Лекции по почвоведению Почва – особое природное образование. Значение в природе и жизни людей (стр. 4 )

В почвах гуминовые кислоты находятся преимущественно в виде гелей. При действии щелочей переходят в раствор.

Гуматы щелочей /Na, K, NH4/ хорошо растворимы в воде, могут вымываться /например, в солонцах/. Гуматы Са и Mg нерастворимы в воде и закрепляются в почве в виде гелей, способны склеивать механические элементы в агрегаты, этим самым способствуют образованию водопрочной структуры /черноземы, дерново-карбонатные/. Трехвалентные металлы, в особенности Fe с гуминовыми кислотами, дают прочные соединения и в дальнейшем в реакциях обмена не участвуют. Образование комплексных соединений гуминовой кислоты ведет к ее прочному закреплению в почве.

Фульвокислоты – хорошо растворимы даже в воде.  Структура молекулы отличается от гуминовых слабой степенью конденсированности ядра. В них меньше С и N, но больше Н и О. Водные растворы обладают сильно-кислой реакцией /РН – 2,2-2,8/. Функциональные группы те же.

Фульватные соли щелочных и щелочноземельных металлов хорошо растворимы в воде. Комплексные соединения с Fe и Al также частично растворимы.

Фульваты, обладая резко выраженными кислотными свойствами очень агрессивны по отношению к минеральной части почв. С ними связано формирование подзолистых почв.

Гумины – это негидролизуемый остаток. Состоит из тех же гуминовых и фульвокислот, но прочно соединенных с минеральной частью, возможно часть их закреплена минералами в межпакетных пространствах. Содержание гуминов в составе гумуса составляет 15-20%, но в ряде почв может достигать 40-48%.

Итак, две основные составные части гумусовых веществ (гуминовые и фульвокислоты), имея одинаковое происхождение и близкий элементный состав, обладают различными свойствами. Гуминовые кислоты способны накапливаться в почве и создавать ее плодородие, фульвокислоты – активно разрушать минеральную часть почвы. Поэтому роль гумуса  в почвообразовании и плодородии почв будет неодинаковой при разном соотношении гуминовых кислот и фульвокислот. Поэтому при изучении свойств почв надо рассматривать не только общее количество гумуса, но и его качественный состав, который оценивается по отношению гуминовых кислот к фульвокислотам.

Образование гумуса

Образование гумуса – это сложный биохимический процесс состоящий из разложения и синтеза.

Источниками образования гумуса в почве служат органические остатки растительного, животного и микробного происхождения. Характер их поступления в почву у разных групп организмов неодинаков. У древесных растений и кустарников основная часть органической массы, ежегодно отмирающей и подвергающейся разложению, представлена наземным опадом из листьев, хвои, кусочков коры, шишек и т. д. Корневая система их многолетняя и не участвует в годичном цикле превращения органических остатков. У травянистых растений, наоборот, хорошо развитая корневая система отмирает ежегодно и дает большое количество сырья для образования гумуса. Наземная же часть травянистых растений обычно отчуждается человеком (скашивается) или стравливается скотом. Другие группы организмов – микробы и почвенные животные развиваются в основном в толще почвы и остатки их также разлагаются.

В основе синтеза лежат 2 химические реакции: реакция полимеризации и поликонденсации.

Органические остатки, поступая в почву или на ее поверхность, подвергаются различным превращениям: механическому измельчению почвенной фауной, физико-химическим и биохимическим изменениям под влиянием микроорганизмов, мезо - и макрофауны почвы. Основными направлениями этих превращений являются минерализация органического вещества до конечных продуктов (СO2, H2O и простых солей) и гумификация. При определенных условиях (избыток влаги, неблагоприятный состав опада, низкие температуры) можно наблюдать консервацию органических остатков в форме торфа.

При образовании гумуса по реакции поликонденсации побочным продуктом является вода. Если молекулы воды легко удаляются, то формируется молекула с длинными цепями типа гуминовых кислот, если молекулы воды удаляются плохо в этом случае формируется молекула с короткими цепями типа фульвокислот.

Гумификация – образование высокомолекулярных гумусовых веществ специфической природы из промежуточных продуктов распада свежих органических веществ.

Содержание гумуса в различных почвах отличается не только количеством, но и качеством. Это зависит от ряда факторов:

от количества поступающего органического вещества. В дубравах общая биомасса 4000 ц/га, а опад 65 ц/га. В луговых степях общая биомасса 250 ц/га, а опад 130 ц/га. от качества поступающего органического вещества. В лесу в опаде много дубильных веществ, поэтому органические остатки разрушаются грибами, а продуктами их деятельности являются фульвокислоты. В луговых степях органические остатки разрушаются бактериями. Результатом деятельности являются высокоорганизованные органические вещества. Поэтому гумуса под травянистой растительностью больше, чем под деревянистой. от степени влажности, доступа воздуха и температуры. Наиболее энергично гумусообразование происходит в степных районах, где оптимальное соотношение температуры и влажности. К северу от черноземов органическое вещество «консервируется», т. к. много влаги и низкие температуры. В южных районах наоборот, при высоких температурах и низкой влажности органическое вещество минерализуется. Поэтому к северу и к югу от пояса черноземов содержание органического вещества уменьшается. от механического состава. В песчаных почвах, гумуса как правило, мало, т. к. происходит быстрая минерализация в виду хорошей аэрации и прогреваемости. от химического состава. Наряду с минералогическим обуславливает физико-химические свойства почв. Наличие магния и кальция усиливает накопление гумуса. от физико-химических свойств почв. Близкая к нейтральной реакция  среды оптимальна для процессов конденсации и образования устойчивых органно-минеральных соединений. от минералогического состава. Вторичные минералы с высокой емкостью поглощения (монтмориллонит) способствует накоплению гумуса, первичные, обладая низкой поглотительной способностью, не способствуют накоплению гумуса в почве.

Кальций является главным элементом накапливания гумуса в почвах. При анализе качественного состава гумуса важно учитывать соотношение гуминовых и фульвокислот. В оптимальном варианте отношение гуминовых и фульвокислот должно быть 1:1. В процессе гумификации до 80% массы растительных остатков минерализуется и лишь 1/3 может превратиться в гумус. Поэтому, чтобы почва накопила 7-8% гумуса необходимо около 1000 лет.

Экологическая роль гумуса.

участвует в выветривании минералов (фульвокислоты). При промывном типе водного режима под воздействием фульвокислот развивается подзолообразовательный процесс, сопровождающийся глубоким разрушением алюмосиликатной части почвы. свежеобразованные гуминовые кислоты обладают клеющим способом и создают почвенную структуру. гумус является источником СО2 в приземных слоях атмосферы. гумус стимулирует рост растений, активизирует развитие корневой системы, прорастание семян. является источником важнейших биологических элементов.

Для увеличения содержания гумуса в почву необходимо вносить органические удобрения, в т. ч. навоз, торфонавозные компосты, сапропель (озерный ил), ил очистных сооружений, сидераты – зеленые удобрения (бобовые – люпин).

Химический состав почв

Почва является четырехфазной системой. Она включает твердую, жидкую (почвенный раствор), газообразную (почвенный воздух) и живую фазы. Каждая фаза имеет специфический химический состав.

Химический состав твердой фазы почв

В почвах, как и в породах, на которых они сформировались, содержатся практически все элементы периодической системы , но для питания растениям наиболее необходимы 19 элементов: C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B, Cl, Na, Si, Co, из них 16 элементов (кроме С, Н, О) относятся к минеральным. Углерод, водород и кислород поступают в растения преимущественно в виде СО2, О2 и Н2О.

Углерод, водород, кислород и азот называют органогенными элементами, так как в основном из них состоит организм растений. Их сумма составляет 95%, оставшиеся 5% приходится на зольные элементы: P, K, Ca, Mg, Fe, Si, Na и др. Они называются так потому, что преобладают в золе растений. Кроме того эти элементы, а также N называют макроэлементами, из них преобладающими в растениях являются N, P и К.

Азот (N) – элемент роста. В почве содержится 0,1-0,5%. В почве встречается в трех формах:

1. в связанном состоянии в виде органического вещества – гумуса,

2. в нитратной форме – NО-3,

3. в аммонийной – NН+4.

Основными путями поступления N в почву является:

клубеньковые бактерии. За лето на 1 га может накопиться до 70 кг N. свободноживущие азотофиксаторы (Asotobacter). может поступать в почву с атмосферными осадками во время грозы.

При недостатке N растения приобретают бледную окраску, т. к. уменьшается содержание хлорофилла. При избытке N растения активно повреждаются болезнями и хуже переносят засуху из огородных культур в азоте нуждаются, прежде всего, огурцы.

Среди удобрений применяют:

карбомид (синтетическая мочевина) аммиачная силитра (NH4)2 SO4  натриевая силитра кальциевая силитра

Все азотные удобрения легко растворяются в воде, поэтому их применяют в ограниченных дозах и во время вегетации.

Фосфор (Р) - элемент плодоношения. В почве содержится всего 0,05-0,25%, накапливается в ядре, протоплазме клеток, наиболее обогащена ими костная ткань животных и человека, а также мозг и мышцы.

В почве содержится в трех формах:

1. в виде тонко измельченного апатита,

2. в виде солей Na3РО4,  Са3(РО4)2

3. в органической форме

Большинство форм Р плохо растворяется в воде, поэтому растения испытывают недостаток в этом элементе. При недостатке фосфора у злаков образуются неполноценные семена – пустозерность, листья скручиваются, покрываются красноватыми и фиолетовыми пятнами и вскоре отмирают. В Р нуждаются больше всего капуста.

Из Р удобрений применяют суперфосфат, гранулированный суперфосфат, костную муку.

Калий (К) содержится 1,5-2,5% (больше, чем азота и фосфора, вместе взятых), увеличивает морозостойкость, улучшает качество плодов и овощей.