ЛЕКЦИЯ 6 ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВЫ Органическое вещество

ЛЕКЦИЯ 6: ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВЫ

Органическое вещество почв – это совокупность живой биомассы и продуктов их метаболизма, органических остатков растений, животных и микроорганизмов, гумуса – специфического вещества почв. Гумусовые вещества представляют собой гетерогенную полидисперсную систему высокомолекулярных азотосодержащих ароматических соединений кислотной природы. Содержание гумуса колеблется в почвах от 0, 5 % в пустынных почвах до 15 % в черноземах лесостепной зоны. Все генетические и агрономические свойства и режимы почв связаны с содержанием и составом органического вещества. Источники гумуса: 1. Остатки растений; 2. Остатки животных и микроорганизмов. Растительный опад и продукты метаболизма высших растений дают основной материал, из которого образуется гумус. Специфический химический состав животных и микроорганизмов, высокое содержание в них белков определяют их роль в обогащении гумуса азотом

Таблица Источники гумуса в различных ландшафтах Ландшафты Запасы фитомассы Тундра 150 -2500 г/м 2 Таежнолесные Степные Пустынные К/Н* Почвенные животные, беспозвоночные 10 -15 г/м 2 1 -3 г/м 2 25000 -40000 1/3 – 1/5 30, доминируют грибы 2 -9 г/м 2 1200 -2500 3 -6 60, грибы, 12 -16 г/м 2, спорообразую-щие доминируют бактерии, актино- дождевые черви мицеты 8 -9 Биологически активны только в отдельные годы - 3 -4 Биомасса микроорганизмов - *К/Н - отношение корневой массы к надземной

В составе гумуса выделяют 3 группы: гуминовые кислоты (ГК), фульвокислоты (ФК), гумины. Гуминовые кислоты (ГК) - группа темноокрашенных веществ (от бурых до черных ГК), которые хорошо растворяются в минеральных кислотах и в воде. Фульвокислоты (ФК) – группа светлоокрашенных (светло-желтая) гумусовых кислот, сходных по составу и строению с ГК, но имеющих ряд существенных отличий Гумины не гидролизуются, не переходят в раствор. Это совокупность ГК и ФК очень прочно связанных с минеральной частью почв

Преобладающая часть гуминовых веществ в почвах находится в форме органоминеральных соединений. Они придают гуминовым веществам устойчивость к разложению и минерализации и обеспечивают длительное существование в течение сотен и тысяч лет. По характеру взаимодействия выделяют 3 группы органоминеральных соединений: 1. Простые гетерополярные соли. К ним относятся гуматы и фульваты аммония, щелочных и щелочноземельных металлов. Механизм образования заключается в обменной реакции между водородом кислых функциональных групп гумусовых кислот и катионами почвенного раствора. 2. Комплексно-гетерополярные соли. Образуются при взаимодействии гуминовых кислот с поливалентными металлами (Fe, Al, Cu, Zn, Ni). 3. Адсорбционные органоминеральные соединения. Образуются путем сорбции на поверхности твердых частиц почвы.

Гумусообразование - это процесс формирования динамичной системы органоминеральных соединений в профиле почв, соответствующей экологическим условиям ее функционирования. Гумусообразование включает следующие процессы формирования и эволюции органического профиля почв: 1) разложение свежих органических веществ, минерализация и гумификация, образование гумусовых веществ; 2) минерализация гумусовых веществ, взаимодействие органических веществ с минеральной частью почвы, миграция и аккумуляция органоминеральных соединений

Морфология гумуса. Ф. Дюшофур (1970) выделяет главные типы гумуса на основании морфологических различий, степени трансформации органических веществ и их связи с минеральной частью почвы. Мор – (грубый гумус) содержит много детрита (слаборазложившихся растительных остатков), формируется при низкой биологической активности в условиях сильнокислой и кислой реакции среды. Модер – представляет собой среднеразложившиеся растительные остатки, формируется в условиях кислой реакции среды при средней биологической активности, имеет слабое сцепление с минеральной частью почв. Мюлль - собственно гумус, состоящий из новообразованных в почве молекул ГК и ФК. Они составляют 85 -90 % органической части почвы. Формируется при высокой биологической активности, в условиях слабокислой, нейтральной и щелочной реакции среды, имеет сильную связь с минеральной частью почвы. Анмоор – образуется в условиях временного избыточного увлажнения.

Факторы и условия гумусообразования: 1. Количество, состав и характер поступления в почву источников гумуса; 2. Гидротермический режим; 3. Окислительно-восстановительные условия; 4. Биологическая активность; 5. Гранулометрический состав; 6. Минералогический состав; 7. Химический состав; 8. Физико-химические свойства почв.

Количество, состав и характер поступления в почву источников гумуса. Количество ежегодного опада в различных природных зонах колеблется от нескольких центнеров/га в тундрах и пустынях до 10 -15 т/га в луговых степях лесостепной зоны и до 25 и более т/га сухого вещества во влажных тропических лесах. В агроценозах количество послеуборочных остатков составляет 1 -2 т/га под пропашными культурами, 2 -3 т/га – под зерновыми, 5 -8 т/га под многолетними травами. Чем больше поступает источников гумуса, тем больше образуется гумуса в почвах, при прочих равных условиях. Гидротермические условия Определяют интенсивность и направленность биологических и биохимических процессов и скорость химических взаимодействий. Гумификацию сдерживают избыток влаги и ее недостаток. Избыточная влажность обуславливает консервацию органических веществ на различных стадиях разложения в виде перегнойных или торфяных горизонтов. Оптимальными являются контрастные условия, когда влажные периоды чередуются с сухими.

Окислительно-восстановительные условия. В условиях хорошей аэрации (окислительных) разложение органических остатков ускоряется, однако, в засушливых условиях активизируется и минерализация. В анаэробных (восстановительных) условиях эти процессы замедляются. Умеренная пульсация ОВ-режима способствует гумификации и закреплению гумуса. Биологическая активность. Северные подзолистые почвы характеризуются наименьшим содержанием микроорганизмов с низкой жизнедеятельностью. К югу численность микроорганизмов увеличивается, их видовой состав становится более разнообразным, жизнедеятельность резко возрастает. Сопоставление запасов гумуса в различных почвах с количеством микроорганизмов в них свидетельствует о том, что как слабая, так и высокая биогенность почвы не способствуют накоплению гумуса. Наибольшая его аккумуляция характерна для почв со средней численностью микроорганизмов.

Гранулометрический и минералогический состав. В песчаных и супесчаных почвах с преобладанием первичных минералов создается хорошая аэрация, они быстро прогреваются. В этих почвах разложение органических остатков ускоряется, значительная их часть минерализуется полностью, а образовавшиеся гумусовые вещества плохо закрепляются на поверхности песчаных частиц и быстро минерализуются. В глинистых и суглинистых почвах, в минералогическом составе которых преобладают вторичные минералы, процесс разложения органических остатков при прочих равных условиях замедляется, гумусовых веществ образуется больше, они хорошо закрепляются на поверхности высокодисперсных минеральных частиц и постепенно накапливаются в почве.

Химический состав Наряду с минералогическим, обуславливает физико-химические свойства почв. Наличие карбонатов Ca и Mg, а также повышенное содержание этих элементов в составе минералов, способствует накоплению гумуса. Ca и Mg связывают гуминовые кислоты в труднорастворимые и недоступные микроорганизмам формы. Физико-химические свойства Определяют реакцию среды и сорбционные свойства. Оптимальными для гумификации являются нейтральная и близкая к нейтральной реакция среды, обусловленная повышенной концентрацией катионов Са 2+ и Mg 2+. Такая реакция оптимальна для процессов конденсации и образования устойчивых органоминеральных соединений.

Географические закономерности распределения гумусовых веществ в почвах Степень и характер формирования и накопления гумуса в почвах зависит в основном от радиационного баланса и режима влажности. Мощность гумусового горизонта, содержание и запасы гумуса закономерно изменяются в почвах зонального ряда. Наибольшее значение перечисленных показателей характерно для черноземов типичных лесостепной зоны. Мощность гумусового горизонта в них может достигать 1. 5 м, содержание гумуса до 15% Параллельно общему содержанию гумуса изменяется относительное содержание гуминовых кислот. Больше всего их в черноземах. К северу и к югу от черноземов их содержание постепенно снижается. Изменение содержания фульвокислот менее закономерно, но в целом противоположно содержанию гуминовых кислот.

Таблица Географические закономерности распределения гумуса в почвах Почвы Гумус, % ГК, % от гумуса ФК, % от гумуса Сгк Сфк Морфология гумуса Подзолистые 2, 5– 4, 0 12 -30 25 -30 0, 6– 0, 8 Mor Серые лесные 4, 0– 6, 0 25 - 30 25 - 27 1 Moder, Mull Черноземы 7, 0 – 10, 0 35 - 40 15 - 20 1, 5 - 2, 5 Mull Каштановые 1, 5 – 4, 0 25 - 35 20 - 25 1, 2 – 1, 5 Mull Бурые сухостепные 1, 0 – 1, 2 15 -18 20 - 23 0, 7 Mull, Moder Серозёмы светлые 0, 8 - 1, 0 17 -23 25 -33 0, 7 Mull, Moder Красноземы 4, 0 -6, 0 15 -20 22 -28 0, 6 -0, 8 Mor, Moder Mull

Роль органических веществ в почвообразовании, плодородии почв и питании растений очень многообразна. Значительная часть элементарных почвенных процессов (ЭПП) происходит с участием гумусовых веществ. К ним относятся биогенно-аккумулятивные, элювиальноаккумулятивные, метаморфические и другие. Процессы взаимодействия органических веществ с минеральной частью почв лежат в основе почвообразования. Содержание, запасы и состав гумуса входят в состав главных показателей почвенного плодородия. Они оказывают также влияние на все режимы и свойства почв.