ПОЧВОВЕДЕНИЕ. ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВ

Разложение химических компонентов в почве. Источник азота в органическом веществе почв

Белки остатков микроорганизмов, животных и растений активно распадаются на составляющие их аминокислоты при участии ферментов протеаз. Часть их усваивается микроорганизмами, а часть дезаминируется. Белки отмирающих организмов служат одним из основных источников азота в почве.

Растительные остатки содержат обычно около 1% азота и отношение в них углерода к азоту (C:N) может достигать 50. По мере трансформации органических остатков органическое вещество почвы обогащается азотом и отношение C:N суживается до 1:10—1:12. Поэтому отношение C:N служит косвенным показателем степени гумификации органического вещества. Наряду с органическими остатками источником азота в почве служат атмосферные осадки, с которыми в почву в среднем поступает 8—10 кгДга'год) азота.

Третьим источником азота в органическом веществе почв служат микроорганизмы-азотофиксаторы. По последним данным, многие микроорганизмы ризосферы растений способны усваивать атмосферный азот. Количество фиксируемого ими азота за сезон может достигать (в кг/га) в лесу 25, на лугу более 50, на злаковом поле 30—40 (М. М. Умаров, 1983). Клубеньковые бактерии, развивающиеся на корнях растений семейства бобовых, также обогащают почву азотом атмосферы. На поле, засеянном клевером, связывание атмосферного азота может достигать, по Д. Н. Прянишникову, 150 кг/га.

Отщепление азота от аминокислот в форме аммиака называют аммонификацией. В почве аммиак соединяется с имеющимися кислотами, например угольной, уксусной и др., образуя их соли аммония. Ион аммония может поглощаться почвой, растениями и микроорганизмами.

Частично аммиак окисляется с образованием иона азотистой кислоты, а затем — азотной. Этот процесс, открытый С. Н. Вино- градским, называют нитрификацией. Первая стадия окисления аммиака до азотистой кислоты идет при участии бактерий рода Nitrosomonas, дальнейшее образование азотной кислоты идет при участии Nitrobacter. Источником углерода для этих бактерий служит С02. Энергию для расщепления молекулы С02 они получают при реакции окисления аммиака.

Ионы N03 азотной кислоты усваивают микроорганизмы и высшие растения для синтеза белков. Но при определенных условиях, когда затруднен доступ воздуха в почву, аэробные микроорганизмы начинают использовать кислород окисленных азотных соединений. Азотная кислота при этом восстанавливается с выделением свободного газообразного азота или монооксида (N O). Этот процесс называется денитрификацией.

Так совершается круговорот азота в почве. В различных типах почвы и под различными типами растительности азотное питание может складываться по-разному: оно может быть аммиачным, как в заболоченных почвах, нитратно-аммиачным, как в почвах хвойных лесов, и нитратным, как в почвах луговых степей и других хорошо аэрированных почвах.

Исследования моно- и дисахаридов последовательно в живом растительном материале, затем в опаде и подстилке показали изменение их содержания соответственно от 4—9% до десятых долей процента. Уровень содержания дисахаридов более высокий, чем моносахаридов. Перепад содержания Сахаров по мере трансформации растительных остатков связан с постоянной утилизацией этих компонентов дрожжами и другими микроорганизмами.

Белки и сахара наиболее быстро разлагаются в почве.

Зерна крахмала в растениях структурированы, имеют оболочку из белка, иногда с присутствием целлюлозы. Гидролиз крахмала осуществляется при участии фермента амилазы. По мере трансформации растительных остатков идет быстрое и резкое уменьшение содержания крахмала.

Целлюлозу могут разлагать лишь около 5% микроорганизмов, синтезирующих ферменты — целлюлазы. Молекула целлюлозы структурирована Фибрилла, в которую она скручена, покрыта оболочкой из пектина и воска, которые составляют лишь 4%, но понижают скорость разложения на 2 порядка.

В тундровой зоне процесс разложения целлюлозы заторможен. В течение года потери целлюлозы (в % по массе) на тундровых глеевых почвах составили около 5, на тундровых почвах пятен — 2—3, на болотно-тундровых — 0,5. Для минерализации целлюлозы растительных остатков требуется в тундровых почвах пятен — от 30 до 50 лет, в тундровой глеевой — от 20 до 30, в болотно-тундровой — около 200 лет. В хвойных лесах на подзолистых почвах полная минерализация целлюлозы протекает в течение 5—6 лет, на дерново-подзолистых — 3—4, в злаковых степях на типичных черноземах — 2 лет.

Липиды разлагаются медленнее белков, сахаридов и крахмала. Со временем скорость их трансформации замедляется и становится меньше, чем растительных остатков в целом. Происходит относительное накопление липидов. Картина осложняется нарастанием биомассы грибов, участвующих в разложении опада, так как клетки грибов содержат до 20% липидов.

Ароматические соединения разлагаются преимущественно под воздействием грибов. В расщеплении лигнина принимают участие ферменты оксидоредуктазы, лиазы, эстеразы, лакказы. Исследование скорости трансформации лигнина в растительном опаде хвойных лесов показало, что, в то время как идет утилизация белков и углеводов, лигнин, как наиболее устойчивое в силу своей структуры соединение, относительно накапливается в разлагающемся материале.