Гумусом называют сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации органических остатков. Содержание гумуса в почвах определяется условиями и характером почвообразовательного процесса. Оно колеблется в верхних горизонтах от 1-2 до 12-15%, резко или постепенно уменьшаясь с глубиной.
Рассмотрим запасы гумуса в основных типах почв России в слое 0-20 см (т/га).
Подзолистая - 53 Тёмно-каштановая - 99
Чернозём обыкновенный - 137 Чернозём типичный - 224
Количество и состав гумуса в почвах динамичны вследствие постоянного поступления в них органических остатков и непрерывности процессов их разложения и гумификации. Гумус, торф и подстилка содержат 2 группы соединений:
а) не гумусовые вещества органических остатков и промежуточных продуктов их разложений;
б) гумусовые вещества.
Не гумусовых веществ в гумусе обычно не более 10-15%. Лишь в торфяных горизонтах и лесных подстилках они составляют 50-80% всей массы органических соединений. Эта группа соединений представлена белками, углеводами, смолами, дубильными веществами и разнообразными продуктами их частичного разложения.
|
|
Гумусовые вещества представляют собой систему высокомолекулярных азотосодержащих органических соединений циклического строения и кислотной природы. Характерная особенность системы гумусовых веществ - её гетерогенность, т.е. наличие в ней различных по стадии гумификации компонентов.
На основании исследований И. В, Тюрина, М. М. Кононовой и др. учёных принято различать 2 основные группы гумусовых кислот: группу тёмноокрашенных гуминовых кислот, накапливающихся на месте своего образования, и группу фульвокислот, окрашенную в жёлтый или бурый цвет, более подвижную и относительно легко передвигающуюся по профилю почвы.
Ряд исследователей выделяют ещё гумины - комплекс гуминовых кислот и фульвокислот, очень прочно связанный с минеральной частью почвы.
Гуминовые кислоты. Они представляют собой группу веществ, извлекаемых из почвы щелочами (или другими растворителями) в виде более или менее тёмно окрашенного раствора (гуматов Na, NH4 или К) и осаждаемые кислотами в виде аморфного осадка - геля. Это высокомолекулярные азотосодержащие органические кислоты, растворимые в растворах щелочей, органических растворителях.
Гуминовые кислоты, извлечённые из различных почв, имеют следующий состав:
Углерод - 50-62%, водород - 2,8 - 5,8%, кислород - 31 - 39%, азот - 1,7 - 5%. Содержание этих элементов в гуминовых кислотах зависит от типа почвы, химического состава разлагающихся остатков, условий гумификации. Помимо C, H, O и N препараты гуминовых кислот содержат некоторое количество зольных элементов (P, S, Al, Fe, Si). В зависимости от степени очистки препарата их количество колеблется от 1 до 10%.
|
|
Основная масса гуминовых кислот в любой почве с РН более 5 находится в виде нерастворимых в воде органо-минеральных производных, а в почвах с кислой реакцией (РН<5) - в форме гелей и частично растворяется при действии щелочных растворов, образуя молекулярные и коллоидные растворы.
Гуминовые кислоты - наиболее ценная часть гумуса. Они обладают большой поглотительной способностью по отношению к катионам и играют важную роль в создании агрономически ценной структуры почвы. Велико также значение гуминовых кислот в качестве запасного фонда питательных веществ для растений, прежде всего азота.
Фульвокислоты - высокомолекулярные азотосодержащие органические кислоты жёлтой или красноватой окраски. Название - фульвокислоты - связано с их цветом: латинское слово fulvus означает жёлтый. Они растворимы в Н2О, слабых растворах едких и углекислых щелочей с образованием растворимых солей - фульватов.
Элементарный состав фульвокислот отличается от состава гуминовых кислот меньшим содержанием С и N и большим содержанием О и Н.
Углерод - 44-49% Кислород - 44-49%
Водород – 3,05 - 5% Азот - 2-4%
Фульвокислоты благодаря сильнокислой реакции и хорошей растворимости в воде энергично разрушают минеральную часть почвы. Следует, однако, отметить, что степень разрушительного действия фульвокислот на минералы зависит также от количества гуминовых кислот в данной почве. Чем меньше в ней гуминовых кислот, тем сильнее действие фульвокислот.
Роль гумуса в почвообразовании, плодородии и питании растений. Выше уже отмечалось, что с появлением гумуса в породе она становится почвой, приобретая специфическое свойство почв - плодородие. Роль гумуса в почвенном плодородии велика и многогранна. Отметим лишь следующие моменты:
1. Гумусовые вещества содержат в ядре и боковых цепях азот и ряд зольных элементов (Ca, K, S, P и др.), имеющих важное питательное значение для растений. При разложении гумуса эти элементы освобождаются и делаются доступными для растений. Таким образом, гумус является запасным фондом питательных веществ.
Гумусовые вещества и промежуточные продукты разложения органических остатков активно участвуют уже на первом этапе почвообразования - биологическом выветривании минералов и разрушении горных пород, выходящих на дневную поверхность. При этом из минералов извлекаются необходимые для организмов элементы питания.
2. Огромная роль принадлежит гумусу в формировании профиля почвы во всех природных зонах, причём характер этого участия в значительной степени обусловлен составом гумусовых веществ.
В тех почвах, где образуется много гуминовых кислот, которые обычно накапливаются на месте своего образования, формируется хорошо выраженный гумусовый горизонт той или иной мощности с высокой поглотительной способностью катионов. Если почва богата кальцием, гуминовые кислоты образуют гуматы кальция, участвующие в создании водопрочной и пористой зернистой структуры. Эти почвы имеют наиболее благоприятные водно-воздушные свойства и хороший питательный режим (чернозёмы).
Если в составе гумуса много фульвокислот, что характерно для почв с постоянно или временно избыточным увлажнением, эти почвы легко обедняются кальцием, Mg++, K+ и др. основаниями, т.к. фульвокислоты образуют с ними растворимые соли, мигрирующие вниз по профилю с просачивающейся влагой. Реакция почвы становится кислой, начинается разрушение силикатов и алюмосиликатов (подзолы, краснозёмы, болотные почвы).
3. Гумусовые вещества, благодаря наличию функциональных групп, обладают большой поглотительной способностью по отношению к катионам. При этом гуминовые кислоты, образуя с Са, Мg и полуторными окислами неподвижные, устойчивые соединения, предохраняют их от вымывания (обратную роль играют фульвокислоты, способствующие выносу оснований из почвы).
|
|
4. Гуминовые кислоты благодаря своим клеящим свойствам связывают минеральные частицы, образуя почвенные агрегаты, и тем самым, играют важную роль в создании почвенной структуры и связанных с ней благоприятных физических свойств почвы.
Следует указать, что в жизни почвы - в её генезисе и развитии плодородия - огромная роль принадлежит не только гумусовым веществам, но и неразложившимся органическим остаткам. Они содержат элементы питания, освобождающиеся при минерализации и используемые растениями и микроорганизмами. Органические остатки также являются источником СО2 для растений (фотосинтез).
При использовании почв в сельскохозяйственном производстве необходимо регулировать как количество гумуса в профиле, так и изменять, если это необходимо, его состав. Нужно помнить, что сохранить почву как производственную силу можно, только обеспечив в ней определённый уровень равновесия между органической и минеральной частью.