Преобразование и накопление органических веществ в почвах

Органические вещества, образующиеся в результате фотосинтеза и появляющиеся за счёт потребления животными и микроорганизмами растительной органики, поступают в почву как продукты жизнедеятельности компонентов биоценоза. Вместе с растительными и животными остатками почвы получают энергию, консервированную фотосинтетическим путём, биогенные элементы, аккумулированные телами растений, а также исходные вещества для образования гумуса.

В различных природных зонах объём органического вещества естественных биоценозов, обусловливающих биологический круговорот, неодинаков. Вещества органических остатков в сложнейших процессах превращения претерпевают изменения по двум главным направлениям – минерализации и гумификации.

Минерализация. В процессе минерализации сложные органические соединения при участии различных групп микроорганизмов превращаются в простые химические вещества – воду, углекислый газ, соли в виде различных катионов и анионов. В минерализацию вовлекается большая часть органических остатков – до 80-90%. Продукты минерализации попадают в почвенные растворы и в значительной степени становятся источником питания растений, а значит, вновь включаются в биологический круговорот веществ.

Скорость минерализации и характер образующихся при этом продуктов зависит от химического состава растительных остатков и условий, в которых происходит разложение.

Гумификация – процесс образования гумусовых веществ. Они образуются из обломков биологических макромолекул или их мономеров, которые оказываются в почве благодаря её живому населению. Это те же сахара, аминокислоты, белки, целлюлоза, лигнин и другие химические соединения растительных остатков, а также корневые выделения живых растений, которые, попадая в почву, могут подвергнуться полной минерализации, а могут стать источником синтеза гумуса.

Гумификация – глобальный процесс, встречающийся во всех без исключения почвах. Это главная и всеобщая черта почвообразования, отражение биологического круговорота веществ в свойствах почв. Если интенсивность разложения растительных остатков слабее, чем их поступление, то в верхней части почвы образуются органогенные горизонты: лесная подстилка (А₀), степной войлок (А₀), торфяной (А_т). При оптимальном сочетании процессов минерализации и гумификации в результате гумусообразования в почвах формируются гумусово-аккумулятивные горизонты различного типа и мощности. Разнообразие определяется разнокачественным характером гумификации и сочетанием аккумуляции гумуса с другими процессами. В чернозёмах и каштановых почвах гумусовый профиль представлен горизонтами А, АВ. Серые лесные почвы характеризуются следующим выбором почвенных гумусовых горизонтов: A₁, A₁A_2i, A₁B_ti. Подтипы бурых лесных почв неодинаковы по характеру горизонтов: кислые и насыщенные почвы – A₁, A₁B_ti; лессивированные почвы – А₁ и A₁A_2i A_tB_t.

Эти гумусовые горизонты являются основой плодородия почв, кладовой их богатства. Гумус – понятие не только химическое и биологическое, но и экологическое в очень широком понимании, от требования отдельного растения до формирования гумосферы Земли. В процессе эволюции жизни при почвообразовании возникло сложное и целесообразное единство растений и почвенных условий, а в более узком смысле – растений и гумуса, с которыми неразрывно связаны многие свойства и явления в почвах.

Торфообразование – процесс накопления медленно гумифицирующихся и почти не минерализующихся растительных остатков, протекающий в анаэробной среде при избыточном увлажнении. Накопление торфа как одно из важнейших явлений болотного почвообразования может развиваться в разнообразных гидрологических условиях, создающих различный качественный состав конечного продукта, его количество и объём. Торфяные слои формируются при резком недостатке элементов минеральной пищи (сфагновые верховые болота) и при подтоке грунтовых вод различной минерализации (низинные зеленомховые болота). Особые болота формируются при эвтрофическом зарастании водоемов. Торфообразование наблюдается во всех термических поясах Земли, но наиболее оно выражено и изучено в бореальном влажном климате таёжных лесов.