Происхождение, состав и свойства органической части почвы

1. Понятие и состав органической части почвы.

2. Роль живых организмов в процессах накопления и превращения органических веществ.

3. Состав почвенного гумуса.

4. Формы связи гумусовых веществ с минеральной частью почвы. Закономерности гумусообразования.

5. Значение гумусообразования. Регулирование содержания и запасов гумуса в почве.

1. Органическое вещество почв представлено органическими остатками живых организмов, продуктами их метаболизма, а также специфическими органическими соединениями, носящими название почвенного гумуса. По современным представлениям все органические вещества, находящиеся в почвенной массе генетических горизонтов, делятся на две группы.

- неспецифические, т.е. вещества не почвенного происхождения, а имеющие фито-, зоо-, микробоценотическую природу и поступающие в процессе почвообразования как отмирающая биомасса (органические остатки) и как продукты жизнедеятельности живых организмов.

- почвенный гумус или специфические органические вещества почвенно-генетической природы, присущие только почвам.

В вещественном составе почв органическим соединениям принадлежит особая роль, поскольку гумусообразование и гумусонакопление связано только с почвообразовательным процессом и не наследуется, как правило, от материнской почвообразующей породы, хотя, безусловно, материнские породы влияют на состав и свойства гумуса.

Химический состав органических остатков очень разнообразен. Большую часть их массы (79-90%) составляет вода. В состав сухого вещества входят углеводы, белки, лигнин, липиды, воски, смолы, дубильные вещества. Громадное большинство этих соединений, являются высокомолекулярными веществами. Скорость разложения растительных остатков зависит от содержащихся в них веществ. Древесина и хвоя содержат много лигнина, смол и дубильных веществ, но мало белков – разложение этих остатков идет медленно. Остатки бобовых трав, богатые белками, разлагаются быстро.

Помимо органических соединений, органические остатки всегда содержат некоторое количество зольных элементов. В состав золы входят калий, магний, кремний, фосфор, сера, железо и другие элементы, содержащиеся в незначительных количествах. Очень низкая зольность характерна для древесины, большое количество зольных элементов содержат остатки травянистой растительности.

2. Важную роль в круговороте веществ в природе, почвообразовании, плодородии почв играют животные, к которым относятся различные представители простейших, беспозвоночных и позвоночных животных.

В почве наряду с микрофлорой широко распространены различные представители простейших животных организмов – жгутиковые, корненожки и инфузории. По способу питания простейшие большей частью являются гетеротрофами. Они питаются преимущественно микроорганизмами. Среди них есть и сапрофиты, которые питаются растворенными органическими веществами растительных остатков. Вопрос о роли простейших в почвенных процессах пока не выяснен. Одни исследователи считают, что простейшие, истребляя почвенные бактерии, оказывают вредное влияние на плодородие почвы, другие отмечают, что интенсивность микробиологических процессов в почве не только не ослабевает, но и повышается.

Почву населяют разнообразные беспозвоночные: дождевые черви, членистоногие (клещи, ногохвостки). Они играют исключительно важную роль в процессах превращения растительных остатков, используя последние в качестве пищи и существенно ускоряя биологический круговорот.

Исключительная роль в почвообразовательных процессах дождевых червей была показана еще Ч. Дарвином. Будучи влаголюбивыми организмами, они многочисленны в зоне широколиственных лесов, а в степной зоне – в поймах рек, на орошаемых землях, участках, занятых древесно-кустарниковой растительностью. В наиболее благоприятных местах (чаще это широколиственные леса) численность червей достигает 500-800, а биомасса – 290 г на 1 м². В процессе пищеварения в кишечнике червей происходит разложение клетчатки и частичная минерализация растительных тканей опада и другой органики, которой они питаются. В широколиственных лесах черви ежегодно возвращают в почву около 100 кг азота на 1 га. Они стимулируют раз­витие микроорганизмов. Скорость разложения дубовой подстилки при отсутствии земляных червей замедляется в 3—10 раз в зависимости от времени года. Сама почва обогащается ферментами, что активизирует ряд важных элементов питания растений. Кроме того, дождевые черви перемешивают слои почвы, а их многочисленные ходы способствуют проникновению в почву и равномерному распределению в ней воды и воздуха, что особенно важно на тяжелых почвах. По ходам червей в более глубокие слои проникают корни растений. Доказано, что во многих районах урожайность сельскохозяйственных культур зависит от численности дождевых червей в почве.

В почве живет значительное количество насекомых (жуки, муравьи), которые оказывают существенное влияние на почвообразовательный процесс. Проделывая в почве многочисленные ходы улучшают ее физические и водные свойства. Насекомые, участвуя в переработке растительных остатков, обогащают почву гумусом и минеральными веществами.

Среди позвоночных, активно участвующих в процессах почвообразования наибольшая роль принадлежит грызунам. Все грызуны роют в почвенной толще норы, перемешивая и выбрасывая на поверхность огромное количество земли. Некоторые из них образуют в почве так называемые кротовины – ходы, засыпанные массой почвы или породой.

Микроорганизмы обнаруживаются в окружающей природной среде практически повсеместно. Однако из всех известных сред обитания наиболее богаты как количественно, так и качественно почвы, в одном грамме которых может находиться до 10 млрд микробов и более.

Микробная биомасса в разных почвах колеблется от единиц до нескольких десятков тонн на гектар, причем на долю грибов приходится от 88 до 99% биомассы, а доля прокариот (бактерии, актиномицеты) составляет 1—12%. Доля живого мицелия - от 50% в нижних горизонтах до 85% в подстилке. Жизнеспособность спор составляет 70-100%.

Основными представителями почвенной микрофлоры являются бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы и водоросли.

Бактерии - мельчайшие организмы, обладающие клеточным строением, вес живой массы в пахотном слое почвы составляет от 3 до 6-7 т/га. Количество бактерий зависит от типа почвы и культурного ее состояния. Обычно с глубиной по почвенному профилю количество бактерий уменьшается.

Под влиянием бактерий, населяющих почву, протекают различные биохимические процессы по превращению органических и минеральных соединений.

Грибы – эукариотные организмы. Они являются основными деструкторами таких стойких соединений, как лигнин, хитин, дубильные вещества, целлюлоза, гумус, делая возможным дальнейшее их использование другими организмами. П. А. Костычев установил, что только грибы способны образовать продукты разложения растительных остатков, окрашенные в темный цвет. Темная окраска обусловлена накоплением меланиноподобных (черных) пигментов, которые входят в состав гумуса. Грибы активно участвуют в превращениях соединений азота и способствуют улучшению структуры почвы, агрегируя почвенные частицы. В процессе жизнедеятельности грибы выделяют различные физиологически активные вещества – ферменты, органические кислоты, витамины, антибиотики, токсины, влияющие на развитие других микроорганизмов и высших растений.

Распространение грибов в почве и их высокая активность объ­ясняются их большей по сравнению с другими микроорганизмами устойчивостью к изменяющимся условиям окружающей среды. Так, например, имея неодинаковый оптимум рН для развития, грибы хорошо переносят любые условия кислотности и поэтому встречаются и в кислых, и в щелочных почвах. Многие виды грибов развиваются в почвах, имеющих рН ниже 4, при котором жизнедеятельность большинства бактерий и актиномицетов невозможна. Многие грибы отличаются большой устойчивостью к высокой концентрации солей и условиям затрудненного водоснабжения. Грибы очень требовательны к условиям аэрации, поэтому богаче представлены в верхних горизонтах почвы, хорошо развиваются как при кислой, так и при нейтральной реакции среды.

В лесных почвах определяющую роль в минерализации таких стой­ких и широко распространенных полимеров, как целлюлоза и особенно лигнин, играют грибы-макромицеты – высшие базидиальные грибы. Несовершенные грибы способны участвовать в разложении лигнина лишь на отдельных стадиях. Кроме того, именно эти три группы образуют симбиоз с корнями сосудистых растений, большинство из которых микосимбиотрофно. Микоризные грибы обеспечивают растения элементами минерального питания, в первую очередь, фосфором, улучшают снабжение водой и повышают устойчивость корней к патогенам.

Актиномицеты – особая группа бактерий, имеющих тенденцию к образованию ветвящихся гиф, которые у некоторых родов развиваются в мицелий, иногда их называют лучистыми грибами. Актиномицеты широко распространены в природе. В группу актиномицетов включено свыше 60 родов. Характерный признак многих актиномицетов – яркая окраска. В основном актиномицеты относятся к сапротрофам, растут медленно и разлагают многие труднодоступные для остальных вещества. Азот усваивают как из органических, так и из минеральных соединений. Актиномицеты используют в качестве источника углерода разнообразные органические соединения. они способны разлагать кислоту, лигнин, а также перегнойные вещества почвы, принимают участие в процессах образования гумуса.

Среди почвенных микроорганизмов широко распространенны различные водоросли. Это автотрофные организмы, особенно обильно они населяют верхние слои почвы. В засушливое время года жизнедеятельность водорослей прекращается. Водоросли пополняют почву органическим веществом, которое не только дает пищу для почвенных бактерий, но и может служить основой для накопления перегноя. Положительное влияние оказывают водоросли и на азотный баланс почвы.

Лишайники – представляют собой сложные симбиотические растительные организмы, состоящие из гриба и водорослей. С момента поселения лишайников на горных породах начинается процесс более интенсивного биологического выветривания и первичного почвообразования, в результате чего образуется примитивная почва.

Но основное значение в почвообразовании принадлежит зеленым растениям, особенно высшим. Прежде всего, их роль заключается в том, что образование органического вещества связано с фотосинтезом, которое осуществляется только в зеленом листе растения.