Навчальна література 

Мінеральні та органічні компоненти ґрунтів. Роль тварин у ґрунтоутворенні

З чого складається ґрунт? Здавалося б, просте питання. Усі ми знаємо, що це таке. Щодня ми ходимо нею, висаджуємо в неї рослини, які дають нам урожай. Ми удобрюємо землю, перекопуємо її. Іноді можна почути, що земля неродюча. Але що нам відомо про ґрунт насправді? Найчастіше тільки те, що це самий верхній шар земної поверхні. А це не так уже й багато. Давайте розберемося, з яких складових складається земля, якою вона може бути і як утворюється.

Склад ґрунту

Отже, ґрунт - це верхній родючий. Вона складається з різних компонентів. До неї, крім твердих частинок, входять вода і повітря, і навіть живі організми. Власне останні грають найважливішу роль її формуванні. Від мікроорганізмів залежить і рівень її родючості. Загалом, грунт складається з фаз: твердої, рідкої, газоподібної та «живої». Розберемо які компоненти їх формують.

До твердих частинок відносять різні мінеральні речовини та хімічні елементи. Входить практично вся таблиця Менделєєва, але у різних концентраціях. Від складової твердих частинок залежить ступінь родючості землі. Рідкі компоненти також називають ґрунтовим розчином. Це вода, де розчиняються хімічні елементи. Рідина є навіть у пустельних ґрунтах, але її там мізерні кількості.

Отже, з чого складається ґрунт, крім цих основних складових? Простір між твердими частинками заповнюють газоподібні компоненти. Ґрунтове повітря складається з кисню, азоту, вуглекислого газу та завдяки йому в землі відбуваються різні процеси, наприклад дихання коренів рослини та гниття. Живі організми – гриби, бактерії, безхребетні та водорості – беруть активну участь у процесі ґрунтоутворення та суттєво змінюють її склад, вносячи хімічні елементи.

Механічна структура ґрунту

З чого складається ґрунт, тепер зрозуміло. Але чи однорідна її структура? Не секрет, що ґрунт буває різним. Вона може бути піщаною і глинистою або кам'янистою. Отже, ґрунт складається з частинок різного розміру. До його структури можуть входити величезні валуни та дрібні піщинки. Зазвичай частинки, що входять у ґрунт, ділять на кілька груп: глина, мул, пісок, гравій. Це має важливе значення для сільського господарства. Саме структура ґрунту визначає ступінь зусиль, які необхідно докласти, щоб її обробити. Також від цього залежить те, наскільки добре земля вбиратиме вологу. Хороший грунт містить у рівних відсоткових співвідношеннях пісок та глину. Така земля називається суглинистою. Якщо піску трохи більше, то ґрунт розсипчастий і легко піддається обробці. Але при цьому такий ґрунт гірше утримує воду та мінеральні речовини. Глиниста земля сира та клейка. Вона погано дренується. Але при цьому саме в ній міститься найбільше поживних речовин.

Роль мікроорганізмів у освіті грунту

Від того, з яких компонентів складається ґрунт, залежать його властивості. Але не лише це визначає її якості. З відмерлих останків тварин і рослин у ґрунт потрапляють органічні речовини. Це відбувається завдяки мікроорганізмам – сапрофітам. Вони грають найважливішу роль процесах розкладання. Завдяки їм активної діяльностіу ґрунті накопичується так званий гумус. Це субстанція темнокоричневого кольору. До складу гумусу входять ефіри жирних кислот, фенольні сполуки та карбонові кислоти. У ґрунті частинки цієї речовини склеюються з глиною. Виходить єдиний комплекс. Гумус покращує якість землі. Підвищується її здатність утримувати вологу та мінеральні речовини. У болотистій місцевості утворення гумусової маси протікає дуже повільно. Органічні залишки поступово спресовуються у торф.

Процес ґрунтоутворення

Ґрунт формується дуже повільно. Для того, щоб відбулося повне оновлення її мінеральної частини приблизно на глибину 1 метр, необхідно не менше 10 тисяч років. Те, з чого складається ґрунт, – це продукти постійної роботи вітру та води. То звідки ж з'являється ґрунт?

Насамперед це частинки гірських порід. Саме вони є основою грунту. Під впливом кліматичних факторів вони руйнуються та подрібнюються, осідаючи на землю. Поступово ця мінеральна частина ґрунту заселяється мікроорганізмами, які, переробляючи органічні останки, формують у ньому гумус. Безхребетні, постійно прориваючи в ній ходи, розпушують її, сприяючи добрій аерації.

Згодом структура грунту змінюється, вона стає родючою. Також цей процес впливають і рослини. Виростаючи, вони вносять у змінюючи її мікроклімат. На формування ґрунту впливає і діяльність людини. Він обробляє та обробляє землю. А якщо грунт складається з неродючих компонентів, то людина удобрює її, вносячи як мінеральні, так і органічні підживлення.

за складом

Взагалі загальноприйнятої класифікації грунтів нині немає. Але все ж таки прийнято розділяти їх за механічним складом на кілька груп. Такий поділ особливо актуальний у сільському господарстві. Отже, класифікація полягає в тому, наскільки грунт складається з глини:

Пухкі піщані (менше 5%);

Зв'язкові піщані (5-10%);

Супіщані (11-20%);

Легкосуглинові (21-30%);

Середньосуглинисті (31-45%);

Тяжкосуглинисті (46-60%);

Глинисті (понад 60%).

Що означає термін «родючі» ґрунти?

Те, з яких частин складається ґрунт, впливає на ступінь його родючості. Але що робить землю такою? Склад грунту безпосередньо залежить від багатьох факторів. Це і клімат, і велика кількість рослин, і наявність живих організмів, які в ній живуть. Все це впливає на хімічний від того, які саме компоненти містяться в ґрунті, і залежить ступінь його родючості. Дуже корисними для високої врожайності є такі мінеральні компоненти, як кальцій, азот, мідь, калій, магній, фосфор. Ці речовини потрапляють у землю під час розкладання органічних залишків. Якщо ґрунт багатий на мінеральні сполуки, то він родючий. На ній буйно цвітимуть рослини. Такий ґрунт ідеально підходить для вирощування овочевих та плодових культур.

Грунт — складний комплекс компонентів, що у комбінації друг з одним. До складу ґрунту входять:

  • мінеральних елементів.
  • органічні сполуки.
  • ґрунтові розчини.
  • ґрунтове повітря.
  • органо-мінеральні речовини.
  • ґрунтові мікроорганізми (біотичні та абіотичні).

Щоб проаналізувати склад грунту та визначити його параметри, потрібно мати значення природного складу— залежно від цього виставляється оцінка змісту тих чи інших домішок.

Здебільшого неорганічна (мінеральна) частина ґрунту - це кристалічний кремнезем (кварц). Він може становити від 60 до 80 відсотків від загальної кількостімінеральних елементів.

Достатньо багато з неорганічних компонентів займають такі алюмосилікати як слюда і польові шпати. Сюди можна віднести і глинисті мінерали вторинної природи, наприклад, монтморилоніти.

Велике значення для гігієнічних якостей ґрунту монтморилоніти створюють завдяки здатності поглинати катіони (у тому числі — важких металів) і тим самим знезаражувати ґрунт у хімічному відношенні.

Також у мінеральну частину ґрунтових компонентів входять такі хімічні елементи (переважно у вигляді оксидів) як:

  • алюміній
  • залізо
  • кремній
  • калій
  • натрій
  • магній
  • кальцій
  • фосфор

Крім того, трапляються й інші компоненти. Часто вони можуть бути у вигляді сірчаної, фосфорної, вугільної та хлористоводневої солей.


Органічні компоненти ґрунту

В основному органічні компоненти містяться в гумусі. Це тією чи іншою мірою складні органічні сполуки, що мають у своєму складі такі елементи як:

  • вуглець
  • кисень
  • водень
  • фосфор

Значна частина органічних ґрунтових компонентів міститься розчиненою у ґрунтовій волозі.

Що стосується газового складу ґрунту, то це повітря, з приблизно таким відсотковим співвідношенням:

1) азот - 60-78%

2) кисень - 11-21%

3) вуглекислий газ - 0.3-8%

Повітря та вода визначають такий показник як пористість ґрунту та можуть становити від 27 до 90% від загального обсягу.

Визначення гранулометричного складу ґрунту

Гранулометричний (механічний) склад грунту — це співвідношення грунтових частинок різних розмірів, не враховуючи їх походження (хімічного чи мінералогічного). Ці групи частинок поєднують у фракції.

Гранулометричний склад ґрунту має визначальне значення при оцінці рівня родючості та інших ключових показників ґрунту.

Залежно від дисперсійності частинки ґрунту поділяють на дві основні категорії:

1) частинки з діаметром понад 0.001 мм.

2) частинки діаметром менше 0.001 мм.

Перша група частинок має походження від усіляких мінеральних утворень та уламків порід. Друга категорія відбувається при вивітрюванні глинистих мінералів та органічних компонентів.

Чинники, що впливають на ґрунтоутворення

При визначенні складу ґрунту слід звертати увагу на ґрунтоутворюючі фактори — вони мають значний вплив на структуру та склад ґрунту.

Прийнято виділяти такі основні ґрунтоутворюючі фактори:

  • походження материнської породи ґрунту.
  • вік ґрунту.
  • поверхневий рельєф ґрунту.
  • кліматичні умови формування ґрунту.
  • склад ґрунтових мікроорганізмів.
  • людська життєдіяльність, що впливає на ґрунт.

Кларки як одиниця виміру хімічного складу ґрунту

Кларк - умовна одиниця, що визначає нормальну кількість певного хімічного елемента в ідеальному (незабрудненому) грунті. Наприклад, в одному кілограмі природно-чистого ґрунту має бути близько 3.25% кальцію — це і є 1 кларк. Рівень хімічного елемента в 3-4 кларки або більше говорить про те, що ґрунт досить сильно забруднений цим елементом.

Глава 4. ОРГАНІЧНА РЕЧОВИНА ҐРУНТУ ТА ЙОГО СКЛАД

§1. Джерела органічної речовини та її склад

Найважливішою складовою частиною ґрунту є органічна речовина, яка є складним поєднанням рослинних і тваринних залишків, що знаходяться на різних стадіях розкладання, і специфічних ґрунтових органічних речовин, званих гумусом.

Потенційним джерелом органічної речовини вважають всі компоненти біоценозу, які потрапляють на або в ґрунт (відмирають мікроорганізми, мохи, лишайники, тварини і т.д.), але основним джерелом накопичення гумусу в ґрунтах служать зелені рослини, які щорічно залишають у ґрунті та на його поверхні велика кількість органічної речовини. Біологічна продуктивність рослин широко варіює і знаходиться в межах від 1-2 т/рік сухої органічної речовини (тундра) до 30-35 т/рік (вологі субтропіки).

Рослинний опад відрізняється як кількісно, ​​а й якісно (див. главу 2). Хімічний склад органічних речовин, що надходять у ґрунт, дуже різноманітний і багато в чому залежить від типу відмерлих рослин. Більшість їхньої маси становить вода (75 – 90 %). До складу сухої речовини входять вуглеводи, білки, жири, воски, смоли, ліпіди, дубильні речовини та інші сполуки. Переважна більшість цих сполук – високомолекулярні речовини. Основна частина рослинних залишків складається головним чином з целюлози, геміцелюлози, лігніну та дубильних речовин, при цьому найбільш багаті на них деревини. Білка найбільше міститься у бактеріях та бобових рослинах, найменша його кількість виявлена ​​у деревині.

Крім того, органічні залишки завжди містять кілька зольних елементів. Основну масу золи становлять кальцій, магній, кремній, калій, натрій, фосфор, сірка, залізо, алюміній, марганець, що утворюють у складі гумусу органомінеральні комплексонати. Вміст кремнезему (SiO 2 ) коливається від 10 до 70%, фосфору – від 2 до 10% маси золи. Назва зольних елементів пов'язана з тим, що при спалюванні рослин вони залишаються в золі, а не випаровуються, як це відбувається з вуглецем, воднем, киснем та азотом.

У дуже малій кількості в золі зустрічаються мікроелементи - бір, цинк, йод, фтор, молібден, кобальт, нікель, мідь та ін. Найбільш високою зольністю мають водорості, злакові та бобові рослини, найменше золи міститься в деревині хвойних порід. Склад органічної речовини можна подати так (рис.6).

§2. Трансформація органічної речовини у ґрунті

Перетворення органічних залишків на гумус - складний біохімічний процес, що відбувається в грунті за участю мікроорганізмів, тварин, кисню повітря та води. У цьому вся головна і вирішальна роль належить мікроорганізмам, які беруть участь у всіх етапах утворення гумусу, чому сприяє величезна населеність грунтів мікрофлорою. Тварини, що населяють ґрунт, теж беруть активну участь у перетворенні органічних залишків на гумус. Комахи та їх личинки, дощові черв'яки подрібнюють і перетирають рослинні залишки, перемішують їх із ґрунтом, заковтують, переробляють та викидають невикористану частину у вигляді екскрементів у товщу ґрунту.

Відмираючи, всі рослинні та тваринні організми піддаються процесам розкладання до більш простих сполук, кінцевою стадією яких є повна мінералізаціяорганічні речовини. Утворені неорганічні речовинивикористовуються рослинами як елементи живлення. Швидкість процесів розкладання та мінералізації різних сполук неоднакова. Інтенсивно мінералізуються розчинні цукри, крохмаль; досить добре розкладаються білки, геміцелюлози та целюлоза; стійкі – лігнін, смоли, воски. Інша частина продуктів розкладання споживається самими (гетеротрофними) мікроорганізмами для синтезу вторинних білків, жирів, вуглеводів, що утворюють плазму нових поколінь мікроорганізмів, а після відмирання останніх знову піддається процесу розкладання. Процес тимчасового утримання органічної речовини в мікробній клітині називається мікробним синтезом. Частина продуктів розкладання перетворюється на специфічні складні високомолекулярні речовини – гумусові речовини. Сукупність складних біохімічних та фізико-хімічних процесів перетворення органічної речовини, внаслідок яких утворюється специфічна органічна речовина ґрунту – гумус, називається гуміфікацією.Всі три процеси йдуть у ґрунті одночасно і взаємопов'язані один з одним. Трансформація органічної речовини відбувається за участю ферментів, що виділяються мікроорганізмами, корінням рослин, під впливом яких здійснюються біохімічні реакції гідролізу, окислення, відновлення, бродіння і т.д. та утворюється гумус.

Існує кілька теорій гумусоутворення. Першою у 1952 році з'явилася до онденсаційнатеорія, розроблена М.М.Кононовою. Відповідно до цієї теорії утворення гумусу йде як поступовий процес поліконденсації (полімеризації) проміжних продуктів розкладання органічних речовин (спочатку утворюються фульвокислоти, а з них – гумінові). Концепція біохімічного окисненнярозроблена Л.Н.Олександровою у 70-ті роки XX ст. Відповідно до неї, провідне значення процесі гумифікації мають реакції повільного біохімічного окислення продуктів розкладання, у яких утворюється система високомолекулярних гумусових кислот змінного елементного складу. Гумусові кислоти вступають у взаємодію із зольними елементами рослинних залишків, що звільняються в процесі мінералізації останніх, а також з мінеральною частиною ґрунту, утворюючи різні органо-мінеральні похідні гумусових кислот. При цьому відбувається розщеплення єдиної системи кислот на ряд фракцій, різних за ступенем розчинності та будовою молекули. Менш дисперсна частина, що утворює з кальцієм та полуторними оксидами нерозчинні у воді солі, формується як група гумінових кислот. Більш дисперсна фракція, що дає переважно розчинні солі, утворює групу фульвокислот БіологічніКонцепції гумусообразовапия припускають, що гумусові речовини – продукти синтезу різних мікроорганізмів. Ця точказору була висловлена ​​В.Р.Вільямсом, вона набула розвитку на роботах Ф.Ю.Гельцера, С.П.Ляха, Д.Г.Звягінцева та інших.

В різноманітних природних умов характер та швидкістьгумусоутворення неоднакові і залежать від взаємопов'язаних умов ґрунтоутворення: водно-повітряного та теплового режимів ґрунту, його гранулометричного складу та фізико-хімічних властивостей, складу та характеру надходження рослинних залишків, видового складу та інтенсивності життєдіяльності мікроорганізмів.

Трансформація залишків відбувається в аеробних чи анаеробних умовах залежно від водно-повітряного режиму. У аеробнихумовах за достатньої кількості вологи в ґрунті, сприятливій температурі та вільному доступі Про 2 процес розкладання органічних залишків розвивається інтенсивно за участю аеробних мікроорганізмів. Найбільш оптимальними умовами є температура 25 – 30 ° С та вологість – 60 % від повної вологоємності ґрунту. Але в цих умовах швидко йде мінералізація як проміжних продуктів розкладання, так і гумусових речовин, тому в грунті накопичується відносно мало гумусу, але багато елементів зольного і азотного живлення рослин (у сіроземах та інших ґрунтах субтропіків).

В анаеробних умовах (при постійному надлишку вологи, а також при низьких температурах, нестачі Про 2) процеси гумусоутворення йдуть повільно за участю, головним чином, анаеробних мікроорганізмів. При цьому утворюються багато низькомолекулярних органічних кислот і відновлені газоподібні продукти (СН 4 H 2 S), що пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів. Процес розкладання поступово згасає, і органічні залишки перетворюються на торф - масу рослинних залишків, що слабо розклалися і нерозклалися, частково зберегли анатомічну структуру. Найбільш сприятливі для накопичення гумусу поєднання в ґрунті аеробних та анаеробних умов з чергуванням періодів висушування та зволоження. Такий режим уражає чорноземів.

Видовий склад ґрунтових мікроорганізмів та інтенсивність їх життєдіяльності також впливають на утворення гумусу. Північні підзолисті ґрунти внаслідок специфічних гідротермічних умов характеризуються найменшим вмістом мікроорганізмів з невеликим видовою різноманітністюта низькою життєдіяльністю. Наслідком цього є повільне розкладання рослинних залишків та накопичення слаборозкладеного торфу. У вологих субтропіках та тропіках відзначаються інтенсивний розвиток мікробіологічної діяльності та у зв'язку з цим активна мінералізація залишків. Зіставлення запасів гумусу в різних ґрунтах з різною кількістюмікроорганізмів у них свідчить про те, що як дуже слабка, так і висока біогенність ґрунту не сприяє накопиченню гумусу. Найбільша кількість гумусу накопичується в ґрунтах із середнім вмістом мікроорганізмів (чорноземи).

Гранулометричний склад та фізико-хімічні властивостіґрунти мають не менш значний вплив. У піщаних і супіщаних грунтах, що добре прогріваються і аеруються, розкладання органічних залишків йде швидко, значна частина їх мінералізується, гумусові речовин мало і вони погано закріплюються на поверхні піщаних частинок. У глинистих і суглинистих ґрунтах процес розкладання органічних залишків за рівних умов відбувається повільніше (через брак О 2), гумусові речовини закріплюються на поверхні мінеральних частинок і накопичуються в ґрунті.

Хімічний та мінералогічний склад ґрунту визначає кількість поживних речовин, необхідних для мікроорганізмів, реакцію середовища, в якому йде утворення гумусу, та умови для закріплення гумусових речовин у ґрунті. Так, ґрунти, насичені кальцієм, мають нейтральну реакцію, яка сприятлива для розвитку бактерій та закріплення гумінових кислот у вигляді нерозчинних у воді гуматів кальцію, що збагачує її гумусом. У кислому середовищі при насиченості ґрунтів воднем та алюмінієм утворюються розчинні фульвокислоти, які мають підвищену рухливість та ведуть до великого накопичення гумусу. Закріпленню гумусу у ґрунті сприяють також глинисті мінерали типу монтморилоніту та вермікуліту.

У зв'язку з різницею в факторах, що впливають на утворення гумусу, у різних ґрунтах кількість, якість та запаси гумусу неоднакові. Так, у верхніх горизонтах чорноземів типових міститься 10 – 14 % гумусу, сірих темних лісових – 4 – 9 %, дерново-підзолистих – 2 – 3 %, темних каштанових, жовтоземах – 4 – 5 %, бурих та сіро-бурих напівпустельних – 1 - 2%. Запаси органічної речовини в природних зонах також різні. Найбільші запаси, за даними І.В.Тюріна, мають різні підтипи чорноземів, торфовища, сірі лісові, середні – темно-каштанові, червоноземи, низькі – підзолисті, дерново-підзолисті, типові сероземи. У орних ґрунтах Республіки Білорусь міститься гумусу: в глинистих- 65 т/га, в суглинистих- 52 т/га, в супіщаних – 47 т/га, піщаних- 35 т/га. Ґрунти Республіки Білорусь у залежність від змісту гумусу в орному шарі поділяються на 6 груп (табл. 3). У ґрунтах інших природних зон існують свої градації залежно від вмісту гумусу.

Таблиця 3

Угруповання ґрунтів Республіки Білорусь за змістом гумусу

Групи ґрунтів

% органічної речовини (від ваги ґрунту)

дуже низька

підвищений

дуже висока

У Республіці Білорусь більшість земель належить до грунтів II і III груп, близько 20 % – до грунтів IV групи (рис. 7).

§3. Склад та класифікація гумусу

Гумус– це специфічна високомолекулярна азотовмісна органічна речовина кислотної природи. Складає головну частину органічної речовини ґрунту, яка повністю втратила риси анатомічної будови відмерлих рослинних та тваринних організмів. Ґрунтовий гумус складається із специфічних гумусових речовин, що включають гумінові кислоти (ГК), фульвокислоти (ФК) та гумін (див. рис. 6), які відрізняються за розчинністю та екстрагуванням.

Гумінові кислоти– це нерозчинні у воді, мінеральних та органічних кислотах темнозабарвлені високомолекулярні азотовмісні речовини. Вони добре розчиняються в лугах з утворенням колоїдних розчинів темно-вишневого або коричнево-чорного забарвлення.

При взаємодії з катіонами металів гумінові кислоти утворюють солі гумати. Гумати одновалентних металів добре розчиняються у воді і вимиваються з ґрунту, а гумати дво- та тривалентних металів у воді не розчиняються і добре закріплюються у ґрунтах. Середня молекулярна масагумінових кислот дорівнює 1400. Вони містять С – 52 – 62 %, Н – 2,8 – 6,6 %, Про – 31 – 40 %, N – 2 – 6 % (за масою). Основні компоненти молекули гумінової кислоти – ядро, бічні ланцюги та периферичні функціональні групи. Ядро гумінових речовин складається із ряду ароматичних циклічних кілець. Боковими ланцюгами можуть бути вуглеводні, амінокислотні та інші ланцюжки. Функціональні групи представлені декількома карбоксильними (-СООН) та фенолгідроксильними групами, які відіграють важливу роль у ґрунтоутворенні, оскільки зумовлюють процеси взаємодії гумінових кислот з мінеральною частиною ґрунту. Гумінові кислоти становлять найбільш цінну частину гумусу, вони збільшують поглинальну здатність ґрунту, сприяють накопиченню елементів ґрунтової родючості та утворенню водоміцної структури.

Фульвокислоти- Це група гумусових кислот, що залишається в розчині після осадження гумінових кислот. Це також високомолекулярні органічні азотовмісні кислоти, у яких на відміну гумусових кислот міститься менше вуглецю, але більше кисню і водню. Мають світле забарвлення (жовте, помаранчеве), добре розчиняються у воді. Солі (фульвати) також розчиняються у воді і слабо закріплюються у ґрунті. Фульвокислоти мають сильнокислу реакцію, енергійно руйнують мінеральну частину ґрунту, викликаючи розвиток ґрунтового підзоосвітнього процесу.

Співвідношення між гуміновими кислотами та фульвокислотами в різних ґрунтах неоднакове. Залежно від цього показника (З ГК: З ФК) розрізняють такі типи гумусу: гуматний(> 1,5), гуматно-фульватний (1,5 – 1), фульватно-гуматний (1 – 0,5), фульватний (< 0,5). Качество гумуса, плодородие почвы зависят от преобладания той или иной группы. К северу и к югу от черноземов содержание гуминовых кислот в почвах уменьшается. Относительно высокое содержание фульвокислот наблюдается в гумусе подзолистых почв и красноземов. Можно сказать, что условия, благоприятствующие накоплению гумуса в почвах, способствуют и накоплению устойчивой и наиболее агрономически ценной его части – гуминовых кислот. Соотношение С ГК: С ФК имеет наибольшее значение (1,5 – 2,5) в гумусе черноземов, снижаясь к северу и к югу от зоны этих почв. При интенсивном использовании пахотных земель без достаточного внесения органических удобрений наблюдается снижение как общего содержания гумуса (дегумификация), так и гуминовых кислот.

Гумін- Це частина гумусових речовин, які не розчиняються в жодному розчиннику, представлені комплексом органічних речовин (гумінові кислоти, фульвокислоти та їх органо-мінеральні похідні), міцно пов'язаних з мінеральною частиною ґрунту. Це інертна частина ґрунтового гумусу.

Специфічність та склад гумусових комплексів є основою класифікації типів гумусу. Р.Е.Мюллером запропоновано класифікацію лісових форм гумусу як біологічної системи взаємодії органічних речовин, мікробіоти та рослинності. Серед цих комплексів виділяються 3 типи гумусу.

М'який гумус – мульутворюється в листяних або змішаних лісах з інтенсивною діяльністю ґрунтової фауни за сприятливих гідротермічних умов та наявності достатньої кількостіоснов, насамперед кальцію, в підстилках і ґрунтах, має слабокислу реакцію, рівномірно просочує мінеральну частину ґрунту та легко піддається мінералізації. У мульових ґрунтах майже не накопичується підстилка, так як опад, що надходить, енергійно розкладається мікробіотою. У складі гумусу переважають гумінові кислоти.

Грубий гумус – мор, що містить велику кількість залишків, що напіврозклалися, характерний для хвойних лісів, утворюється при малому вмісті зольних елементів в опаді, нестачі основ і високому вмісті кремнезему в грунті, має кислу реакцію, стійкий до впливу мікроорганізмів, мінералізується повільно за участю грибів. В результаті повільного розвитку процесів гумифікації і мінералізації в грунтах утворюється потужний підстилковий торфоподібний горизонт A 0 , що складається з 3 шарів: а) шару органічної речовини, що слабо розклалася (L), що представляє собою свіжий осад, б) напіврозкладеного ферментаційного шару (F), в) H).

Проміжна форма – модеррозвивається в умовах досить швидкої мінералізації рослинних залишків, де значну роль відіграє функціональна діяльність ґрунтових тварин, що подрібнюють рослинні залишки, що значно полегшує їхнє подальше розкладання ґрунтовою мікрофлорою.

§4. Значення та баланс гумусу грунту

Накопичення гумусу є результатом ґрунтоутворювального процесу, одночасно самі гумусові речовини надають. великий впливна подальший напрямок процесу ґрунтоутворення та властивості ґрунту. Функції гумусу в ґрунті дуже різноманітні:

1) формування специфічного ґрунтового профілю (з горизонтом А), утворення структури ґрунтів, поліпшення водно-фізичних властивостей ґрунту, збільшення поглинальної здатності та буферності ґрунтів;

2) джерело мінеральних елементів живлення для рослин (N, P, K, Ca, Mg, S, мікроелементи), джерело органічного живлення гетеротрофних ґрунтових організмів, джерело СО 2 у приземному шарі атмосфери та біологічно активних сполук у ґрунті, що безпосередньо стимулює ріст та розвиток рослин, що мобілізує елементи живлення, впливає на біологічну активність ґрунту;

3) виконує санітарно-захисні функції – прискорює руйнування пестицидів, закріплює забруднюючі речовини, знижуючи надходження в рослини.

У зв'язку з різноманітною роллю органічної речовини в родючості ґрунтів актуального значення набуває проблема гумусового балансу орних ґрунтів. Як і будь-який баланс, гумусовий баланс включає статті парафії (надходження органічних залишків та їх гумифікація) та витрати (мінералізація та інші втрати). У природних умовах ґрунт чим старший, тим родючіший: баланс позитивний або нульовий, у орних ґрунтах частіше – негативний. У середньому орні ґрунти втрачають близько 1 т/га гумусу на рік. Для регулювання кількості гумусу застосовують систематичне внесення достатньої кількості органічної речовини у вигляді гною (з 1 т гною утворюється 50 кг гумусу), торф'яних компостів, посів багаторічних трав, застосування зелених добрив (сидератів), вапнування кислих ґрунтів і гіпсування лужних.

Гумусний стан грунтів служить важливим показником родючості та визначається системою показників, що включають рівень вмісту та запаси органічної речовини, його профільний розподіл, збагаченість азотом (С: N) та кальцієм, ступінь гумифікації, типи гумусових кислот та їх співвідношення. Окремі його параметри є об'єктом моніторингу навколишнього середовища.

Органічна речовинаґрунти- це складна системавсіх органічних речовин, присутніх у профілі у вільному стані або у формі органомінеральних сполук, за винятком тих, що входять до складу живих організмів.

Головним джерелом органічної речовини ґрунту є залишки рослин та тварин на різних стадіях розкладання. Найбільший обсяг біомаси надходить за рахунок опалих рослинних залишків, значно менший внесок безхребетних і хребетних тварин та мікроорганізмів, проте вони відіграють важливу роль у збагаченні органічної речовини азотовмісними компонентами.

Органічна речовина грунту за своїм походженням, характером та функціями поділяється на дві групи: органічні залишки та гумус. Як синонім терміна «гумус» іноді використовують термін «перегній».

Органічні залишкипредставлені головним чином наземним та кореневим опадом вищих рослин, який не втратив своєї анатомічної будови. Хімічний склад рослинних залишків різних цінозів варіює у межах. Спільним для них є переважання вуглеводів (целюлоза, геміцелюлоза, пектинові речовини), лігніну, білків та ліпідів. Весь цей складний комплекс речовин після відмирання живих організмів надходить у ґрунт і трансформується у мінеральні та гумінові речовини, а частково виноситься із ґрунту із ґрунтовими водами, можливо, до нафтоносних горизонтів.

Розкладання органічних залишків ґрунту включає механічне та фізичне руйнування, біологічну та біохімічну трансформацію та хімічні процеси. У розкладанні органічних залишків велика роль належить ферментам, ґрунтовим безхребетним тваринам, бактеріям та грибам. Ферменти – це структуровані білки, що мають безліч функціональних груп. Основним джерелом ферментів є; рослини. Виконуючи у ґрунті роль каталізаторів, ферменти в мільйони разів прискорюють процеси розпаду та синтезу органічних речовин.

Гумусявляє собою сукупність всіх органічних сполук, що знаходяться в ґрунті, крім живих організмів, що входять до складу, і органічних залишків, що зберегли анатомічну будову.

У складі гумусу виділяють неспецифічні органічні сполуки та специфічні – гумінові речовини.

Неспецифічниминазивається група органічних речовини відомої природи та індивідуальної будови. Вони надходять у ґрунт з рослинних і тваринних залишків, що розкладаються, і з кореневими виділеннями. Неспецифічні сполуки представлені практично всіма компонентами, що становлять тваринні та рослинні тканини та прижиттєві виділення макро- та мікроорганізмів. До них відносяться лігнін, целюлоза, протеїни, амінокислоти, моносахариди, віск та жирні кислоти.

Загалом частка неспецифічних органічних сполук не перевищує 20 % від сумарної кількості ґрунтового гумусу. Неспецифічні органічні сполуки є продуктами різного ступенярозкладання та гумифікації рослинного, тваринного та мікробного матеріалу, що надходить у ґрунт. Ці сполуки визначають динаміку мінливих властивостей ґрунту: окислювально-відновного потенціалу, вмісту рухомих форм поживних елементів, чисельності та активності ґрунтових мікроорганізмів, складу ґрунтових розчинів. Гумінові речовини, навпаки, зумовлюють стабільність у часі інших якостей грунту: ємності обміну, водно-фізичних якостей, повітряного режиму і фарбування.

Специфічна органічна частина ґрунту - гумінові речовини- являють собою неоднорідну (гетерогенну) полідисперсну систему високомолекулярних азотовмісних ароматичних сполук кислотної природи. Гумінові речовини утворюються внаслідок складного біофізико-хімічного процесу трансформації (гуміфікації) продуктів розкладання органічних залишків, що потрапляють у ґрунт.

Залежно від хімічного складурослинних залишків, факторів їх розкладання (температура, вологість, склад мікроорганізмів) виділяють два основні типи гумифікації: фульватний та гуматний. Кожному відповідає певний фракційно-груповий склад гумусу. Під груповим складом гумусу розуміється набір та вміст різних речовин, споріднених за будовою та властивостями сполук. Найважливішими групами є гумінові кислоти (ГК) та фульвокислоти (ФК).

Гумінові кислоти містять 46 - 62% вуглецю (С), 3 - 6% азоту (N), 3-5% водню (Н) та 32-38% кисню (О). У складі фульвокислот вуглецю більше – 45-50 %, азоту – 3,0-4,5 % та водню – 3-5 %. Гумінові та фульвокислоти практично завжди містять сірку (до 1,2%), фосфор (десятки та сотні часток відсотка) та катіони різних металів.

У складі груп ДК та ФК виділяють фракції. Фракційний склад гумусу характеризує набір та вміст різних речовин, що входять до груп ГК і ФК, за формами їх сполук з мінеральними компонентами ґрунту. Найбільше значеннядля ґрунтоутворення мають такі фракції: бурих гумінових кислот (БГК), пов'язаних з полуторними оксидами; чорних гумінових кислот (ЧГК), пов'язаних із кальцієм; фракції I та Iа фульвокислот, пов'язаних з рухомими формами полуторних оксидів; ГК та ФК, міцно пов'язаних з полуторними оксидами та глинистими мінералами.

Груповий склад гумусу характеризує кількісне співвідношення гумінових кислот та фульвокислот. Кількісною мірою типу гумусу є відношення вмісту вуглецю гумінових кислот (С гк) до вмісту вуглецю фульвокислот (С фк). За величиною цього відношення (С гк / С фк) можна розрізнити чотири типи гумусу:

  • - Гуматний - більше 2;
  • - фульватно-гуматний – 1-2;
  • - Гуматно-фульватний - 0,5-1,0;
  • - Фульватний - менше 0,5.

Груповий та фракційний склад гумусу закономірно та послідовно змінюється у зонально-генетичному ряду ґрунтів. У підзолистих та дерново-підзолистих ґрунтах гумінові кислоти майже не утворюються і накопичується їх мало. Відношення З гк/С фк зазвичай менше 1 і найчастіше становить 0,3-0,6. У сірих ґрунтах та чорноземах абсолютний вміст і частка гумінових кислот значно вищі. Відношення З гк/С фк у чорноземах може досягати 2,0-2,5. У ґрунтах, розташованих на південь від чорноземів, поступово знову збільшується частка фульвокислот.

Надмірне зволоження, карбонатність породи, засолення накладають відбиток на груповий склад гумусу. Додаткове зволоження зазвичай сприяє накопиченню гумінових кислот. Підвищена гуматність властива також ґрунтам, що формуються на карбонатних породах або під впливом жорстких ґрунтових вод.

Груповий та фракційний склади гумусу змінюються і за профілем грунтів. Фракційний склад гумусу різних горизонтів залежить від мінералізації ґрунтового розчину та величини pH. Профільні зміни групового складу гумусу в більшості

ґрунтів підпорядковані одній загальній закономірності: з глибиною знижується частка гумінових кислот, наростає частка фульвокислот, відношення С гк / С фк зменшується до 0,1-0,3.

Глибина гумифікації, або ступінь перетворення рослинних залишків на гумінові речовини, а також відношення С гк / С фк залежать від швидкості (кінетики) та тривалості процесу гумифікації. Кінетика гумифікації визначається ґрунтово-хімічними та кліматичними характеристиками, що стимулюють або гальмують діяльність мікроорганізмів (елементи харчування, температура, pH, вологість), і схильністю рослинних залишків трансформації в залежності від молекулярної будови речовини (легше перетворюються моносахариди, протеїни, важче - ліги). .

У гумусових горизонтах ґрунтів помірного клімату тип гумусу та глибина гумифікації, що виражається ставленням С гк /С фк корелюють із тривалістю періоду біологічної активності.

Період біологічної активності – це проміжок часу, протягом якого створюються сприятливі умови для нормальної вегетації рослин, активної мікробіологічної діяльності. Тривалість періоду біологічної активності визначається за тривалістю періоду, протягом якого температура повітря перевищує 10 °С, а запас продуктивної вологи становить не менше 1-2 %. У зональному ряду ґрунтів величина С гк/С фк, що характеризує глибину гумифікації, відповідає тривалості періоду біологічної активності.

Одночасний облік двох факторів - періоду біологічної активності та насиченості ґрунтів основами, дає можливість визначити галузі формування різних типівгумусу. Гуматний гумус утворюється тільки при тривалому періоді біологічної активності та високого ступенянасиченості ґрунтів основами. Таке поєднання умов притаманно чорноземів. Сильнокислі ґрунти (підзоли, дерново-підзолисті ґрунти) незалежно від періоду біологічної активності мають фульватний гумус.

Гумінові речовини грунту мають високу реакційну здатність і активно взаємодіють з мінеральною матрицею. Під впливом органічних речовин руйнуються нестійкі мінерали материнської породи і хімічні елементи стають доступнішими для рослин. У процесі органо-мінеральних взаємодій утворюються ґрунтові агрегати, що покращує структурний стан ґрунту.

Фульвокислоти найактивніше руйнують ґрунтові мінерали. Взаємодіючи з полуторними оксидами (Fe 2 O 3 і Al 2 O 3), ФК утворюють рухливі алюмо-і залізо-гумусові комплекси (фульвати заліза та алюмінію). З цими комплексами пов'язане утворення ілювіально-гумусових ґрунтових горизонтів, у яких вони осідають. Фульвати лужних і лужноземельних основ добре розчиняються у воді і легко мігрують вниз за профілем. Важлива особливість ФК – їхня нездатність закріплювати кальцій. Тому вапнування кислих ґрунтів доводиться проводити регулярно, через 3-4 роки.

Гумінові кислоти на противагу ФК утворюють з кальцієм погано розчинні органомінеральні сполуки (гумати кальцію). Завдяки цьому у ґрунтах формуються гумусово-акумулятивні горизонти. Гумінові речовини ґрунту пов'язують іони багатьох потенційно токсичних металів- Al, Pb, Cd, Ni, Co, що знижує небезпечний впливхімічного забруднення ґрунтів.

Процеси гумусоутворення у лісових ґрунтах мають свої особливості. Переважна частина рослинного опаду в лісі надходить на поверхню ґрунту, де утворюються особливі умовирозкладання органічних залишків. З одного боку, це вільний доступ кисню і відтік вологи, з іншого - вологий і прохолодний клімат великий вміст в опаді з'єднань, що важко розкладаються, швидка втрата за рахунок вимивання основ, що звільняються при мінералізації опаду. Такі умови впливають на життєдіяльність ґрунтових тварин та мікрофлори, що відіграє важливу роль у процесах перетворення органічних залишків: подрібнення, перемішування з мінеральною частиною ґрунту, біохімічної переробки органічних сполук.

В результаті різноманітних поєднань всіх факторів розкладання органічних залишків формується три типи (форми) органічної речовини лісових ґрунтів: муль, модер, мор. Під формою органічної речовини лісових ґрунтів розуміється вся сукупність органічних речовин, що містяться як у лісовій підстилці, так і в гумусовому горизонті.

При переході від моря до модера і мулю змінюються властивостей органічної речовини ґрунту: зменшується кислотність, збільшуються зольність, ступінь насиченості основами, вміст азоту, інтенсивність розкладання лісової підстилки. У грунт з муллевым типом у підстилці міститься трохи більше 10% загального запасу органічного речовини, а за типі мор частку підстилки припадає до 40 % його загального запасу.

При формуванні органічної речовини типу мор утворюється потужна тришарова підстилка, яка добре відокремлюється нижче мінерального горизонту (зазвичай горизонтів Е, EI, AY). У розкладанні підстилки бере участь переважно грибна мікрофлора. Дощові черв'яки відсутні, реакція сильнокисла. Лісова підстилка має таку будову:

O L - верхній шар потужністю близько 1 см, що складається з опаду, що зберіг анатомічну будову;

О F - середній шар різної потужності, що складається з напіврозкладеного опаду світло-бурого кольору, переплетений гіфами грибів і корінням рослин;

Oh - нижній шар сильно розкладеного опаду, темно-бурого майже чорного кольору, що змащується, з помітною домішкою мінеральних частинок.

При типі модер лісова підстилка складається зазвичай із двох шарів. Під шаром слаборозкладеного опаду виділяється перегнійний шар потужністю близько 1 см, що добре розклався, поступово переходить в ясно виражений гумусовий горизонт потужність 7-10 см. У розкладанні підстилки важливу роль відіграють комахи дощові черв'яки беруть незначну участь. У складі мікрофлори гриби переважають над бактеріями. Органічна речовина перегнійного шару частково перемішана з мінеральною частиною ґрунту. Реакція підстилки слабокисла. У лісових ґрунтах надмірного зволоження процеси розкладання рослинного опаду загальмовані і в них утворюються торф'яні горизонти. На накопичення та швидкість розкладання органічної речовини лісових ґрунтів впливає склад вихідних рослинних залишків. Чим більше в рослинних залишках лігніну, смол, дубильних речовин і менше азоту, тим повільніше протікає процес розкладання і тим більше накопичується в підстилці органічних залишків.

На підставі визначення складу рослин, з опаду яких утворилася підстилка, запропоновано класифікацію лісових підстилок. По Н. Н. Степанову (1929), можна виділити такі види підстилок: хвойні, дрібнолисті, широколистяні, лишайникові, зеленомохові, мохотрав'яні, трав'яні, довгомошникові, сфагнові, волого-трав'яні, трав'яно-болотні та широкотравні.

Гумусний стан ґрунтів- це сукупність загальних запасів та властивостей органічних речовин, що створюється процесами їх накопичення, трансформації та міграції у ґрунтовому профілі та відображається в наборі зовнішніх ознак. Система показників гумусного стану включає вміст та запаси гумусу, його профільний розподіл, збагаченість азотом, ступінь гумифікації та типи гумінових кислот.

Рівні накопичення гумусу добре узгоджуються із тривалістю періоду біологічної активності.

У складі органічного вуглецю простежується закономірне збільшення запасів гумінових кислот із півночі на південь.

Ґрунти арктичної зони характеризуються низьким вмістом та невеликими запасами органічної речовини. Процес гумифікації проходить вкрай несприятливі умовипри низькій біохімічній активності грунтів. Для ґрунтів північної тайги характерний нетривалий період (близько 60 днів) та низький рівеньбіологічної активності, а також бідний видовий складмікрофлори. Процеси гумифікації йдуть уповільнено. У зональних ґрунтах північної тайги формується грубогумусний тип профілю. Гумусово-акумулятивний горизонт у цих ґрунтах практично відсутній, вміст гумусу під підстилкою – до 1 –2%.

У підзоні дерново-підзолистих ґрунтів південної тайги кількість сонячної радіації, режим зволоження, рослинний покрив, багатий видовий склад ґрунтової мікрофлори та її більш висока біохімічна активність протягом досить тривалого періоду сприяють глибшій трансформації рослинних решток. Однією з основних особливостей ґрунтів підзони південної тайги є розвиток дернового процесу. Потужність акумулятивного горизонту невелика і обумовлена ​​глибиною проникнення основної маси коріння трав'янистої рослинності. Середній вміст гумусу в горизонті AY у лісових дерново-підзолистих ґрунтах коливається від 2,9 до 4,8 %. Запаси гумусу у цих ґрунтах невеликі і становлять залежно від підтипу ґрунту та гранулометричного складу від 17 до 80 т/га у шарі 0-20 см.

У лісостеповій зоні запаси гумусу у шарі 0-20 см коливаються від 70 т/га у сірих ґрунтах до 129 т/га у темно-сірих. Запаси гумусу в чорноземах лісостепової зони шарі 0-20 див становлять до 178 т/га, а шарі 0-100 див - до 488 т/га. Зміст гумусу в горизонті чорноземів досягає 7,2%, поступово зменшуючись з глибиною.

У північних районах європейської частини Росії значна кількість органічної речовини зосереджена у торфових ґрунтах. Болотяні ландшафти розташовуються головним чином у лісовій зоні та тундрі, де опади значно перевищують випаровуваність. Особливо велика заторфованість на півночі тайги та у лісотундрі. Найдавніші торф'яні родовища, як правило, займають озерні улоговини з віком сапропелевих відкладень до 12 тис. років. Початкове відкладення торфу у таких болотах відбувалося приблизно 9-10 тис. років тому. Найактивніше торф почав відкладатися у період близько 8-9 тис. років тому. Трапляються іноді торф'яні відкладення віком близько 11 тис. років. Зміст ГК у торфі коливається від 5 до 52 %, збільшуючись під час переходу від верхового торфу до низинного.

Зі змістом гумусу пов'язано різноманіття екологічних функцій ґрунту. Гумусовий шар утворює особливу енергетичну оболонку планети, яку називають гумосферою. Енергія, що накопичується в гумосфері, є основою існування та еволюції життя на Землі. Гумосфера виконує такі важливі функції: акумулятивну, транспортну, регуляторну, протекторну, фізіологічну.

Акумулятивна функціяхарактерна для гумінових кислот (ГК). Її сутність полягає у накопиченні у складі гумінових речовин найважливіших елементів живлення живих організмів. У формі Амінових речовин у ґрунтах накопичується до 90-99 % всього азоту більше половини фосфору та сірки. У цій формі акумулюються і зберігаються тривалий час калій, кальцій, магній, желе - 30 і практично всі необхідні рослин і мікроорганізмів і мікроелементи.

Транспортна функціяпов'язана з тим, що гумінові речовини можуть утворювати з катіонами металів стійкі, але розчинні та здатні до геохімічної міграції комплексні органомінеральні сполуки. Активно мігрують у такій формі більшість мікроелементів, значна частина сполук фосфору та сірки.

Регуляторна функціяобумовлена ​​тим, що гумінові речовини беруть участь у регулюванні практично всіх найважливіших ґрунтових властивостей. Вони формують фарбування гумусових горизонтів і на цій основі їх тепловий режим. Гумусовані грунту всієї і значно тепліше грунтів, містять мало гумінових матеріалів. Гумінові речовини відіграють важливу роль у освіті ґрунтової структури. Вони беруть участь у регулюванні мінерального харчування рослин. Органічна речовина грунту використовується її мешканцями як основне джерело їжі. Близько 50% азоту рослини беруть із ґрунтових запасів.

Гумінові речовини можуть розчиняти багато грунтових мінералів, що призводить до мобілізації деяких важкодоступних рослин елементів мінерального харчування. Від кількості властивостей гумінових речовин у ґрунтах залежать ємність катіонного обміну, іонно-сольова та кислотно-основна буферність ґрунтів окисно-відновлювальний режим. Зі змістом гумусу його груповим складом тісно пов'язані фізичні, водно-фізичні та фізико-механічні властивості ґрунтів. Добре гумусовані ґрунти краще оструктурені, в них різноманітніший видовий склад мікрофлори, більше чисельністьбезхребетних тварин. Такі ґрунти більш водопроникні, легше піддаються механічній обробці, краще утримують елементи харчового режиму рослин, мають високу ємність поглинання та буферність, у них вища ефективність мінеральних добрив.

Протекторна функціяпов'язана з тим, що гумінові речовини ґрунту захищають або зберігають ґрунтову біоту, рослинний покрив у разі виникнення різноманітних несприятливих екстремальних ситуацій. Гумусовані ґрунти краще протистоять посусі або перезволоженню, вони менше схильні до ерозії дефляції, довше зберігають задовільні властивості при зрошенні підвищеними дозами або мінералізованими водами.

Багаті гуміновими речовинами ґрунти витримують вищі техногенні навантаження. За рівних умов забруднення ґрунтів важкими металами їх токсична дія на рослин на чорноземах проявляється меншою мірою, ніж на дернових підзолистих ґрунтах. Гумінові речовини досить міцно пов'язують багато радіонуклідів, пестицидів, попереджаючи тим самим їх надходження в рослини або інший негативний вплив.

Фізіологічна функціяполягає в тому, що гумінові кислоти та їх солі можуть стимулювати проростання насіння, активізувати дихання рослин, підвищувати продуктивність великої рогатої худоби, птиці.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.