ПОЧВОВЕДЕНИЕ. ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВ

 

 

Гумус. Образование специфических органических веществ в почве – гумусообразование

 

Наряду с процессами распада органических остатков и редукции сложных органических молекул в почве протекает процесс синтеза гумусовых веществ. Они образуются из «обломков» биологических макромолекул или их мономеров, которые оказываются в почве благодаря метаболизму ее живого населения и деятельности экзоферментов.

 

Пути и механизмы образования гумусовых кислот издавна интересуют исследователей. Познание гумусовых веществ началось с их химического анализа. К концу XIX в. наряду с анализом стали освещаться вопросы возможного синтеза гумуса почв. Зачинателем биологического направления в теории гумусообра- зования можно считать М. В. Ломоносова, который писал в 1761 г. в работе «О происхождении перегноя», что почвы произошли «от согнития животных и растущих тел со временем». Большая заслуга в развитии этого направления принадлежит П. А. Костычеву, который экспериментально показал, что почвенное органическое вещество является продуктом жизнедеятельности животных и растительных организмов и в особенности почвенных микроорганизмов.

 

Прямым развитием этих работ были исследования С. П. Крав- кова и его ученика А. Г. Трусова. Трусов полагал, что легкоусвояемые органические кислоты являются косвенным источником гумусовых веществ, так как предварительно превращаются в плазму микроорганизмов. Трудноусвояемые органические вещества — лигнин, дубильные вещества и другие вещества сложной ароматической природы — являются прямым источником гумусовых веществ.

 

Продукты их распада окисляются, конденсируются и превращаются в темноокрашенные сложные гумусовые вещества. Темноокрашенные гумусоподобные продукты получил Л. С. Майард (1912, 1917), соединив аминокислоты с углеводами. В. Р. Вильяме (1897, 1914, 1939) образование гумуса рассматривал как процесс перемежающего синтеза органического вещества в высших организмах и разложения его микроорганизмами после отмирания, что и ведет к гумусообразованию.

 

Направленность биохимических процессов и особенность химизма почвенного гумуса, по Вильямсу, определяется типом биологических группировок зеленых и бесхлорофилловых растений: древесная расти- тельностъ и связанные с ней грибы, актиномицеты и анаэробные бактерии способствуют синтезу креповых кислот (фульвокислот), растворимых в воде, способствующих подзолообразованию; луговая травянистая растительность и ассоциирующиеся с ней аэробные и анаэробные микроорганизмы обусловливают синтез ульми- новых кислот (бурых гуминовых); стенная травянистая растительность в комплексе с аэробными микроорганизмами обеспечивают формирование гуминовых кислот.

 

 

В. Р. Вильяме предложил очень обобщенную схему гумусообразования. Но он обратил внимание на комплекс факторов гумусообразования и среди них на источники органического вещества, «разлагатели» и условия гумусообразования. Ошибочным было представление В. Р. Виль- ямса о том, что гумусовые кислоты представляют собой экзоэн- зимы.

 

Комплексному биохимическому подходу противостояло представление исследователей химии угля и торфа (Ж. Фишер и Г. Шрадер, 1921, 1922; В. Фукс, 1931, 1936), которые полагали, что лигнин растительных остатков, почти не изменяясь, составляет основу почвенного перегноя. В дальнейшем С. Ваксман (1937) развил эти представления, создав теорию образования гумуса как лигнино-протеинового комплекса. Согласно этой гипотезе взаимодействие лигнина с протеином протекает в результате химической конденсации по типу шиффовых оснований. Следовательно, по Ваксману, гумус не представляет собой ничего специфического.

 

Советская школа исследователей органического вещества во главе с И. В. Тюриным внесла решающий вклад в изучение состава, свойств и путей образования органического вещества в различных типах почв СССР. Тюрин рассматривал гумусообразо- вание как сочетание ряда противоречивых процессов: растительные и животные остатки разлагаются под влиянием почвенных животных, микроорганизмов и абиотических факторов; продукты разложения — соединения циклического характера и синтезированная микроорганизмами плазма — в результате окисления и полимеризации с участием катализаторов дают устойчивые специфические гумусовые соединения.

 

Эти позиции разделяла М. М. Кононова, которая рассматривала гумусовые вещества как продукт конденсации мономеров ароматических соединений фенольного типа с аминокислотами и протеинами: фенолы окисляются через семихиноны до хинонов и последние взаимодействуют с аминокислотами при участии ферментов типа фенолоксидаз. Кононова предложила схему процессов гумификации, из которой следует, что все растительные остатки в процессе гумификации проходят стадию ассимиляции микроорганизмами.

 

Большое внимание процессам гумификации и связи их с почвообразованием уделили французские исследователи Ф. Дюшо- фур, Ф. Жакен, Веди и др. Ф. Дюшофур (1972) предложил под процессом гумификации понимать совокупность процессов, ведущих к образованию коллоидного комплекса, трансформированного биохимическим путем из растительных остатков и связанного физико-химическими узами с минеральными коллоидами. Процесс гумификации, по Дюшофуру, имеет две фазы. Первая — биологическая, относительно короткая, в которой господствуют микроорганизмы и их энзимы, завершается образованием «молодого гумуса» с незрелыми связями с минеральной частью почвы. Вторая — фаза созревания — климатическая, более продолжительная и обусловленная сезонными контрастами климата, завершается формированием зрелого гумуса и упрочением связей с минеральной частью почвы. По мнению Дюшофура, лишь карбонаты и вторичные минералы почвы оказывают стабилизирующее действие на гумус, а климат (особенно в сухой период), способствует усилению процесса полимеризации, что приводит к доминированию серых гумусовых кислот над бурыми. Полимеризация и стабилизация гумусовых кислот, по мнению Дюшофура, обусловлены процессом дегидратации.

 

Большой вклад в изучение процессов гумификации внесла JI. Н. Александрова со своими учениками. Л. Н. Александровой разработана схема гумусообразования, включающая процессы распада органических остатков, микробный синтез, гумификацию, взаимодействие с минеральной частью почвы и, с другой стороны, процесс минерализации и вовлечения минеральных компонентов в биологический круговорот ().

 

Рассматривая эту схему, следует продукты микробного синтеза также считать источником гумусовых кислот, соединить эти блоки процессом гумификации и показать, что продукты полураспада могут взаимодействовать с минеральной частью почвы и вымываться за пределы почвенного профиля.

 

Под руководством Л. Н. Александровой была проведена серия целенаправленных работ по изучению динамики процесса гумификации различных растительных остатков в условиях модельных экспериментов. В понятии Л. Н. Александровой гумификация — сложный биофизико-химический процесс трансформации промежуточных высокомолекулярных продуктов разложения органических остатков в особый класс органические соединения — гумусовые кислоты.

 

Л. Н. Александрова (1970) ранее Ф. Дюшофура (1972) выделила ряд этапов процесса гумификации. Начальный этап, по Л. Н. Александровой, — биохимическое оксилительное кислото- образование, т. е. формирование системы гумусовых кислот, подвергающихся в дальнейшем длительным и сложным процессам трансформации. В это же время формируется азотистая часть молекулы гумусовых кислот. На первом этапе происходит и фракционирование образующихся гумусовых кислот по степени растворимости на группу гуминовых и фульвокислот. В результате взаимодействия с минеральной частью почвы образуются органоминеральные соединения.

 

Вторая стадия выражается в постепенном нарастании ароматизации вследствие частичной деструкции алифатических цепей, путем гидролиза и процессов окисления при участии окислительных ферментов. Стадия минерализации гумусовых веществ завершает процесс их трансформации.

 

Скорость и характер гумификации зависят от ряда факторов, среди которых JI. Н. Александрова называет количество и характер поступления растительных остатков, их химический состав, режим влажности и аэрации, реакцию среды и окислительно- восстановительные условия, интенсивность микробиологической деятельности и групповой состав микроорганизмов, а также гранулометрический, минералогический и химический состав минеральной части почвы. Анализ этих факторов в их взаимодействии позволил JI. Н. Александровой охарактеризовать основные типы гумификации органических остатков в почве: фульватный, гуматно-фульватный, фульватно-гуматный и гуматный.

 

Д.С.Орлов (1977) ввел понятие глубины гумификации (Н), характеризующее процесс гумификации в разных типах почв: H=f (Q, I, t), где Q — общая масса ежегодно поступающих в почву и подвергающихся гумификации растительных остатков; I — интенсивность их трансформации, пропорциональная биохимической активности почв; t — биологически активное время (близкое к длительности вегетационного периода).

 

 

К содержанию: Ковда, Розанов: Почвообразование

 

Смотрите также:

 

Химия почвы      Грунтоведение    Органическое вещество почвы и рост растений. 

 

 Органическое вещество почвенного раствора  гумус - перегной   содержание гумуса в почве   Подготовка и удобрение почв