Как образуется гумус, полезные свойства гумуса для почвы. Ведущий фактор плодородия разных типов почвы — гумус Наибольшее содержание гумуса в почвах

Просмотры: 4969

18.10.2017

Всем известно, что плодородный чернозем чрезвычайно богат гумусом (лат. «humus » - «земля, почва» ). Он образуется в результате преобразования животных и растительных органических остатков в стабильные питательные соединения, которые длительное время сохраняются в почве, способствуя росту и развитию растений.

В гумусе находится все необходимое для осуществления процесса фотосинтеза, поэтому он является своеобразным «хлебом» для растительных культур. Чем выше процентное содержание гумуса в почве и чем мощнее плодородный слой земли, тем лучше становится водный, воздушный и тепловой режимы грунта, тем благоприятнее среда для живущих в нем полезных микроорганизмов и бактерий, тем активнее происходит преобразование нитратов в углекислоты, тем больше вырабатывается полезных микро и макроэлементов. По этой причине сохранение и приумножение запасов гумуса является одной из приоритетных задач земледельцев.

В гумусе сконцентрировано девяносто восемь процентов всех запасов почвенного азота, шестьдесят процентов фосфора и восемьдесят процентов калия, поэтому природная сельскохозяйственная технология не дает сбоев.

Почва считается плодородной и благоприятной для выращивания растений, если содержание в ней гумуса составляет от трех до пяти процентов. Больше всего его содержит чернозем, структура которого формировалась на протяжении многих веков. Именно в черноземе происходит наибольшая активность микробов и бактерий, в нем же, как правило, массово обитают дождевые черви, которые способствуют образованию гумусовых соединений и играют важную роль в почвенных процессах.

В составе почвенного гумуса выделяют специфическую часть (85 - 90 % всего гумуса), представленную гумусовыми веществами, и неспецифическую часть (10 - 15%), представленную негумифицированными органическими веществами. Последние по своему составу могут, быть весьма разнообразны и включать: азотистые соединения (белки, ферменты, аминокислоты), углеводы (моносахариды, олигосахариды, полисахариды), липиды (жиры, воски, фосфолипиды), дубильные вещества (таннины, галловая кислота, флобафены и другие полифенолы), органические кислоты; кроме того, лигнины, смолы, спирты, альдегиды.

Гумусовые вещества почвы представлены гуминовыми и фульвокислотами, а также гуминами.

Как повысить содержание гумуса в почве?

Во-первых, следует каждый год компенсировать потери гумуса, израсходованные на выращивание культурных растений. Для этого аграриям необходимо ежегодно производить возврат органических веществ в виде удобрений назад в почву. В правильно подготовленном удобрении содержатся все необходимые соединения и элементы, призванные обеспечивать растениям полноценное и сбалансированное питание.

В качестве органики аграрии чаще всего применяют перегнивший навоз или измельченную солому, которая позволяет ежегодно увеличивать количество гумуса до семисот (!) килограмм на гектар площади.

Во-вторых, следует помнить, что внесение органики в почву – это лишь половина дела, поскольку земледельцам необходимо еще создать условия, при которых элементы питания будут легко усваиваться растениями. Для этого органические удобрения необходимо забороновать, чтобы они стали составляющей верхней плодородной части земли.

В-четвертых, для повышения уровня гумус, аграриям следует использовать растения – сидераты или так называемое «зеленое удобрение», то есть культуры, которые растут в качестве смежных и обладают при этом способностью усиливать действие других удобрений и ускорять микробиологические процессы в грунте. Как правило, сидерация представляет собой процесс выращивания растений с целью их последующей запашки. Для этой цели чаще всего применяют люпин (запашка этого зеленого удобрения равноценна внесению семидесяти (!)тонн навоза в расчете на один гектар площади) или другие бобовые культуры.

Люпин насыщен белковыми веществами и является превосходным источником биологического азота. В качестве сидеральных культур земледельцы используют также такие растения как: сераделла, клевер, донник, белая горчица, рожь и гречиха.

В-пятых, почву необходимо систематически разрыхлять, производя регулярное культивирование или мульчировать, применяя для мульчи торф, солому или отходы деревопереработки.

Аграриям следует также помнить о том, что применение традиционной отвальной технологии обработки земли постепенно ведет к снижению почвенного плодородия за счет интенсивного разложения органических веществ, чрезмерного распыления почвы и разрушения ее структуры. Поэтому в настоящее время все большую популярность у земледельцев завоевывает способ нулевой обработки почвы, который называется «No-Till» технологией, что означает «без рыхления, без обработки».

Данный способ обработки почвы позволяет не только сохранить гумус, но увеличивает скорость его образования.

Существует еще один метод безотвальной обработки земли, который имеет как ярых сторонников, так и противников – это способ обработки почвы с помощью плоскорезов, также создающий благоприятные условия для сохранения структуры гумуса.

На самом деле уровень плодородия почвы можно сравнить с депозитным счетом в банке. Если все деньги снять одним махом, доход сразу прекратится. Ровно также происходит и в агрономии. Если почву не подкармливать - это в итоге приведет к ее истощению и, соответственно снижению урожайности в будущем.

В любом случае обеспечение положительного баланса гумуса, а также сохранение и постоянное увеличение его запасов является гарантией получения стабильно богатого урожая.

Органическое вещество почвы представляет собой важнейшее звено обмена веществ и энергии между живой и неживой природой. Это комплекс органических соединений, входящих в состав почвы. Представлены в основном гумусом (на 80–90%); неспецифическими для почвы углеводами; жирами, белками, а также остатками растений, животных. Основным источником органического вещества в почве являются остатки зеленых растений.

Различают следующие формы нахождения органического вещества в почве.

1. Неразложившиеся или слаборазложившиеся остатки преимущественно растительного происхождения, буроокрашенные. Образуют лесную подстилку, степной войлок, торфяные горизонты. Это так называемый грубый гумус, или мор.

2. Остатки в стадии глубокого разложения, образующие рыхлую темно-бурую или черную массу, под микроскопом – полуразложившиеся остатки. Эта форма получила название модер (труха).

3. Специфические органические образования, представляющие собой собственно гумус, составляющие 85–90% от органического вещества почвы. Это – муллевая форма.

Состав органических остатков, поступающих в почву, довольно сложный. Основную массу их представляют углеводы – сахароза, фруктоза, глюкоза, крахмал, клетчатка. Вместе с органическими веществами в почву поступают азотсодержащие соединения – аминокислоты, белки, алкалоиды, а также лигнин, дубильные вещества, смолы, органические кислоты (щавелевая, лимонная, винная).

Органические остатки, поступившие в почву, подвергаются различным биохимическим и физико-химическим преобразованиям. Подъем ферментов, выделяемых микроорганизмами, изменяется анатомическое строение остатков, а сложные органические соединения распадаются на более простые – их называют промежуточными продуктами преобразования органических остатков.

Спектр промежуточных продуктов преобразования органических веществ, как видно, довольно разнообразный. Большая их часть окисляется до конечных продуктов – углекислого газа, воды, простых солей. А промежуточные продукты преобразования используются гетеротрофными бактериями для питания и построения плазмы и таким образом вновь образуются в сложные соединения – белки, углеводы и др. И, наконец, часть промежуточных продуктов участвует в синтезе гумусовых веществ.

Процесс синтеза этих веществ протекает в условиях биокатализа, действия ферментов, выделяемых микроорганизмами. Сущность этого процесса сводится к тому, что промежуточные продукты разложения opганического вещества, попадая под воздействием реакций биохимического окисления, поликонденсации, полимеризации, дают качественно новые органические соединения, которые называют гумусовыми, или перегнойными, а процесс их образования – гумификацией. Обычно под гумусом (от лат. humus – земля, почва) понимают группу темноокрашенных высокомолекулярных азотсодержащих органических веществ кислотной природы, большая часть которых – коллоиды. Собственно гумусовые вещества составляют 85–90% общего количества органических соединений почвы.

Наибольшее количество и качество гумуса дает травянистая растительность и ее корневая система. В образовании гумуса принимают участие простейшие животные почв и микроорганизмы, которые разрушают сложные органические вещества. Такой процесс называют биохимическим. В результате образуются две основные группы соединений: неспецифичный гумус (лигнин, целлюлоза, воски, смолы и др. полуразрушенные соединения) и специфический гумус (гуминовые и фульвокислоты, гумин). Специфический гумус выделяют щелочным реагентом. Та часть гумусовых веществ, которая не экстрагируется щелочью, называется гумином; экстрагируется щелочью и осаждаемая при окислении – гуминовой кислотой, а оставшаяся в растворе фракция – фульвокислотой. Строение гумуса очень сложное и не совсем выясненное. Фульвокислота наиболее подвижная, более агрессивная со светло-коричневым цветом. На Полесье она попадает в колодцы и создает в питьевой воде коричневый цвет. Лучший гумус тот, в котором преобладает гумин с гуминовой кислотой, как в наших дерновых почвах или в черноземных (Сr: Cф > 1). В большинстве почв суши преобладает фульватный состав гумуса. Наибольшее количество доброкачественного гумуса имеют черноземы (4–15%). Поэтому эти почвы самые плодородные.

Гумус в почве частично соединяется с глеем и коллоидными частичками, создавая органоминеральные соединения (хелаты). Они полезны тем, что замедляют минерализацию гумуса (создание золы – оксидов химических соединений), увеличивают содержание ценных элементов питания в доступной форме для растений и не дают возможность выносить удобрения в реки и озера.

В состав гумусовых включают и вещества исходных органических остатков (белки, углеводы, смолы и др.), промежуточные продукты преобразования органических остатков (аминокислоты, моносахариды, полифенолы и др.). В составе гумусовых веществ выделяют гумины – прочно связанный с минеральной частью почвы комплекс гумусовых кислот.

Установлено, что благоприятствует накоплению гумуса сочетание аэробных и анаэробных условий с чередованием периода достаточного и недостаточного увлажнения. В зависимости от отношения к различным растворителям выделяют следующие компоненты гумуса: фульвокислоты и гуминовые кислоты.

Велико значение гумуса в почвообразовании и формировании плодородия почв. Влияния гумусовых веществ на эти процессы разнообразное и весьма существенное. При участии гумуса образуются многие почвенные горизонты – А1 А2, В и др., формируется структура почвы и ее водно-воздушные свойства. Гумус повышает поглотительную способность почв, расширяет буферные возможности.

В гумусе накапливаются многочисленные элементы питания растений - N, Р, S, К, Са, микроэлементы, которые высвобождаются при разложении его гетеротрофами. Процессы разложения гумусовых веществ сопровождаются выделением углекислого газа, необходимого зеленым растениям для фотосинтеза.

Кроме того, гумус является источником биологически активных веществ в почве (ферменты, витамины, ростовые вещества), положительно влияющих на рост и развитие растений, мобилизацию элементов. Гумус выполняет и санитарно-охранную функцию: ускоряет разложение пестицидов, закрепляет загрязняющие вещества (сорбция, образование комплексов) и тем самым снижает их поступление в растения.

Количество гумуса, его качество (Гк/Фк), мощность гумусового горизонта в почвах различных географических зон неодинаково. Зональные типы почв отличаются и качеством гумуса. Большое влияние на гумификацию оказывает гранулометрический состав. Чтобы баланс гумуса в используемых почвах был положительным, необходимо систематически вносить в почву органические удобрения в достаточно высоких количествах. Положительно сказывается на повышении содержания гумуса в почве применение зеленых удобрений, травосеяние, известкование кислых почв и др.

Гумусовые горизонты формируются как результат непрерывной смены поколений растений. Лесная подстилка (Ао), промывной тип водного режима, фульватный тип гумуса – такова экологическая основа существования леса. А для трав – гумификация по гуматному типу, формирование темноокрашенной гумусовой толщи, аккумуляция в ней элементов питания.

Гумус как экологическая основа почвенного плодородия непосредственным образом влияет на условия жизнедеятельности растений, в том числе и культурных.

Почвенный гумус состоит из следующих основных групп органических веществ: гуминовые кислоты; фульвокислоты; гумины; органо-минеральные производные гумусовых кислот.

Гуминовые кислоты . Это высокомолекулярные азотосодержащие органические вещества, образующиеся при разложении отмерших растений и гумификации, окрашенные в черный или коричнево-черный цвет. Молекулярная-масса – от 400 до 1 000 000. Эти кислоты практически нерастворимы в воде и минеральных кислотах, но хорошо растворимы в щелочах, аммиаке, соде, пирофосфате натрия с образованием коллоидных растворов темной окраски (от вишневой до темно-коричневой и черной). Из растворов эти кислоты хорошо осаждаются водородом минеральных кислот, солями алюминия, железа, кальция, магния в виде аморфного студнеобразного осадка.

В состав гуминовых кислот входят (% по массе): углерод – 52-62, водород –2,8-6,6, кислород- 31-40, азот- 2-6.

Молекула гуминовой кислоты имеет ядро, боковые цепи и периферические функциональные группы. В ядро входят ряд ароматических циклических колец. Боковыми цепями могут быть углеводные, аминокислотные и другие цепочки. Функциональные группы представлены карбоксильными (-СООН) и феногидроксильными (ОН) группами, которые играют важную роль в почвообразовании, так как обуславливают процессы взаимодействия гуминовых кислот с минеральной частью почвы.

При взаимодействии с катионами аммония, щелочных и щелочноземельных металлов гуминовые кислоты образуют соли – гуматы. Гуматы обладают различными свойствами. Соли аммония, натрия и калия хорошо растворимы в воде. Они легко мигрируют по почвенному профилю с током атмосферных осадков. Гуматы калия и магния нерастворимы в воде и образуют в почве водопрочные гели, за счет клеящей и цементирующей способности которых формируется водопрочная структура почвы. Основная масса гуминовых кислот представлена гелями, прочно связанными с минеральной частью почвы.

Фульвокислоты . Это азотосодержащие высокомолекурярные органические кислоты, которые от гуминовых отличаются светлой (желтой, оранжевой) окраской, более низким содеражанием углерода, растворимостью в кислотах.

Элементный состав (% по массе): углерод – 41-46, водород – 4-5, азот –3-4. Содержание кислорода динамично и зависит от количества углерода, как правило, в фульвокислотах его больше, чем в гуминовых кислотах.

Фульвокислоты имеют сильнокислую реакцию и хорошо растворимы в воде. Благодаря этому они энергично разрушают минеральную часть почвы, причем степень их разрушительного действия определяется уровнем содеражания геминовых кислот. Гуминовые кислоты как бы ингибируют агрессивность фульвокислот.

Молекулы фульвокислот построены по такому же принципу, как и молекулы гуминовых, однако ядро менее выражено, боковых цепей несколько больше, а по количеству функционльных групп они значительно превосходят гуминовые кислоты.

Взаимодействуя с минеральной частью, фульвокислоты образуют соли – фульваты. Практически все фульваты растворимы в воде.

Гумины . Это часть гумусовых веществ, которые нерастворимы ни в одном растворителе. Они представлены комплексом гуминовых, фульвокислот и их органо-минеральных производных, прочно связанных с минеральной частью почвы.

Органо-минеральные производные гуминовых и фульвокислот

За счет многочисленных функциональных групп гумусовые кислоты, взаимодействуя с минеральной частью почвы, образуют органо-минеральные производсные. Эти взаимодействия могут осуществлятся путем сорбции гумусовых веществ минеральными соединениями твердой фазы почвы, путем образования комплексных гетерополярных солей (при взаимодействии с метеллами), путем образования простых гетерополярных солей (при взаимодействии со щелочными и щелочноземельными металлами).

Образование органо-минеральных производных придает стабильность гумусу, способствует его аккумуляции, накоплению микро- и макроэлементов, способствует агрегатообразованию.

В случае образования большого количества органо-минеральных производных фульвокислот может увеличиваться подвижность минеральных компонентов и, следовательно, потери их за счет выноса с током вод.

При техногенном загрязнении почв образование органо-минеральных производных играет исключительно важную роль, так как этот процесс способствует связыванию токсинов и загрязнителей.

Влияние природных условий на характер и скорость гумусообразования

Многообразие природно-климатических условий предопределяет различия в гумусообразовании. Характер и скорость гумусообразования зависят от целого ряда факторов, важнейшими из которых являются: водно-воздушный и тепловой режимы, гранулометрический состав, физико-химические свойства почвы, состав и характер поступления растительных остатков, видовой состав микрофлоры и ее активнось.

В зависимости от водно-воздушного режима гумусообразования протекает в аэробных или анаэробных условиях. При влажности почвы 60-80% от полной влагоемкости и температуре 25-30 0 С разложение растительных остатков протекает весьма интенсивно. Промежуточные продукты разложения органического вещества быстро минерализуются, высвобождается значительное количество элементов минерального питания, но гумуса накапливается мало. То есть в таких условиях процессы минерализации доминируют на процессами гумификации.

При постоянном и значительном недостатке влаги количество растительного опада невелико, процессы трансформации замедлены. Это приводит к накоплению гумуса в небольших количествах.

При постоянном избытке влаги (анаэробные условия) процессы гумусообразования замедляются, особенно если избыток влаги сочетается с низкими температурами. В разложении растительных остатков участвуют анаэробные бактерии. Промежуточные продукты разложения содержат много низкомолекулярных органических кислот и восстановленных газообразных продуктов. Эти соединения подавляют микробиологическую активность, в результате чего разложение растительных остатков замедляется, происходит скопление полуразложившихся остатков, частично сохранивших анатомическое строение, - торфа.

Наибольшее количество гумуса в почвах накапливается при сочетании оптимального гидротермического режима и периодически повторяющегося, не очень сильного иссушения. Такие условия создаются при формировании черноземов.

На гумусообразование значительное влияние оказывает состав растительных остатков и характер их поступления в почву. Так, остатки травянистой растительности богаты белками, углеводами и зольными элементами. Основная часть их попадает непосредственно в почву в виде корней, их разложение происходит при тесном контакте с почвенными частицами в присутствии значительного количества оснований, прежде всего кальция.

Основная группа микроорганизмов – бактерии. В таких условиях образуется высококачественный мулевый («мягкий») гумус, равномерно пропитывающий минеральную часть почвы. Мулевый гумус также образуется под лиственными лесами, хотя растительный опад в этом случае попадает на повержность почвы.

Остатки древесной растительности бедны белками, содержат мало зольных элементов, но обогащены лигнином, восками, смолами, дубильными веществами. Поступают они преимущественно на поверхность почвы и разложение их осуществляется грибной микрофлорой. При разложении такого опада образуется значительное количество легко передвигающихся с током воды вниз по профилю органических кислот.Нейтрализации их не происходит из-за недостатка оснований, процессы гумификации подавлены кислой реакцией. В таких условиях формируется модер («грубый») гумус, в составе которого преобладают фульвокислоты.

Таким образом, в почвах накапливается различное количество гумуса (от 0,5–1 до 10-12% и более), существенно различающегося по качеству. Качество гумуса определяют по соотношению гуминовых и фульвокислот в его составе (С гк: С фк). Различают следующие типы гумуса: гуматный (более 1,5), фульфатно-гуматный (1-1,5), гуматно-фульватный (1-0,5) и фульватный (менее 0,5).

Значительное влияние на гумусообразование оказывают гранулометрический состав и физико-химические свойства почвы. Песчаные и супесчаные почвы имеют хорошую аэрацию, быстро прогреваются. В этих почвах органические остатки интенсивно разлагаются, образовавшиеся гумусовые вещества плохо закрепляются на поверхности песчаных частиц и быстро минерализуются.

В глинистых и суглинистых почвах процесс разложения растительных остатков происходит значительно медленнее, гумусовых веществ образуется больше и они хорошо закрепляются на поверхности минеральных частиц.

Гумусонакопление зависит не только от количества образовавшегося гумуса, но и от условий его закрепления в почве. Большую роль в этом играет кальций, так как для почв, насыщенных кальцием, характерна нейтральная реакция среды, благоприятная для развития бактерий. В этих почвах образуется много нерастворимых гуматов кальция. Наряду в этим Закреплению гумуса способствует наличие в почвах глинистых минералов.

Роль гумусовых веществ в жизни растений, почвообразовании и плодородии почв

С гумусовыми веществами почв тесно связана жизнь растений. Органические вещества почвы частично обеспечивают потребности растений в углекислом газе, который необходим для фотосинтеза.

Гумус содержит большие запасы питательных веществ. Например, азот представлен в верхних слоях почвы в основном органическими формами.

Гумус содержит биологические активные вещества, которые стимулируют физиологические и биохимические процессы в растениях. На высокогумусных почвах вырастают растения с повышенным содержанием хлорофилла. Вытяжки солей гуминовых кислот (гумат натрия) являются стимуляторами роста растений. Их применяют в качестве растворов для опрыскивания, замачивания семян, полива растений. Вытяжки фульвокислот и их солей способствуют интенсификации поступления в растения элементов минерального питания.

В последние годы из торфа и угля при обогащении аммиаком и суперфосфатом получают гумусовые удобрения, которые применяют в малых дозах.

Огромное значение имеет гумус как фактор поглотительной способности почвы. Чем больше в почве гумусовых веществ, тем выше ее емкость поглощения. В такой почве хорошо закрепляются катионы. Так, в богатых гумусом тяжело-суглинистых черноземах емкость поглощения достигает 50-60 м-экв/100г почвы, а в бедных гумусом песчаных дерново-подзолистых почвах – всего 1-2 м-экв/100г. Величина емкости поглощения в значительной степени характеризует уровень плодородия почвы.

Органические вещества улучшают физические, химические и биологические свойства почвы, способствуют формированию агрономически ценной водопрочной структуры.

Если почва богата кальцием, все гуминовые кислоты переходят в нерастворимую форму. Образовавшиеся гуматы кальция участвуют в создании водопрочной зернистой и мелкокомковатой почвенной структуры.

Гумусовые вещества придают почве темную окраску, что способствует интенсивному поглощению солнечной энергии. Органическое вещество предохраняет почву от быстрой потери тепла, при разложении само выделяет энергию. Следовательно, богатые гумусом почвы имеют более благоприятный тепловой режим. Их называют теплыми почвами. И наоборот, почвы, бедные органическим веществом и гумусом, отличаются неблагоприятными тепловыми свойствами, слабо поглащают тепло и плохо его удерживают. Они получили название холодных.

Гумусовые вещества почвы играют важнейшую роль в формировании почвенного профиля. В богатых гуминовыми кислотами и их солями почвах формируется хорошо выраженный гумусовый горизонт большой мощности с высокой поглотительной способностью.

Если в составе гумусовых веществ преобладают фульвокислоты, то в почве формируется небольшой мощности гумусовый горизонт, который легко обедняется основаниями и элементами минерального питания. Глубже этого горизонта может формироваться горизонт белесого цвета, где идет активное разрушение минеральной части почвы. Кроме того, органические вещества и продукты их разложения могут перераспределяться в почвенном профиле, активно влияя на его формирование.

Содержание гумусовых веществ в почвах является характерным генетическим и классификационным признаком для каждого из известных типов почв. Изменение содержания перегноя в почвах происходит крайне медленно, являясь результатом не временных обстоятельств, а сложной и длительной предшествующей истории почвообразовательного процесса и взаимодействия почвы с внешней средой. Для каждого почвенного типа установлено определенное стабильное содержание гумуса в верхних горизонтах почвы и устойчивый тип распределения его запасов по профилю. Каждый тип почв вместе с тем характеризуется определенным качественным составом гумуса: соотношением гуминовых кислот и фульвокислот, строением их молекул и формами их органо-минеральных соединений (табл. 53).

Для черноземных почв типично содержание гумуса в количестве 8-10% в верхнем горизонте и медленное, постепенное уменьшение в нижних горизонтах. Мощность гумусовых горизонтов в черноземных почвах составляет не менее 1-1,5 м, а в черноземах Украины и Кубани достигает иногда 2 м и больше.
Почвы пустынных степей - сероземы - содержат, ничтожное количество гумуса - 1-2%, резко уменьшаясь при переходе от верхних горизонтов почвы к нижним, при этом мощность гумусовых горизонтов в них не превышает 30-40 см. А в такырах - типичных почвах глинистых пустынь - гумус содержится лишь в верхнем корковом микрогоризонте в количестве 0,5-1%. Органическое вещество почв пустыни и полупустыни и по химическому составу резко отличается от органического вещества черноземов. Если в составе гумуса черноземных почв преобладают гумины и соединения гуминовой кислоты, то в сероземных и такырных почвах заметная роль принадлежит соединению фульвокислот. Соответственно и окраска гумусовых горизонтов почв пустыни отличается от окраски черноземов.
В дерново-подзолистых и подзолистых почвах, расположенных к северу от черноземов, содержание гумуса и мощность гумусовых горизонтов также резко уменьшаются. Верхние горизонты дерново-подзолистых и подзолистых почв содержат от 1 до 5% гумуса, нижележащие горизонты, затронутые подзолообразовательным процессом, содержат лишь десятые доли процента гумуса и отличаются вследствие этого белесой светло-серой окраской. Органические вещества здесь представлены соединениями фульвокислот, характеризующимися высокой подвижностью.
Значительно содержание гумуса в дерново-луговых, пойменных и дельтовых почвах (до 12-14%), а также в горно-луговых почвах, где оно иногда достигает 15-25%. Однако мощность гумусовых горизонтов дерново-луговых и горно-луговых почв обычно невелика.
В географическом распределении гумусовых веществ в почвах устанавливается определенная закономерность (рис. 60). Максимальной величины накопление гумуса достигает в типичных мощных черноземах. Здесь складываются наиболее благоприятные гидротермические и биохимические условия, обеспечивающие высокую продукцию свежего органического вещества, умеренную активность микроорганизмов, консервацию и сохранение гумуса в почвах.

К югу и северу от черноземной зоны сочетание гидротермических и биохимических условий неблагоприятно как для синтеза перегноя, так и для его накопления и сохранения. В полупустынных и пустынных зонах годовая продукция растительной массы никогда не достигает больших величин. Вместе с тем органическое вещество здесь быстро минерализуется. К северу от черноземной зоны отмечается преимущественное накопление фульвокислот, отличающихся большой подвижностью и не аккумулирующихся в почвах. В северных зонах России при высокой кислотности и заболоченности почв происходит накопление полуразложившегося и неразложившегося органического вещества в виде торфа.
М.М. Кононова показала, что природа гумуса различных типов почв глубоко различна. Основываясь на содержании гумуса в верхнем горизонте, на отношении Сгк:СфК, на количестве подвижных гумусовых кислот и их оптической плотности2 (E4:E5), М.М. Кононова различает три типа гумуса (см. табл. 53).
Первый тип отличается резким преобладанием фульвокислот (Сгк:СфК колеблется в пределах 0,5-0,8), почти стопроцентной подвижностью гумусовых кислот и большой величиной их цветового коэффициента (E4:Е6 = 4,5; 5,5). Последнее свидетельствует о слабой конденсированности ароматического ядра и близости к фульвокислотам. Высокие гидрофильность и дисперсность гумусовых кислот обусловливают склонность к образованию внутрикомплексных соединений с поливалентными катионами и способность передвижения внутри почвенного профиля в водных растворах. Агрессивность и мобильность гумуса первого типа способствует развитию процессов элювиирования, подзолообразования, фераллитизации, аллитизации.
Второй тип гумуса, гумус черноземов, темных луговых и темно-каштановых почв, характеризуется превалированием гумусовых кислот (отношение Cгк:Сфк=1,5-2,5). Подвижные формы гумусовых кислот составляют 10-20% общего содержания. Гумусовым кислотам второго типа гумуса свойственны низкие значения цветового коэффициента (3,5-4). В молекулах гумусовых кислот этого типа ароматические структуры преобладают над алифатическими, что обусловливает их гидрофоб-ность, низкий порог коагуляции и неспособность к образованию внутрикомплексных соединений с железом, алюминием и другими катионами. Все это обусловливает инертность гумуса второго типа.
Третий тип гумуса (гумус бурых полупустынных почв), подобно первому типу, имеет фульвокислотный состав (Сгк:СфК колеблется в пределах 0,5-0,7), образование гуминовых кислот заторможено; оптическая плотность гуминовых кислот низкая (E4:E6 около 4,5); в отличие от первого типа гумуса в составе третьего типа гумуса гумусовые кислоты бурых полупустынных почв почти нацело (90%) соединены с минеральной частью почвы. Образование гумуса сопровождается почти полной нейтрализацией гумусовых кислот, прежде всего кальцием и магнием, которые присутствуют в этих почвах в большом количестве. Видимо, этим можно объяснить слабое воздействие гумусовых кислот на минеральную часть почвы. Гумус серых лесных почв занимает промежуточное положение между гумусом первого и второго типов, гумус светло-каштановых почв - между гумусом второго и третьего типов.
В зарубежной литературе широко применяется характеристика гумуса по морфологии. Она непременно дается при описании других морфологических свойств и учитывается при определении названия почв, их генетической принадлежности. При этом используются термины „мор“, „модер“ и „мюль“, впервые предложенные Мюллером для характеристики типа подстилки. В настоящее время их применяют при определении типа органического вещества подстилки и перегнойно-аккумулятивного горизонта. Классификацию типов гумуса по морфологии и характерным признакам предложил Дюшофур. В зависимости от условий образования гумус делят на две категории - образовавшийся в условиях аэробиозиса и в условиях анаэробиозиса.
В хорошо дренируемых почвах различают четыре типа гумуса.
Кальциевый мюль - гумус черноземов, каштановых, перегнойно-карбонатных и ряда других почв, сформировавшихся под травянистой растительностью на породах, обогащенных известью. Мюль - «сладкий» гумус - хорошо гумифицированное органическое вещество, образовавшееся в условиях повышенной биологической активности при трансформации растительных остатков беспозвоночными животными и бактериями. Для него характерна нейтральная реакция, С:N=10, полное включение органической массы в минеральный профиль, образование устойчивых органо-минеральных комплексов.
Лесной мюль - гумус лиственных лесов и пахотных почв после сведения лиственных лесов. По морфологии лесной мюль не отличается от кальциевого, но имеет меньшую степень насыщенности, pH около 5,5, отличается преобладанием бурых гуминовых кислот, отношением С:N от 10 до 20.
Модер - переходный тип гумуса от мюля к мору - гумус дерново-подзолистых, лёссивированных, горно-луговых и пахотных почв после сведения смешанных лесов. Модер включает в себя подстилку мощностью 2-3 см и перегнойно-аккумулятивный горизонт. Степень гумификации средняя, преобладают бурые гуминовые кислоты. В трансформации растительных остатков участвуют антроподы и ацидофильные грибы, биологическая активность разложения растительных остатков средняя. Отношение C:N порядка 15-25. Органо-минеральные комплексы непрочные, контакт с минеральной частью почв неполный.
Mop - гумус почв хвойных лесов и вересковых зарослей. Mop - грубый кислый гумус - формируется в условиях низкой биологической активности, где заторможены процессы минерализации органического вещества. В трансформации растительных остатков принимают преимущественное участие ацидофильные грибы, при очень низкой активности беспозвоночных животных. В этих условиях накапливается мощная подстилка, в которой отчетливо выделяются три подгоризонта:
A0L - растительные остатки, сохранившие свою морфологию;
A0F - полуразложившиеся растительные остатки, переплетенные гифами грибов;
A0H - аморфное органическое вещество, почти не связанное с минеральной частью почвы.
Величина С: N для гумуса типа мор всегда больше 20, часто 30-40. Контакт с минеральной частью почвы очень слабый.
Для почв, формирующихся в анаэробных условиях, Дюшофур выделяет три типа гумуса: кальциевый торф, кислый торф и анмоор. Первые два типа фактически аналогичны торфяным горизонтам почв низинных и верховых болот. Термин „анмоор“ введен Кубиеной для характеристики органического вещества почв переменного увлажнения, оглеенных и глеевых почв. В формировании антмоора принимают участие водная фауна в период насыщения водой и аэробная в период аэробиозиса. Относительно высокой биологической активностью объясняется хорошее перемешивание органических и минеральных веществ. Степень гумификации слабая - гумифицировано меньше 30% органического вещества. Величина С:N больше 20. В то же время контакт гумифицированных веществ с минеральной частью почвы достаточно тесный. Типы гумуса в свою очередь подразделяются на ряд подтипов.
На основе приведенной классификации типов гумуса возможна расшифровка микроформ органического вещества в шлифах почв.

Плодородность и гумус – понятия, которые тесно связаны между собой. С латинского языка этот термин переводится, как почва либо земля. Хотя сегодня аграрии без проблем выращивают культуры на гидропонике или искусственном грунте, все же без этого компонента плодородия не обойтись. Чтобы повысь процент урожайности, для начала необходимо узнать, что такое гумус почвы, а затем рассмотреть процесс его образования.

Гумус – это…

Экологические словари в один голос говорят, что это перегной растений в тандеме с органическими отходами животных. Еще в давние времена наши предки заметили, что чем темнее земля, тем обильные и качественные урожаи она дает. Именно окраска – первый признак, который говорит о наличии в грунте питательной среды для корневой системы растений.

Так как же образуется гумус? В верхнем слое грунта происходят сложные биохимические процессы – разложение органических останков без кислорода. Они не могут происходить без участия:

животных;
почвенных микроорганизмов;
растений.

Отмирая, они оставляют после себя весомый след в почвообразовании. Здесь также скапливаются разложившиеся продукты жизнедеятельности этих организмов. В свою очередь, такие органические вещества обладают устойчивостью к воздействию микробов, что позволяет им накапливаться в почвенном горизонте.

Эта биомасса служит настоящим депо для всех высших организмов. Содержащиеся в ней компоненты насыщают корни растений энергией, а также питают их всеми необходимыми элементами:

гумином;
гумусовыми кислотами;
гуминовыми соединениями.

Мощность такого покрова может достигать (в умеренных широтах планеты) до 1,5 метра. В некоторых территориях он составляет 10-16 % земли, а в других – всего 1,5%. В то же время торфяники содержат около 90% таких органических образований.

Формирование гумуса напрямую зависит от процесса минерализации – разложение биомассы (под воздействием кислорода) на простые минеральные и органические соединения. В нормальных природных условиях это происходить равномерно, без ущерба гумификации.

Состав

Прежде чем обратить внимание на полезные свойства этого почвенного покрова, нужно рассмотреть его состав. Наибольшая концентрация полезных элементов содержится исключительно в верхней части горизонта. При углублении их становится меньше, поскольку все «участники» этого процесса обитают на уровне 50-70 см от поверхности. Поэтому образование плодородных слоев невозможно без:

определенных видов грибов;
дождевых червей;
бактерий.

Переработка органических компонентов, а также экскрементов беспозвоночных животных приводит к образованию бесценного гумуса. Именно черви имеют решающее значение в его формировании. Стоит отметить, что в 1 м² перегноя обитает около 450-500 особей. Каждый из них поедает растительные остатки и бактерии. Откладываемая ими органика составляет большой процент питательной биомассы. В состав гумуса входят такие химические элементы (процент зависит от типа почвы):

Фульвокислоты (30 – 50%). Азотосодержащие растворимые (высокомолекулярные) органические кислоты. Они приводят к образованию соединений, которые разрушают минеральные образования.
Гумины (15 – 50%). Сюда относятся элементы, которые не закончили процесс гумифицирования. При этом их жизнедеятельность зависят от минералов.
Воскосмолы (от 2 до 6%).
Гуминовые кислоты (7 – 89%). Являются нерастворимыми, хотя под воздействием щелочей могут распадаться на отдельные элементы. В каждой из них содержится один из ведущих компонентов: азот, кислород, водород и углерод. Когда кислоты контактируют с другими компонентами, то в почве могут образовываться соли.
Нерастворимый остаток (19 – 35%). Это относится к различным сахаридам, ферментам, спиртам и прочим элементам.

В таблице содержания гумуса в основных группах почв показано количество азота и углерода на каждые 100 либо 20 см грунта. Измерение проводится в т/га. Так выглядит общая картина запасов плодородных угодий в России.

Если слишком часто и в огромных количествах вносить удобрения (минеральные, в частности, ), то это приведет к быстрому разложению биомассы. В первые годы урожайность, конечно, возрастет в несколько раз. Но с течением времени объем плодородного слоя существенно уменьшится, а урожайность ухудшится.

Полезные свойства

В земледелии самым главным считается сохранение этого органического горизонта. За последние полвека из-за эрозии на территории России, а также Украины верхний покров уменьшился почти вполовину. Воздействие ветра и воды привели к сдуванию/смыванию богатых слоев почвы. Содержание гумуса в грунте экологи и аграрии считают как фактором плодородия, так и главным критерием при покупке угодий. Ведь именно он отвечает за качественные характеристики почвы, и вот по каким причинам:

Органические соединения защищают угодья от тлетворного влияния тяжелых химических веществ, образованных в результате деятельности человека. Эти элементы «консервируют» смолистые углероды, соли, металлы и радионуклиды, оставляя их навечно в недрах земли и не давая растениям их усваивать.

Единственная проблема всех земледельцев – природная зона выращивания культур, а также типы почв, в которых содержание гумуса (таблица приведена в статье) разительно отличается. Поэтому, чтобы повысить плодородность своих угодий, нужно определить уровень биомассы в них, беря за основу природные условия региона.

Карта запасов гумуса

В местностях, где очень суровый климат, процесс образования почвы проходит катастрофически медленно. Из-за слабого прогревания верхнего слоя растения и микроорганизмы лишаются благоприятных условий для полноценного существования.

Тундра

Здесь можно увидеть огромные участки, состоящие из хвойных деревьев и кустарников. Склоны в основном покрыты мхом. В тундре содержание гумуса составляет 73- 80 т/га в однометровом слое. Эти районы настолько влажные, что приводит к накапливанию глинистых пород. В результате тундровые почвы имеют следующую структуру:

верхнее покрытие – подстилка, состоящая из неразложившихся остатков растений;
перегнойный слой, который совсем слабо выражен;
гелиевая прослойка (идет с голубоватым оттенком);
вечная мерзлота.

В такие грунты кислород почти не проникает. Для микробиологической активности организмов крайне необходимо наличие воздуха. Без него они отмирают или замерзают.

Тайга

На этой территории встречаются широколиственные деревья. Они образуют густые смешанные леса. В степных зонах произрастает не только мох, но и травные растения. Весенние (зачастую талый снег) и осенние сезоны дождей чрезмерно увлажняют почву. Такие потоки смывают запасы гумусового горизонта.

Здесь он формируется и залегает под лесной подстилкой. Многие источники предоставляют разные показатели содержания гумуса в тайге. Для следующих типов почв они такие (на 1 м², т/га):

подзолотистые (сильные, средние и слабые) – от 50 до 120;
серые лесные – 76 либо 84;
дерново-подзолотистые – не более 128, и не менее 74;
таежно-мерзлотные содержат очень низкий процент.

Чтобы выращивать культуры на таких землях, следует регулярно удобрять качественными веществами. Лишь в таком случае можно добиться высокой урожайности.

Чернозем

Лидером и фаворитом в этом рейтинге плодородия считаются все известные разновидности чернозема. Органический перегной в них достигает глубины 80 см либо 1,2 метров. По праву их можно назвать самыми плодородными землями. Это благоприятный грунт для произрастания злаковых культур (пшеница), сахарной свеклы, кукурузы или подсолнуха. Из следующего списка можно увидеть вариацию содержания гумуса в различных видах чернозема (т/га, на 100 см):

типичный (500-600);
оподзелененный (до 400);
выщелоченный (в пределах 550);
мощный (более 800);
южный западно-кавказский (390);
деградированный (до 512).

Стоит понимать, что показатели для целинных, пахотных и освоенных типов земель отличаются. Для ознакомления состава каждой из этих групп приведена таблица. В степных и засушливых областях распространены каштановые грунты, которые содержат не более 100-230 т/га гумуса. Для пустынных (бурые и серые типы почвенного покрова) регионов этот показатель составляет около 70 т/га. В итоге земледельцам постоянно приходится бороться с засолением полей.

Засуха – главный враг таких разновидностей угодий. Поэтому плантации могут нуждаться в обильном орошении.

Способы повышения урожайности

Понимая, как образовывается органический слой земли, огородник сможет увеличить содержание гумуса в подзолистых почвах, которые страдают от избытка влаги. В борьбе за плодородность таких зон применяются следующие действия:

Отходы растительного происхождения можно закапывать у себя на грядках, тем самым заботясь о питании грунтовых обитателей.

Такие меры ухаживания за своими земельными владениями помогут земледельцу сохранить почву «живой».
При этом урожайность повысится в несколько раз.