Гумус и гуминовые вещества

Гумус не следует принимать за перегной, который представляет собой полуразложившиеся остатки организмов и растений. В состав перегноя входят также микроорганизмы, грибы, низшие животные и растения. Для образования гумуса необходимо, чтобы органические остатки в результате биохимических реакций превратились в темноокрашенные высокомолекулярные гуминовые соединения. В процессе образования гумус смешивается с частицами почвы, которая приобретает легкую пористую структуру, хорошо удерживающую воду.

Для образования гумусового слоя требуется несколько тысячелетий. Гумус играет роль резервуара для воды и питательных веществ, которые постепенно высвобождаются в форме, доступной для поглощения растениями.

Термин «гуминовые вещества» объединяет сложную группу устойчивых к разложению органических материалов. Гуминовые вещества классифицируют по их растворимости: образец почвы экстрагируют водным раствором сильного основания и отделяют почву от раствора фильтрованием. Гуминовые кислоты – это органическая фракция, которая осаждается при подкислении полученного раствора. Фульвокислоты – это органическая фракция, которая остается в растворе после его подкисления. Гуминовые вещества известны свыше 100 лет, но их структура и свойства исследуются до настоящего времени. Они содержат в среднем 50% углерода, 35% кислорода, 5% водорода и 3% азота (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Структурная формулагуминовых кислот

Анализ гуминовых веществ из разных географических мест по всему миру свидетельствует, что во всех образцах присутствуют одни и те же функциональные группы.Анализ методом инфракрасной спектроскопии показывает, что в гуминовых веществах присутствуют карбоксильные, фенольные гидроксильные, алифатические гидроксильные и карбонильные функциональные группы.

Гуминовые вещества – это первая ступень в длительном процессе образования нефти и углей из органического вещества. Органический углерод рассеян и присутствует во всех осадочных породах. Его средняя концентрация составляет 0,6%. Об их «родстве» говорит общность химического состава.

Свойства почвы зависят от состава и соотношения твердой, жидкой, газообразной и живой её частей. Важнейшим свойством почвы является наличие плодородия – способности обеспечивать рост и развитие растений, обеспечивать их необходимыми питательными веществами. Почва сохраняет плодородие до тех пор, пока населена многочисленными живыми организмами, участвующими в процессе гумификации. Высоким плодородием обладают черноземы.В.В. Докучаев, анализируя причины потери почвенного плодородия, писал: «Чернозем, взятый не из-под плуга, а в девственной степи, отличается зернистой структурой и представляет собой губку, пронизанную мельчайшими порами и пропускающую через себя воздух и воду. В такой структуре чернозема его главное достоинство».

С гумусом могут взаимодействовать такие антропогенные вещества, как пестициды и продукты их разложения. Такой водорастворимый гумус, как фульвокислоты, может образовывать комплексы с органическими пестицидами на поверхности почвы. Последующая фильтрация воды переносит комплексы внутрь почвы. По этой причине пестициды легко мигрируют.

Одним из наиболее важных процессов, происходящих с участием гуминовых кислот, является связывание ионов металлов. Вследствие того, что гумус содержит карбоксильные и фенольные группы, легко ионизирующиеся с выделением катиона Н⁺, почвенный гумус заряжен отрицательно и действует как катионообменник. Катионообменная емкость (КОЕ) является мерой ионообменной способности почвы. Для сельскохозяйственных почв КОЕ изменяется в пределах от 10 до 30 смоль/кг.Когда корни растений высвобождают в почву диоксид углерода, находящиеся в почве ионы кальция, магния и калия выделяются, а их место в почве занимает ион водорода. Выделившиеся катионы кальция, магния и калия становятся доступными для корней растений.