25. Основные факторы почвообразования.

Почвенный покров Земли образуется, существует и развивается во времени как результат взаимодействия различных частей географической оболочки – атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы. Эти оболочки представлены в почвенном покрове материально-почвенным воздухом, почвенной влагой, почвенными минералами, внутрипочвенной биотой. Почва является сосредоточием многих энергетических и вещественных потоков, которые пронизывают географическую оболочку. В динамике почвы отражается динамика всей географической среды. По выражению В. В. Докучаева, “почва – зеркало ландшафта”!

Разработанный Докучаевым сравнительно-географический метод исследования почв включал в себя предварительное камеральное и полевое исследование литологического, биологического, климатического, геолого-геоморфологического и хронологического факторов почвообразования.

Почвообразующие породы представляют собой субстрат, на котором формируется почва. Они являются фундаментом и каркасом для почвы. Почвообразующая порода состоит из разнообразных минеральных компонентов, различным образом участвующих в почвообразовании. Среди них имеются частицы, практически инертные к химическим процессам, но играющие важную роль в образовании физических свойств почвы. Другие составные части пород легко разрушаются и обогащают почвенную массу определенными химическими элементами.

Растения являются источником опада, при минерализации и гумификации которого происходит образование почвенного гумуса. Растения также аккумулируют отдельные химические элементы почв, играют большую роль в распределении энергии. Микроорганизмы осуществляют разложение органических остатков и синтез содержащихся в них элементов в соединения, поглощаемые растениями. Почвенные животные перерывают почву, обогащают ее продуктами своей жизнедеятельности.

С климатическим фактором связано обеспечение почвы энергией (теплом) и в значительной мере водой. Развитие почвообразовательного процесса в очень большой степени зависит от количества поступающих тепла и влаги, особенностей их суточного и сезонного распределения.

Определенное влияние на почвообразование оказывают почвенно-грунтовые воды. Они обогащают почву различными веществами, меняют водный и воздушный режимы почв. Влияние рельефа сказывается в перераспределении тепла и влаги, которые поступают на поверхность. Человек способен влиять на почву, изменять ее в соответствии со своими потребностями.

Все процессы, протекающие в почве, совершаются во времени.

Взаимодействие факторов почвообразования приводит в движение огромные массы вещества. В результате происходит закономерное распределение химических элементов, своеобразный обмен веществ.

26. Происхождение и состав гумуса

Органические вещества поступают в почвы с наземными и корневыми остатками высших растений, при отмирании многочисленных популяций микроорганизмов и обитающих в почве животных. Некоторая часть органических веществ поступает также с прижизненными корневыми выделениями растений, экскрементами и разнообразными метаболитами растений и животных.

Под лесной растительностью большая часть органических остатков поступает на поверхность почвы, под травянистой растительностью преимущественно – внутрь почвы, при отмирании корней. В состав органических остатков входят белки, воски, смолы, жиры, целлюлоза, гемицеллюлозы, растворимые углеводороды, лигнин. В хвое деревьев преобладают воски и смолы, в коре – целлюлоза и лигнин, белки почти отсутствуют. Значительное содержание белков характерно для многолетних бобовых трав и особенно для бактерий, в телах которых они преобладают. В органических остатках также присутствуют зольные элементы и многие микроэлементы.

Гумификация – совокупность биохимических и физико-химических процессов, в результате которых органические вещества индивидуальной природы превращаются в специфические гумусовые вещества. Схема гумификации (по М. М. Кононовой) выглядит так:

Начальные стадии процесса гумификации идут при участии микроорганизмов и сопровождаются минерализацией части входящих в них компонентов до CO2, H2O, NH3 и др.

Все компоненты растительных тканей – первоисточники фенольных соединений, аминокислот и пептидов. Они являются структурными единицами, из которых формируются гумусовые вещества. Установлена следующая последовательность смены основных групп микроорганизмов, участвующих в разложении остатков: плесневые грибы и неспороносные бактерии  споровые бактерии  целлюлозные миксобактерии  актиномицеты.

Конденсация этих структурных элементов происходит путем окисления фенолов фенолоксидазами до хинонов, которые взаимодействуют с аминокислотами и пептидами. Медленное биохимическое окисление высокомолекулярных продуктов разложения, сопровождающееся их конденсацией, является основным звеном процесса гумификации.

Последнее звено в формировании гумусовых веществ – поликонденсация (полимеризация) – химический процесс.

Почвенный гумус – сложный комплекс органических соединений, в состав которых входят две главные группы веществ: 1) неспецифические органические вещества индивидуальной природы, встречающиеся не только в почвах, но и в других объектах (тканях растений, животных) – 10-15%; 2) специфические для почв комплексы органических соединений сложного строения – собственно гумусовые вещества – 85-90%.

Индивидуальные органические веществ поступают в почву при разложении органических остатков (алифатические кислоты, аминокислоты, протеины, углеводы, фенолы, органические фосфаты) и как продукты метаболизма организмов (сахара, простые органические кислоты, растворимые полифенолы). Индивидуальные органические вещества участвуют в процессах внутрипочвенного выветривания минералов, в образовании некоторых органо-минеральных комплексов.

Собственно гумусовые вещества представляют собой системы высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений циклического строения и кислотной природы. В состав гумусовых веществ входят две основные группы: темноокрашенные гуминовые кислоты (собственно гуминовые, ульминовые и гиматомелановые) и желтоокрашенные фульвокислоты. Также часто выделяют третью группу – гумины. Это комплексы гуминовых и фульвокислот, связанных с минеральной алюмосиликатной частью почв.

Основными структурными единицами гуминовых кислот являются ядро, боковые цепи и периферические функциональные группы. Выделяются следующие функциональные группы: карбоксильные (СООН), фенольные и спиртовые (ОН), метаксильные (ОСН3), карбонильные (С – О) и хинонные (С – О). В состав ядер входят разнообразные ароматические и гетероциклические кольца; боковые цепи включают углеводные, аминокислотные и другие группы; мостики представлены отдельными атомами (О, С, N) или группами (Н, СН, СН2-С=О).

Фульвокислоты по сравнению с гуминовыми кислотами содержат меньший процент углерод и азота и более высокий – водорода и кислорода. В структуре фульвокислот, подобно гуминовым, присутствуют ароматические и алифатические группы, но ядерная часть их выражена менее ярко, преобладают боковые цепи. В фульвокислотах больше карбоксильных и фенолгидроксильных групп, поэтому у них больше емкость поглощения катионов. Фульвокислоты хорошо растворимы в воде, их водные растворы имеют сильную кислую реакцию (рН 2,6 – 2,8), обладают большой агрессивностью и являются активными агентами разрушения первичных и вторичных минералов.