Влияние органического вещества на свойства почв

Исследователи признают ведущую роль органического вещества в формировании почвенного плодородия, снабжении энергетическим материалом почвенной микробиоты и растений, снижении токсикологических последствий химического загрязнения почв тяжелыми металлами, радионуклидами, пестицидами и другими токсикантами, повышении устойчивости земледелия при неблагоприятных погодных условиях.

Известно многостороннее положительное влияние гумуса на агрохимические, физико-химические, тепловые, технологические свойства, биологическую активность почв.

В сложном аспекте органических веществ центральное место занимают специфические соединения: гуминовые кислоты (ГК) и фульвокислоты (ФК). Низкомолекулярные (ФК) вещества, как правило, легко доступны микроорганизмам и участвуют в процессах мобилизации минеральных компонентов почвы, извлекая многие элементы из труднорастворимых соединений. Гуминовые кислоты более консервативны и придают почвам признаки, устойчивые во времени и обусловливают их многие важнейшие свойства и функции: запас гумуса, емкость катионого обмена, буферность и т. д. [31].

Д.И. Прянишников постоянно подчеркивал большое значение органического вещества почвы в регулировании ее физических свойств, буферности, устранении возможного отрицательного влияния минеральных удобрений на свойства почвы [52].

Большой вклад в учение об органическом веществе и участии его в плодородии почвы в более поздний период внесли исследования И. В. Тюрина [60].

Фокин А.Д. указывает, что органическое вещество влияет на поведение любых элементов, поступающих в почву извне. Так, хотя известно, что на более гумусированных почвах действие удобрений менее выражено, однако оно пролонгировано во времени, т.к. обнаруживается более длительное их последействие по сравнению с почвами, обедненными органическим веществом с низкой сорбционной емкостью. Кроме того, на почвах хорошо гумусированных значительно снижаются потеря элементов минерального питания удобрений в результате миграционных процессов [61].

Л.K. Шевцова указывает также на акцепторную роль гумуса в закреплении избыточного количества вносимых в почву минеральных и органических веществ, что предохраняет от вымывания водорастворимые элементы питания и способствует более равномерному в течение всего вегетационного периода обеспечению ими растений [40].

Гумусовые вещества играют также важную роль в сорбции гербицидов, в снижении токсичного действия тяжелых металлов, с которыми они образуют трудно и нерастворимые высокомолекулярные комплексные соединения, что смягчает их токсичное воздействие на почвенные микроорганизмы, сокращает поступление вредных веществ в растения.

Органическое вещество — важный источник элементов питания для растений. Основная часть азота в почве (до 90%) находится в различных специфических гумусовых веществах и лишь небольшая часть его — в негумуфицированных органических и минеральных соединениях. На долю органических соединений фосфора приходится 30−40% и более, а на долю органических соединений серы — до 90% общего содержания этих элементов в почве. Кроме того, в состав органического вещества почвы входяттакие важнейшие элементы, как калий, кальцин, магний, железо и многие микроэлементы [46].

Гумусовые вещества являются регуляторами минерального питания растений. Временно закреплённые элементы питания постепенно переходят в доступную для растений форму, равномерно на протяжении всей вегетации, обеспечивают растениям необходимыми для их питания соединениями.

Немаловажную роль играют гумусовые вещества почвы в обеспечении защитного действия на ионы фосфора, калия и других элементов, предохраняя их от необратимого закрепления почвенными минералами. Гуминовые вещества, обволакивая поверхность минералов, препятствую сорбции фосфатов.

Гумусовые вещества способствую в кислых почвах мобилизации элементов минерального питания из труднорастворимых удобрений [49].

Гумусовые вещества почвы является источником энергии и питания для почвенных микроорганизмов. В них сосредоточены огромные запасы энергии. Только для гумусовых кислот эта величина оцениваемся в 3*10¹⁸ ккал.

Лыковым A.M. найдена тесная положительная корреляционная связь между интенсивностью продуцирования почвой углекислоты и содержанием в почве органического вещества (r = +0,73), количеством микроорганизмов и уровнем дыхания почвы (г = + 0,78) [46].

Гумусовые вещества, являясь превосходным субстратом для развития анаэробных бактерий, усиливают биологическую активность почвы и таким образом ускоряют мобилизацию питательных соединений для растений [43].

Гумус играет огромную роль в улучшении физических и физикохимических свойств почв. В работах кафедры земледелия ТСХА установлена тесная взаимосвязь на легкосуглинистой дерново-подзолистой почве между содержанием гумуса и водопрочностью агрегатов (r = + 0,62), тесная отрицательная связь между гумусом и объемной массой почвы (r = - 0,63). Количество и качественный состав гумуса, по их данным, определяю наряду с минералогическим составом и обменными катионами, характер набухаемости почвы [49].

По данным сотрудников Почвенного института им. В В. Докучаева и ряда зарубежных исследователей, увеличение количества органического углерода на 0,1% способствует снижению плотности почвы на 0,01% г/см. При критическом уровне уплотнения последнее может быть связано с увеличением урожая зерновых на 0,6−1,4 ц/га. [4, 71].

Гумус увеличивает полезную влагоемкость почв: прибавка его количества на 0,8% при разных уровнях содержания от 2% до 4% приводит к увеличению доступной влаги на 6−7 л/м².

Высокие показатели корреляции между содержанием гумуса и водопроницаемой способностью, предельной полевой влагоемкостью среднесуглинистых дерново-подзолистых почв Пермской опытной станциипоказаны Поповой С. И. и др. [36].

Амcус Ф. исследуя роль органической и минеральной части почвы в обеспечении ее важнейших физических свойств, показали, что органическая часть почвы, обладая мощной водоудерживающей способностью, может связать в 7−10 раз больше воды, чем минеральная. На каждый процент гумуса в почве влагаемкость повышается на 8−10 весовых процентов. Этоособенноважнодлялегкихпочв [70].

Для тяжелых почв — положительная роль гумуса определяется его влиянием на рыхлость, аэрацию, устранение избыточной влажности.

Хорошо известна роль гумуса в структурообразовании. Взаимодействие органического вещества почвы и минеральных ее компонентов приводит к формированию простых гетерополярных солей, комплексно-гетерополярных солей, сорбционных комплексов, в формировании которых, как показала Л. Н. Александрова, принимают участие также хемосорбционные и адгезионные формы связи [1]. Эти виды взаимодействия лежат в основе важнейших механизмов структурообразования. Органические вещества, пропитывая почвенные агрегаты, склеивают механические элементы и придают водопрочность структурным отдельностям. Обволакивая минеральные частицы, гумусовые вещества изолируют их от воздействия почвенных растворов, повышают их устойчивость к внутрипочвенному выветриванию[46].

Присутствие в почве даже относительно небольшого количества гумусовых веществ, входящих в состав органоминеральных и органических коллоидов, повышает ее поглотительную способность в результате емкости обмена гумусовых кислот. Если емкость катионного обмена минеральных коллоидов чернозема составляет 70−90, то органоминеральных — 150−200, а органических — 400−500 мг-экв. на 100 г почвы. В среднем емкость катионного обмена гумуса в 10 раз больше, чем минеральной части почвы. Так, в выщелоченном черноземе, несмотря на то, что гумус составлял менее десятой части массы верхнего горизонта, из общей емкости обмена, равной 57,9 мг-экв., емкость органической части была 34 мг-экв., а минеральной — лишь 19 мг-экв. на 100 г. почвы. В почвах легкого механического состава роль гумусовых веществ в формировании поглотительной способности еще значительнее. По данным немецких ученых, увеличение содержания углерода в органическом веществе песчаных почв с 0,28 до 0,54% повышало емкость катионного обмена на 30−34%. На каждые 0,1% углерода она возрастала на 0,4 мг-экв на 100 почвы, а влагоемкость — на 0,3−0,8% [34, 71].

В условиях широкого внедрения интенсивных технологий, когда применяются высокие дозы минеральных удобрений в комплексе с химическими средствами защиты растений, санитарно-защитные функции органического вещества значительно повышаются. Особое значение приобретают такие его свойства, как способность быстро трансформировать высокие концентрации минеральных солей, поглощать и инактивировать многие токсичные элементы [23, 24].

Совокупное воздействие накапливающихся органических веществ обычно приводит к повышению почвенного плодородия, и высокое содержание гумуса часто является первым признаком плодородной почвы, что показано ещё В. В. Докучаевым. В последнее время найдены многочисленные зависимости между уровнем плодородия почвы, уровнем урожая и составом, содержанием гумуса [9].

Несмотря на многоплановую роль гумуса в плодородии почв, по мнению некоторых ученых он также вызывает некоторые отрицательные влияния. Так называемые агрессивные фракции почвенного гумуса, к которым относятся главным образом, фульвокислоты, активно воздействуют на почвенные минералы, способствуя не только подвижности элементов питания растений, но и вызывая, в определенной экологической обстановке, процессы оподзоливания.