Теории происхождения гумуса

Образование и разложение гумуса

Накопление отмерших растительных остатков в виде слоя подстилки или войлока на поверхности почвы создает особое хранилище элементов питания, которые по мере разложения поступают в почву. Они либо используются растениями и микроорганизмами, либо аккумулируются и стабилизируются в форме гумуса. Гумус составляет до 90% общего запаса органического веществ в почвах и представлен группой высокомолекулярных соединений разной химической природы. Запасы гумуса в почвенном покрове Земли 2,4-2,5 *10¹² т. Больше всего – в черноземах луговых степей – от 400 до 700 т/га, минимум – в почвах тундр и пустынь – 0,6-0,7 т/га, различен состав фракционный гумуса.

1) Экологическое направление развивалось в почвенной зоологии. Мюллер, изучая лесные почвы, описал три типа гумуса – мулль, модер и мор, которые образуются в результате взаимодействия органических и минеральных соединений, с одной стороны, и почвенных организмов и растительности – с другой.

Нейтральный (мягкий) гумус (мулль) образуется под широколиственными лесами. Характерен для бурых и серых лесных почв, где подстилка обычно не накапливается из-за активной ее переработки беспозвоночными животными с участием дождевых червей, а ктакже высокой активности микроорганизмов. Муллевый гумус состоит из органоминеральных соединений и имеет слабокислую и нейтральную реакцию. такой тип гумуса образуется также под травянистыми формациями. Соотношение C:N менее 20.

Грубый гумус (мор) образуется в хвойных лесах, где процессы разложения опада протекают медленно, бедна почвенная фауна, а в ее составе нет истинных сапрофагов. Разложение подстилки осуществляется в основном грибами. Гумус кислый, соотношение C:N более 20

Промежуточный тип гумуса (модер) формируется под смешанными лесами, органоминеральные соединения менее насыщены основаниями, чем в мулле. Образование модера протекает в условиях достаточно быстрой минерализации растительных остатков, в переработке которых участвуют почвенные беспозвоночные. Дождевых червей обычно нет.

2) Биохимическая концепция гумусообразования (М.М.Кононова). Формирование гумуса происходит в результате внеклеточного синтеза гумусовых веществ из первичных структурных единиц с участием микробных ферментов и биохимических реакций.

Первоисточниками гумусовых веществ выступают растительные субстраты. Исходные структурные единицы гумуса образуются в результате микробного разложения составных веществ растительных остатков – целлюлозы, лигнина и др., а также азотсодержащих соединений (белков) с последующим синтезом новых продуктов при участии микроорганизмов и микробных ферментов. Далее в процессе формирования гумуса происходит усложнение, конденсация структурных единиц также с включением в реакции ферментов, главным образом грибного происхождения. На заключительном этапе наблюдается явление полимеризации образующихся конденсатов без участия микроорганизмов (химический процесс). Гумус стабилизируется в результате взаимодействия с глинистыми минералами почвы и приобретает устойчивость к микробному разложению. Поэтому почвы тяжелого механического состава более гумусированы, нежели легкие в пределах одного типа. Наиболее богаты гумусом черноземы, где богатая травянистая растительность и активная деятельность микроорганизмов способствуют обильному образованию гумусовых веществ, а высокое содержание глинистых минералов обеспечивает их закрепление в почве.

Весь путь образования гумуса разбивается на этапы, в которых либо участвуют микроорганизмы и/или их ферменты, либо реакции протекают химическим путем. Гумификация всегда сопровождается большой потерей массы разлагающегося растительного материала, она достигает 75% от исходной величины.

3) Микробиологическая концепция (С.П.Костычев, С.Н.Виноградский, Д.М.Новогрудский). До 90% гумуса составляют специфические вещества - гетеромерные гумусовые кислоты, включающие большое число бензольных и индольных единиц, углеводную часть и аминокслоты. Среди продуктов внутриклеточного микробного синтеза имеются соединения сходной природы - пигменты меланоидного типа, особенно меланопротеиды грибов, содержащие азот в гетероциклах.

Меланопротеиды попадают в почву после отмирания и разложения грибного мицелия и из-за своей устойчивости к микробной деградации могут накапливаться. Количество пигмента, образованного грибами за год в дерново-подзолистой почве, составляет около 0,1% массы гумуса, то есть за 1000 лет весь гумус этой почвы мог быть образован за счет грибного синтеза. Меланоидные пигменты образуют многие прокариоты (стрептомицеты, целлюлозные бактерии, Azotobacter chroococcum, споровые анаэробные и анаэробные бациллы). В гумус включаются: углерод из микробной биомассы, полисахариды микробного происхождения.

Гумусовый фонд почвы – это итоговый результат длительных и разнообразных процессов продукции, разложения и консервации веществ растительного и микробного происхождения. Гумус не только участвует в снабжении растений азотом, фосфором и другими важными макро- и микроэлементами, но и важную роль играет в выветривании минералов, создании почвенной структуры, снабжении растений необходимой для фотосинтеза углекислотой, биологически активными ростовыми веществами.

Разложение гумуса – длительный процесс и требует участия многих микроорганизмов. Устойчивость гуминовых кислот к микробному разложению связана со сферической формой молекул, состоящих из многих гетерогенных единиц. Практика обработки целины и многовековая эксплуатация почв уменьшает содержание гумуса. Особенно резкое падение количества гумуса установлено в условиях применения высоких доз азотных удобрений. Это связано с активизацией деятельности почвенных микроорганизмов, которые вовлекают в процессы переработки органическое вещество почвы. Способностью разлагать гумусовые вещества обладают многие почвенные организмы – грибы, бактерии, актиномицеты.

Существуют 2 взгляда на этот вопрос:

1. в почве существует специфическая группировка микроорганизмов разлагателей гумуса;

2. способность к разложению гумусовых веществ присуща в той или иной степени многим неспециализированным почвенным микроорганизмам.

Разные фракции гумуса неодинаково подвержены микробному разрушению. В почве обнаруживают фракцию гумуса очень древнего возраста, что свидетельствует о выпадении его из биологического круговорота.

Наиболее активно разрушается гумус в присутствии доступных микроорганизмам водорастворимых органических соединений в ходе реакции соокисления неспецифическими грибами родов Aspergillus, Penicillium, бактериями Pedomicrobium, Seliberia.

Дата добавления: 2014-01-07