Разложение и минерализация гумусовых веществ

Установлено, что гумусовые вещества подвержены процессам разложения, обновления и минерализации. Скорость этих процессов значительно ниже, по сравнению со скоростью разложения и минерализации источников гумуса. Многие исследователи объясняют высокую устойчивость гумусовых веществ к разложению особенностями строения их молекул.

Однако, тот факт, что в свободном состоянии в условиях земной поверхности гумусовые кислоты в значительных количествах не накапливаются, позволяет полагать, что основной причиной устойчивости является степень прочности их связи с минеральной частью почв. Методом радиоуглеродного датирования установлено, что среднее время пребывания углерода в составе гумуса измеряется сотнями и тысячами лет. При этом скорость обновления фульвокислот выше, чем гуминовых; гумус в верхних слоях черноземов старше, чем гумус дерново-подзолистых почв. Во всех почвах более интенсивно обновление гумуса происходит в верхней части почвенного профиля, где значительно выше биологическая активность.

Способность разлагать гумусовые вещества установлена для многих почвенных организмов — грибов, актиномицетов, бактерий. С. Н. Виноградский делил микрофлору почв на две группы:

• — зимогенную, привносимую с растительной массой и разлагающую ее;
• — автохтонную, собственно почвенную, разлагающую гумусовые вещества.

Для оценки скорости минерализации гумуса используется коэффициент минерализации (Кмг) — количество минерализующегося гумуса в год, выраженное в долях или процентах от общих запасов. При определении Кмг возникают такие же проблемы, как и при определении Кг. Цикличность данного процесса, разновозрастность различных групп и фракций гумуса, постоянная минерализация источников гумуса осложняют экспериментальное определение Кмг. Тем не менее, существует ряд способов примерной оценки скорости минерализации гумуса.

• 1. Определение Кмг изотопноиндикаторным методом. Меченые по углероду или азоту источники гумуса вносят в почву, в последующем определяя включения их в гумус и минерализационные потери.
• 2. Определение Кмг по данным радиоуглеродного датирования возраста гумуса. Этот способ аналогичен описанному выше, при рассмотрении методов определения Кг.
• 3. Определение Кмг в условиях длительных стационарных опытов. Зная запасы гумуса в вариантах длительно парующих делянок, в начале и в конце опыта рассчитывают среднегодовые потери гумуса, принимая их за Кмг. При этом не учитывается новообразованный гумус, источником которого может быть почвенная биота. Кроме того, в парующих делянках минерализация может иметь другую интенсивность, по сравнению с делянками под сельскохозяйственными культурами. Следует также иметь ввиду, что в парующих делянках наибольшая интенсивность минерализации происходит в первые годы опыта с последующим замедлением. Это связано с тем, что в первые годы происходят потери менее устойчивых фракций гумуса. Через десятки лет состояние гумуса в парующих делянках может приближаться к квази-равновесному. Поэтому на величину Кмг, определенную таким способом, оказывает влияние длительность наблюдений.
• 4. Определение Кмг по эмиссии СО2. При определении Кмг таким способом производится учет выделяющегося углекислого газа, который образуется при разложении и минерализации органических, в том числе гумусовых, веществ. Метод имеет те же недостатки, что и предыдущий.
• 5. Определение Кмг по выносу азота с урожаем. Установлено, что 50−60% азота, используемого растениями, является почвенным. Остальные 40−50% азота поступают в урожай из удобрений. Таким образом, зная величину урожая и содержание в нем азота, рассчитывают количество минерализовавшегося гумуса. Этот способ определения Кмг так же обладает рядом существенных недостатков. Почвенный азот представлен не только азотом гумуса, но и, прежде всего, азотом легкоразлагаемых органических веществ, в том числе растительных остатков. Трудно поддаются учету такие статьи прихода в почву азота, как фиксация свободноживущими микроорганизмами (несимбиотическая азотфиксация), атмосферные осадки. Все это вызывает большие погрешности при определении Кмг этим способом.

Величины Кмг, определенные разными методами, варьируют в очень широких пределах, от сотых долей процентов до 1−2% в год, что в пересчете на массу составляет от десятков и сотен кг до 3−4 т/га. Очевидна непригодность использования Кмг для расчета баланса гумуса в практических целях.