Органическое вещество почвы

Курсовая работа Органическое вещество почвы

почва плодородие органический гумус

1. Понятие органического вещества

2. Содержание и состав органического вещества почвы

3. Роль органических веществ в почвообразовании, плодородии почв и питании растений. Экологическое значение органических веществ почвы Заключение Список использованной литературы

Введение

Многочисленными наблюдениями установлено, что высокое содержание специфических органических веществ обеспечивает почве высокое плодородие, хорошие технологические качества и низкую противодефляционную стойкость.

Присутствие органических веществ в почве — один из основных признаков, отличающих почву от материнской породы. Они формируются в процессе разложения растительного и животного материалов и представляют собой важнейшее звено обмена веществ живой и неживой природы. Количество органического вещества почвы и их природа во многом определяют направление процесса почвообразования, биологические, физические, химические свойства почвы и её плодородие.

В последние годы отмечается возросший интерес к исследованию органического вещества почв, что объясняется рядом конкретных причин, побудивших написание предлагаемой работы.

Во-первых, органическое вещество в педосфере является основным природным генератором и источником углеродосодержащих газов (прежде всего, СО2), поступающих в атмосферу.

Во-вторых, оно нередко является лимитирующим фактором, определяющим биопродуктивность природных и агроэкосистем; от качественного и количественного состава органического вещества зависит поведение загрязнений различного происхождения, формирование противоэрозионной устойчивости и водно-физических свойств почв и т. д.

В-третьих, изучение состояния профильного и географического распределения органического вещества актуально для прогнозирования изменений содержания почвенного углерода под влиянием пирогенеза и при иных катастрофических и эволюционных изменениях (планетарных, региональных, локальных) природной среды. В сказанном заключена актуальность темы данной курсовой работы.

Большое значение изучению органического вещества почвы (гумуса) придавал основоположник русского почвоведения — В. В. Докучаев, который дал четкое определение понятия «гумус», изучил его состав и экологическое значение, установил основные закономерности накопления гумуса в почвах России в связи с факторами почвообразования и, тем самым, заложил основы современной теории гумусообразования, которые до сих пор не потеряли своей актуальности.

Органическим веществом считается все, что относится к растительным и животным остаткам. Органическое вещество является основой плодородия почв, оно служит своеобразным резервом необходимых растениям питательных веществ, оказывает большое влияние на структуру почвы, является источником энергии для многих полезных микроорганизмов. За счет разложения органического вещества почвы в приземный слой воздуха выделяется углекислый газ, который используется растением для создания урожая при достаточном освещении, влажности и температуре воздуха и почвы. В почве органическое вещество разлагается под влиянием микроорганизмов при наличии воздуха, благоприятной влажности и температуры, образуя перегной, или гумус. Таким образом, органическое вещество является важной составляющей почвенного покрова Земли и оказывает существенное влияние на почвенные процессы.

Основываясь на вышесказанном, целью данной работы поставлено изучение органического вещества почвы.

В настоящее время оформилось учение об ОВП с двумя главными научными направлениями:

1) биохимическое (изучение процессов гумификации органического материала и свойств гумусовых кислот);

2) морфоструктурное, или морфолого-экологическое (познание пространственно-структурной морфологии органических компонентов почвы).

Основные задачи данной курсовой работы включают в себя следующие:

— дать характеристику понятию органического вещества;

— детально и подробно рассмотреть содержание и состав органического вещества почвы;

— указать роль органических веществ в почвообразовании, плодородии почв и питании растений.

Данная работа включает в себя теоретическую и аналитическую части и изложена на 25 листах печатного текста.

1. Понятие органического вещества Органическим веществом считается все, что относится к растительным и животным остаткам. Органическое вещество является основой плодородия почв, оно служит своеобразным резервом необходимых растениям питательных веществ, оказывает большое влияние на структуру почвы, является источником энергии для многих полезных микроорганизмов. За счет разложения органического вещества почвы в приземный слой воздуха выделяется углекислый газ, который используется растением для создания урожая при достаточном освещении, влажности и температуре воздуха и почвы. В почве органическое вещество разлагается под влиянием микроорганизмов при наличии воздуха, благоприятной влажности и температуры, образуя перегной, или гумус. Химический состав гумуса очень сложен. Для него характерна темная окраска, которая отсутствует в живых растениях. В составе гумуса очень ценной является гуминовая кислота, в которой содержится много углерода (39 — 62%), кислорода (30—39%), азота (3—5%), а также фосфор, сера, железо и др., включая микроэлементы Горбылева А. И., Почвоведение с основами геологии, Минск: «Новое знание», 2002. Гумус осуществляет в почве тройственную функцию: физическую, химическую, биологическую.

Физическая функция — это создание водопрочной почвенной структуры, что обеспечивает благоприятную циркуляцию воды, воздуха, нужную температуру и предопределяет хороший рост корней в почве. Принято говорить, что гумус придает связность легким почвам, разрыхляет плетные почвы. Химическая функция заключается в том, что гумус является хранилищем элементов питания. Многие питательные вещества связаны с гуминовыми кислотами в органоминеральной форме, находятся в обменном состоянии и усваиваются растениями непосредственно из этих форм. Кроме того, в результате деятельности микроорганизмов гумус постепенно разлагается (минерализуется), освобождая заключенные в нем азот, фосфор, калий и другие элементы.

Биологическая функция гумуса — это создание благоприятных условий для развития и деятельности микроорганизмов.

В почве живут и развиваются многочисленные живые организмы: бактерии, грибы, водоросли, лишайники, представители простейших животных (жгутиковые, корненожки, инфузории), а также беспозвоночные животные, среди которых особенно большая роль в создании плодородия почв принадлежит дождевым червям. Кроме дождевых червей в почве живет большое количество насекомых (жуки, муравьи), проделывающих многочисленные ходы, разрыхляющих почву и улучшающих ее физические и водные свойства. Из позвоночных активно участвуют в процессах почвообразования грызуны (кроты и др.).

Численность микроорганизмов в почве огромна и составляет 1 — 5 млрд. в 1 г почвы. Считают, что ежегодно на 1 га образуется 500 — 1000 кг микроорганизмов в поверхностном слое почвы. Значение их очень большое — с ними связано разложение органических веществ и превращение их в перегной. Некоторые микроорганизмы связывают атмосферный азот воздуха в азотные соединения, доступные растениям. Это свободно живущие в почве бактерии (азотобактер, клостридиум), а также клубеньковые бактерии, образующие симбиоз с бобовыми растениями — клевером, викой, горохом, фасолью, люцерной и др Малков В. Е., Генезис, свойства и морфология почв, ИЦ ВГМХА, 2006.

Микроорганизмы активизируют многие биохимические процессы, связанные с увеличением доступности питательных веществ почвы для растений. Поэтому почвы, богатые микроорганизмами, или, как их называют, биологически активные, являются более плодородными и обеспечивают получение более высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

Почвенные микроорганизмы делятся на две категории: аэробные, т. е. живущие в присутствии воздуха, и анаэробные, живущие без доступа воздуха. Аэробные микроорганизмы являются полезной частью микрофлоры, они способствуют разложению органического вещества с образованием перегноя, превращению аммиака в нитриты, а затем в нитраты, доступные растениям, и т. д.

Эти микроорганизмы развиваются главным образом на поверхности почвы, численность их резко уменьшается с глубиной.

Анаэробные микроорганизмы развиваются преимущественно в более глубоких слоях почвы. Они способствуют превращению доступных растениям нитратов вначале в нитриты, затем в аммиак и даже в газообразный азот, который почва теряет иногда в значительных количествах, снижая этим свое плодородие. Анаэробные микробы нередко способствуют развитию неблагоприятных почвенных процессов (в условиях избыточного увлажнения) с образованием сероводорода и закисного железа, вредных для растений. При анаэробных процессах в почве часто создается кислая среда, ведущая к разрушению ее минеральной части.

Активность микроорганизмов в большой степени зависит от колебаний температуры. Как при низких, так и при высоких температурах деятельность их в почвах замирает. Лучше всего они развиваются при температуре 30—40°. Между аэробными и анаэробными группами микроорганизмов существуют сложные взаимоотношения. Так, например, с увеличением влажности и ухудшением воздухопроницаемости в почве усиливается деятельность анаэробных микроорганизмов, а при просушивании почв, наоборот, активизируются аэробные.

С усилением кислотности почвы угнетается микробиологическая деятельность почвы и активизируется грибная. Любитель-овощевод не может не считаться с состоянием микробиологических процессов, протекающих в почве, он обязан активно в них вмешиваться. Достаточно сказать, что, создав в почве хороший воздухообмен за счет ее обработки, внесения органических и минеральных удобрений, обеспечив нейтрализацию кислотности почв, земледелец благоприятствует плодородию почв, накоплению в ней азота и других питательных веществ, необходимых для получения урожая.

Пористость культурной структурной почвы (по Н. А. Качинскому) Горбылева А. И., Почвоведение с основами геологии, Минск: «Новое знание», 2002.:

1 — тонкие, преимущественно капиллярные поры в комках, при смачивании почвы заполняются водой;

2 — средние поры в комках (ячейки, канальцы), при смачивании на короткий период заполняются водой, потом после рассасывания ее — воздухом;

3 — крупные поры между комками, обычно заполнены воздухом;

4 — капиллярные поры на стыке комков

2. Содержание и состав органического вещества почвы Органическое вещество почвы образуется из отмерших остатков растений, микроорганизмов, почвенных животных и продуктов их 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 в биологически активных почвах к образованию сложной смеси органических веществ, состоящей из малоразложившихся растительных и животных остатков с сохранившейся первоначальной структурой; промежуточных продуктов разложения органических и животных остатков (например, лигнина); собственно гумусовых веществ, образовавшихся путем микробного синтеза или остаточного происхождения; растворимых органических соединений, которые более или менее быстро минерализуются до простых минеральных соединений (Н2О, СО2 и др.) или участвуют в синтезе собственно гумусовых веществ.

Органическое вещество, консервирующее энергию солнца в химически связанной форме, — единственный источник энергии для развития почвы, формирования ее плодородия. Основным источником первичного органического вещества, поступающего в почву под естественной растительностью, являются остатки растений.

Во-первых, они удобряют почву ежегодно после уборки урожая, в то время как все остальные виды органических удобрений вносят в почву периодически. Во-вторых, не требуется дополнительных затрат на их внесение. В-третьих, растительные остатки распределяются в почве наиболее равномерно. В них содержатся все макрои микроэлементы, необходимые растениям и животным.

На пахотных почвах с отчуждением большей части урожаев полевых культур источником органического вещества служат надземные и корневые остатки растений, а также вносимые в почву органические удобрения.

Растительные остатки разделяют на три группы: 1 — пожнивные остатки растений; 2 — листостебельные; 3 — корневые. Пожнивные остатки представлены стерней злаков, частями стеблей, листьев и всех других надземных 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 живыми к моменту уборки, а также корнями, отмершими к моменту уборки.

Размеры корнепада, по данным Т. И. Макаровой Малков В. Е., Генезис, свойства и морфология почв, ИЦ ВГМХА, 2006, могут достигать у озимой пшеницы 124—480 кг/га, у овса — 330 — 620 кг/га сухого вещества. Запасы гумуса за счет корнепада и корневых выделений могут пополниться на 130—230 кг/га. Корни растения еще при их жизни активно участвуют в почвенных процессах. Разветвляясь, они контактируют с почвенными частицами и тем самым способствуют равномерному распределению органического вещества и образованию структурных агрегатов.

В почве при выращивании растений происходят одновременно два противоположных процесса: синтез, накопление органического вещества, и его разрушение. Интенсивностью обоих процессов, их соотношением определяются конечные результаты, по которым оценивают влияние данной культуры на почву. Если конечный результат положительный, за культурой признаются свойства улучшать плодородие почвы и наоборот. Между тем на процесс разрушения органического вещества влияют не столько сами культуры, сколько приемы их возделывания.

О влиянии минеральных удобрений на развитие корневой системы существуют различные мнения. Н. А. Качинский высказал предположение, что «чем благоприятнее для растений почва, тем относительно к надземным частям слабее развита его корневая система».

Наряду с количеством растительных остатков важное значение имеет их химический состав и скорость разложения в почве. Так, растительные остатки многолетних трав содержат большое количество элементов питания. Содержание азота в корневых остатках многолетних бобовых трав колеблется в пределах 2,25—2,60%, фосфора — 0,34—0,80%, в поукосных остатках — соответственно 1,82—2,65 и 0,30—0,71%. Количество азота и фосфора в корнях бобово-злаковых травосмесей зависит от доли каждого компонента и составляет 0,91—2,37% азота и 0,25— 1,06% фосфора, в поукосных остатках — соответственно 1,60—-2,18 и 0,17—0,54% Горбылева А. И., Почвоведение с основами геологии, Минск: «Новое знание», 2002. Злаковые травы содержат значительно меньшее количество азота в корнях и поукосных остатках.

На ход и скорость разложения влияют, во-первых, внешние условия среды: влажность, температура, рН почвы, содержание в ней кислорода и питательных веществ и, во-вторых, химический состав растительных остатков.

Превращение первичного органического вещества в почве проходит в несколько этапов. На первом этапе происходит химическое взаимодействие между отдельными химическими веществами отмершего растения (например, ароматические соединения клеточных оболочек могут вступать в химические реакции с белками растительных клеток), которое можно значительно ускорить за счет биологических и минеральных катализаторов.

На втором этапе происходят механическая подготовка и перемешивание с почвой растительных остатков с помощью почвенной фауны. Нельзя отрицать и определенную биохимическую подготовку первичного органического вещества к микробному разложению при прохождении растительной массы через желудочно-кишечный тракт почвенных животных.

На третьем этапе превращения свежего органического вещества в почве происходит минерализация его с помощью микроорганизмов. В первую очередь минерализуются воднорастворимые органические соединения, а также крахмал, пектин и белковые вещества. Значительно медленнее минерализуется целлюлоза, при разложении которой освобождается лигнин — соединение, весьма устойчивое к микробиологическому расщеплению. Конечными продуктами превращений первичного органического вещества являются минеральные продукты (СО2, Н2О, нитраты, фосфаты, в анаэробных условиях Н2O и СН4). Кроме того, в почве накапливаются в качестве продуктов метаболизма микроорганизмов низкомолекулярные органические кислоты (муравьиная, уксусная, щавелевая и др.). Процессы минерализации органического вещества в почве имеют экзотермический.

Часть продуктов биологического разложения первичного органического вещества превращается в особую группу высокомолекулярных соединений — специфические, собственно гумусовые вещества, а сам процесс называют гумификацией.

Основная часть органического вещества почвы (85—90%) представлена специфическими высокомолекулярными гумусовыми соединениями. Принято подразделять специфические гумусовые вещества на три основные группы соединений: гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумины.

Гуминовые кислоты (ГК) — фракция темно-окрашенных, высокомолекулярных соединений, извлекаемая из почвы щелочными растворами, при подкислении вытяжки выпадает в осадок в виде гуматов. В составе гуминовых кислот углерода — 52 — 62%, водорода — 3,0—5,5, кислорода — 30—33, азота — 3— 5%. Основу молекулы ГК образует ароматическое ядро, сформированное ароматическими и гетероциклическими кольцами типа бензола, фурана, пиридина, нафталина, антрацена, индола, хинолина. Ароматические кольца соединены между собой в рыхлую сетку. Боковые периферические структуры молекулы — алифатические цепи. Ядро молекулы ГК отличается гидрофобными свойствами, боковые цепи — гидрофильными. Конституционная часть молекулы ГК — функциональные группы: карбоксильные и фенолгидроксильные, определяющие кислотный характер ГК и способность к катионному обмену.

Фульвокислоты (ФК) — органические оксикарбоновые азотсодержащие кислоты. По В. В. Пономаревой, в составе ФК углерода — 45,3%, водорода — 5, кислорода — 47,3, азота — 2,4% Горбылева А. И., Почвоведение с основами геологии, Минск: «Новое знание», 2002.

. При сравнении с элементным составом ГК, фульвокислоты содержат меньше углерода и азота, а кислорода больше. Фульвокислоты следует рассматривать как химически наименее «зрелые» гуминовые соединения. Между ГК и ФК существует тесная связь. Как те, так и другие очень неоднородны и представлены многочисленными фракциями.

Гумины — наиболее инертная часть почвенного гумуса, не извлекаемая из почвы при обычной обработке ее щелочными растворами. По своему составу гумины близки к ГК. Вместе с тем фракция гуминовых веществ более прочно связана с минеральной частью почвы, что значительно меняет ее свойства. Исключительно важная роль органического вещества в формировании почвы в значительной степени основана на их способности взаимодействовать с минеральной частью почвы. Образующиеся при этом органо-минеральные соединения — обязательный комплекс любой почвы. Образованию органо-минеральных соединений в почве способствует высокая биологическая активность, обеспечивающая поступление в систему реакционно-способных органических веществ. Внесение в почву биологически малодоступных органических веществ, например торфа, не приводит к образованию органо-минеральных соединений.

Органическое вещество почвы, аккумулируя огромное количество углерода, способствует большей устойчивости круговорота углерода в природе. В этом, а также в накоплении еще ряда элементов в земной коре состоит важная биогеохимическая функция органического вещества в земной коре.

3. Роль органических веществ в почвообразовании, плодородии почв и питании растений. Экологическое значение органических веществ почвы Роль органических веществ в почвообразовании, плодородии почв и питании растений очень многообразна. Значительная часть элементарных почвенных процессов (ЭПП) происходит с участием гумусовых веществ. К ним относятся биогенно-аккумулятивные, элювиальные, элювиально-аккумулятивные, метаморфические и другие. Процессы взаимодействия органических веществ с минеральной частью почв лежат в основе почвообразования.

Содержание, запасы и состав гумуса входят в состав главных показателей почвенного плодородия. Они оказывают также влияние на все режимы и свойства почв.

Органическое вещество является источником азота и зольных элементов питания растений. В нем содержится 98% валового азота, с ним связано 40−60% фосфора, 80−90% серы, значительные количества кальция, магния, калия и других макрои микроэлементов. Часть этих элементов находится в поглощенном состоянии и усваивается растениями в результате ионообменных реакций. Другая часть высвобождается и становится доступной растения после минерализации органических веществ. Установлено, что около 50% потребности в азоте культурные растения получают за счет почвенного органического вещества, прежде всего легкоразлагаемого, остальные 50% за счет минеральных удобрений.

Органическое вещество оптимизирует физико-химические свойства почв. Поглотительная способность органических коллоидов значительно выше, чем минеральных, и достигает 1000 и более мг-экв./100 г препарата гумусовых веществ Малков В. Е., Генезис, свойства и морфология почв, ИЦ ВГМХА, 2006. Более гумусированные почвы обладают более высокой буферностью по отношению к кислотно-основным воздействиям, окислению-восстановлению и действию токсикантов. Поглощенные органическими и органо-минеральными коллоидами катионы являются доступными для растений и активно участвуют в их питании.

Органическое вещество оказывает существенное влияние на структурное состояние, физические, водно-физические и физико-механические свойства почв. С увеличением гумусированности снижается плотность, увеличивается общая порозность, улучшается структура почвы, повышается водопрочность структурных агрегатов; увеличивается влагоемкость и водоудерживающая способность, водопроницаемость, диапазон активной влаги, гигроскопическая влажность; становятся оптимальными физико-механические свойства почвы: липкость, пластичность, твердость, удельное сопротивление. Гумус придает почве темную окраску, что способствует поглощению тепла.

Органическое вещество играет ведущую роль в биологическом режиме почв. Источники гумуса поддерживают в почвах определенный уровень биологической активности; собственно гумусовые вещества способствуют сохранению микроорганизмов в почвах и создают комфортные условия для их функционирования. Повышенная биологическая активность почв способствует снижению численности патогенных микроорганизмов, ускоряет микробиологическую деградацию пестицидов.

В составе органических веществ содержатся физиологически активные вещества, ускоряющие рост и развитие растений.

Наряду с минеральными питательными веществами большое значение имеют органические вещества почвы, продукты гумификации и неполного разложения растительных и животных остатков. Преобладающее значение при этом имеют продукты переработки остатков зеленых высших фотосинтезирующих растений (продуцентов). Продуценты при отмирании или при — переработке цепью консументов обогащают почву органическим веществом. Опад надземных отмирающих частей накапливается на поверхности почвы в видеслоя подстилки, ветоши и т. п.

Количество образующейся за год подстилки различно в разных типах растительности, в разных зонах. Так, среднее количество подстилки, по данным Лархе-ipa (1978), составляет (т/га): в тропических злаковни-ках — 10—15; на лугах умеренной зоны — 6—10; в лесах — 5—9; в степях — 1—5; в тундре— 0,05—0,5; в пустынях — 0,01—0,05. Образующаяся подстилка с большей или меньшей скоростью разлагается, и поэтому ее запас зависит не только от количества опада, но и от скорости разложения, которая во многом определяется характером и составом подстилки, типомпочвы, ее фауной и особенно климатическими условиями. Бели опад сильно лигнифицирован и богат дубильными веществами, то он разлагается гораздо медленнее, чем опад лиственных пород. Годичный опад дождевого тропического леса, в силу специфических климатических условий и большой активности почвенных организмов, может разложиться в течение 1—2 лет, в лиственных лесах умеренной зоны — за 2—4 года, в хвойном лесу — за 4—5 лет, достаточно быстро (разложение идет в степной зоне, в тундре же оно может длиться десятки лет. В степной зоне скорость разложения ускоряется весной и летом (до периода засухи) и замедляется к зиме.

В разложении подстилки принимают участие многочисленные животные организмы почвы, для которых опад служит пищей, и в первую очередь сапррофаги. В процессе переваривания все эти организмы выделяют экскременты, которые смешиваются с еще не съеденными растительными остатками. На богатых почвах широколиственных лесов в работу вступают дождевые черви, вырабатывая полностью переваренное вещество, включаемое в состав почвы, — мягкий гумус (муль). В лесной подстилке на кислых почвах хвойных лесов переработка растительного опада ведется главным образом грибами; при этом образуется грубый микоген-ный гумус (мор), пронизанный мелкими корнями высших растений, а также микоризой. Между мулем и грубым гумусом — мором иногда выделяют еще промежуточный тип — модер. Так происходит изменение органических остатков от первоначальных слагаемых подстилки до гумуса.

Для образования гумуса не менее важна масса отмирающих корней. По массе корней, пронизывающих почву, на первом месте стоят широколиственные леса и луговые степи, на следующем — влажные тропические и субтропические леса и на последнем — пустыни. Относительная доля корневой фитомассы (от общей доли фитомассы) в лесах не очень велика — всего 20— 25%. Наиболее высоки относительная ма-сса корней и запас гумуса под травяной степной растительностью, что связано с большим количеством тонких, легко разлагающихся корней травянистых растений. Этот гумус обусловливает высокое плодородие степных черноземных почв.

Таким образом, в формировании плодородия почвы основную роль играют конечные продукты гумификации, т. е. гумусовые вещества (гуминовые и подвижные фульвокислоты). Однако накопление в составе гумуса запасов питательных веществ означает одновременно и их иммобилизацию, поскольку они переходят в малодоступную форму. Кроме питательных веществ гумус содержит (И физиологически активные. компоненты; некоторые из них могут вызывать не только стимулирующее влияние, но иногда оказывают ингибирующее или даже токсическое воздействие. Гумус улучшает структуру почвы, ее физические свойства.

Степень гумификации, т. е. степень переработанности исходных веществ, зависит от объема ежегодно поступающих в почву растительных остатков, от интенсивности их переработки и времени воздействия на них самой почвы в течение вегетационного периода. Величина степени гумификации достигает наиболее высоких значений в почвах черноземного типа и уменьшается как к северу (к подзолистым и тундровым почвам), так и к югу (к каштановым почвам и сероземам). В таком же порядке меняются общее содержание и запасы гумуса в почве и его состав. Интересно, что состав и свойства гумусане совпадают с отдельными климатическими показателями (осадки, радиационный баланс), но для почв умеренного климата хорошо коррелируют с уровнем биологической активности (Бирюкова, Орлов, 1978). Период биологической активности (т. е. период нормальной вегетации растительности и активной микробиологической деятельности) определяется в этом случае как время, когда температура воздуха устойчиво превышает 10°, а запас продуктивной влаги в почве составляет не менее 1—2%.

Зависимость гумусообразования от температуры объясняет, почему почвы тропической зоны очень бедны гумусом. Здесь идет мощный процесс переработки остатков — при высоких температурах и влажности очень активны сапротрофы. В тундре растительные остатки почти не разлагаются, не минерализуются; при низких температурах очень мала активность салротрофов. В степной зоне, где много тонких корней трав и опада надземных частей, которые довольно медленно минерализуются, почва на большую глубину приобретает темную окраску. Масса гумуса здесь намного превышает фитомассу одной генерации растений и образуется чернозем — одна из плодороднейших почв. В лесной почве древесные корни живут дольше, чем корни трав, запасы органического вещества в почве леса меньше, чем в степи. Лесные почвы беднее гумусом, но часто имеют хорошо выраженный особый горизонт органических веществ, лежащий почти на поверхности, непосредственно под подстилкой. Наконец, в сырых заболоченных местах, где степень. разложения очень низка из-за малой активности сапротрофов, формируются различные типы торфов.

В ненарушенных фитоценозах устанавливается определенное (равновесие между запасом подстилки, количеством органического вещества в почве и фигомассой, и такое равновесие весьма важно, поскольку содержащиеся в опаде резервные питательные вещества остаются в распоряжении всей данной экосистемы и образующиеся при минерализации питательные элементы постепенно потребляются зелеными растениями. Отчуждение фитомассы или удаление опада ведет к обеднению почвы (питательными элементами. Если минерализация органического вещества почвы происходит быстро (например в тропическом лесу), то минеральные элементы очень скоро высвобождаются и становятся доступными зеленым растениям, что обусловливает создание большой фитомассы (хотя при этом надо учитывать и повышенную возможность вымывания минеральных веществ из почвы).

Таким образом, сложный цикл превращения органических веществ (опад —> гумификация —> минерализация —> возврат в растение) постоянно (поддерживает достаточное содержание биологически важных элементов, а плодородие почвы во многом зависит от скорости возврата отнятых у нее элементов. Некоторые элементы теряются, уходя в атмосферу или с дренирующими водами через сток. Но продолжающееся выветривание, фиксация азота, отложение пыли — все это восстанавливает часть утраченных элементов. Вообще зеленые растения отдают почве больше, чем берут от нее. Они изымают сравнительно малое количество растворенных веществ, а возвращают большую массу органических веществ: целлюлозу, лигнин, крахмал, сахара, жиры, протеины и т. д. Это позволяет развиваться в почве многим животным, а также тем организмам, которые питаются этими животными.

Заключение

Органические вещества почвы — это, по сути, комплекс органических соединений, входящих в состав почвы. Их присутствие — один из основных признаков, отличающих почву от материнской породы. Формируются органические вещества в процессе разложения растительного и животного материалов и представляют собой важнейшее звено обмена веществ живой и неживой природы. Количество органические вещества почвы и их природа во многом определяют направление процесса почвообразования, биологические, физические, химические свойства почвы и её плодородие. В органические вещества почвы входят в том или ином количестве растительные и животные остатки в различной степени разложения при обязательном преобладании гумусовых веществ.

Другими словами, в почве содержится некоторое количество органического вещества. В органогенных (торфяных) почвах оно может преобладать, в большинстве же минеральных почв его количество не превышает нескольких процентов в верхних горизонтах.

В состав органического вещества почвы входят как растительные и животные остатки, не утратившие черт анатомического строения, так и отдельные химические соединения, называемые гумусом. В составе последнего находятся как неспецифические вещества известного строения (липиды, углеводы, лигнин, флавоноиды, пигменты, воск, смолы и т. д.), составляющие до 10—15% всего гумуса, так и образующиеся из них в почве специфические гумусовые кислоты.

Органическое вещество почв — это совокупность живой биомассы и продуктов их метаболизма, органических остатков растений, животных и микроорганизмов, гумуса — специфического вещества почв.

В формировании плодородия почвы основную роль играют конечные продукты гумификации, т. е. гумусовые вещества (гуминовые и подвижные фульвокислоты). Однако накопление в составе гумуса запасов питательных веществ означает одновременно и их иммобилизацию, поскольку они переходят в малодоступную форму. Кроме питательных веществ гумус содержит (И физиологически активные компоненты; некоторые из них могут вызывать не только стимулирующее влияние, но иногда оказывают ингибирующее или даже токсическое воздействие. Гумус улучшает структуру почвы, ее физические свойства.

Степень гумификации, т. е. степень переработанности исходных веществ, зависит от объема ежегодно поступающих в почву растительных остатков, от интенсивности их переработки и времени воздействия на них самой почвы в течение вегетационного периода. Величина степени гумификации достигает наиболее высоких значений в почвах черноземного типа и уменьшается как к северу (к подзолистым и тундровым почвам), так и к югу (к каштановым почвам и сероземам). В таком же порядке меняются общее содержание и запасы гумуса в почве и его состав. Интересно, что состав и свойства гумусане совпадают с отдельными климатическими показателями (осадки, радиационный баланс), но для почв умеренного климата хорошо коррелируют с уровнем биологической активности (Бирюкова, Орлов, 1978). Период биологической активности (т. е. период нормальной вегетации растительности и активной микробиологической деятельности) определяется в этом случае как время, когда температура воздуха устойчиво превышает 10°, а запас продуктивной влаги в почве составляет не менее 1—2%.

Гумусовые вещества представляют собой гетерогенную полидисперсную систему высокомолекулярных азотосодержащих ароматических соединений кислотной природы. Содержание гумуса колеблется в почвах от 0,5% в пустынных почвах до 15% в черноземах лесостепной зоны. Все генетические и агрономические свойства и режимы почв связаны с содержанием и составом органического вещества.

Источники гумуса:

· остатки растений

· остатки животных и микроорганизмов Растения в БГЦ имеют биомассу, превышающую биомассу животных и микроорганизмов в десятки и сотни раз. Поэтому растительный опад и продукты метаболизма высших растений дают основной материал, из которого образуется гумус. Специфический химический состав животных и микроорганизмов, высокое содержание в них белков определяют их роль в обогащении гумуса азотом.

Таблица 1 Источники гумуса в различных ландшафтах

*К/Н — отношение корневой массы к надземной Горбылева А. И., Почвоведение с основами геологии, Минск: «Новое знание», 2002.

В составе гумуса выделяют 3 группы: гуминовые кислоты (ГК), фульвокислоты (ФК), гумины.

Гуминовые кислоты (ГК) — группа темно-окрашенных от бурых до черных ГК, которые хорошо растворяются в минеральных кислотах и в воде. Из щелочных растворов ГК осаждаются водородом минеральных кислот, а также двухи трехвалентными катионами. Основными компонентами молекулы являются ядро, периферические боковые цепи и функциональные группы. Ядро молекулы представлено ароматическим или гетероциклическими кольцами типа бензола, пиридина, нафталина и др. Ядерные фрагменты соединены между собой углеродными — С-С-, кислороднымиО-, азотными — N -, углеводороднымиСН2 — мостиками и образуют рыхлое сетчатое строение. Боковые цепи содержат функциональные группы, преимущественно карбоксильные — СООН и фенолгидроксильные (-ОН) с участием метоксильных, карбонильных, амидных, которые предопределяют кислотную природу этих соединений. Н* функциональных групп способен замещается на металлы. При этом образуются соли ГК — гуматы.

Органическое вещество играет ведущую роль в биологическом режиме почв. Источники гумуса поддерживают в почвах определенный уровень биологической активности; собственно гумусовые вещества способствуют сохранению микроорганизмов в почвах и создают комфортные условия для их функционирования. Повышенная биологическая активность почв способствует снижению численности патогенных микроорганизмов, ускоряет микробиологическую деградацию пестицидов.

1. Банникова А. Г., Вакулин А. А., Рустамов А. К., Основы экологии и охрана окружающей среды, М: «Колос», 1999

2. Ганжара Н. Ф., Почвоведение, М: «Агроконсалт», 2001.

3. Голубев И. Ф., Почвоведение с основами геоботаники, М: «Колос», 1982.

4. Горбылева А. И., Почвоведение с основами геологии, Минск: «Новое знание», 2002.

5. Желдак В. И., Атрохин В. Г, Лесоводство, М: ВНИИЛМ, 2002.

6. Кауричев И. С., Почвоведение, «Агропромиздат», 1989.

7. Ковда В. А., Почвоведение, М: «Высшая школа», 1988.

8. Редько Г. И., Редько Н. Г, История лесного хозяйства, М: МГУЛ, 2002.

9. Наумов В. Д., География почв, М: «КолосС», 2008.

10. Малков В. Е., Генезис, свойства и морфология почв, ИЦ ВГМХА, 2006.

11. Малков В. Е., Почвоведение: методические указания, ИЦ ВГМХА, 2005.