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:

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

2. 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.

3. 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.

4. 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 углерода 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.

34. Плодородие почв

Почвы обладают ценнейшим для человека качеством – способностью обеспечивать высшие растения и микроорганизмы во все этапы их роста и развития элементами минерального питания, влагой и воздухом. Свойства и режим почв, обеспечивающих высокий уровень плодородия можно объединить в четыре группы:

1. Физические свойства: водопрочная зернистая и мелкокомковатая структура, высокие общая порозность и порозность аэрации, хорошие впитывающая и водоудерживающая способность, хорошие механические свойства, обеспечивающие легкость обработки.

2. Химические и физико-химические свойства: высокое содержание гумуса с преобладанием в его составе гуматов кальция, высокое содержание доступных для растений форм азота, фосфора, калия и микроэлементов, близкая к нейтральной реакция, высокая емкость поглощения и насыщенность ППК кальцием, малое содержание или отсутствие поглощенных водорода, алюминия и натрия, отсутствие избытка легкорастворимых солей.

3. Биологические свойства: высокий уровень биологической активности, преобладание бактериальной микрофлоры, активность микроорганизмов, наличие и активность мезофауны.

4. Благоприятный гидротермический режим, обеспечивающий в течение всего вегетационного периода достаточные для оптимального развития растений запас тепла и доступной влаги.

Плодородие обусловливается не только природными свойствами почвы, но и характером ее возделывания. Различают потенциальное (естественное) плодородие, характерное для целинных земель, и эффективное плодородие, получающееся в результате воздействия человека на почву. Эффективное плодородие можно увеличить путем внесения минеральных удобрений, рациональной обработки почв и других мероприятий.

14. Основные таксономические единицы классификации почв

Почвы, имеющие определенное сходство и удовлетворяющие определенным классификационным критериям, образуют таксономические группы, или таксоны. Таксоны меньшего объема объединяются по принципу близости определенных свойств в более широкие. Таким образом, возникают различных таксономические уровни и иерархичность классификации. Тип таксона, составляющего один таксономический уровень, называется таксономической единицей.

Существует множество различных классификаций почв. Разнообразные отечественные классификации традиционно строятся на генетических принципах. Они берут свое начало от классификационных разработок В. В Докучаева. В современной отечественной классификации почв (1977, 1997) основой разделения на таксоны является оценка генетического профиля как совокупности горизонтов, отражающих в своих свойствах почвенные процессы. Классификация отвечает требованиям открытости, иерархичности, историчности и объективности.

Основной таксономической единицей классификации является генетический тип почв (ГТП) – группа почв, характеризующаяся единой системой основных генетических горизонтов и общностью свойств, обусловленных режимами и процессами почвообразования. Примеры: подзолистые, черноземы, красноземы.

Типы почв традиционно делятся на подтипы, которые качественно различаются особенностями в системе генетических горизонтов, обусловленных различными дополнительными почвообразовательными процессами. Примеры: типичные подзолистые, глеево-подзолистые, дерново-подзолистые.

В пределах подтипов выделяются роды почв, которые определяются особенностями солевого состава, характером ППК, формами новообразований. В пределах родов обособляются виды почв, различающиеся по степени выраженности почвообразовательных процессов. Еще более низкая таксономическая единица – разновидность – выделяется по гранулометрическому составу всего почвенного профиля. И, наконец, по разрядам, группируются почвы в связи с характером почвообразующих и подстилающих пород.

В системе классификации почв М. А. Глазовской (1968, 1972) выше уровня типа выделяются семейства, генерации и геохимические ассоциации. Семейство – группа типов почв различных биоклиматических зон и поясов, имеющая однотипное строение профиля, в том числе однокачественный состав органических, органо-минеральных и минеральных продуктов почвообразования. Примеры: альфегумусовые подзолы, солонцы, элювиземно-подзолистые и др.

Семейства почв, сохраняющие общность профиля при несколько различном составе минеральных продуктов почвообразования объединяются в одну генерацию почв. Генерации почв по главным направлениям почвообразовательных процессов объединяются в ассоциации.