Факторы гумификации

К числу основных факторов, регулирующих протекание гумификации, следует отнести:

- количество и химический состав поступающих в почву органических остатков и их локализацию,

- режим влажности

- и аэрации,

- реакцию среды и

- окислительно-восстановительные условия,

- микробиологическую активность,

- гранулометрический,

- минералогический и химический состав почвы.

Особенно резкие потери гумуса обычно наблюдаются в первые годы использования почв. В дальнейшем наступает стабилизация содержания органического вещества, но уже на более низком уровне. Важное значение имеет характер локализации органических остатков. Преимущественное накопление их на поверхности почвы снижает степень гумификации из-за преобладания минерализационных процессов.

Более благоприятные условия для гумификации создаются при разложении остатков в тесном контакте с почвенной массой, что характерно для корневого опада. В таких условиях происходит закрепление новообразованных гумусовых веществ минеральными компонентами почвы и предотвращается их быстрая минерализация.

Известное регулирующее значение в процессах гумификации, при прочих равных условиях, принадлежит химическому составу растительных остатков. От него в определенной мере зависит не только количество образующихся гумусовых веществ, но и качественный состав.

Считается, что органические остатки, богатые белками, дают максимальный выход гумусовых кислот, в составе которых доминируют гуминовые кислоты. Остатки бедные белковыми соединениями, состоящие преимущественно из лигнино–целлюлозного комплекса с ярко выраженным волокнистым строением тканей, гумифицируются медленно. При этом образуется значительно меньше гумусовых веществ, в составе которых доминируют фульвокислоты.

Избыточное увлажнение, тормозя процессы разложения, одновременно способствует преимущественному накоплению фульвокислот. Резко выраженные аэробные условия как при оптимальном увлажнении, так и недостатке влаги способствуют, главным образом, минерализации растительных остатков и новообразованных гумусовых веществ.

Наиболее благоприятным для гумификации и закрепления в почве новообразованных гумусовых веществ будет чередование оптимальных условий увлажнения с недостатком влаги. В этом случае периоды интенсивной деятельности микроорганизмов, когда идет активное разложение органических остатков, сменяются их депрессией. В результате новообразованные гумусовые вещества фиксируются минеральной частью почвы и предохраняются от дальнейшей минерализации.

Важную роль в процессах гумификации играют реакция среды и окислительно-восстановительные условия.

В почвах с кислой и щелочной реакцией среды, почвенно-поглощающий комплекс которых содержит повышенное количество ионов водорода или натрия, а также при высоком содержании легкорастворимых солей новообразование гумусовых веществ тормозится, при этом больше образуется фульвокислот.

Особая роль в процессах гумусообразования принадлежит ионам кальция, в первую очередь его обменной и водорастворимой формам, что обусловлено следующими обстоятельствами.

Обычно, трансформация свежего органического вещества и новообразование гумуса приводит к формированию и относительному накоплению в почве кислых органических соединений. Это связано с крайне низкой способностью микроорганизмов ассимилировать углерод, представленный в форме карбоксильных групп. Недостаток в почве одно- и двухвалентных катионов и в первую очередь кальция, нейтрализующих избыточную кислотность, особенно в почвах с промывным или периодически промывным типом водного режима, сопровождается снижением скорости процессов гумусообразования и преимущественным накоплением в составе гумуса менее ценных для почвенного плодородия фульвокислот.

Положительная роль кальция проявляется не только в нейтрализации избыточной кислотности. В сложном механизме микробиологических процессов трансформации органических остатков в гумус катионы кальция выполняют и другие функции. Являясь биофильным элементом кальций оказывает большое влияние на жизнедеятельность микрофлоры и ее активность. Когда почвенно-поглощающий комплекс насыщен ионом кальция, а в составе солей почвенного раствора доминирует Ca(HCO₃)₂, то в почве преимущественное развитие получают бактерии и актиномицеты. Кроме того, возрастает численность нитрификаторов, азотобактера и резко снижается количество грибной микрофлоры. В таких условиях в составе новообразованных гумусовых соединений в основном доминируют боле ценные с агрономической точки зрения гуминовые кислоты.

Велика защитная роль кальция и по отношению к гумусу почвы целом. Многие органические соединения взаимоосаждаясь с кальцием, значительно повышают свою устойчивость к микробиологической деструкции. Это оказывает существенное влияние на скорость и направленность их дальнейшей трансформации. Препятствуя быстрой минерализации новобразованных гумусовых веществ катионы кальция изменяют таким образом величину коэффициента гумификации.

Итак, оптимальные условия для гумификации с преимущественным образованием гуминовых кислот создаются при нейтральной и близкой к нейтральной реакции среды, когда почвенно-поглощающий комплекс насыщен главным образом ионами кальция, а в почвенном растворе преобладает соль Ca(HCO₃)₂.

Окислительно-восстановительные условия, регулирующие степень развития окислительных процессов, также являются существенным фактором гумификации. В целом наиболее благоприятные условия для протекания процесса гумификации создаются в интервале ОВП от 300 до 500 мВ. При более низких значениях, особенно в почвах с кислой реакцией среды, развиваются восстановительные процессы и идет активное образование низкомолекулярных органических кислот. Гумусовые вещества представлены большей частью фульвокислотами. При ярко выраженном анаэробиозе в восстановительной среде консервация растительных остатков в виде торфа будет преобладать над их разложением.

Неблагоприятная ситуация складывается для гумификации и при чрезмерно высоких значениях ОВ- потенциала, поскольку в этом случае резко усиливается окислительная минерализация продуктов разложения.

К числу ведущих факторов гумификации несомненно относится интенсивность микробиологической деятельности.

Обобщив экспериментальный материал, М.М. Кононова (1963) пришла к выводу, что высокая биогенность почвы не способствует накоплению гумуса вследствие активно протекающих процессов минерализации. Слабо развивается гумификация и при низкой биохимической активности почвы из-за невысоких темпов разложения растительных остатков, малого количества микроорганизмов и пониженной их ферментативной активности. Наиболее интенсивно процесс гумификации протекает при некоторой средней биохимической активности, как например, в черноземах.

Процесс гумификации и количество накапливающихся в почве гумусовых веществ в значительной степени регулируются гранулометрическим и минералогическим составом почвы. В почвах суглинистого и глинистого гранулометрического состава с высоким содержанием илистых и коллоидных частиц, а также минералов типа монтмориллонита, всегда содержится больше гумуса по сравнению с песчаными и супесчаными почвами. Имея высокую удельную поверхность почвы тяжелого гранулометрического состава будут активно сорбировать новообразованные гумусовые вещества препятствуя их дальнейшей минерализации и вовлечению в миграционные процессы.

В легких почвах с плохо развитой удельной поверхностью, минеральная часть которых слагается преимущественно инертными с точки зрения поглощения минералами типа кварца и полевых шпатов возможности для сорбции продуктов разложения крайне ограничены. Поэтому здесь активно протекает минерализация органических соединений и миграция их с нисходящим током воды, в связи с чем почвы легкого гранулометрического состава всегда содержит мало гумуса.

Итак, наиболее благоприятные условия для гумификации создаются в почвах суглинистого и глинистого гранулометрического состава, заметную роль в минералогическом составе которых играют высокодисперсные глинистые минералы. Реакция среды должна быть близка к нейтральной, а почвенный поглощающий комплекс насыщен кальцием. В этом случае при поступлении в почвенный профиль богатых белковыми соединениями растительных остатков и чередующимися периодами оптимального увлажнения и иссушения почвы, при ОВ – потенциале в пределах 300 –500 мВ будет активно протекать процесс гумификации с преимущественным образованием гуминовых кислот. Такие условия создаются, в частности, в черноземной зоне под целинной растительностью, что и предопределяет богатство этих почв гумусом гуматного типа.

Фракционно–групповой состав гумуса

Состав гумуса характеризуется количественным соотношением групп и фракций формирующих его основных компонентов. Важнейшие группы веществ, которые выделяются при анализе качественного состава гумуса представлены гуминовыми кислотами, фульвокислотами и гумином. Групповой состав гумуса является функцией биохимической активности почв и отражает специфику процесса гумификации в различных почвенных типах. В зависимости от количественного соотношения группы гуминовых кислот и группы фульвокислот устанавливается тип гумуса почвы:

гуматный – С_гк : С_фк >2

фульватно–гуматный – С_гк : С_фк =1–2

гуматно–фульватный – С_гк : С_фк = 0,5–0,99

фульватный – С_гк : С_фк < 0,5