5. Гумус як екологічна основа родючості ґрунтів
5.1. Сучасні уявлення про процес гуміфікації.
Значний внесок у розробку теорії і практики синтезу та ролі гумусних речовин зробили І.В. Торін, М.М. Конова, В.В. Пономарьова, Л.М. Александрова та інші. В їх працях розкрита величезна роль гумусу в біосфері як акумулятора органічної речовини і сонячної енергії на нашій планеті. З гумусом зв’язано формування родючості ґрунту, ріст і розвиток рослин. Л.М. Александрова розробила логічну схему гумусоутворення і мінералізації гумусних речовин (рис.3.4.). За її визначенням гуміфікація – складний біофізико-хімічний процес трансформації проміжних високомолекулярних продуктів розкладання органічних решток в особливий клас органічних сполук – гумусні кислоти.
Вона встановила, що швидкість і спрямованість гуміфікації залежать від багатьох факторів. Основними серед них є кількість і хімічний склад рослинних решток, водний і повітряний режими, склад ґрунтових мікроорганізмів, реакція ґрунтового розчину, механічний склад ґрунту тощо. Певне співвідношення даних факторів і їх взаємодія зумовлюють певний тип гуміфікації органічних решток: фульватний, гуматно-фульватний, фульватно-гуматний і гуматний.
(за Л. М. Александровою, 1980).
Органічні речовини, які утворюються в результаті фотосинтезу та життєдіяльності грибів, тварин та мікроорганізмів, надходять у ґрунт як продукти біогеоценозів і агроценозів. Разом з органічними рештками рослинного походження ґрунт одержує енергію, законсервовану шляхом фотосинтезу, біогенні елементи, акумульовані рослинами, та різноманітні органічні речовини – вихідний матеріал для утворення гумусу.
Органічні рештки тваринних організмів надходять у ґрунт у невеликій кількості. Об’єм їх маси становить 0,5-3,0 % від об’єму фітомаси. Вони не йдуть на утворення гумусу, а повністю мінералізуються. Значну кількість органічної маси залишають у ґрунті мікроорганізми.
Хімічний склад органічних решток, які надходять у ґрунт, дуже різноманітний і в їх розкладанні беруть участь різні групи мікроорганізмів. Процес розкладання йде у двох напрямках – мінералізації і гуміфікації.
При мінералізації складні органічні сполуки в результаті життєдіяльності різних груп мікроорганізмів перетворюються у прості сполуки – воду, вуглекислий газ, різноманітні солі. Мінералізації піддається більша частина органічних решток (70-80 %). Продукти мінералізації надходять у ґрунт і знов включаються у біологічний колообіг.
Гуміфікація – глобальні процес, який відбувається у всіх ґрунтах планети. Це складний процес, при якому целюлоза, геміцелюлоза, лігнін, пектини, білки, ліпіди та інші сполуки рослинних решток перетворюються в різні речовини гумусу. У цьому процесі беруть участь кореневі виділення рослин та продукти життєдіяльності інших організмів. Не всі органічні речовини розкладаються мікроорганізмами з однаковою швидкістю. Швидко розкладаються моноцукри і білки; повільно розкладаються (під дією сильних ензимів) целюлоза, геміцелюлоза, лігнін, пектини, які є основним джерелом сполук для ґрунтоутворення; дубильні речовини, смоли, воск пригнічують мікробіологічну діяльність і розкладаються дуже повільно.
У результаті гумусоутворення формуються перегнійно-акумулятивні горизонти різного типу і потужності.
Шляхи гуміфікації вивчають як вчені нашої країни, так і за кордоном. Найбільш визнаними схемами гуміфікації є схеми запропоновані М.М. Кононовою (1972) і Л.Н. Александровою (1980). М.М. Кононова вважає, що специфічною реакцією гуміфікації є конденсація ароматичних сполук фенольного типу з амінокислотами і протеїнами. Джерелами структурних одиниць конденсації є: продукти розкладу лігнінів, танінів, фенольні сполуки, амінокислоти і пептиди.
Л.Н. Александрова вказує на тривалість і різноманітність окремих ланок гуміфікації. На першій стадії, в результаті біохімічного окислення продуктів розкладання органічних решток, відбувається синтез органічних кислот. За ступенем розчинності формується дві групи сполук – гумінові кислоти і фульвокислоти. Одночасно формуються їх органо-мінеральні похідні та азотиста частина.
На другій стадії гуміфікації внаслідок часткового відходження білкових алімфатичних ланцюгів, дезамінування та внутрішньомолекулярних перегрупувань у гумінових кислот поступово зростає ступінь ароматизації. Ця стадія дуже тривала.
Третя стадія – стадія трансформації гумусних речовин до повної мінералізації.
Особливості гуміфікації і її кінцеві продукти залежить від умов навколишнього середовища, від факторів гуміфікації. До основних факторів гуміфікації Л.Н. Александрова (1980) відносить: масу рослинних решток, хімічний склад речовин, які піддаються гуміфікації, водний і повітряний режим ґрунту, реакцію середовища та окисно-відновні умови, інтенсивність діяльності мікроорганізмів, механічний склад та інші особливості мінеральної частини ґрунту.
Головними продуктами гуміфікації є фульвокислоти (ФК) і гумінові кислоти (ГК).