Органическое вещество почв

 

ОРГАНИЧЕСКОЕ  ВЕЩЕСТВО ПОЧВ

Органическое  вещество почв — это совокупность живой биомассы и органических остатков растений, животных, микроорганизмов, продуктов их метаболизма и специфических  новообразованных органических веществ  почвы — гумуса В органическом веществе почв всегда присутствует какое-то количество остатков отмерших организмов, находящихся на разных стадиях разложения, живые клетки микроорганизмов, почвенная фауна.

 

 

 

1.Источники органического вещества

 

Потенциальными  источниками органического вещества почв можно считать все компоненты биоценоза, которые попадают на поверхность почв или в толщу почвенного профиля и участвуют в процессах почвообразования

Запасы биомассы биоценозов, ее структура и динамика неодинаковы в разных природных  зонах.В абсолютном большинстве наземных биоценозов зеленые растения (автотрофы) имеют наибольшую биомассу и годичный прирост (первичную продукцию), превышающую биомассу беспозвоночных животных и микроорганизмов в несколько десятков или сотен раз, а позвоночных животных в несколько тысяч раз Поэтому надземный и корневой опад и продукты метаболизма высших растений дают основной материал, из которого формируется органическое вещество почв Однако специфический химический состав животных и микроорганизмов, высокое содержание в них белков определяют заметную их роль в обогащении органического вещества почв азотсодержащими компонентами

Запасы фитомассы  в различных ландшафтах тундровой  зоны изменяются от 150 до 2500 г/м², причем корневая масса превышает надземную в 3—4 раза Биомасса микроорганизмов составляет 10—15 г/м², почвенных беспозвоночных животных — 1—3, а наземных позвоночных животных — около 0,01 г/м²

 

 

В таежно-лесной зоне запасы фитомассы полновозрастных  высокобонитетных лесов возрастают до 25—40 тыс. г/м², причем корневая масса меньше надземной в 3—5 раз. Биомасса микроорганизмов в лесных почвах доходит до 30 г/м²; среди них доминируют грибы. Биомасса беспозвоночных животных (в г/м²) в подзолистых почвах составляет 2—3, в дерново-подзолистых — 7—12, в серых лесных почвах достигает 90.

Травянистая растительность степной зоны накапливает меньшую, чем леса, фитомассу, от 1200 до 2500 г/м², причем корневая масса превышает надземную в 3—6 раз. Микрофлора степных почв имеет более разнообразный видовой состав: доля грибов снижается, возрастает численность спорообразующих бактерий и актиномицетов. Количество беспозвоночных животных также несколько снижается, до 12—16 г/м², среди них доминируют по биомассе дождевые черви. Беспозвоночные животные в степной зоне составляют 98% от общей зоомассы.

Химический  состав биомассы в значительной мере определяет все последующие этапы  новообразования гумуса. В формировании молекул гумусовых кислот принимают  участие любые структурные химические единицы органического вещества, освобождающиеся в процессе трансформации отпада и опада. В биогеоценозах разных природных зон неодинаковые запасы и состав фитомассы определяют различия в поступлении в почву белков, углеводов, липидов, и ароматических соединений.

 

 

1.2.Органические вещества почвы индивидуальной (неспецифической) природы

 

В процессе трансформации остатков растений, животных и микроорганизмов, а также при  поступлении в почву продуктов  их метаболизма органическое вещество почвы обогащается веществами индивидуальной неспецифической природы. Они составляют 10—15% от органического вещества почвы. Среди них обычно выделяют следующие группы.

Азотсодержащие  вещества представлены белками и  аминокислотами. Белки — компоненты всех живых существ. Это полимеры, состоящие из аминокислотных остатков, соединенных амидной связью. В элементном составе белков кроме углерода, водорода и кислорода содержатся (в %) азот (15—19), сера (0,3—2,4) и часто фосфор (0,5—0,8). При разложении белковых веществ в почве образуются аминокислоты — карбокислоты, содержащие по крайней мере одну аминогруппу. Наиболее обычны в почве глицин, аланин, серии, цистеин, треонин, валин, метионин.

Углеводы  — один из важнейших источников энергии для микроорганизмов  и беспозвоночных животных, которые  активно их разлагают, — обширная группа органических соединений, включающая собственно углеводы и соединения, близкородственные им. Собственно углеводы представлены моносахаридами (глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза, арабиноза, рибоза, ксилоза и др.), состоящими из одного сахарного звена; олиго-сахаридами, состоящими из 2—4, но всегда до 10 моносахарид-ных звеньев; полисахаридами — полимерами, состоящими из 11 и более моносахаридных звеньев. К полисахаридам, содержащим одинаковые молекулы, относятся пентозаны (полимеры пентоз) и гексозаны (полимеры гексоз). Пентозаны представлены ксиланами и арабанами. К гексозанам (полимерная единица глюкозы) относятся крахмал, изолихенин, целлюлоза, полифруктозаны, полигалактаны, полиманнаны.

Гетерополисахариды  — сополимеры различных сахаридов. К ним относятся арабиногалактаны, гемицеллюлозы, галакто-маннаны, глюкоманнаны и арабиноксиланы.

Среди соединений, близкородственных углеводам, следует назвать полиурониды, состоящие  из звеньев углеводов и уроно-вых  кислот. К ним относятся камеди, слизи и пектиновые вещества. Родственными углеводам считают и мукополисахариды, в их числе хитин (структурный компонент стенок грибов и внешнего скелета членистоногих) и тейхоевые кислоты (компонент клеточных стенок бактерий).

Липиды  — большая группа органических соединений, которую делят на омыляемые и неомыляемые липиды. К омыляемым относятся нейтральные жиры (эфиры глицерина и жирных кислот) и фосфолипиды (эфиры глицерина, жирных и фосфорной кислот). К неомыляемым липидам относят жирные кислоты, стероиды, изопреноиды, каратиноиды. К липидам часто относят также те соединения, которые при исследованиях не отделяются от липидов. Это алифатические и циклические углеводороды и их полимеры в смеси со спиртами, альдегидами и оксикислотами. Среди них следует назвать такие вещества, как воск, кутин, суберин, спорополленин.

Ароматические соединения и их производные включают моноциклические арены и их полимеры. К моноциклическим аренам относят  ароматические кислоты, которые  содержат одно бензольное кольцо и  одну карбоксильную группу или более. Сюда относятся соединения типа С₆—C₁ (протокатеховая, ванилиновая, сиреневая кислоты) и соединения типа С₆ — С₃ (паракумаровая, кофейная, феруловая и другие кислоты), а также кумарины и флавоноиды (содинения типа С₆ — С₃ — С₆).

К полимерам аренов относят танины (дубильные вещества) и лигнин (полимер, состоящий из нескольких типов фенилпро-пановых единиц). Стойкость лигнина против разложения и его ароматическое строение дали основание ряду исследователей считать лигнин основным компонентом почвенного гумуса, унаследованным при разложении растительных остатков без существенных изменений.

 

Зольные элементы. В процессе разложения растительности в почву поступают поглощенные растениями зольные элементы, состав которых, по выражению В. И. Вернадского, охватывает всю таблицу элементов Менделеева. В процессе гумификации в конституционной части молекул органических веществ частично сохраняются сера и фосфор.

Ежегодно  в почву поступают свежие порции неспецифическихорганических компонентов, которые частично минерализуются до СО₂, H₂O, NH₃, N₂, частично мигрируют за пределы почвенной толщи, а частично служат источником почвенного гумуса.

Органические  вещества индивидуальной природы, особенно низкомолекулярные и ароматические  кислоты, а также углеводы и фенолы, играют активную роль в процессах почвообразования как источники энергии и компоненты, способствующие перемещению по профилю многих минеральных компонентов. 

1.3.Органическое вещество почв специфической

природы

 

Гумусовые вещества как специфический продукт гумификации представляют собой гетерогенную полидисперсную систему высокомолекулярных азотсодержащих ароматических соединений кислотной природы. Они представлены гуминовыми кислотами, фульвокислотами и негидролизуемым остатком или гумином.

Гумусовые кислоты — особый класс соединений с переменным составом. В пределах этой общей группы гуминовые кислоты  и фульвокислоты сохраняют общий  принцип строения. Их высокомолекулярный характер обусловливает практическую независимость основных физических и химических свойств от небольшого изменения состава.

Гуминовые кислоты (ГК) хорошо растворяются в  щелочных растворах, слабо растворяются в воде и не растворяются в кислотах. Из растворов ГК легко осаждаются водородом минеральных кислот и  двух- и трехвалентными катионами (Са²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Al³⁺). Гуминовые кислоты, выделенные из почвы в виде сухого препарата, имеют темно-коричневый или черный цвет, среднюю плотность 1,6 г/см³.

Элементный  состав гуминовых кислот в процентах  по массе составляет: С — 50—62; Н — 2,8—6,6; О —31—40; N — 2—6. Содержание зольных элементов зависит от степени очистки препарата. Содержание углерода в составе гуминовых кислот максимально в черноземах, а от них уменьшается в сторону более гумидных и более аридных почв.При гумификации нарастает степень окисленности ГК.

 

2.Органическое  вещество почвы различных биогеоценозов.

 

Растительность, местный климат, почвы, животные и  микроорганизмы, населяющие почвы, локальные  условия рельефа, горные породы, поверхностные  и грунтовые воды всякой местности (ландшафта) развиваются совместно, образуют сложную взаимосвязанную экологическую систему.

Экологические системы называют также биогеоценозами. Они разнообразны и многочисленны, но их географическое распределение  на суше тесно связано с распределением почв. Почвы и являются важнейшими компонентами биогеоценозов.

Потоки энергии  и вещества и обмен ими идет непрерывно в системе живое вещество - почва. По мере усложнения и разрастания  пищевых цепей в биогеоценозах  растет и объем этого потока.

Через опад и отпад органическое вещество, созданное растениями, попадает на почву и в почву и под воздействием живых организмов, населяющих почву (огромного числа видов беспозвоночных животных и микроорганизмов), подвергается процессам трансформации и либо минерализуется до некоторых простых соединений — углекислоты, воды, газов и простых солей, либо преобразуется в новые сложные соединения — почвенный гумус. В гумусовой оболочке Земли сосредоточено такое же количество энергии (п•10¹⁹—п•10²⁰ кДж), как и во всей биомассе суши (В. А. Ковда, 1973).

 

 

2.1.Органическое  вещество почвы лесостепных биогеоценозов.

 

Роль древесной  и травянистой, лесной и степной  или луговой растительности в  процессах почвообразования существенно  различна.

Под лесом опад, являющийся главным источником гумуса, поступает преимущественно на поверхность почвы. В меньшей степени в гумусообразовании участвуют корни древесной растительности.

В хвойном лесу опад, в силу специфики его химического  состава и большой механической прочности, очень медленно подвергается процессам разложения. Лесной опад вместе с грубым гумусом образует подстилку типа «мор» той или иной мощности. Процесс разложения в подстилке осуществляется преимущественно грибами; гумус имеет фульватный характер. Процесс почвообразования при промывном водном режиме под лесами чаще идет по типу подзолообразования. Формирующиеся почвы характеризуются высокой кислотностью, ненасыщенностью основаниями, малой гумусностью, низким содержанием питательных элементов, особенно азота, пониженной биологической активностью и низким уровнем плодородия.

Биологический круговорот химических элементов под  пологом хвойных лесов существенно  отличается от круговорота в хвойно-широколиственных и широколиственных лесах. По сравнению  с хвойными широколиственные леса вовлекают в круговорот вдвое-втрое больше кальция и магния, а также азота, фосфора и других элементов питания. Поэтому различия в количестве вовлеченных питательных веществ между хвойными и широколиственными лесами весьма существенны. С опадом листвы липняков и дубняков ежегодно поступает вчетверо-впятеро больше кальция, магния и других элементов по сравнению с опадом хвойных пород.

В смешанных  и, особенно, в широколиственных лесах  лиственный опад более мягкий, содержит в своем составе высокое количество оснований, богат азотом. Процесс минерализации ежегодного опада в основном совершается в течение годового цикла. В лесах подобного типа в гумусообразовании принимает большое участия опад травянистой растительности. Освобождающиеся при минерализации опада основания нейтрализуют кислые продукты почвообразования, синтезируется более насыщенный кальцием гумус гуматно-фульватного типа. Формируются

серые лесные или  бурые лесные почвы с менее  кислой реакцией, нежели у подзолистых  почв, возрастает степень насыщенности почв основаниями, повышается содержание азота, усиливается биологическая активность почв. Соответственно повышается уровень естественного плодородия почв.

 

2.2.Органическое  вещество почвы степных биогеоценозов.

 

Иной характер поступления органических остатков и химических элементов в почву наблюдается под пологом травянистой степной или луговой растительности. Основным источником обра-зования гумуса является масса отмирающих корневых систем и в значительно меньшей степени надземная масса (степной войлок, семена растений и т. д.). Это объясняется тем, что биомасса корней у травянистой растительности (в отличие от древесной) обычно значительно преобладает над надземной биомассой. Опад травянистой растительности в отличие от опада древесных пород характеризуется более тонкой структурой, меньшей механической прочностью, высокой зольностью, богатством азотом и основаниями. Гидротермические условия степной зоны способствуют быстрому разложению органических остатков. Гумификация и гумусообразование протекают в более коротком цикле. Формируется «мягкий» насыщенный кальцием гумус типа «мюлль» преимущественно гуматного состава.