Краткие теоретические сведения

Важной частью почвы является сложный комплекс специфических органических соединений. Органическое вещество почвы – это совокупность живой биомассы и органических остатков растений, животных, микроорганизмов, продуктов их метаболизма и специфических новообразованных органических веществ – гумуса.

Органическое вещество почвы включает в себя три группы органических соединений:

1) вещества исходных органических остатков (белки, углеводы, лигнин, жиры и т.д);

2) промежуточные продукты их превращения (аминокислоты, оксикислоты, фенолы, моносахариды и т.д.);

3) гумусовые соединения.

Органические соединения, поступающие в почву в составе остатков растительных и животных организмов, либо разрушаются до простых неорганических соединений (СО₂, Н₂О, NH₃ и др.), либо преобразуются в новые органические соединения. Комплекс новообразованных специфических почвенных органических соединений получил название гумуса.

Гумус это сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации органических остатков

Качественный и количественный состав гумуса в различных типах почв неодинаков, и его характер определяется рядом условий и факторов, среди которых основная роль принадлежит жизнедеятельности микроорганизмов - бактерий, актиномицетов и грибов.

Большое значение имеет состав поступающих в почву растительных остатков. Например, поступление в почву опада хвойного леса, несмотря на его значительную массу, не приводит к заметному накоплению гумуса, и, наоборот, превращение корневых остатков травянистой растительности всегда сопровождается значительным его накоплением.

Процесс образования гумуса зависит от кислородного режима, наличие которого определяет аэробные или анаэробные условия превращения растительных остатков. При аэробном разложении конечными продуктами являются углекислота, вода и кислородные соединения азота и зольных элементов, пригодные для усвоения зелеными растениями. При анаэробном разложении образуются восста­новленные соединения (метан, сероводород, фосфористый водород, сернистые соединения) и закисные соединения железа и марганца. Чередования анаэробных и аэробных условий наибо­лее благоприятно для процессов синтеза гумуса.

Процесс гумификации также зависит от температурных условий, степени влажности, механического и минерального состава почвы.

Групповым составом гумуса условно называют общее содержание в почве гуминовых кислот, фульвокислот, которые можно выделить по той или иной схеме экстракции, и гумина, который остается в почве в виде нерастворимого остатка. В качестве экстрагентов используют разбавленные растворы едких и углекислых щелочей, пирофосфата натрия, минеральных кислот (экстракция – извлечение вещества из смеси, производимое с помощью растворителей).

К группе гуминовых кислот относятся вещества, которые растворимы в щелочных растворах и осаждаются из них кислотами. Другую часть органического вещества, которая остается в кислом фильтрате, относят к группе фульвокислот.

Фульвокислоты – высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Они растворимы в воде и имеют кислую реакцию. Кислотная природа фульвокислот обусловлена карбоксильными и фенолгидроксильными группами, водород которых способен к обменным реакциям. Выделенные из почвы препараты фульвокислот окрашены в светло-бурый цвет, а растворы их в зависимости от концентрации имеют окраску от соломенно-желтой до оранжевой.

Фульвокислоты активно воздействуют на многие минералы почвы, разрушая их и образуя устойчивые комплексные соединения с их катионами. Соли фульвокислот называют фульватами. Например, фульваты бария, кальция, магния, алюминия, железа, марганца. Все фульваты, как правило, растворимы в воде.

Фульвокислоты относятся к подвижным и относительно легко передвигающимся по профилю почвы гумусовым кислотам. Благодаря сильнокислой реакции и хорошей растворимости в воде они энергично разрушают минеральную часть почвы, происходит процесс, который носит название выщелачивания. Это явление наиболее резко проявляется при подзолообразовательном процессе.

Содержание фульвокислот (от общего содержания гумуса) колеблется от 35 до 50% в различных типах почв,

Гуминовые кислоты – высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты циклического строения. Они слабо растворяются в воде и не растворяются в минеральных кислотах. Гуминовые кислоты хорошо растворяются в слабых растворах едких и углекислых щелочей, щавелевокислого натрия, пирофосфата натрия и аммиака при этом образуются растворимые в воде соли. Соли гуминовых кислот называются гуматами. Только гуматы щелочных металлов и аммония растворимы в воде, гуматы остальных металлов в воде практически не растворяются.

Из водных растворов гуминовые кислоты легко осаждаются водородом минеральных кислот, а с катионами двух- и трехвалентных металлов образуют нерастворимые в воде соли. Препараты гуминовых кислот, выделенные из почвы, окрашены в черный или темно-бурый цвет.

Гуминовые кислоты по сравнению с фульвокислотами содержат значительно больше углерода и азота. Гуминовые кислоты накапливаются на месте своего образования. Они обладают способностью к коагуляции под воздействием ионов кальция, железа и др. 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 (меньше 5) – в форме дегидротированных гелей и частично растворяется при действии щелочных металлов, образуя молекулярные и коллоидные растворы.

Гуминовые кислоты образуются в большом количестве при почвообразовании в условиях степных ландшафтов.

Гумином называют часть гумуса, которая окрашена в черный цвет, она не растворяется ни в одном растворителе. Ряд исследователей определяют гумин как комплекс гуминовых кислот и фульвокислот, очень прочно связанный с минеральной частью почвы и не выделяющийся из нее при обычных способах экстрагирования гумусовых кислот.

Гумин, гуминовые кислоты и фульвокислоты образуют специфические компоненты почвенного гумуса, не встречающиеся среди других известных на земле органических веществ. Они со­ставляют 85—90% от общей массы органического вещества поч­вы. Кроме гуминовых соединений в органическом веществе почвы обнаружены протеины и другие азотистые соединения, углеводы, жиры, дубильные ве­щества, воск, смолы и другие вещества, входящие в состав растительных организмов.

Гумус является наиболее характерной и существенной частью почвы, с которой в основном связано плодородие. В гумусе сохраняются основные зольные элементы питания растений, в первую очередь азот. Гумус обогащен такими важными для растений химическими элементами как сера, фосфор, калий, а также микроэлементами (кобальтом, молибденом, медью и др.). Гумус частично определяет поглотительную способ­ность почв, влияет на ее физические свойства (влагоемкость, аэрацию, тепловые свойства). Наличие гумуса обусловливает цвет и структуру почвы.

Приготовление растворов

1. Двухромовокислый калий в разбавленной серной кислоте (1:1) – 0,4 н раствор. 40 г двухромовокислого калия растворяют в 600-800 мл дистиллированной воды (без подогревания), переливают в мерную колбу на 1 л и доводят дистиллированной до метки. Затем раствор выливают в фарфоровую кружку и приливают 1 л концентрированной серной кислоты (уд. вес 1,84), порциями по 50-100 мл с перемешиванием и остстаиванием после каждого прибавления для охлаждения. Приготовленный раствор хранят в склянке с притертой пробкой.

2. Соль Мора – 0,2 н раствор. 80 г вещества растворяют дистиллированной водой, к которой прибавлено 20 мл концентрированной серной кислоты и перемешивая доводят объем жидкости в колбе до 1 л.

3. Дифениламин – 1% раствор. 10 г дифениламина смачивают 3-5 мл воды и растворяют в 100 мл 85 % H₃РО₄ при энергичном размешивании.

Подготовка проб

Из взятого с поля пробы почвы и доведенного до воздушно-сухого состояния отбирают среднюю пробу массой 50 г. отбирают пинцетом корни и видимые глазом органические остатки.

Почву растирают в фарфоровой ступке и пропускают через сито ø 0,25 мм.

Из подготовленной пробы почвы на аналитических весах в стакан взять навеску. Размер навески зависит от содержания гумуса, о котором можно судить по цвету почвы, чем больше содержится гумуса, тем меньше должна быть навеска.

Цвет почвы	Содержание гумуса в %	Вес навески в г.
Черный	> 10	0,1
Темно-серый	10,0 – 5,0	0,2
Серый	5,0 – 1,0	0,3
Светло-серый	1,0 – 0,5	0,4
Белесый	< 0,5	0,5