Биологические показатели плодородия почв

К биологическим показателям плодородия относятся:

• — наличие органического вещества;
• — биологическая активность почвы;
• — фитосанитарное состояние почвы.

Органическое вещество почвы образуется из отмерших остатков растений, микроорганизмов, почвенных животных и продуктов жизнедеятельности. Первичное органическое вещество, поступив­шее в почву, подвергается сложным превращениям, включающим процессы разложения, вторичного синтеза в форме микробной плазмы и гумификации. Сочетание названных процессов приводит к образованию сложной смеси органических веществ:

• 1) малоразложившихся растительных и животных остатков с сохранившейся первоначальной структурой;
• 2) промежуточных продуктов разложения (например, протеиды, аминокислоты, поли и моно фенолы, моносахариды и др.);
• 3) гумусовых веществ, образовавшихся путем микробного синтеза или остаточного происхождения;
• 4) раствори­мых органических соединений, которые минерализуются до про­стых минеральных соединений (НР, СО2, NО3 и др.) или участвуют в синтезе гумусовых веществ. Различные группы органических соединений взаимодействуют с минеральной частью почвы и закрепляются в ней. Органическое вещество — единственный источник энергии для развития почвы, формирования ее плодородия. Основным источником первичного органического вещества, поступающего в почву под естественной растительностью, служат остатки растений.

На пахотных почвах с отчуждением большей части урожаев по­левых культур источником органического вещества являются надземные и корневые остатки растений, вносимые в почву органические удобрения. Растительные остатки разделяют на три группы: пожнивные, листостебельные и корневые. Пожнивные остатки представлены стерней зерновых культур, частями стеблей, листьев и всех других подземных частей растений, которые остаются в поле после уборки урожая. Листостебельные части растений включают корневища, столоны картофеля, корневые шейки клевера, люцерны и других трав, остатки клубней, корнеплодов, луковиц. Корневые остатки растений представлены корнями выращиваемой культуры, сохранившимися к моменту уборки живыми, а также отмершими.

По количеству органического вещества, оставляемого после уборки, основные полевые культуры можно разделить на три группы:

• 1. многолетние бобовые и мятликовые травы, оставляющие в почве наибольшее количество органического вещества.
• 2. однолетние зерновые и зерно­вые бобовые культуры сплошного посева. Они оставляют в почве значительно меньше органического вещества, чем многолетние травы, а зерновые бобовые в меньшей степени фиксируют азот воз­духа. Озимые культуры оставляют в почве больше органического вещества, чем яровые зерновые и зерновые бобовые. После уборки однолетних зерновых и зерновых бобовых культур в почве остается 1,5−3,0 т/га органического вещества.
• 3. пропашные культуры, которые оставляют в почве после уборки наименьшее количество органического вещества. В почве при выращивании растений одновременно происходят два противоположных процесса: синтез и разрушение. Интенсивность обоих процессов, их соотношение определяют конечный результат. Если содержание органического вещества увеличивается, то культура обладает свойством улучшать плодородие, и наоборот. На процессы накопления и разрушения органического вещества влияют технологические приемы возделывания растений. Наряду с количеством растительных остатков важное значение имеют их химический состав и скорость разложения в почве. Так, растительные остатки многолетних трав содержат больше элементов питания, чем другие культуры.

Химический состав корней многолетних трав с возрастом изменяется. Чем старше растения, тем меньше в их корнях содержится азота и зольных элементов. Растительные остатки однолетних культур (кроме бобовых) бед­нее питательными элементами по сравнению с многолетними травами.

Одна часть подвижных и простых соединений, минерализующихся до конечных продуктов, усваивается новыми поколения­ми зеленых растений, другая часть продуктов разложения используется гетеротрофными микроорганизмами для синтеза вторичных белков, жиров, углеводов и других веществ, образующих плазму новых поколений микроорганизмов, и в дальнейшем вновь разлагается. Третья часть промежуточных продуктов разложения превращается в специфически сложные высокомолекулярные соединения гумусовые вещества, а сам процесс называют гумификацией. Образование специфических гумусовых веществ в большинстве случаев начинается на стадии биологического распада растительных и животных остатков, когда углеводы гидролизуются до моносахаридов, белковые вещества — до пептидов и аминокислот, ароматические соединения — до простых фенолов. Помимо этих соединений в образовании гумусовых веществ принимают участие и более простые продукты распада.

Механизм образования в почве специфических гумусовых веществ, по М. М. Кононовой, имеет следующий вид:

• 1. Исходными структурными единицами (мономерами) для образования специфических гумусовых веществ могут служить все компоненты распада растительных тканей и метаболизма микроорганизмов.
• 2. Структурные единицы конденсируются путем окисления фенолов с помощью феноксидаз через семихиноны до хинонов которые взаимодействуют с аминокислотами и пептидами.
• 3. Поликонденсация (полимеризация) как химический процесс заканчивает образование гумусовых веществ.

Весь комплекс органических веществ в почве можно разделить на две группы: соединения индивидуальной природы, или неспецифические органические соединения, и специфические гумусовые вещества.

Неспецифические соединения лигнин, целлюлоза, протеины, аминокислоты, моносахариды, воска, жирные кислоты, т. е. практически всеми компонентами, составляющими растительные и животные ткани или входящими в состав прижизненных выделений макрои микроорганизмов.

Основную часть органического вещества почвы (85−90%) составляют специфические гумусовые вещества, темноокрашенные азотсодержащие высокомолекулярные соединения кислой природы Они представлены гумусовыми кислотами (гуминовые и фульво кислоты), прогуминовыми веществами — типа «молодых» гуминоподобных продуктов игуминами. Гуминовые кислоты (ГК) — фракция темноокрашенных, азотсодержащих, высокомолекулярных соединений, извлекаемая из почвы щелочными растворами. При подкислении вытяжки она выпадает в осадок в виде гуматов. Гуминовые кислоты содержат 46−62% углерода, 32−38 — кислорода, 3−5 — водорода, 3−6% азота. ГК содержат серу (от десятых долей процентадо 1,0−1,2%), фосфор (сотые и десятые доли процента) и катионы различных металлов.

Фульво кислоты (ФК) — высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Они растворимы в воде, кислотах, слабых растворах щелочей, пирофосфата натрия и в водном растворе аммиака с образованием растворимых солей — фульватов. Растворяются они также во многих органических растворителях. Выделенные из почвы препараты Фульво кислот имеют окраску от соломенно-желтой до оранжевой. В состав ФК входят: углерод 36−40%, кислород 45−50%, водород 3−5, азот 3−4,5%. От ГК они отличаются пониженным содержанием углерода и повышенным — кислорода. В состав ФК, как и в состав ГК, входят сера, фосфор и различные металлы гумины — наиболее инертная часть гумусовых веществ, не извлекаемая из почвы растворами кислот, щелочей или органически­ми растворителями.

Органо-минеральные соединения повышают устойчивость связанного в них органического вещества к микробиологическому расщеплению и обеспечивают устойчивую связь с другими свойствами почвы. Высокая биологическая устойчивость органоминеральных соединений способствует связыванию и инактивированию глинисты­ми минералами ферментов, выделяемых микроорганизмами для разложения органического вещества. Обязательным условием обеспечения стабильного земледелия является воспроизводство органического вещества. Оно означает одновременно воспроизводство большей части биологических агрофизических и агрохимических факторов плодородия.

Важнейшим фактором воспроизводства органического вещества в пахотных почвах являются полевые культуры. Их роль определяется биологическими особенностями и технологией возделывания. Если в естественных ценозах вся растительная масса поступает в почву, аккумулируя в верхнем слое углерод, азот и зольные элементы, то в агроценозах с поля отчуждается большая часть накопленной массы растений и баланс названных элементов в почве не может не быть бездефицитным. Темпы разложения растительных остатков в почве зависят от соотношения С: N. Быстрое разложение свойственно растительным остаткам клевера с узким соотношением С: N; менее интенсивно разлагаются растительные остатки зерновых культур и викоовсяной смеси.