2.1. Органическое вещество почвы

Органическое вещество почвы — комплекс органических соеди­нений, входящих в состав почвы; один из основных признаков, отличающих почву от материнской породы. Количество и состав содержащихся в почве органических веществ тесно связаны с направлением процесса почвообразования, биологическими, физи­ческими, химическими свойствами почвы и ее плодородием. Орга­ническое вещество почвы отличается сложным составом. В него входят различной степени разложения растительные и животные остатки.

Основной источник органического вещества в почве — опад рас­тительного покрова в виде отмирающих корней и надземной массы. Меньшая часть органической массы поступает в почву в форме отмерших животных и микроорганизмов. Количество поступаю­щего в почву опада зависит от видового состава растительных ассоциаций и климатических условий. Так, под злаково-разнотравной растительностью в умеренно-засушливых условиях опад достигает 15 т/га, в засушливых степных районах — около 5 т/га. После уборки зерновых культур опад составляет в среднем около 4 т/га, а под многолетними травами 3—4-летнего возраста — 4—6 т/га.

Основные химические, компоненты органических остатков — жиры, простые сахара, полисахариды (клетчатка, гемицеллюлозы), белки, аминокислоты, лигнины и другие вещества.

Органические остатки в почве под воздействием микроорганиз­мов подвергаются гумификации. В этом сложном процессе 70- 80 % компонентов, входящих в состав органических остатков, раз­лагается до конечных продуктов (воды, аммиака, углекислоты) и некоторого количества низкомолекулярных органических соедине­ний. Остальная часть (20—30 %) превращается в гумусовые вещества.

Органические вещества почвы имеют огромное значение в обра­зовании почвенной структуры и как источник минерального пита­ния растений, так как с каждой тонной растительной массы в почву поступает 5—10 кг азота и 30—50 кг зольных веществ (фосфора, калия, кальция, серы и других элементов). Кроме того, органическое вещество почвы служит источником углекислого газа, а также физиологически активных веществ (витаминов, сти­муляторов роста, антибиотиков), поступающих в почву с расти­тельными остатками и вырабатываемых микроорганизмами.

Важно рацио­нально использовать органическое вещество почвы, пополняя его запасы путем внесения навоза, торфа, компостов.

2.2. Образование гумуса

Процесс превращения органических остатков в гумус (гумусообразование) представляет собой сово­купность одновременно протекающих процессов разложения исход­ных органических остатков, синтеза вторичных форм (развитие микроорганизмов) и их гумификации.

Растительные остатки, попадая в почву или на ее поверхность, разлагаются микроорганизмами, в результате возникают более простые подвижные соединения. Часть этих соединений полностью минерализуется микроорганизмами и усваивается новыми поколе­ниями растительности, другая часть используется микроорганиз­мами для синтеза органических веществ, которые в дальнейшем вновь разлагаются. Некоторые продукты разложения превраща­ются в сложные высокомолекулярные вещества — гуминовые кис­лоты. Этот процесс, протекающий под воздействием кислорода воздуха, воды и ферментов микроорганизмов, называется гумифи­кацией, или гумусообразованием. Активное участие в превращении органических остатков в гумус принимают живые организмы (бактерии, грибы, почвенные животные), которые перемешивая с почвой всю массу органических остатков, а также продуктов их разложения и гумификации, перерабатывают все и выбрасывают неиспользованную часть в виде экскрементов в толщу почвы.

Процессы разложения и минерализации различных органиче­ских соединений протекают по-разному. Быстрее всех минерали­зуются растворимые сахара, крахмал; достаточно хорошо разла­гаются белки, гемицеллюлозы и целлюлоза; устойчивы к разло­жению н минерализации лигнин, смолы, воски.

Разложение белков, углеводов, липидов начинается с гидроли­тического расщепления их сложных молекул на более простые промежуточные продукты. Белки расщепляются на пептиды, а затем на аминокислоты. При гидролизе сложных белков (нуклеопротеидов) наряду с аминокислотами образуются углеводы, фосфорная кислота, азотсодержащие гетероциклические основа­ния (пуриновые и пиримидиновые). При гидролизе жиров возни­кают глицерин и различные жирные кислоты, а при гидролизе углеводов (целлюлозы, гемицеллюлозы, крахмала, полиуронидов, камедей) - моносахариды, аминосахара, уроновые кислоты. Одно­временно с гидролизом развиваются разнообразные окислительно-восстановительные процессы, катализируемые ферментами. В аэробных условиях преобладают процессы окисления, в ана­эробных - восстановления.

Углеводы в аэробных условиях окисляются до органических кислот, альдегидов, спиртов и далее - до углекислого газа и воды. В анаэробных условиях развиваются различные типы бро­жения, в процессе которых образуются недоокисленные продукты (метан, спирты, органические кислоты), а в конечном итоге - углекислота, вода, метан, водород. Продукты гидролиза лигнина и других ароматических соединений в результате окислительно-восстановительных реакций дают сложную систему соединений: оксихиноны, ароматические альдегиды и кислоты. Продуктами полной минерализации являются вода и углекислый газ.

Параллельно с разложением и минерализацией органических остатков в почве идут процессы их гумификации, в результате образуются относительно устойчивые против разложения гумусо­вые вещества.

Согласно этой гипотезе, основой гумификации являются реакции медленного биохимического окис­ления высокомолекулярных веществ, имеющих циклическое строе­ние. К ним относятся белки, лигнин, дубильные вещества.

Образующиеся гуминовые кислоты, вступая во взаимодействие с зольными элементами растительных остатков, освобождающихся в процессе их минерализации, а также с минеральной частью почвы, образуют ряд органо-минеральных соединений. При этом единая система постепенно расщепляется на несколько фракций, различных по степени растворимости и деталям строения моле­кул. Часть системы, образующая нераствори­мые в воде соли с кальцием и полуторными окислами, формиру­ется как группа гуминовых кислот. Другая часть системы, дающая растворимые соли, образует фульвокислоты.

В переувлажненных почвах фульвокислот образуется больше, вследствие более интенсивного гидролитического расщепления всей системы гумусовых кислот.

Гумификация развивается не только в почвах, но и на дне водо­емов, в компостах, при формировании торфа, угля, т. е. везде, где накапливаются растительные остатки и создаются условия, благо­приятные для жизнедеятельности микроорганизмов и развития этого процесса, широко распространенного в природе.