Органическое вещество почвы

Органическое вещество почвы - это совокупность всех органических веществ, находящихся в форме гумуса и остатков животных и растений, т.е. важная составная часть почвы, представляющая сложный химический комплекс органических веществ биогенного происхождения, разделяемых на две группы:

  • Гумусовые, или перегнойные, вещества специфической природы.

  • Негумифицированные вещества растительного и животного происхождения (остатки растений, червей, насекомых, тела микро-организмов). Эта часть органического вещества составляет 10-15% от общего запаса его в почве; она легко разлагается и является источником питательных веществ для растения.

Гумусовые вещества

Гумус - часть органического вещества почвы, представленная совокупностью специфических и неспецифических органических веществ почвы за исключением соединений, входящих в состав живых организмов и их остатков. Гумус представляет собой высокомолекулярные азотсодержащие соединения специфической природы. Гумус (перегной) возникает в результате биохимических процессов разложения растительных остатков и в силу этого имеет весьма сложное строение. Гумусовые вещества представляют собой особую систему азотсодержащих органических соединений циклического строения и кислотной природы.

Количество гумуса в почве бывает различным и зависит от многих факторов, особенно от типа почвы, природно-климатических условий, специализации севооборота, характера и интенсивности земледелия (табл. 3.3). Больше всего гумуса в верхних слоях почвы, вниз по профилю содержание органических веществ, в том числе и гумуса, снижается.

При рациональном применении органических и минеральных удобрений в севооборотах с многолетними бобово-злаковыми травами, как правило, развиваются полезные микробиологические процессы и содержание гумуса в почве возрастает, качество его улучшается. Если удобрения не применяются, содержание его снижается, что подтверждают исследования во всех зонах нашей страны.

При оптимальных биологических процессах количество гумуса в почве со временем увеличивается. Если систематически вносят органические удобрения и соблюдают научные принципы ведения земледелия, скорость накопления гумуса возрастает еще больше. Если же нет - растительные остатки, ежегодно поступающие в почву, постепенно разлагаются, большей частью минерализуются и поэтому не накапливаются.

3.3. Содержание гумуса в основных типах почв (по И. В. Тюрину)
ПочваСодержание
гумуса в
пахотном слое, %
Запасы гумуса, т/га
слой 0-20 см (в среднем)слой 0-120 см
Дерново-подзолистая2-45380-120
Серая лесная оподзоленная4-6109150-300
Черноземы
выщелоченный7-8192500-600
мощный10-12224650-800
обыкновенный6-8137400-500
южный4-5-300-350
Темно-каштановая3-499200-250
Каштановая и светло-
каштановая
1,5-3-100-200
Серозем1-23750
Краснозем5-7153150-300

Содержание гумуса в почве - важный показатель ее потенциального плодородия, активности в ней всех биологических процессов. На долю гумуса приходится 85-90% от общего количества органического вещества почвы. Он состоит из двух основных групп: 1) гуминовые кислоты; 2) фульвокислоты. Выделены также гумины.

Гуминовые кислоты - группа темноокрашенных гумусовых кислот, растворимых в щелочах и нерастворимых в кислотах. Это - высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты циклического строения, хорошо растворяющиеся в слабых растворах едких щелочей, пирофосфата натрия, щавелевокислого натрия, фтористого натрия и аммиака с образованием растворимых солей - гуматов. В зависимости от концентрации и типа почвы растворы гуматов имеют вишнево-коричневую или черную окраску. Гуминовые кислоты состоят из углерода, водорода, кислорода и азота. Их состав колеблется в относительно узких пределах: С - 52-62%, Н - 2,8-5,8, О - 31-39, N - 1,7-5%. Содержание этих элементов в гуминовых кислотах зависит от типа почвы, химического состава разлагающихся остатков, условий гумификации. Больше всего углерода в гуминовых кислотах черноземов. Сельскохозяйственное производство мало изменяет элементарный состав этих кислот.

Выделенные из почвы препараты гуминовых кислот содержат помимо названных элементов и некоторое количество зольных (Р, S, Al, Fe, Si); в зависимости от степени очистки препарата их количество колеблется от 1 до 10%.

Наличие в гуминовых кислотах функциональных групп (3-6 фенольных гидроксилов (-ОН), 3-4 карбоксильных (-СООН), метоксильных (-О-СН3) и карбонильных (-С=О) групп) определяет свойства гуминовых кислот и характер взаимодействия их с почвой. Например, карбоксильные группы в гуминовой кислоте определяют ее кислотные свойства и обусловливают участие в процессах обменного поглощения катионов. Водород карбоксильных групп может замещаться различными катионами, в результате образуются соли - гуматы (Са, К, Mg, NH4 и т.д.).

Фульвокислоты - это группа гумусовых кислот, легко растворимых в воде, щелочах и кислотах; являются высокомолекулярными азотсодержащими органическими кислотами, состоящими из углерода, водорода, кислорода и азота. Но они, в отличие от гуминовых кислот, содержат меньше углерода и больше кислорода. Элементный состав их примерно таков: С - от 40 до 52%, Н - от 4 до 6, О - от 42 до 52, N - от 2 до 6%. Фульвокислоты окрашены в желтый или бурый цвет. Они более подвижны и сравнительно легко передвигаются по профилю почвы.

Фульвокислоты, обладая сильной кислой реакцией и хорошей растворимостью в воде, довольно хорошо разрушают минеральную часть почвы. Вместе с тем следует отметить, что разрушающее действие фульвокислоты на почву, ее минеральную часть, во многом зависит от количества гуминовых кислот в данной почве: чем меньше в ней гуминовых кислот, тем сильнее действие фульвокислот.

Как и гуминовые кислоты, они имеют функциональные группы, способные к обменному поглощению катионов, образуют растворимые соли кальция, магния и др. (фульваты).

Фульвокислоты более подвижны, азотные соединения в них связаны менее прочно, поэтому легче подвергаются кислотному гидролизу, чем азотные соединения гуминовых кислот. В гуминовых кислотах содержится 15-30%, а в фульвокислотах - 20-40% азота почвы.

Гумины - комплекс гуминовых и фульвокислот (по природе ближе к гуминовым кислотам), отличающийся от последних тем, что более прочно связан с минеральной частью почвы, более устойчив к разложению микроорганизмами; нерастворим в кислотах, щелочах и органических растворителях. Азот гуминов составляет 20-30% общего азота почвы.

Различные типы почв отличаются не только по общему содержанию гумуса, но и по количеству и соотношению гуминовых кислот и фульвокислот. Например, в дерново-подзолистых почвах это соотношение 0,4-0,6, а в черноземах - 1,0-1,5 и более. Эти различия в значительной степени обусловливают более высокую подвижность органического вещества, а следовательно, и азота в дерново-подзолистых почвах по сравнению с черноземами.

Гумусовые вещества могут находиться в почве в виде гуматов кальция, магния, натрия; в виде гуматов и смешанных солей с гидроокисью алюминия и железа или комплексных органоминеральных соединений с алюминием, железом, фосфором и кремнием. Они способны поглощаться глинистыми минералами. Особенно прочна связь гумусовых веществ с минералами типа монтмориллонита; с каолинитом или полевыми шпатами связь менее прочная. Образование различных органоминеральных соединений в почве (комплекс гумусовых веществ с минеральной частью) ведет к закреплению гумуса в почве. Гумус играет важнейшую роль в создании почвенного плодородия и в питании растений.

  • Органическое вещество является источником элементов питания для растений. В нем содержатся 98-99% азота, 30-40 - фосфора, 90% серы от общего содержания их в почве.

  • Гуминовые кислоты, фульвокислоты и другие, а также углекислота, образующаяся при разложении органических веществ, постепенно разрушают силикаты и алюмосиликаты, растворяют карбонаты кальция и магния, фосфаты и другие соли, переводя эти элементы питания в доступную для растений форму.

  • Органические вещества являются источником пищи для микроорганизмов. При их разложении азот, фосфор, сера переходят в легкоусвояемые минеральные соединения.

  • Многие органические вещества - гуминовые кислоты в высокодисперсном состоянии, органические кислоты (уксусная, пропионовая, янтарная и др.), а также ферменты, антибиотики, витамины, поступающие в растения в микроколичествах, - стимулируют иногда их рост в условиях водной и песчаной культур.

  • Органическое вещество почвы участвует в адсорбционных процессах в почве, повышает ее поглотительную способность и буферность, улучшает физические свойства почвы (влагоемкость, водо- и воздухопроницаемость, тепловой режим И Т.Д.).

В почве постоянно происходят процессы образования и разрушения гумуса. Гумус, хотя и устойчив к микробиологическому разложению, постепенно минерализуется. В зависимости от того, какой процесс преобладает, содержание гумуса в почве увеличивается или уменьшается. В пахотном слое дерново-подзолистых почв органического вещества ежегодно минерализуется 6-7, а в черноземных почвах - около 10 ц/га, что составляет соответственно около 1 и 0,4-0,5%. Органические и минеральные удобрения, запашка растительных остатков повышают содержание гумуса и азота в почве.

Органическое вещество почвы образуется под влиянием жизнедеятельности растений, микроорганизмов и почвенной фауны. На процесс разложения органического вещества оказывают влияние воздух, влага, химический состав растительных остатков. При обильном притоке воздуха и оптимальной влажности совершается быстрый аэробный процесс разложения. При недостатке воздуха и избытке влаги в почве создаются условия для анаэробного микробиологического процесса разложения. Лучшие условия для экономного разложения органических веществ создаются в структурных, рыхлых, окультуренных почвах, в которых соотношение между аэробным и анаэробным микробиологическими процессами разложения органических веществ (в том числе и гумуса) бывают оптимальными.

На поверхности структурных агрегатов (комочков) развивается аэробный (быстрый) процесс разложения, а внутри структурных комочков, куда воздух из-за насыщения капилляров водой проникает с большим трудом, - анаэробный (медленный) процесс разложения. При таком одновременном разложении органических веществ растения лучше всего обеспечены пищей, водой и воздухом, наиболее экономно расходуется плодородие почвы, потерь водорастворимых питательных веществ в грунтовые и речные воды не происходит. Кроме условий аэрации на полноту и характер разложения органического вещества влияют и другие факторы (температура, реакция почвы, наличие органического вещества и необходимых для микроорганизмов элементов пищи - фосфора, азота и др.).

Простые органические вещества (сахар, крахмал и др.) разлагаются быстрее, чем углеводы сложного происхождения (целюлоза, гемицеллюлоза). Белки растительного происхождения также разлагаются быстро.

Устойчивы к разложению микроорганизмами смолы, воски. Наиболее устойчив лигнин. При его соединении с микробным белком и другими азотистыми органическими веществами образуется темноокрашенное сложное комплексное вещество, являющееся основным ядром гумуса.

В результате жизнедеятельности микроорганизмов образуются вещества вторичного происхождения, из которых состоят тела самих микроорганизмов и продукты их обмена. В состав тел микроорганизмов в значительном количестве входят белковые вещества. Поэтому относительное содержание белковых веществ, включая и белковые вещества микробных тел, при разложении растительных остатков не убывает, а возрастает.

В зависимости от условий разложения в почве накапливаются качественно различные перегнойные вещества. При аэробном разложении лесной подстилки грибной флорой образуются растворимые бесцветные фульвокислоты. При бактериальном разложении органических остатков травянистых растений образуются малорастворимые, темноокрашенные гуминовые кислоты.

Изменение состава растительных остатков вследствие неодинаковых скорости и полноты разложения составных частей в почве и деятельности микроорганизмов приводит к постепенному новообразованию специфических перегнойных веществ. Следовательно, главная роль в круговороте химических веществ в почве и, прежде всего, поступающих органических соединений от растений и различных удобрений принадлежит микроорганизмам, т.е. живой части почвы.

Любая почва населена различными микроорганизмами: грибами, бактериями и актиномицетами, а также водорослями и простейшими. Их численность в разных почвах неодинакова. Состав и число микроорганизмов определяются не только типом почв, но и степенью их окультуренности. Чем выше окультуренность почвы, тем больше в ней содержится полезных микробов. Микробная масса на 1 га составляет 5-7 т. Если учесть, что за вегетационный период в почве сменяется несколько поколений микроорганизмов, то общая живая масса их на 1 га может достигать довольно внушительных размеров - 15-20 т и более.

Микроорганизмы - наиболее энергичная и подвижная часть почвы. Их важная роль в почвенных процессах и питании растений определяется не только тем, что эти живые существа обладают колоссальным ферментативным действием на окружающий мертвый субстрат, но и огромной активной поверхностью, на которой с большой скоростью совершаются сложнейшие превращения различных соединений почвы и вносимых удобрений.

Общая поверхность микробного населения 1 га почвы составляет примерно 500-600 га, т.е. микроорганизмы - главная живая плазма почвы. В конечном итоге они определяют течение большинства процессов в почве и во многом влияют на характер питания растений. Превращения поступающих удобрений также в определенной степени связаны с жизнедеятельностью почвенной биоты.

Поделиться:

Дополнительные материалы по теме: