфяных компонентов, называется гумусом типа мор. Между рассмотренными формами почвенного органического вещества существуют постепенные переходы.