Система органических веществ почвы

ОВП подразделяют на две группы: органические остатки и гумус. Неразложившиеся остатки, которые видны невооруженным глазом или под лупой, составляют 5-10% от общего содержания ОВП. Входящие в их состав органические компоненты – источник образования гумуса, на долю которого в большинстве минеральных почв приходится до 90-99% от общего содержания ОВП. (схема).

Гумус-сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации органических остатков и продуктов жизнедеятельности живых организмов. В составе гумуса различают промежуточные продукты распада и гумификации, неспецифические органические и специфические гумусовые вещества.

Неспецифические органические соединения – это группа органических веществ, поступающих в почву из разлагающихся растительных и животных остатков, с прижизненными выделениями корней, макро- и микроорганизмов (лигнин, целлюлоза, белки, липиды, углеводы и другие соединения). При дальнейшей трансформации этих соединений образуются промежуточные продукты разложения и гумификации.

Неспецифические органические соединения и промежуточные продукты разложения и гумификации объединяют в одну группу под названием вещества неспецифической природы. Часть из них усваивают микроорганизмы, частично они распадаются до конечных продуктов, а часть включается в процесс гумификации и трансформируется в специфические гумусовые вещества. Гумусовые вещества накапливаются в почвах и представляют собой специфический прдукт почвообразования. Только в составе гумуса полностью доминируют гумусовые вещества, составляя до 90-95% его массы.

Специфические гумусовые вещества представлены гумусовыми кислотами, негидролизуемым остатком и прогуминовыми веществами.

2 ВОПРОС

Разложение мертвых органических остатков сопровождается несколькими одновременно протекающими процессами:

1. Аккумуляция первичного органического вещества – поступление растительных остатков на поверхность и в толщу почвы.

2. Разложение – совокупность процессов биохимического окисления нерастворимых в воде органических остатков с образованием более простых, частично растворимых в воде органических и минеральных соединаний.протекает под влиянием деятельности микроорганизмов. В процессе разложения растительные остатки теряют анатомическое строение.

3. Микробный синтез – процесс образования тел микроорганизмов из более простых водорастворимых органических (сахаров, аминокислот) и минеральных соединений. После отмирания микробы подвергаются разложению и гумификации.

4. Гумификация или гумусообразование – медленный биохимический процесс, приводящий к образованию гумусовых веществ – процесс превращения растительных остатков в гумусовые кислоты и их соли.

5. Минерализация – совокупность процессов превращения ОВ в минеральные соли, воду и углекислоту.

Процессы разложения и минерализации обеспечивают поступление элементов питания в биологический круговорот.

Процессы микробного синтеза и гумификации обеспечивают закрепление и накопление органических веществ в толще почвы.

Все процессы превращения ОВ в почве протекают в присутствии кислорода, воды и углекислоты при участии микроорганизмов.

Скорость процессов разложения и минерализации различных соединений неодинакова. Интенсивно минерализуются растворимые сахара, крахмал, хорошо разлагаются белки, целлюлоза; устойчивы к разложению и минерализации лигнин, смолы, воски.

НА начальном этапе распада органических остатков лигнин, белки, углеводы, липиды подвергаются гидролитическому расщеплению экзоферментами вне клеток микроорганизмов. В результате образуются пептиды, нуклииновые кислоты, олигосахара, полифенолы и др продукты. Благодаря дальнейшей трансформации часть этих соединений проникает через клеточные мембраны и подвергается превращеиям уже в клетках микроорганизмов.

Скорость разложения орган-х остатков в почве зависит от: химического состава и анатомического строения орган-х остатков, влажности и температуры почвы, ее гранулометрического и химического составов, активности микрофлоры и других факторов.

Таким образом, процессы разложения и превращения орган-х остатков можно объеденить в три группы.

1. Химические превращения, совершающиеся вне клеток живых организмов , то есть собственно химические , биохимические, физико-химические и др., совершающиеся под влиянием ферментов, минеральных катализаторов.

2.Процессы превращения орган-х остатков при участии почвенных животных. В почве распространены дождевые черви, многоножки, личинки двукрылых и жуков, взрослые жуки, моллюски, муравьи. Число их на 1м2 лесной почвы может достигать несколько тысяч. Биоиасса почвенных беспозвоночных животных изменяется с севера на юг: в почвах тундры – 70, хвойных лесах – 200, широколиственных лесах – 1000, степи – 250, пустыни – 10 кг/га.

Воздествие животных на растительные остатки заключается в измельчении, перемешивании раст-х ост-в с минеральной частью почвы, биохимической обработке остатков. Не усвоенная животными часть остатков выбрасывается ими в виде экскрементов, обогащенных кишечной бактериальной флорой. В экскрементах орг-е вещ-а тесно перемешаны с минеральными частицами пищи. Экскременты почвенных жив-х улучшают структурность почвы и уменьшают ее кислотность.

Велико значение дождевых червей в превращении орган-х остатков. По наблюдениям Ч.Дарвина, общее количество почвенной массы ежегодно пропускаемое дождевыми червями через пищеварительный канал может достигать 25т/га. В лесных почвах дождевые черви перерабатывают до 30% и более общей массы растительного опада. В таких случаях лесная подстилка не накапливается и к концу лета почти вся исчезает. При этом в почве образуется хорошо выраженный гумусовый горизонт.

Важную роль в гумусообразовании играют почвенные беспозвоночные животные. Возрастание численности беспозвоночных сопровождается повышением содержания гумуса.

3. Процессы превращения орган-х остатков при участии микроорганизмов. Деятельность микроорганизмов – один из важнейших факторов разложения и превращения орган-х ост-в в почве.

Масса живых бактерий в слое 0 – 25см доходит до 5 – 7т/га. В почве встречаются следующие группы микроорганизмов: бактерии, грибы, водоросли, простейшие и ультромикробы. По отношению к кислороду бактерии разделяют на 2 группы: аэробные и анаэробные.

Из почвенных грибов распространены плесневые грибы и актиномицеты. Масса грибов в почве меньше, чем масса бактерий. Грибы развиваются в верхних горизонтах почвы. Благоприятная для грибов рН кислая (4), для актиномицетов – нейтральная и слабощелочная (рН 7,0 – 7,5).

Водоросли в почве – зеленые, синезеленые, диатомовые. Их больше под травянистой растительностью и меньше под хвойной. Могут жить и в глубоких слоях и тогда ведут себя как гетеротрофы.

Простейшие имеются в почве в значительном количестве. Пищей для них служат бактерии и частично грибы, но могут питаться и растительными остатками.

Для разложения и превращения растительных остатков необходимы грибы и бактерии.

Микробы . Могут использовать для своего питания нерастворимые в воде соединения , переводя их в растворимые. Часть продуктов распада (до 25%) расходуется микроорганизмами на построение их тел. Этот процесс называют микробным синтезом. Другая часть продуктов гидролиза (75-80%) расходуется микроорганизмами как энергетический материал, при окислении которого выделяется необходимая для их жизни энергия.

Гумусообразование – процесс формирования динамичной системы органо – минеральных соединений в профиле почв, соответствующей экологическим условиям ее функционирования. Или - это процесс формирования органопрофиля почв. Или – медленное биохимическое окисление высокомолекулярных орг-х вещ-в с образованием высокомолекулярных гумусовых веществ.

Возраст гумуса в черноземе – 1700 лет.

В настоящее время предложен ряд концепций образования гумусовых веществ, но все они носят гипотетический характер. Наибольшим признанием пользуются следующие.

1. Конденсационная (полимеризационная) гипотеза. Эта гипотеза пользуется большой популярносттью. Впервые была выдвинута А.Г.Трусовым (1913). Сущность процесса гумификации:

--- процесс гумификации сопроваждается минерализацией компонентов раст-х оста-в до СО2, Н2О,NН3 и др;

--- все компоненты раст-х тканей могут быть первоисточниками гумусовых кислот;

--- ответственное звено процесса формирования гумусовых веществ – конденсация путем окисления фенолов ферментами до хинонов и взаимодействия последних с аминокислотами и пептидами;

--- заключительное звено формирования системы гумусовых веществ – поликонденсация (полимеризация) представляет химический процесс.

Некоторые существенные моменты не подкреплены достаточной аргументацией:

--- неясен механизм формирования ФК;

--- почему процессы разложения сложных орг-х соединений до простых сменяются на каком-то этапе процессами их конденсации.

2. Гипотеза биохимического окисления. И.В.Тюрин считал, что основная черта гумификации – реакции медленного биохимического окисления различных высокомолекулярных веществ, имеющих циклическое строение. По Л.Н.Александровой гумификация представляет длительный процесс и состоит из 3 этапов: новообразование гумусовых кислот; их дальнейшая гумификация и консервация; постепенное медленное разрушение гумусовых кислот.

3. Биологическая теория гумусообразования (микробиологическая концепция гумификации). Сущность этих теорий заключается в том, что гумусовые кислоты синтезируются внутри клеток живых организмов. Эту теорию развивал В.Р.Вильямс. он считал, что древесная растительность и грибы, актиномицеты и анаэробные бактерии способствуют синтезу ФК, травянистая растительность в комплексе с аэробными микроорганизмами – ГК. Согласно этим концепциям гумусовые вещества – это продукты внутриклеточного синтеза микроорганизмов. Впервые была сформулирована П.А.Костычевым. установлено, что внутри клеток многих грибов, споровых аэробных и анаэробных бацилл образуются темные пигменты, которые по составу и свойствам близки к ГК.

4. Кинетическая теория гумификации – разработана в 70-х годах Д.С.Орловым. в основе лежит принцип отбора наиболее устойчивых орг –х соединений в процессе гумификации. Глубина гумификации характеризуется отношением СГК:СФК. Однако, эта теория не применима к почвам южно-европейской и восточносибирской фации и к почвам субтропических и субтропических областей.

5. Теория обновления гумусовых веществ разработана в 70-х годах А.Д.Фокиным. суть в том, что продукты разложения могут не формировать целиком новую гумусовую молекулу, а включается за счет конденсации сначала в периферические фрагменты уже сформированных молекул, а затем – в циклические структуры. При этом периферические фрагменты обновляются в несколько раз быстрее, чем ядерные. Такой тип обновления автор назвал фрагментарным.

Все теории дополняют друг друга, все в той или иной степени подтверждены экспериментально.

3 ВОПРОС

В состав гумуса входят 2 группы соединений: орг-е вещ-ва индивидуальной природы, специфические - гумусовые. Орг-е вещ-ва индивидуальной природы представлены соединениями, входящими в состав растительных остатков. К ним относят (белки, жиры, углеводы, воски, лигнин, дубильные вещества и др.). на их долю приходится не более 10-15%. Специфические - гумусовые составляют 80-90 % всей массы почвенного гумуса. Среди гумусовых веществ раличают три группы соединений: гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумин.

Свойства гумусовых веществ

Фульвокислоты – обязательная составная часть гумусовых кислот почвы.

Качество гумуса, плодородие почвы зависит от преобладания той или иной группы гумусовых веществ. Для оценки качества гумуса определяют соотношение СГК:СФК. Выделяют следующие типы гумуса: фульватный – СГК:СФК меньше 0,5; гуматно-фульватный – 05-1,0; фульватно-гуматный – 1,0-2,0; гуматный – более 2,0.

Гумин – инертная часть почвенного гумуса, которая находится в прочной связи с минеральной частью почвы. В состав гумина входят: ГК, ФК прочно связанные с глинистыми минералами почвы, кроме того обнаружены лигнин, целлюлоза, полисахариды, углистые частицы, растительные остатки, находящиеся на разных стадиях разложения, и обломки хитинного покрова насекомых.Негидролизуемый остаток (гумин) – это часть гумуса почвы, которую не удается экстрагировать разбавленными растворами щелочей, кислот или органическими растворителями.

В состав почвенного гумуса входят битумы – совокупность жиров, высокомолекулярных жирных кислот, восков и смол. Их содержание незначительно – 2-4% от общего содержания гумуса, а в заболоченных почвах – до 10-20 %.

В состав гумуса и входят вещества неспецифической природы: лигнин, белки, низкомолекулярные продукты распада – сахара, жирные кислоты и др. суммарное содержание этих соединений не превышает 20 % от общего содержание гумуса.

Мощность гумусового горизонта, содержание и запас гумуса закономерно изменяются в почвах зонального ряда. Наибольшие значения этих показателей характерны для черноземов типичных лесостепной зоны: мощность – до 1,5м, содержание гумуса – до 15%. К северу и к югу от зоны распространения Чт эти показатели постепенно снижаются до минимальных значений. Параллельно изменяется содержание ГК. Больше всего их в Ч. Изменение содержания ФК противоположно содержанию ГК.

Для каждого типа почв характерно отношение СГК:СФК, которое максимально в Ч (больше 2) постепенно снижаясь к подзолистым, бурым пустынно-степным.

В составе ГК доля свободных и связанных с подвижными формами R2О3 от П почв к почвам аридных районов снижается от 90-100% до 10% и менее, а с кальцием – возрастает в том же диапозоне. В почвах влажных и переменно-влажных тропических и субтропических областей содержание гумуса повышается на 3-4% с преобладанием в составе ФК. ТАБЛИЦА(самостоятельно).

4 ВОПРОС

Факторы и условия гумусообразования

1. Количество, химический состав и характер поступления источников гумуса Чем больше поступает источников гумуса. тем больше его образуется. Накоплению гумуса способствует повышенное содержание оснований, азота и легкоразлагаемых орг-х веществ. Повышенное содержание лигнина и целлюлозы снижают интенсивность гумификации. Быстрее разлагаются и полностью минерализуются гемицеллюлоза, клетчатка, белки; медленнее – лигнин, жиры, воски, смолы. Поступление источников гумуса непосредственно в почву, а не на поверхность, улучшают условия взаимодействия продуктов гумификации с твердой фазой почв и снижает интенсивность их минерализации..

2. Видовой состав растений.Медленне разлагаются сфагнум, хвойные подстилки, быстрее травяной опад, подстилки лиственных пород.

3. Гидротермические и климатические условия. Условия температуры и влажности определяют интенсивность и направленость биологических, биохимических процессов и скорость химических взаимодействий. Сухие растительные остатки не разлагаются. При влажности 60-80% скорость разложения орг-х остатков уменьшается, так как начинается анаэробное разложение. При избыточной влажности происходит консервация орг-х вещ-в в виде перегнойных или торфяных горизонтах. Оптимальными являются контрастные условия: во влажные периоды усиливаются процессы разложения и гумификации, а в сухие – закрепление продуктов гумификации в твердой фазе почвы. Пониженные температуры ограничивают интенсивность процессов разложения и гумификации, повышенные – усиливают минерализацию. Оптимальными являются умеренные температуры. Медленное разложение наблюдается при длительном промерзании почв, вечной мерзлоте, переувлажнении, и наоборот, большей сухости.

4. Физико-химические свойства и ОВУ. Физико-химические свойства определяют реакцию среды и сорбционные свойства. Оптимальными для гумификации являются нейтральная и близкая к нейтральной реакция среды.

5. Биологическая активность. Оптимальной является умеренная биологическая активность. Высокая биологическая активность усиливает минирализацию, а низкая – сдерживает гумификацию.

6. Гранулометрический состав.ГС оказывает влияние на гидротермические и ову, обуславливает прочность связи гумусовых кислот с минеральной частью почв. Чем тяжелее гс, тем благоприятнее условия для закрепления гумуса.

7. Минералогический состав. Обуславливает физико-химические и сорбционные свойства. Накоплению гумуса способствуют вторичные тонкодисперсные минералы с высокой ЕКО и удельной поверхностью. Первичные минералы не способствуют накоплению гумуса.

8. Химический состав почв. Обуславливает физико-химические свойства почв. Повышенное содержание кальция и магния в составе первичных и вторичных минералов способствует накоплению гумуса. Кальций и магний связывают гуминовые кислоты в труднорастворимые и недоступные микроорганизмам формы.

9. Рельеф. В пониженных частях накапливается гумуса больше, на повышенных – меньше.

10. Микроорганизмы. Аэробные разлагают орг-е вещ-о почти полностью, поэтому гумуса образуется меньше, чем при действии анаэробных микроорганизмов.

Основные факторы эффективного гумусообразования в пахотных почвах: отвальная обработка (вспашка обеспечивает анаэробные условия для разложения раст-х ост-в);и возделывание многолетних трав.

Группы растений по реакции на гуминовые кислоты

5 ВОПРОС

ОВП играет очень важную роль в генезисе и плодородии почв, а также в нормальном функционировании биосферы. Только благодоря круговороту ОВ существуют биогеохимические круговороты других элементов. Гумус почвы – основной источник энергии для процессов происходящих в почве. Гумусовую оболочку суши можно считать общепланетарным аккумулятором и распределителем энергии, образованной в процессе фотосинтеза. Гумус является аккумулятором солнечной энергии ( в гумусе Ч накапливается солнечная энергия до 20-30 тыс ккал/1га). Благодаря этому почва восстанавливается через 25-30 лет.

Все компоненты ОВП выполняют различные функции.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: