Сучасні погляди на гуміфікацію

Склад гумусу

План

Тема: ОРГАНІЧНА ЧАСТИНА ҐРУНТУ

Лекція №5

1. Загальна характеристика органічної частини ґрунту

3. Роль біоти у формуванні ґрунтового фонду органогенних речовин

5. Колоїдно-хімічна природа гумусу

6. Гумусоутворення у різних типах ґрунтів

7. Гумусовий стан ґрунтів

8. Екологічні функції та агрономічна роль органічних речовин ґрунту

Серед розмаїття природних сполук найважливішими для ґрунтотворення є органічні (вуглецевмісні, горючі) речовини. Незважаючи на незначний вміст (0,5 ‑ 14,0%) у ґрунтах, за винятком торфових, саме вони, а серед них – гумус, зумовлюють конкретні прояви ґрунтогенезу (типи ґрунтів), розвиток родючості, біогеохімічний кругообіг речовин на Землі, відіграють енергоакумулюючу, біосферостабілізуючу роль. Гумусова плівка мінімальної грубизни являє собою гумосферу - специфічну біоенергетичну оболонку планети колосальної екологічної значимості. Органічні речовини активно впливають на формування профілю ґрунту, зумовлюють вбирну здатність, буферність, створюють сприятливі для біоти водно-фізичні, фізико-хімічні властивості, ґрунтово-екологічні режими, чистоту ландшафтів і біосфери в цілому.

Органічна частина ґрунту складається з дуже багатьох складних вуглецевих сполук, набір яких завжди є наперед зумовленим фіто-, зоо- та мікробними залишками, що постійно надходять до ґрунту і одразу ж починають трансформуватися в його профілі у повній відповідності до законів біогеохімії та термодинаміки. Тут трапляються всі відомі біологічній хімії фітогенні та мікробні речовини, ускладнені їх взаємодіями - а це багатотисячний набір речовин, усереднений час існування яких у ґрунтах різних ландшафтно-біокліматичних поясів варіює від декількох годин до сотень і тисяч років. Органічні сполуки утворюють в ґрунтовому профілі унікальну екосистему, яка чітко поділяється на “мертвий фон” і “едафон”. Перший представлений переважно фітогенними рештками та гумусовими речовинами, а другий (близько 2 ‑ 15% загального вмісту органічних речовин) – складається з живих коренів, мікроорганізмів та ґрунтової фауни (біофаза ґрунту).

Сільськогосподарське використання ґрунтів ініціює зменшення в них вмісту гумусу, особливо при екстенсивному господарюванні (хоч інтенсивні системи теж не є винятком). Прикладів поліпшення гумусового режиму розораних ґрунтів є обмаль, хоч зональні моделі гумусозберігаючого землеробства розроблені. На запровадження екологізованих гумусозберігаючих систем землеробства якраз і спрямована еколого-генетична інформація про органічну частину ґрунту – основу його родючості і стабільного функціонування.

1. Загальна характеристика органічної частини ґрунту

Поняття органічна частина ґрунту є широким узагальненням, що об’єднує всі органічні речовини ґрунтового профілю, згруповані таким чином:

1. Свіжі (ще не розкладені) біогенні залишки зі збереженою анатомічною будовою (корені, листя, стебла, гілки, тваринні рештки). Вони щорічно попадають у цілинні ґрунти – після відмирання кореневих та надземних систем, а в освоювані – при заорюванні пожнивних решток, гною тощо. Там вони починають мінералізуватися до найпростіших продуктів, а певна їх кількість перетворюється в цілком стабільні гумусові речовини.

Вміст гумусу в різних типах ґрунтів не корелює з кількістю кореневих залишків. На утворення гумусу витрачається за М.М. Кононовою не більше 2 ‑ 3% фіторешток, а 97 ‑ 98% їх маси мінералізуються за участю мікробів до СО₂, Н₂О, NH₃, солей. За даними В.І. Канівця, Г.Я. Чесняка, наведені дані відповідають зеленоукісним решткам злаків; для багаторічних бобових та люпинового сидерату вони становлять 5 ‑ 7%; соломи злакових і бобових – 11 ‑ 17%; соломистого гною – 20%. Загалом, кількість утворюваного в різних ґрунтах гумусу неможливо навіть приблизно передбачити за масою відмираючої біоти.

2. Продукти розкладу біогенних решток представлені неспецифічними низько- та високомолекулярними органічними речовинами, які є самостійними класами сполук: вуглеводи (целюлоза, крохмаль, сахароза); протеїни (білки, у тому числі ферменти) й інші азотисті сполуки; ліпіди (жири, воски, смоли); ароматичні сполуки, зокрема лігнин; таніни (дубильні речовини) тощо. Сюди ж віднесено мікробні рештки та продукти їх автолізу (від грец. autos - само - і lysіs - розпад: саморозчинення клітин і тканин під дією їх власних гідролітичних ферментів, як правило, після відмирання організму), хоч нерідко ці продукти виділяють в окремий блок. Із вуглеводів тут переважає хімічно стійка клітковина (целюлоза), яка не розчиняється у воді, спирті та в ефірі, не гідролізується під дією розведених кислот і лугів, проте в ґрунтах легко піддається мікробному розкладу. Наближена до неї геміцелюлоза легко розчиняється в лугах і швидко гідролізується. Клітинні стінки відмерлих рослин уміщують лігнин з більшим, ніж у целюлози, вмістом вуглецю. До складу протоплазми і ядра рослинних клітин, тіл мікробів та відмерлих тварин уходять білкові азотисті речовини (протеїни), які вміщують у собі також P, S, Fe. Переважна більшість білкових сполук у ґрунті біохімічно гідролізується з утворенням амінокислот, які утворюють з ґрунтовими основами солі, ппродовжуючи перетворюватися - до мінералізації додається синтезування з проміжних продуктів розкладу та мікробних метаболітів (у тому числі й ферментів) нових, специфічних (суто ґрунтових) продуктів - гумусових речовин.

3. Детрит – це напіврозкладені (частково або повністю деформовані) фітогенні рештки, представлені найдрібнішими ворсинками рослинних тканин, які неможливо відділити від маси ґрунту при визначенні вмісту гумусу хромовокислим методом Тюріна. Детрит (від лат. dеtritus - труха) являє собою найбільш стійку до мікробних атак клітковину та їй подібні органічні сполуки. Її ворсинки адсорбують СГР (суто гумусові речовини), сприяючи об’єднанню органо-мінеральних мікроагрегатів у макроагрегати, агрономічно цінну структуру. Зміну вмісту СГР та детриту в складі гумусового фонду ґрунтів при їх сільськогосподарському використанні, відслідковують методами Тюріна та Шпрингера. Найбільш збагаченим детритом (до 40% від загального вмісту гумусу) є гумус цілинних чорноземів, але при їх сільськогосподарському використанні його вміст різко зменшується (у 3,8 ‑ 7,7 раза), проте в удобрюваних чорноземах детритогенез явно не пригнічується.

Органічна частина цілинних чорноземів і темно-каштанових ґрунтів майже наполовину складена детритом, накопичення якого біосферно задається детритогенезом, який у літературі ще слабо висвітлено. Він має зональний характер: при аридизації ландшафтів детритова доля в загальному гумусі зменшується (типові чорноземи – 51%, чорноземи звичайні – 43%, темно-каштанові ґрунти – 37%). У цілинних ґрунтах детритогенез спричинюється глибоким розкладом фітогенних решток мікроорганізмами, у яких немає інших джерел живлення. Акумуляція детриту супроводжується поступовим погіршенням умов існування навіть спороутворюючих бактерій, актиноміцетів та інших груп мікроорганізмів, здатних переробляти органічні рештки на найпізніших етапах їх розкладу. Накопичуваний при цьому детрит активно адсорбує СГР, особливо в цілинних ґрунтах (чорноземах) та їх деяких збагачених детритом розорюваних варіантах, чого не можна сказати про детрит, накопичуваний в чорноземах, де вносять органічні та мінеральні добрива (табл. 10). Розорювання цілинних чорноземів та їх подальше сільськогосподарське використання поліпшують умови життєдіяльності бацил та актиноміцетів, які переробляють детрит разом з адсорбованими на ньому СГР (0,3 ‑ 0,4% на 1% детриту). При цьому втрачається гумус (переважно за рахунок мінералізації детриту). В удобрюваних орних чорноземах мікроорганізми одержують легкодоступні поживні речовини, чим загальмовуються процеси глибокого руйнування органічних решток, і які раніше починають консервуватись. Такий детрит не здатен адсорбувати СГР.

4. Гумус (від лат. humus - ґрунт, земля) є найхарактернішою групою темнозабарвлених азотовмісних, постійно омолоджуваних, специфічних за складом, походженням і будовою поверхнево-активних, колоїдальних органічних речовин, притаманних винятково ґрунту. Вміст гумусу становить 90% від загального вмісту органічних речовин у мінеральних ґрунтах.

Запаси гумусу в різних ґрунтах є неоднаковими. У шарі 0 ‑ 20 см ґрунтів Східноєвропейської рівнини вони коливаються від 50 до 178 т/га, закономірно збільшуючись від підзолистих ґрунтів до чорноземів і зменшуються від чорноземів до бурих напівустельних ґрунтів та сіроземів.

Вміст гумусу у різних ґрунтах зумовлюється впливом багатьох чинників, серед яких (при наявності в ґрунті достатньої кількості фітарешток – джерела гумусових речовин) найважливішими є: тривалість оптимального режиму гумусоутворення; гранулометричний та мінералогічний склад материнських порід; наявність у ґрунті багатовалентних обмінних катіонів.

Оптимальним режимом гумусоутворення є таке співвідношення між вологістю і температурою ґрунту, яке сприяє активній участі мікроорганізмів у перетворенні біогенних решток в напрямку утворення гумусу. Його тривалість є найбільш сприятливою в чорноземах, через що вони і є найбільш гумусованими. Ґрунти на північ від чорноземно-степової зони зволожуються краще, але гірше прогріваються, тому періоди оптимуму гумусоутворення тут скорочуються, як і вмісті та запаси гумусу. Південніше від степової зони ґрунти, навпаки, одержують багато тепла, але обмаль вологи, тому в них переважає мінералізація решток (табл. 11).

Гранулометричний та мінералогічний склад материнських порід (мінеральна матриця ґрунту) визначають їх роль як адсорбентів гумусових речовин (органічної матриці). Деякі породи майже не поглинають гумусові речовини через свою адсорбційну специфіку (не насиченість основами).

Багатовалентні обмінно-увібрані катіони сприяють акумуляції гумусу як позитивно заряджені посередники між негативно зарядженими органо-мінеральними мікроагрегатами і такими ж електронегативними свіжоутвореними гумусовими речовинами.

Дата добавления: 2014-01-03