Содержание органического вещества и химические свойства почвы

Анализ содержания органического вещества в почве

Органическое вещество почвы представлено живой биомассой (почвенная биота и живые корни растений), органическими остатками растений, животных, микроорганизмов, продуктами разной степени их разложения и специфическими новообразованными гумусовыми веществами (гумусом).

Органическое вещество и его превращение в почве играют важную и разностороннюю роль в ее генезисе и формировании основных свойств, с которыми связаны развитие плодородия и фитосанитарные функции почвы.

Без знания приемов регулирования содержания, состава и свойств органического вещества невозможно эффективно управлять почвенным плодородием.

Основной источник органического вещества почвы — отмершие остатки растений в виде надземной и корневой масс. Органические остатки почвенной фауны поступают в меньших количествах. Масштабы поступающих в почву органических остатков растений, их состав, соотношение надземной и корневой масс зависят от состава зональной растительности и местных условий, определяющих ее продуктивность.

Небольшое количество органических остатков поступает в почвы тундры (примерно 1т/га); затем оно нарастает от северной тайги к южной и далее к лесам лесостепи и травянистой растительности луговых степей. При переходе к степным зонам величина опада снижается из-за сухости климата; в нем возрастает доля корнеопада. В пустынной зоне опад минимальный (1−2 т/га); он вновь резко возрастает, достигая больших количеств, в лесах влажных субтропиков и тропиков (20 т/га и более).

Характер поступления органических остатков в почвенный профиль неодинаков: в лесах основное их количество поступает на поверхность почвы, а в травянистых сообществах значительная часть (от 25−30 до 80−90%) поступает непосредственно в почву в виде отмерших корней. Различный характер поступления опада имеет важное значение при дальнейших процессах его превращения. Химический состав органических остатков представлен углеводами, белками, лигнином, восками, смолами и другими веществами.

В состав органических остатков входят зольные элементы (от 0,1−3,0 до 5−10%): калий, кальций, магний, кремний, фосфор, сера, железо и многие другие, в том числе микроэлементы.

От состава органических остатков зависят направление и темп их последующего превращения. Наиболее быстро трансформации (минерализации и гумификации) подвергается опад, богатый легкодоступными для микроорганизмов веществами (белками, аминокислотами, растворимыми углеводами) и основаниями (Ca, Mg). Растительные остатки, богатые лигнином, дубильными веществами, смолами (хвоя, древесина), разлагаются медленно. Из опада культурных растений быстрее разлагаются остатки бобовых трав и медленнее — солома злаковых.

Органические остатки, поступая в почву или на ее поверхность, подвергаются различным превращениям: механическому измельчению почвенной фауной, физико-химическим и биохимическим изменениям под влиянием микроорганизмов, мезои макрофауны почвы. Основными направлениями таких превращений являются минерализация органического вещества до конечных продуктов (CO2, H2O и простых солей) и гумификация. При определенных условиях (избыток влаги, неблагоприятный состав опада, низкие температуры) можно наблюдать консервацию органических остатков в форме торфа.

Образование гумусовых веществ связано с развитием процесса гумификации. Гумификация — совокупность сложных биохимических, физико-химических процессов превращения органических остатков в гумусовые вещества.

Первая группа, называемая неспецифической частью гумуса, — это частично видимые невооруженным глазом остатки растений и животных. Их содержание варьирует и зависит от состава растений, условий их роста и разложения и т. д. В состав неспецифической части гумуса также входит небольшая часть (10−15%), представленная веществами различных классов органических соединений — белков, углеводов, аминокислот, сахаров и дубильных веществ, ферментов, веществ аллелопатической природы и др.

Основную часть органического вещества почв автоморфного ряда составляют специфические гумусовые вещества. Гумусовые вещества представляют собой смесь различных по составу и свойствам высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений, имеющих общие части строения и общность некоторых свойств.

По растворимости и экстрагируемости из почвы гумусовые вещества делят на следующие группы (групповой состав гумуса): фульвокислоты, гуминовые кислоты и гумин.

Фульвокислоты (ФК) — наиболее растворимая группа гумусовых веществ, менее сложная по сравнению, с более низкими молекулярными массами по сравнению с гуминовыми кислотами, с высокой миграционной способностью; характеризуются повышенной кислотностью и способностью к комплексообразованию; наиболее светлоокрашенная часть гумуса; преобладают в подзолистых, дерново-подзолистых, сероземах, красноземах и некоторых почвах тропиков.

Гуминовые кислоты (ГК) — нерастворимая в минеральных и органических кислотах группа гумусовых веществ; характеризуются более сложным строением; имеют более высокие молекулярные массы, повышенное содержание углерода; преобладают в черноземах, каштановых, серых лесных, дерновых почвах и других.

Гумин — неэкстрагируемая из почвы кислотами и щелочами часть гумуса (нерастворимый остаток после экстракции фульвои гуминовых кислот). Эти гумусовые вещества наиболее прочно связаны с глинистыми минералами.

В почвах таежной зоны распределение по профилю резко убывающее, содержание гумуса в верхнем минеральном горизонте низкое и очень низкое (1−4%), тип гумуса в верхнем горизонте фульватный или гуматно-фульватный, запасы гумуса в слое средние, низкие и очень низкие (30−120 т/га); обогащенность ароматическими фрагментами по содержанию углерода ГК 52−55% высокая и очень высокая, ФК 44−46% низкая; обогащенность азотом по весовому соотношению C: N низкая и очень низкая; гидролизуемый азот ГК 56−74%, ФК 70−78%; содержание свободных ГК среднее и высокое; содержание гуминовых кислот, связанных с кальцием — очень низкое; содержание нерастворимого остатка (гуминов) низкое 25−35%.

Разносторонняя роль органического вещества в почвенном плодородии заключается в следующем:

• 1. В формировании питательного режима. Оно выступает как источник элементов питания, особенно азота. Растения на почвах с более высоким содержанием органического вещества (повышенной гумусности) выдерживают более высокие дозы минеральных удобрений без отрицательных последствий.
• 2. Исключительно велико значение органического вещества в формировании физических и физико-механических свойств почвы (структура, плотность, пористость и др.). Здесь особенно велика роль гуминовой части органического вещества как важнейшего фактора образования водопрочной структуры.
• 3. Биологическая активность почвы, численность, состав и активность почвенных организмов, ферментативная активность тесно связаны с содержанием и составом органического вещества. Особенно благоприятно эта функция органического вещества проявляется при поступлении в почву свежих органических остатков, богатых азотом и зольными элементами.
• 4. Специфическая часть гумуса оказывает определяющее влияние на физико-химические свойства почвы (емкость поглощения катионов, буферность и др.). Это имеет особое значение на легких почвах, отличающихся низкой емкостью поглощения и буферностью их минеральной части.
• 5. Органическое вещество выполняет санитарно-защитные функции в почве. Они проявляются в ускорении детоксикации пестицидов, закреплении в малоподвижные формы загрязняющих почву веществ в результате сорбции и комплексообразования. Поэтому допустимые уровни антропогенной нагрузки при поступлении в почву токсичных элементов, пестицидов и других вредных загрязняющих веществ значительно выше на хорошо гумуссированных почвах.

К основным приемам регулирования и воспроизводства органического вещества при земледельческом использовании почв относятся: структура севооборотов, обеспечивающая определенный режим расхода органического вещества и поступления его в почву; осуществление приемов, способствующих получению высоких урожаев сельскохозяйственных культур и, как следствие, поступлению в почву более высоких количеств органических остатков после уборки культуры; травосеяние; внесение органических удобрений; сидерация; приемы химической мелиорации, создающие благоприятные условия для гумификации и закрепления в почве вновь образованных гумусовых веществ.

Потери при прокаливании — это убыль массы при прогревании почвы до 900 °C. При прокаливании теряется органическое вещество, двуокись углерода, карбонаты, гигроскопически и химически связанная вода, адсорбированные газы, хлориды и фосфаты.

Неоднородное распределение значений потери при прокаливании в профиле почвы происходит из-за того, что в верхних горизонтах (А0 и А0А1) содержится большое количество органических веществ. Соответственно значение потери при прокаливании с понижением горизонтов будет уменьшаться. Зольность органогенного горизонта А0= 71,5% и А0А1=87,9%, минеральных горизонтов A2=98,8%, Bf=98,9%. Этот показатель с понижением горизонта увеличивается. Это говорит о том, что в горизонтах почвенного профиля содержится разное количество органического вещества.

Содержание органического углерода в почве определяется методом И. В. Тюрина, которых основан на окислении углерода гумуса почвы 0,4н раствором двухромовокислого калия (K2Cr2O7), приготовленного на серной кислоте, разведенной в воде в объемном соотношении 1:1.

Таблица 4 — Содержание органического углерода и гумуса почвы

В горизонте А0 и А0А1 показатель органического углерода не определяли, так как эти горизонты небольшое количество гумусовых веществ.

В горизонте ВСg наблюдается высокое содержание органического углерода/гумуса потому что происходит аккумуляция органического вещества, и этот горизонт глеевый, задерживающий дальнейшее вымывание, так как происходит накопление органического вещества.

Оценив характер распределения гумуса в профиле, по классификации, что тип данного профильного распределения гумуса — бимодальный. Так как при общем резком падении количества гумуса по профилю наблюдается заметное увеличение его на некоторой глубине (горизонт BCg). Увеличение количества гумуса в средней или нижней части профиля означает формирование гумусово-иллювиального горизонта за счет его растворимых форм, вымывающихся из верхней части профиля. Этот тип профиля характерен для подзолистых гумусово-иллювиальных почв.

Сравнив наши значения потери при прокаливании и содержания гумуса в верхних горизонтах почвы с нормативными показателями их содержания в пахотном слое почвы лесного питомника для выращивания посадочного материала, можно сказать, что данные лабораторного анализа соответствуют этому нормативу. Данную почву можно использовать в лесных питомниках для выращивания сельскохозяйственных культур и посадочного материала.