Раздел 7. Органическая часть почвы

Программные вопросы. Источники органического вещества в почве, пути образования и состав. Процессы превращения органических остатков в почве. Современные концепции и процесс гумусообразования. Гумус как динамичная система органического вещества почвы. Строение, свойства и состав и гумусовых веществ. Комплексные органо-минеральные соединения. Роль гумуса в почвообразовании и плодородии почв. Органическое вещество лесных почв. Лесные подстилки, их классификация и влияние на почвообразовательные процессы и продуктивность биоценозов. Пути регулирования органического вещества лесных почв. Знакомство с классификациями Мюллера, Эвальда, Кундлера, Дюшофура. Особенности превращения лесных остатков на избыточно-увлажненных участках.

Характеристика биологических свойств почв: состав и количество микроорганизмов в почве, ферментативная активность почвы, нитрификационная и азотфиксирующая способность почвы, интенсивность разложения целлюлозы, «дыхание» почвы, фитосанитарное состояние почвы. Методы определения биологических свойств почвы. Развитие представлений о плодородии как важнейшем свойстве почвы. Гумусовая теория А. Тэера, азотная теория Ж. Буссенго, минеральная теория Ю. Либиха. Виды плодородия. Воспроизводство почвенного плодородия. Методы количественного выражения плодородия почвы.

Продуктивность лесных фитоценозов. Круговорот зольных веществ и азота под лесной растительностью и в разных типах леса и его роль в почвообразовании и питании растений. Лимитирующие факторы почвенного плодородия, их минимизация и ликвидация.

Методические указания. Студент должен уяснить, что основное различие между почвой и почвообразующей породой заключается в наличии органического вещества. Органическое вещество почвы – это совокупность живой биомассы органических остатков растений, животных, микроорганизмов, продуктов их метаболизма и специфических новообразованных органических веществ почвы – гумуса. Первичным источником органического вещества и биосферы являются так называемые первичные продуценты или автотрофы – организмы, способные к самостоятельному синтезу органического вещества из минеральных соединений. В наземных экосистемах основную часть первичной продукции производят зелёные растения. Практически все органические вещества почвы перерабатываются микроорганизмами и представителями почвенной фауны. Конечным продуктом этой переработки являются минеральные соединения. В элементарном составе органических остатков важнейшее место принадлежит четырём элементам: С, О, Н и N, из которых построены тела растений и животных. Важнейшими органическими соединениями, встречающимися в растениях и животных, являются углеводы, лигнин, азотистые вещества, жиры, воскосмолы, дубильные вещества, вещества аллелопатической природы и вещества, образующие покровные ткани. Кроме органических соединений в состав тел растительных и животных входят зольные вещества.

Совокупность сложных биохимических, физико-химических и химических процессов превращения органических веществ индивидуальной природы в специфические гумусовые вещества, называется гумификацией.

Количественной характеристикой процесса гумификации является коэффициент гумификации (К_Г), показывающий какая доля углерода С (в %) органических остатков, претерпевающих превращения, трансформировалась в гумусовые вещества после полного разложения органических остатков.

Гумус - динамическая система органического вещества почвы. Наличие многочисленных функциональных групп обусловливает разнообразные взаимодействия гумусовых веществ практически со всеми компонентами почв, особенно с минеральными соединениями почвы, что придаёт стабильность гумусу и способствует формированию специфических почвенных аккумуляций гумуса, макро- и микроэлементов минерального питания, приводит к характерному агрегатообразованию. В зависимости от разнообразия форм в генезисе и плодородии почв органическое вещество почвы подразделяется на лабильную (мобильную) часть и стабильную.

Мобильную часть составляют растительные остатки разной степени разложения, предгумусовая фракция (детрит) и подвижные формы гумусовых веществ (водорастворимая и слабозакреплённая минеральными соединениями часть гумуса). Эта группа является эффективным источником элементов питания растений, и он сбалансирован по макро- и микроэлементам. Лабильная группа является первостепенным источником энергии и пищи для почвенной биоты. Растительные остатки улучшают физические и физико-механические свойства почвы.

Стабильная часть представлена гумусовыми веществами, прочно закреплёнными минеральными соединениями (гумин, гуматы кальция, гумино-глинистые комплексы). Это устойчивая, медленно минерализующаяся часть органического вещества (время его обновления сотни и тысячи лет). Стабильный гумус – потенциальный резерв многих элементов питания.

Наибольшее значение гумуса заключается в формировании благоприятных физических, водно-воздушных, физико-механических свойств, в выполнении почвозащитной санитарной функции, в противоэрозионной устойчивости почв. При недостатке лабильных форм идёт быстрое разложение стабильного гумуса и потери органического вещества почвы, т.е. наблюдается процесс дегумификации органического вещества.Гумусовая оболочка Земли – аккумулятор и распределитель энергии в масштабе всей планеты, а энергия, накопленная гумусом, используется даже в поверхностных горизонтах горных пород для протекания химических процессов, связанных с образованием химической связи минералов.

В лесах с травянистым покровом поступление корневых остатков в почву значительно выше. Характер и скорость гумусообразования зависит от химического состава растительных остатков и источника их поступления в почву. Остатки травянистой растительности разлагаются непосредственно в почвенной толще (корни, богатые белками, углеводами и зольными элементами) в присутствии значительного количества оснований, особенно кальция, что определяет образование «мягкого» гумуса или мулля, равномерно пропитывающего минеральную часть почвы. Муллевый гумус формируется в почвах под лиственными или смешанными лесами с интенсивной деятельностью почвенной фауны. В муллевом типе органического вещества подстилка однослойная, так как нижняя гумифицированная часть её сильно перемешана с минеральной частью почвы и соответствует гумусовому рыхлому, крупитчатому или мелко-комковатому горизонту А₁ повышенной мощности. Разложение опада идёт с большим участием дождевых червей, бактерий, грибов и актиномицетов и в тесном взаимодействии с минеральной частью почвы; реакция нейтральная или слабощелочная.

Остатки древесной растительности, поступающие на поверхность почвы в виде наземного опада, бедны белками, содержат мало зольных элементов, но обогащены лигнином, восками, смолами, разлагаются в условиях сквозного промачивания подстилки атмосферными осадками при участии грибов с образованием большого количества органических кислот, нейтрализация которых затруднена вследствие интенсивного выщелачивания оснований. Гумус в верхних слоях минеральной толщи накапливается в небольших количествах, вследствие чего, горизонт А₁ выражен плохо, реакция его сильно кислая. Нерастворимые кислые продукты накапливаются на поверхности, образуя лесную подстилку, толщиной 8-10 см; при большей толщине она приобретает характер торфа. Кислая реакция подавляет развитие процессов гумификации и на поверхности почвы образуется гумус из полуразложившихся растительных остатков («грубый» гумус - мор). При формировании органического вещества типа «мор» образуется двухслойная подстилка, медленно разлагающаяся, переплетённая гифами грибов, уплотнённая, отчётливо отделяющая от нижележащего минерального горизонта (обычно горизонта А₁ или А₁А₂).

Однако существует ещё много переходных форм, для которых характерно наличие и лесной подстилки и гумусового горизонта А₁ и называется органическое вещество «модер» средней рыхлости, состоит из двух или трёх слоёв. Под слоем слаборазложившегося опада, на границе с ясно выраженных гумусовым комковато-слоеватым горизонтом А₁ (7-10 см), имеется хорошо разложившаяся перегнойная часть около 1 см мощности, постепенно переходящая в нижележащий горизонт. В разложении подстилки дождевые черви принимают незначительное участие, а в составе микрофлоры грибы начинают преобладать над бактериями; реакция почвы слабокислая.

В зависимости от характера опада, являющегося исходным материалом для образования, подстилки (по Н.Н. Степанову) делят на три типа: муллёвая хорошо разложившаяся тёмно-бурая или тёмно-серая, перемешанная с минеральной частью почвы, сверху имеющая небольшой рыхлый слой быстро разлагающегося опада; модермуллёвая – имеющая все три слоя лесной подстилки; грубогумусная или мор, состоящая преимущественно из первых двух слоёв. Муллёвые подстилки чаще всего образуются под лиственными или смешанными лесами, грубогумусные под хвойными лесами или на переувлажнённых участках.

Лесные подстилки, покрывая поверхность почв, поддерживают верхний слой почвы в рыхлом состоянии, способствуют свободному проникновению влаги вглубь почвы и препятствуют её испарению. В них содержится значительный запас элементов питания, обеспечивающий жизнь лесных насаждений в течение длительного времени. Они являются благоприятной средой для развития грибов и бактерий, производящих их минерализацию.

Студент должен знать, что органическое вещество почвы определяет её биологические свойства, а именно: состав и количество микроорганизмов, ферментативную активность, нитрификационную и азотфиксирующую способность, интенсивность разложения целлюлозы, дыхание почвы, её фитосанитарное состояние и, в целом, почвенное плодородие. Почвенное плодородие – основное специфическое свойство почвы, отличающее её от материнской породы. Это способность почвы обеспечивать рост и воспроизводство растений всеми необходимыми им условиями. Оно подразделяется на естественное или природное, искусственное или эффективное, и экономическое.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте источники органического вещества в почве и процессы его превращения. 2. Охарактеризуйте основные группы гумусовых веществ, их свойства и влияние на плодородие почв. 3. Какие компоненты входят в состав органического вещества почвы? 4. Расскажите о превращениях органических остатков в почве. 5. Какие органические соединения относятся к гумусовым веществам? Дайте их характеристику. 6. В чём заключается сущность основных концепций гумификации и что такое гумус? 7. Охарактеризуйте органо-минеральные соединения почвы. 8. Какова роль гумусовых веществ в почвообразовании и плодородии почв? 9. В чём отличие почвообразовательного процесса под лесом и под луговой растительностью? 10. Назовите типы лесных подстилок, условия их формирования и характерные признаки. 11. Какова роль лесной подстилки в функционировании лесных экосистем? 12. Охарактеризуйте круговорот зольных элементов и азота под лесной растительностью. 13. Назовите виды плодородия почв. 14. Охарактеризуйте лимитирующие факторы почвенного плодородия и пути их устранения.

Литература

1. Белобров, В.П. География почв с основами почвоведения: Учеб. Пособие для вузов [Текст] /В.П. Белобров, И.В. Замотаев, С.В. Овечкин; Под ред. В.П. Белоброва. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – С. 58-62.

2. Газизуллин, А.Х. Почвоведение. Общее учение о почве: учебное пособие [Текст] /А.Х. Газизуллин. – М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. – С. 104-166.

3. Горбылёва, А.И. Почвоведение с основами геологии: уч. пособие [Текст] /А.И. Горбылёва, Д.М. Андреева, В.Б. Воробьёв, Е.И. Петровский. – Мн.: Новое знание, 2002. – С. 143-163.

4. Зеликов, В.Д. Почвоведение с основами геологии: Учебное пособие [Текст] /В.Д. Зеликов. – МГУЛ. – 3-е изд. - М.: Изд-во МГУЛ, 2008.- С. 64-77.

5. Кауричев, И.С. Почвоведение: учебн. для вузов [Текст] /И.С Кауричев, Н.П.Панов, Н.Н. Розов, М.В. Стратонович, А.Д. Фокин. – М.: Агропромиздат, 1989. – С. 109-136.

6. Ковриго, В.П. Почвоведение с основами геологии: учебн. для вузов [Текст] /В.П. Ковриго, И.С. Кауричев, Л.М. Бурлакова. – М.: Колос, 2000. – С. 74-91, 190-203.

7. Мамонтов, В.Г. Общее почвоведение [Текст] /В.Г. Мамонтов, Н.П. Панов, И.С. Кауричев, Н.Н. Игнатьев. – М.: КолосС, 2006. – С. 179-225.