Картография и почвоведения

    Биологические причины разрушения структуры связаны с процессами минерализации почвенного гумуса- главного клеящего вещества при образовании структуры.

    Восстановление  и сохранение структуры в условиях сельскохозяйственного использования  почв осуществляется агротехническими методами. Улучшение структурного состояния почв возможно также с помощью искусственных структурообразователей. 

    К агротехническим методам оструктуривания  почв относятся посев многолетних  трав, обработка почв в спелом состоянии, известкование кислых почв, гипсование солонцовых почв, внесение органических и минеральных удобрений.

    Прочная структура восстанавливается под  воздействием как многолетних трав, так и однолетних сельскохозяйственных культур. Пшеница, подсолнечник, кукуруза образуют мощную корневую систему и могут сказывать достаточно сильное оструктуривающиее влияние на почву. Лен, картофель, капуста, имеющие слабую корневую систему, обычно оказывают небольшое структурообразующие действие на почву. 

Тема  4: «Органические вещества почвы, их состав и свойства ».

1.Органическая часть почвы.

2.Общая схема процесса гумусообразования в почве.

3.Роль гумуса в почвообразовании и плодородии.

      Органическая часть почвы   состоит из   органических остатков (корешков и наземного опада) и гумуса. Источником гумуса являются органические остатки высших   растений,   микроорганизмов и животных, обитающих в почве.Под травянистой растительностью основным источником образования гумуса являются корни, масса которых в метровом слое почвы составляет в зоне степей 8 — 28 т, в зоне пустыни — 3 — 12 т, на суходольных лугах в зоне хвойных и смешанных лесов— 6 — 13 т на 1 га. Под многолетними травами в зависимости от их урожая и состава корней в метровом слое почвы накапливается от 6— --8, до 12 — 15т на 1 га. Меньше всего корней остается под однолетними культурными растениями (3 — 5 т на 1 га) .

             В почвах под лесом основным  источником формирования гумуса  является подстилка, ,количество которой зависит от зоны, состава, возраста и густоты насаждений, а также от развития травянистого и мохового покрова. Корни древесной растительности многолетние, и участие их в образовании гумуса невелико. Количество надземной массы под травянистой растительностью колеблется от 0,5 до 13 т на 1 га. Кроме того, большая часть ее отчуждается человеком, поедается скотом, поэтому доля ее в формировании гумуса небольшая. Остатки. зеленых растений при разложении используются микроорганизмами и почвенной фауной и частично превращаются во вторичные формы органических веществ.

          Органические остатки микроорганизмов, по данным И.В.Тюрина,    составляют около 1/3 остатков биомассы зеленых растений. Органических остатков почвенной фауны накапливается очень мало — 100 — 200кг сухого вещества на 1 га. 

          Таким образом, первичным и основным источником органических 
веществ, из которых образуется гумус, являются остатки зеленых растений  в виде наземного опада и корней. 

            Химический состав органических  остатков разнообразен. Основную  часть массы органических остатков (75-— 90%) составляет вода. В сухое вещество входят углеводы, белки, лигнин, липиды, воски, смолы, дубильные и - многие другие вещества. Большинство из них высокомолекулярные (молекулярная масса белков 10⁵ — 10⁶, полисахаридов до 10⁶). Соотношение   между   главнейшими   группами   соединений в   органических остатках различно.

         Так, главная масса сухого вещества  бактерий представлена белками. Скорость разложения растительных остатков в значительной степени зависит от их химического состава весне и хвое много лигнина, смол и дубильных веществ,  но мало белков; разложение этих остатков идет медленно. Остатки бобовых трав богатые белками, разлагаются быстро.

Активное  участие в превращении органических остатков в гумус принимают микроскопические и макроскопические животные, которые перемешивают с почвой всю массу органических остатков и продуктов их разложения и гумификации, перерабатывают их и выбрасывают неиспользованную часть в виде экскрементов в толщу почвы. Особенно велика роль дождевых червей, развивающихся в почве.

Таким образом, превращение органических остатков в гумус (гумусообразование) является совокупностью процессов разложения, исходных органических остатков, синтеза вторичных форм микробной плазмы и их гумификации. Общая схема гумусообразование (составлена на основании схемы И. В, Тюрина) имеет следующий вид: 
 

Общая схема  процесса гумусообразование в почве 

 
Минеральная часть почвы 

Разложение 

(гидролиз, окислительно-восстановительные реакции)

Микробный синтез

 

Минерализация

 
      

                        Гумификация 

 

 
 
 

  
 

 Использование растениями в биологическом круговороте

 
 
Взаимодействие

(солеобразование,

адсорбция) 

  
 
 

Вымывание и удаление в атмосферу 
 

 

                                                                                                                              Закрепление   Вымывание

   Скорость  разложения и минерализации различных  соединений неодинакова. Наиболее интенсивно минерализуются  растворимые сахара, крахмал; достаточно хорошо разлагаются белки, гемицеллюлозы и целлюлоза; наиболее устойчивы к разложению и минерализации лигнин, смолы, воски.

Анаэробные условия  заметно тормозят процесс разложения.Параллельно с разложением и минерализацией органических остатков в почве идут процессы их гумификации, в результате образуются относительно устойчивые против разложения гумусовые вещества.Эти процессы изучены еще недостаточно. Гумусовые вещества возникают из белков, лигнина, дубильных веществ и других компонентов растительных, микробных и животных остатков.

В различных  природных условиях характер и скорость гумусообразование (разложение и гумификация органических остатков) неодинаковы и зависят от ряда взаимосвязанных факторов почвообразования. Главнейшими из них являются водно-воздушный и тепловой режимы почв, состав и характер поступления растительных остатков, видовой состав и интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов, механический состав и физико-химические свойства почвы.

              Гумусом называют сложный динамический комплекс органических                                                                                       соединений, образующихся при разложении и гумификации органических   остатков. Содержание гумуса в почвах определяется условиями и характером почвообразовательного процесса; оно колеблется в верхних горизонтах от 1—2 до 12—15%, резко или постепенно уменьшаясь с глубиной. В торфяных горизонтах и лесных подстилках общее количество органических веществ может достигать нескольких десятков процентов, но они образуют не гумус, а массу торфа или полуразложившиеся растительные остатки подстилки. Запасы гумуса в верхнем двадцатисантиметровом и метровом слоях основных типов почв. Количество и состав гумуса в почвах динамичны вследствие постоянного поступления в них органических остатков и непрерывности процессов их разложения и гумификации.

      Гумусовые вещества представляют собой систему  высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений циклического строения и кислотной природы, которая предопределяет их взаимодействие с минеральной частью почвы и возможность прочного закрепления в ней.

      Характерная особенность системы гумусовых  веществ — ее гетерогенность, т. е. наличие в ней различных по стадии гумификации компонентов. Следствием гетерогенности являются варьирование ряда свойств и возможность расчленения системы на ряд фракций с относительно однородным типом строения, но различающихся между собой по химическому составу, размеру частиц, степени подвижности и роли в почвообразовании.

         Выделенные из почвы препараты гуминовых кислот содержат, помимо С, Н, О и N, некоторое количество зольных элементов Р, S, Аl, Fе, Si); в зависимости от степени очистки препарата их количество колеблется от 1 до 10%.

        Кислотная природа  этих соединений обусловлена рядом кислых функциональных групп, главнейшими из которых являются карбоксильные (СООН) и фенолгидроксильные (—ОН), водород которых может замещаться катионами оснований. Полагают, что при нейтральной реакции может замещаться водород карбоксильных групп, количество которых в различных препаратах колеблется от 250 до 500м.-экв. на 100 г гуминовой кислоты. При кислой реакции эта величина уменьшается, а при щелочной возрастает до 600—700 м. - экс., так как в реакцию вступают фенолгидроксильные группы.

      Данные  спектрографических, химических, хроматографических и рентгенографических исследований свидетельствуют о том, что молекула гуминовых кислот имеет сложное строение. Основными компонентами ее являются: 1) ароматические и гетероциклические группировки— различные азотсодержащие гетероциклы, фенолы, ароматические альдегиды и ароматические карбоновые кислоты; 2) алифатические и алициклические группы — аминокислотные и углеводные и 3) функциональные группы, в которые входят прежде всего карбоксильные и фенолгидроксильные, обусловливающие кислотные свойства, а также, по-видимому, спиртовые гидроксилы, катонные и альдегидные группы и  метоксилы.

      Вероятный процент ароматических и гетероциклических  группировок в молекуле составляет 50—65%, алифатические и алициклические— 25—40%, функциональные группы — 10—25%.

      Очень неоднородны формы азота в  гуминовых кислотах. Они представлены аминными, аминокислотными и азотсодержащими гетероциклическими группировками.

      Характерной особенностью гуминовых кислот является их гетерогенность по величине молекул и составу. Любой препарат гуминовых кислот легко расчленяется на ряд фракций, различных по молекулярной массе и с несколько различным элементным составом. Молекулярная масса молекул гуминовых кислот колеблется от 4000—6000 до 50000—100000 при использовании метода гельфильтрации.

      Гуминовые кислоты не имеют кристаллической  структуры, но, как показывают электронографические исследования и рентгеноструктурный анализ, их молекула характеризуется упорядоченным сетчатым строением. По современным представлениям, молекулы имеют сферическую форму с диаметром 3—8 нм. Молекулы образуют ассоциаты более крупных размеров (Д. С. Орлов).