1. Органическое вещество почв. Значение, происхождение.

Органическое вещество почв – это совокупность живой биомассы и органических остатков растений, животных, микроорганизмов, продуктов их метаболизма и специфических новообразованных органических веществ почвы – гумуса.

Происхождение.

Потенциальными источниками органического вещества почв можно считать все компоненты биоценоза, которые попадают на поверхность почв или в толщу почвенного профиля и участвуют в процессах почвообразования.

Запасы биомассы биоценозов, ее структура и динамика неодинаковы в разных природных зонах. В абсолютном большинстве наземных биоценозов зеленые растения (автотрофы) имеют наибольшую биомассу и годичный прирост, превышающую биомассу беспозвоночных животных и микроорганизмов в несколько десятков или сотен раз, а позвоночных животных в несколько тысяч раз. Поэтому надземный и корневой опад и продукты метаболизма высших растений дают основной материал, из которого формируется органическое вещество почв. Однако специфический химический состав животных и микроорганизмов, высокое содержание в них белков определяют заметную их роль в обогащении органического вещества почв азотсодержащими компонентами.

Химический состав биомассы в значительной мере определяет все последующие этапы новообразования гумуса. В формировании молекул гумусовых кислот принимают участие любые структурные химические единицы органического вещества , освобождающиеся в процессе трансформации отпада и опада. В биогеоценозах разных природных зон неодинаковые запасы и состав фитомассы определяют различия в поступлении в почву белков, углеводов, липидов и ароматических соединений.

Источники гумуса

• остатки растений

• остатки животных и микроорганизмов

Растения в биогеоценозах имеют биомассу, превышающую биомассу животных и микроорганизмов в десятки и сотни раз. Поэтому 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.

В составе гумуса выделяют 3 группы: гуминовые кислоты (ГК), фульвокислоты (ФК), гумины.

Гуминовые кислоты (ГК) - группа темно-окрашенных от бурых до черных ГК, которые хорошо растворяются в минеральных кислотах и в воде. Из щелочных растворов ГК осаждаются водородом минеральных кислот, а также двух- и трехвалентными катионами. Основными компонентами молекулы являются ядро, периферические боковые цепи и функциональные группы. Ядро молекулы представлено ароматическим или гетероциклическими кольцами типа бензола, пиридина, нафталина и др. Ядерные фрагменты соединены между собой углеродными – С-С- , кислородными -О-, азотными – N -, углеводородными -СН2 – мостиками и образуют рыхлое сетчатое строение. Боковые цепи содержат функциональные группы, преимущественно карбоксильные – СООН и фенолгидроксильные (-ОН) с участием метоксильных, карбонильных, амидных, которые предопределяют кислотную природу этих соединений. Н* функциональных групп способен замещается на металлы. При этом образуются соли ГК – гуматы.

Фульвокислоты (ФК) – группа светлоокрашенных (светло-желтая) гумусовых кислот, сходных по составу и строению с ГК, но имеющих ряд существенных отличий:

1 – более низкая молекулярная масса;

2 – ароматическая ядерная часть выражена меньше, а периферическая часть – лучше;

3 - хорошо растворяются не только в щелочах, но и в кислотах и в воде. На этом основано их отделение от ГК при анализе;

4 – в элементном составе С меньше, но больше О. Содержание N и Н такое же, но азот лучше гидролизуется;

5 – в периферической части больше карбоксильных и фенолгидроксильных функциональных групп и более высокая емкость катионного обмена (до 1000 и больше мг-экв/ 100 г препарата);

6 – обладают большей подвижностью в почвенном профиле и агрессивностью по отношению к минеральной части;

При взаимодействии ФК с катионами образуются соли – фульваты. Водные растворы ФК обладают очень кислой реакцией (рН 2,6), что способствует растворению и выносу веществ из поверхностных горизонтов.

Гумины не гидролизуются, не переходят в раствор. Это совокупность ГК и ФК очень прочно связанных с минеральной частью почв.

Значение органических веществ в почвообразовании, плодородии почв и питании растений.

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, элювиальные, элювиально-аккумулятивные, 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.

Органическое вещество является источником азота и зольных элементов питания растений. В нем содержится 98% валового азота, с ним связано 40-60% фосфора, 80-90% серы, значительные количества кальция, магния, калия и других макро- и микроэлементов. Часть этих элементов находится в поглощенном состоянии и усваивается растениями в результате ионообменных реакций. Другая часть высвобождается и становится доступной растения после минерализации органических веществ. Установлено, что около 50% потребности в азоте культурные растения получают за счет почвенного органического вещества, прежде всего легкоразлагаемого, остальные 50% за счет минеральных удобрений.

Органическое вещество оптимизирует физико-химические свойства почв. Поглотительная способность органических коллоидов значительно выше, чем минеральных, и достигает 1000 и более мг-экв./100 г препарата гумусовых веществ. Более гумусированные почвы обладают более высокой буферностью по отношению к кислотно-основным воздействиям, окислению-восстановлению и действию токсикантов. Поглощенные органическими и органо-минеральными коллоидами катионы являются доступными для растений и активно участвуют в их питании.

Органическое вещество оказывает существенное влияние на структурное состояние, физические, водно-физические и физико-механические свойства почв. С увеличением гумусированности снижается плотность, увеличивается общая порозность, улучшается структура почвы, повышается водопрочность структурных агрегатов; увеличивается влагоемкость и водоудерживающая способность, водопроницаемость, диапазон активной влаги, гигроскопическая влажность; становятся оптимальными физико-механические свойства почвы: липкость, пластичность, твердость, удельное сопротивление. Гумус придает почве темную окраску, что способствует поглощению тепла.

Органическое вещество играет ведущую роль в биологическом режиме почв. Источники гумуса поддерживают в почвах определенный уровень биологической активности; собственно гумусовые вещества способствуют сохранению микроорганизмов в почвах и создают комфортные условия для их функционирования. Повышенная биологическая активность почв способствует снижению численности патогенных микроорганизмов, ускоряет микробиологическую деградацию пестицидов.

В составе органических веществ содержатся физиологически активные вещества, ускоряющие рост и развитие растений.