Глава 9. ОРГАНИЧЕСКИЕ И ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА В ПОЧВАХ

М.А. Глазовская

Смотрите также:

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Фитоценология - геоботаника

Химия почвы

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Черви и почвообразование

Дождевые черви

Вернадский. Биосфера

Геохимия - химия земли

Минералогия

Земледелие. Агрохимия почвы

Справочник агронома

Происхождение растений

Ботаника

Биология

Эволюция биосферы

Земледелие

Геоботаника

Биографии биологов, почвоведов

Эволюция

Роль микроорганизмов в процессах гумификации и минерализации органических веществ

Органические вещества неспецифической природы поступают в почву и претерпевают в ней ряд превращений, приводящих к их минерализации и к формированию из промежуточных продуктов разложения и продуктов жизнедеятельности микроорганизмов — новых, специфических высокомолекулярных органических соединений — гумусовых веществ почвы. Процессы минерализации и гумификации протекают одновременно, сложным образом сочетаясь друг с другом. Оба процесса идут при активном участии обитающих в почве микроорганизмов {бактерий, грибов, актиномицетов), фауны беспозвоночных, воды и кислорода.

Механизм воздействия микроорганизмов на растительные остатки заключается в выделении ими в процессе жизнедеятельности особых веществ — ферментов, или энзимов, которые действуют как катализаторы, т. е. как ускорители химической реакции. В результате воздействия различных ферментов идут разнообразные биохимические реакции: гидролиза, окисления, восстановления, сбраживания и др.

Обитающие в почве микроорганизмы делятся по отношению к пище на автотрофные и гетеротрофные. Этими отношениями в значительной мере определяются их функции в процессах разложения и синтеза органических веществ. В процессах минерализации и гумификации особенно большое значение имеет группа гетеротрофных микроорганизмов. Они нуждаются в готовом органическом веществе и живут за счет энергии, выделяющейся при его разложении.

По отношению к воздуху микроорганизмы делятся на аэробные и анаэробные.

Аэробные микроорганизмы — все грибы, большая часть актино- мицетов и многие бактерии, живут при свободном доступе кислорода воздуха. Функции их весьма разнообразные. Имеется группа целлюлозоразрушающих аэробов: бактерии — Cytophaga lutea, Cellvibrio fulva, грибы — Trichoderma, Fusarium, некоторые виды Aspicilium и некоторые актиномицеты. Ряд микроорганизмов окисляет пектиновые вещества (Bacillus subtilis, Вас. mesentericus и др.),жиры (Bacillus fluorescens, Aspergillus niger) и углеводороды.

Анаэробные микроорганизмы живут без доступа кислорода воздуха или при его недостатке. Необходимый для процессов дыхания и в качестве энергетического материала кислород они получают от различных химических кислородных соединений. В анаэробном разложении клетчатки участвуют бактерии из рода Clostridium, Caducens, Plectridium, вызывающие процессы брожения с образованием недоокисленных соединений (спиртов, органических кислот и др.). Разложение идет медленно, часто до стадии торфа.

В процессах минерализации ряда органических веществ участвуют не только гетеротрофные, но и хемотрофные микроорганизмы, получающие необходимую им для ассимиляции углекислоты и других компонентов энергию за счет экзотермических химических реакций. К числу таких реакций принадлежит окисление азота и серы.

В минерализации белков участвуют различные группы аэробных микроорганизмов, окисляющих азот. Весьма разнообразна группа микроорганизмов аммонификаторов, аммонифицирующих белковые вещества: Bad. vulgare, Bad. fluorescens, Bad. coli, Bad. mycoides, Bad. mesentericus, Bad. megatherium и ряд других. В результате их деятельности в почвах появляется аммиачный азот.

Общая схема разложения белков такова. В результате расщепления белковой молекулы выделяются свободные аминосоедине- ния, в которых связанный азот подвергается аммонификации с выделением аммиака и образованием углекислого аммония (вследствие реакции аммиака с угольной кислотой, растворенной в почвенной влаге). Аммиачные соединения подвергаются дальнейшему окислению, или нитрификации. Окисление аммиачного азота сначала идет до азотистой кислоты HN02 по схеме

2NH3 + 302 = 2HN02 + 662 КДЖ В нем участвуют нитрозные бактерии (Nitrosomonas, Nitrosocys- tis, Nitrosospera). В дальнейшем окислении азотистой кислоты в азотную участвует бактерия из рода Nitrobacter: / 2HN02 + О2 = 2HN03 -f-179 кДж

Азотная кислота, взаимодействуя с катионами почвы (Са, Na, К), образует различные селитры — азотнокислые соли. Они легко растворимы и свободно усваиваются корнями растений. Выделяющаяся при окислении азота энергия позволяет бактериям- нитрификаторам ассимилировать атмосферную углекислоту. Как и хлорофиллоносные растения, они автотрофны по отношению в углероду. Процесс усвоения атмосферной углекислоты бактериям» получил название хемосинтеза.

Окисление серы, входящей в состав белковых тел и выделяющейся при разложении белка в виде сероводорода, осуществляется в почвах особыми серобактериями и называется сульфуризаци- ей или сульфофикацией. Схема его такова:

H2S + 0->S+H20; S + 30 + H20 — H2S04

Образующаяся при сульфуризации серная кислота дает с различными катионами соли, большая часть которых хорошо растворима в воде й доступна корням растений.

Под совокупным воздействием аэробных микроорганизмов происходят быстрое окисление и минерализация органических остатков с образованием кислородных соединений. Углерод окисляется до углекислоты С02, водород — до воды Н20, азот — до азотистой HN02 И азотной HN03 кислоты, фосфор — до фосфорной кислоты Н3РО4, сера — до серной кислоты H2S04. Получается ряд сильных кислот, которые соединяются с имеющимися в почве или в золе растений основаниями, образуются различные соли. Многие из этих солей растворимы в воде и служат источником пищи для растений.

Процесс разложения органических остатков, идущий при свободном доступе кислорода, называется тлением. При недостатке кислорода идут при участии анаэробных микроорганизмов процессы восстановления минеральных соединений. Нитраты восстанавливаются до аммиака и молекулярного азота. Этот процесс называется денитрификацией и совершается при участии Bad. denitrificans и других анаэробных организмов по схеме

HN03 —,HN02-^NH3

Сульфаты восстанавливаются до сероводорода при действии анаэробной бактерии Spirillium (vibrio) desulfuricans. Этот процесс называется десульфуризацией:

H2S04—>H2S03—>H2S

Таким образом, под влиянием жизнедеятельности анаэробов ряд химических элементов, меняющих свою валентность (N, S, Fe, Мп и др.), восстанавливается. При анаэробном разложении органических соединений продуктами минерализации являются бескислородные соединения: водород Н, метан СН4, аммиак NH3, молекулярный азот N, фосфористый водород РН3, сероводород H2S- Эти газообразные вещества входят в состав почвенного воздуха и частично при газообмене с атмосферой удаляются из почвы. Процессы анаэробного разложения органических остатков называются гниением.

К содержанию книги: МАРИЯ АЛЬФРЕДОВНА ГЛАЗОВСКАЯ - Общее почвоведение и география почв