Лекция почвовебение. Лекция_почвоведение. Введение цель и задачи курса, краткая история развития почвоведения

• Название: Введение цель и задачи курса, краткая история развития почвоведения
• Анкор: Лекция почвовебение
• Дата: 08.10.2022
• Размер: 0.71 Mb.
• Имя файла: Лекция_почвоведение.doc
• Тип: Лекция; #721494
• страница: 3 из 16

ЛЕКЦИЯ 3

МОРФОЛОГИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЙ (ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ) СОСТАВ ПОЧВ

Морфология почв – это совокупность ее внешних признаков. Она отражает основные моменты развития почвы и ее свойства. По внешним признакам почвы можно судить о происходящих в ней процессах. К основным морфологическим признакам относятся: строение и мощность почвенного профиля, его окраска, структура, сложение, имеющиеся в почвенном профиле включения и новообразования.

Строение почвенного профиля

Почвенный профиль представляет собой совокупность сопряженных и закономерно сменяющихся горизонтов различного происхождения, или генезиса. Совокупность этих горизонтов определяет строение почвенного профиля.

Генетические горизонты различаются по следующим морфологическим признакам: окраске, структуре, сложению, включениям и новообразованиям, составу.

В полном профиле хорошо развитой почвы выделяют четыре генетических горизонта: А – гумусово-аккумулятивный, В – иллювиальный или переходный, С – слабо измененная в процессе почвообразования материнская порода и Д – подстилающая почву горная порода, не измененная в процессе почвообразования.

В гумусово-аккумулятивном горизонте сосредоточена основная масса корней растений и растительных остатков, идет процесс их разложения, образования и накопления гумуса. В этом горизонте сосредоточены основная масса микроорганизмов и элементов питания для растений. Этому горизонту свойственная темная окраска, повышенная рыхлость, мощность его колеблется в широких пределах – от 5 до 50 см. Горизонт А может разделяться на подгоризонты: А₀ – органические остатки на поверхности почвы, опавшие листья травянистых растений, моховый очёс торфяно-болотных почв; А₁ – собственно гумусово-аккумулятивный горизонт, где сосредоточены основная масса гумуса; А₂ - элювиальный горизонт, из которого вымываются питательные элементы, гумус, коллоиды в подстилающий горизонт В. На окультуренных почвах, используемых под посев сельскохозяйственных культур выделяют пахотный горизонт А_п. Выделяют также А_т – торфяной горизонт на торфяных болотных почвах и А_д - дерновый горизонт.

Горизонт А подстилается иллювиальным или переходным горизонтом В, в котором могут сосредоточиваться продукты вымыва из горизонта А, в результате чего он отличается повышенной плотностью, меньшим содержанием гумуса, повышенным содержанием окислов железа, имеет бурую окраску. Этот горизонт в некоторых почвах разделяют на подгоризонты В₁ и В₂ в зависимости от скопления карбонатов, сульфатов (в том числе гипса).

Граница между горизонтами не всегда четкая, поэтому иногда выделяют горизонты плавного перехода, А₂ В₁, ВС и т.д. В отдельных почвах выделяют глеевый горизонт G, отмечают скопление карбонатов, гипса, растворимых солей.

Мощность почвы и ее отдельных горизонтов.

Мощностью почвы называется ее вертикальная протяженность, т.е. толщина от ее поверхности вглубь до слабо затронутой почвообразовательными процессами материнской породы.

У различных почв мощность различна, с колебаниями в среднем от 40-50 до 100-150 см. Мощность горизонта отмечают с точностью до 1 см, при этом указывают его верхнюю и нижнюю границы, например: А 0-20, В 20-45 см и т.д.

Окраска почв – наиболее доступный и прежде всего бросающийся в глаза морфологический признак. Она тесно связана с генезисом и свойствами почвы. Поэтому наблюдения за окраской, за изменением цветовых оттенков в различных почвах, а также в одной и той же почве, но в разных ее горизонтах могут дать много для понимания сущности происходящих в почве процессов и для раскрытия их происхождения (генезиса). Зависит от степени увлажнения почвы, цвета почвообразующей породы, новообразований, содержания гумуса, различных солей и т.д.

Наиболее важны для окраски следующие три группы соединений: 1) гумус; 2) соединения железа; 3) кремнекислота, углекислая известь и др.

Гумусовые вещества обусловливают черную, темно-серую и серую окраски. Соединения окислов железа придают почве красную, оранжевую и желтую окраски. Соединения закисного железа окрашивают почву или отдельные ее горизонты и участки в сизые и голубоватые тона. Встречающийся, например, в болотных почвах вивианит [Fe (PO4)₂ ∙ 8 Н₂О] придает им зеленовато-голубой оттенок.

Кремнекислота (SiO₂), углекислый кальций (CaCO₃) и каолинит(Н₂А1₂Si₂0₈ ^. Н₂О ) обусловливают белую и белесую окраску(. В ряде случаев заметную роль в приобретении почвой белесоватых оттенков могут играть гипс (CaSO₄ ∙ 2Н₂О) и легкорастворимые соли (NaCl, Nа₂SO₄ ∙ 8Н₂О и др.). Окраску почвы обычно трудно бывает охарактеризовать каким-нибудь одним цветом, поэтому приходится указывать степень окраски (светло-бурая, темно-бурая и др.) или же отмечать оттенки (например, белесая с желтоватым оттенком), или же называть промежуточные тона (коричнево-серая, серо-бурая). Если почвенные горизонты не имеют однородной окраски, их характеризуют как пестрые или пятнистые. Точное определение цвета почвы требует известного навыка и опыта.

Механический состав в полевых условиях определяют визуально, т.е. по внешним признакам и на ощупь. Для точного определения механического состава применяют лабораторные методы.

Структура. Структурой называют отдельности (агрегаты), на которые способна распадаться почва. Они состоят из соединенных между собой механических элементов. Форма, размер и качественный состав структурных отдельностей в разных почвах, а также в одной почве, но в разных ее горизонтах неодинаковы.

Различают три основных типа структуры: 1) кубовидная – структурные отдельности равномерно развиты по трем взаимно перпендикулярным осям; 2) призмовидная – отдельности развиты преимущественно по вертикальной оси; 3) плитовидная – отдельности развиты преимущественно по двум горизонтальным осям и укорочены в вертикальном направлении.

В любом из почвенных горизонтов структурные отдельности не бывают одного размера и формы. Чаще всего структура бывает смешанной: комковато-зернистой, зернисто-пороховатой и др.

Различным генетическим горизонтам почв присущи определенные формы структуры. Так, комковатая и зернистая структура присуща дерновым горизонтам, пластинчато-листовая – элювиальным, ореховатая – иллювиальным.

Призматическая структура типична для иллювиальных горизонтов подзолистых и лесостепных почв, сформировавшихся на тяжелых покровных суглинках или для черноземов и каштановых почв, сформировавшихся на суглинистых и глинистых породах, имеющих в поглощенном состоянии натрий.

При оценке почвенной структуры надо различать морфологическое понятие структуры от понятия агрономического. В морфологическом понятии структура – это форма отдельностей (агрегатов), например, ореховатая или призматическая иллювиального горизонта, пластинчатая – подзолистого и т.д. Рассматривая структуру в агрономическом смысле мы оцениваем ее в отношении влияния на плодородие.

Сложение. Важным морфологическим признаком почв является их сложение, включающее представление о плотности, пористости и трещиноватости почвенных горизонтов.

Сложение бывает очень плотным, плотным, рыхлым, рассыпчатым. Трещиноватость различается по ширине щелей: почвы бывают тонкотрещиноватыми, трещиноватыми, крупнотрещиноватыми. То или иное сложение является важным показателем в агрономической оценке почв.

Пористость почвенных горизонтов может быть очень тонкой, тонкой, крупной, губчатой, ячеистой и т.д. С большой пористостью лёссовых грунтов (>45%) тесно связаны просадки и деформации, образующиеся после пуска воды в ирригационные каналы и на поля.

Морфологический анализ почвенного разреза может дать много сведений для оценки водных свойств почвы. Следует различать по влажности сухую, свежую, сырую и мокрую на ощупь почву. По этим признакам можно определить глубину промывания почвы после дождей или поливов. Отметив глубину залегания уровня грунтовых вод в разрезе, по степени влажности почвы можно легко установить высоту капиллярного поднятия влаги от грунтовых вод.

Следует различать грунтовые воды пресные, слабоминерализованные, горько-соленые, соленые, рассолы. Высокая минерализация грунтовых вод говорит о малой естественной дренированности местности и о процессах соленакопления.

Новообразования. Новообразованиями называют скопления веществ различной формы и химического состава, которые образуются и откладываются в горизонтах почв. В результате физических, химических и биологических процессов, происходящих в почвах, а также вследствие непосредственного воздействия на почву растений и животных различают новообразования химического и биологического происхождения.

Химические новообразования в почве являются результатом химических процессов, которые приводят к образованию различного рода соединений. Эти соединения могут или осаждаться на месте образования или, перемещаясь с почвенным раствором в горизонтальном, вертикальном направлениях, выпадать в некотором расстоянии от места своего возникновения.

Химические новообразования по форме выделяют на выцветы и налеты, корочки, примазки и потеки, прожилки и трубочки.

Химические новообразования представлены легкорастворимыми солями, гипсами, углекислой известью, окислами железа, алюминия и марганца, закисными соединениями железа, кремнекислотой, гумусовыми веществами и другими соединениями.

Новообразования биологического происхождения (животного, растительного) встречаются в следующих формах: Червоточины – извилистые ходы – канальцы червей; копролиты – экскременты дождевых червей в виде небольших клубочков; кротовины – пустые или заполненные ходы роющих животных (сусликов, кротов и др.); корневины – сгнившие крупные корни растений; дендриты – узоры мелких корешков на поверхности структурных отдельностей.

По новообразованиям в почве можно судить о ее генезисе и агрономических свойствах. Так, наличие в верхних горизонтах почв сизоватых и ржаво-охристых пятен говорит о том, что данные почвы образовались в условиях некоторого заболачивания. И если эти новообразования являются результатом современного, а не ранее протекавшего почвообразовательного процесса, то они указывают на явно неблагоприятные для сельскохозяйственных культур агрономические свойства этих почв.

Включениями называют тела органического или минерального происхождения, находящиеся в почве, образование которых не связано с почвообразовательным процессом.

К включениям, например, относятся: валуны и др. обломки горных пород, раковины и кости животных; кусочки кирпича, стекла, угля и т.п.

Механический (гранулометрический) состав

В результате процессов выветривания плотная горная порода превращается в рыхлую, состоящую из частиц различной величины, которые называют механическими элементами. Частицы, близкие по размеру, объединяют во фракции.

Различают три типа механических элементов – минеральные, органические и органно-минеральные. Основная масса пород и почв состоит из минеральных механических элементов. Относительное содержание в почве и в породе механических элементов (фракций) называется механическим (гранулометрическим) составом. Это содержание выражается в весовых процентах на сухую почву. Группировка частиц по размерам называется классификацией механических элементов. Предложено несколько таких классификаций. В нашей стране наиболее широко применяется классификация проф. Н.А.Качинского (1943), являющаяся усовершенствованной классификацией В.Р.Вильямса и А.Н.Сабанина.

Сумму всех механических элементов размером меньше 0,01 мм называют физической глиной, а сумму частиц больше 0,01 мм – физическим песком. Частицы мельче 0,0001 – коллоидными частицами.

Механический состав почвы устанавливают по классификации, предложенной Н.А.Качинским с учетом содержания физической глины (частиц < 0,01 мм) и физического песка (частиц > 0,01 мм). Более подробное название устанавливают по преобладающей и сопутствующей фракции (глины, ил, пыль средняя и мелкая, пыль крупная, песок). Преобладающая фракция ставится в конце наименования механического состава, подчеркивая ее ведущее значение (например, среднесуглинистая, пылевато-иловатая почва и т.д.).

От механического состава зависят водные, физические и физико-механические свойства почв. Поэтому в одних и тех же природных условиях на породах разного механического состава формируются почвы с разными свойствами.

Таким образом, знание механического состава позволяет до известной степени характеризовать их плодородие. Почвы легкого механического состава – песчаные и супесчаные – легко поддаются обработке, обладают хорошей водопроницаемостью и благоприятным воздушным режимом, но бедны гумусом и элементами питания и имеют низкую влагоемкость.

Дополнительная литература

1.Розанов Б.Г.Морфология почв. М.: МГУ. 1983. 320 с.

2.Полынов Б.Б. Генетический анализ почвенного профиля // Тр. Почвенного ин-та им. В.В.Докучаева. 1930. Вып. 3-4.

3.Евдокимова Т.И. Почвенная съёмка. М.: МГУ. 1981. 264 с.

4.Михайлов И.С. Морфологическое описание почвы (вопросы стандартизации и кодирования). М.: Наука. 1975. 72 с.

5. Качинский Н.А. Физика почв. Ч.1. М.: Высшая школа. 1965. 320 с.

6.Куст Г.С. Методика последовательного изучения почвенных горизонтов // Почвоведение. 1992. № 6. С.125-132.

7.Методические указания по полевому описанию почв (с использованием базовых шкал морфологических свойств почв). Составители: О.Г.Растворова, Г.А.Касаткина, Н.Н.Фёдорова. Санкт-Петербург. 2002. 50 с.

8.Таргульян В.О., Ливеровский Ю.А.,Соколов И.А. О принципах почвенно-профильной терминологии //Почвоведение. 1978. № 1.

9.Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена. 2004. 342 с.

ЛЕКЦИЯ 4

ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО В ПОЧВЕ И ЕЕ ОРГАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Само понятие «живое вещество», весь комплекс представлений о его геохимической деятельности введены в науку академиком В.И.Вернадским (1863-1945).

«Под именем живого вещества, - писал В.И.Вернадский, - я буду подразумевать всю совокупность всех организмов, растительности и животных, в том числе человека … Никаких сомнений не вызывает влияние живого вещества на химические процессы в почве. Эта роль так велика, что так или иначе все процессы в почве связаны с участием живого вещества или продуктов его изменения. В широком понимании этого слова все эти явления можно считать биогеохимическими» (Наука и жизнь. 1984. №1).

Примечательно, что замечательный почвовед, ярчайший представитель русской, докучаевской школы Анатолий Никифорович Тюрюканов (1931-2001) ввел в науку термин – «живая почва». Он писал: «Почва живет. Почва дышит. В почве постоянно рождается жизнь. А жизнь это не только питание, но и выделение. Это не только дыхание, но и отмирание. Это не только синтез, но и разложение. И все это круговертится, и все это неумолимо захватывается жизнью и отзывается плодородием».

Жизнь проникает в почву: аэробная – на глубину 1-5 м, анаэробная – на несколько десятков метров.

Органические вещества поступают в почву за счет жизнедеятельности высших и низших растительных и животных организмов, обитающих внутри почвы и на ее поверхности; за счет прижизненного отмирания отдельных частей растений; за счет отмирания отдельных особей или целых популяций.

Количество микроорганизмов в почвах очень велико. Так, по данным Е.Н.Мишустина (1964), общее количество микроорганизмов в черноземах достигает 2-2,5 млрд/г почвы, в подзолистых почвах – 300-600 млн/г почвы, в сероземах – 1200-1500 млн/г почвы.

Бактерии – самая обильная и разнообразная группа почвенных микроорганизмов. Они исчисляются сотнями миллионов в 1 г почвы.

Наиболее распространены бактерии в пахотном горизонте, вес их здесь составляет от 3 до 7 т/га.

Количество актиномицетов, грибов и водорослей достигает десятков и сотен тысяч в 1 г. почвы. Микроорганизмы рассеяны по всей почвенной толще и особенно в верхних, наиболее корнеобитаемых и богатых отмирающими органическими веществами горизонтах.

В процессе жизнедеятельности микроорганизмы выделяют различные ферменты – катализаторы, ускоряющие разложение растительных и животных органических остатков. При участии микроорганизмов происходят гумификация и минерализация органических веществ. Окисление и восстановление органических и минеральных соединений, фиксация атмосферного азота, процессы нитрификации, денитрификации, окисления и восстановления соединений железа и марганца.

Процессы гидролиза и полного разложения минералов горных пород идут при непременном участии микроорганизмов, которые выделяют в процессе жизнедеятельности различные органические вещества кислотной, а некоторые и щелочной природы, хелатообразователи и реагенты, обладающие сильными восстановительными свойствами.

Нитрификация - процесс образования окисленных соединений азота из восстановленных главным образом из аммиака.

Денитрификация – окисленные формы азота восстанавливаются до газообразных окислов и молекулярного азота.

Хелаты (см. Комплексоны) – соединения органических веществ с металлами, в которых атом металла связан с двумя или с большим числом атомов органического соединения (комплексообразователя).

Обитающие в почвах бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли, простейшие животные (амебы, корненожки, жгутиковые, инфузории) очень быстро размножаются и столь же быстро отмирают. Продолжительность жизни отдельных популяций 15-20 дней и меньше.

По данным В.А. Ковды и И.В. Янушевской (1973), в хорошо удобренных окультуренных почвах ежегодная биомасса микробных тел равна 200-500 ц/га.

Высшие растения и животные, обитающие в почве и на ее поверхности, имеют более длительные жизненные циклы. Как и микроорганизмы, они еще при жизни выделяют в окружающую среду разнообразные органические вещества (корневые выделения, водно-растворимые органические вещества, вымываемые из наземных частей растений атмосферными осадками, углекислота, выделяемая при дыхании корней и обитающих в почве микроорганизмов).

Значительное количество органических веществ поступает ежегодно в почвы с наземным и корневым растительным опадом

В каждый данный момент существования почвы масса заключенных в ней живых корней составляет лишь сотые и тысячные доли процента от массы минеральной части почвы. Она зависит от типа растительности и составляет под пустынной и сухостепной растительностью 2,5-4,5 т/га, под разнотравными степями – 10-12, под высокотравными луговыми степями – до 20 т/га, под лесной растительностью масса корней в верхних горизонтах лесных почв – 17-27 т/га. Ежегодно отмирает лишь часть корней (25-30% их массы).

В травянистых типах растительности в степях и саваннах разложение растительных остатков идет быстрее, чем в лесах умеренного пояса и на поверхности почвы здесь накапливается опад лишь данного года или немного больше. В пустынях опад небольшой и он быстро минерализуется.

Самый малый темп разложения органического вещества в кустарниковых тундрах, где при очень малом количестве ежегодного наземного опада на поверхности почв в подстилках накапливается 92-летний запас органических остатков.

Чем теплее и влажнее климат, тем быстрее в аэробных условиях идет разложение органических веществ. Темп разложения имеет прямую связь с численностью и активностью микроорганизмов и почвенной мезофауны (преимущественно беспозвоночные), обитающие в подстилках и почвах

Наибольшую долю в массе беспозвоночных составляют дождевые черви – от 200 до 500 кг/га. Суммарная масса членистоногих – от 100 до 400 кг/га. При отмирании одной популяции беспозвоночных в почвы поступает от 0,5 до 1 т/га органического вещества в год.

Таким образом, живое вещество почвы, продукты его жизнедеятельности и мертвые остатки, подобно воде и воздуху, вновь и вновь возобновляются в почвах. Периоды их возобновления от нескольких дней до нескольких десятков и первых сотен лет. За время существования почвы в ней сменяются многочисленные поколения растительных и животных микро- и макроорганизмов. В почве осуществляются, по образному выражению В.И.Вернадского, «вихри жизни». Каждый такой вихрь имеет незамкнутый характер и оставляет в почве определенный след. Через почву за время ее существования проходят многие тысячи тонн живого активного органического вещества и продуктов его разложения и минерализации.

В почвах, особенно образующихся под травянистой растительностью, результаты воздействия организмов обнаруживаются не только в изменении минеральной основы, но и накоплении темного, тесно связанного с минеральной частью, специфического органического вещества почв – гумуса. Запасы гумуса наиболее высоки в почвах прерий и высокотравных степей (500-700 т/га) и наиболее низки в почвах тундр и пустынь (60-70 т/га).

Однако и гумус, представляющий собой комплекс сложных, устойчивых против разложения полимеров, постепенно под влиянием специфических групп почвенных микроорганизмов минерализуется и замещается вновь образованным. Скорость кругооборота гумусовых веществ в почвах установлена недавно путем определения содержания в наиболее его устойчивой части радиоактивного углерода 14С. Сейчас установлено, что в верхних наиболее населенных микроорганизмами горизонтах обновление гумуса происходит за 300-500 лет. В нижних горизонтах на глубине 1 м и более, где процессы распада органических веществ идут медленнее, сохраняется более «старый» гумус, возраст которого несколько тысяч лет.

Биологический круговорот веществ в почве

Биологический круговорот химических элементов включает: 1) поглощение живыми организмами из окружающей среды химических элементов и их соединений; 2) построение из поглощенных веществ органических соединений живых тканей; 3) отмирание организмов, минерализацию органических веществ и возврат элементов в окружающую среду.

Так как почвы населены разнообразными растительными и животными организмами, имеющими различную продолжительность жизни (от сотен лет до нескольких часов и дней) в них наблюдается сложная система биологических круговоротов химических элементов.

Наряду с зелеными растениями, дающими первичную биологическую продукцию (биомасса), в почве и на почве обитают многочисленные животные – фитофаги и сапрофаги (питаются отмершими растениями и трупами животных).

В микробном населении и почв имеются разнообразные группы микроорганизмов – гетеротрофов, нуждающихся в готовом органическом веществе.

Фитофаги и сапрофаги создают вторичную биологическую продукцию, вовлекая химические элементы в биологический круговорот.

В результате биологического круговорота в почве идет накопление ряда элементов. Особенно в этом отношении велика роль организмов аутотрофов, захватывающих необходимые им элементы из атмосферы. Это – зеленые растения, ассимилирующие углекислоту, и микроорганизмы – азотфиксаторы. Среди них аэробные бактерии Азоtobacter choococcum и анаэроб - Clostridium pasteurianum. Некоторые почвенные грибы.
Органическая часть почвы
Органическая часть почвы – это органические остатки (корешки и наземный опад), не потерявшие еще анатомического строения, и гумуса – массы органических веществ темного цвета, равномерно пропитывающих минеральную часть почвы.

Источником гумуса являются органические остатки высших растений, микроорганизмов и животных, развивающихся в почве. Остатки зеленых растений поступают в почву в виде наземного опада и отмирающей корневой системы. В лесных почвах основным источником образования гумуса является наземный опад, образующий подстилку.

Химический состав органических остатков очень разнообразен. Бóльшую часть их массы (до 75-90%) составляет вода. В состав сухого вещества входят углеводы, белки, лигнин, липиды (см. битумы), воски, смолы, дубильные вещества и мн. др. соединения. Наиболее резко выделяются по химическому составу бактерии, главная масса сухого вещества которых представлены белками. Скорость разложения растительных остатков зависит от содержания в них веществ. Древесина и хвоя содержат много лигнина, смол и дубильных веществ, но мало белков; разложение этих остатков идет медленно. Остатки бобовых трав, богатые белками, разлагаются быстро.

Кроме органических соединений, органические остатки всегда содержат некоторое количество зольных элементов. Количество золы и состав зольных элементов изменяется в зависимости от видового состава организмов и условий среды их обитания. В состав золы входят калий, кальций, магний, кремний, фосфор, сера, железо и мн. др. элементы, содержащиеся в незначительных количествах. Очень низкая зольность характерна для древесины; большое количество зольных элементов содержит остатки травянистой растительности. В растительных остатках содержатся микроэлементы.

Органическое вещество почвы проходит длительный путь биологических и биохимических превращений, приобретая на отдельных стадиях специфические свойства. Эти превращения идут по пути разложения сложных соединений в более простые вплоть до полной минерализации с образованием CO₂, Н₂О, NH₃ (аммиак – главный продукт естественного гниения органических веществ) и др. В процессе разложения от 1/10 до 1/3 органических остатков образуют новые устойчивые соединения – гумус.
Влияние условий почвообразования на характер и скорость гумусообразования

В различных природных условиях характер и скорость гумусообразования (разложение и гумификация органических остатков) различны и зависят от взаимосвязанных условий почвообразования. Главнейшими из них являются водно-воздушный и тепловой режимы почв, состав и характер поступления растительных остатков, видовой состав и интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов, механический состав и физико-химические свойства почвы.

В зависимости от водно-воздушного режима гумусообразование протекает в аэробных и анаэробных условиях

В аэробных условиях, при достаточном количестве влаги (60-80% от полной влагоемкости), а также при благоприятной температуре (25-30⁰С) процесс разложения органических остатков развивается интенсивно. В этих же условиях интенсивно идет минерализация как промежуточных продуктов разложения, так и гумусных веществ. В почве накапливается относительно мало гумуса, но много элементов зольного и азотного питания растений (например, почвы субтропиков).

При постоянном и резком недостатке влаги в почве накапливается мало растительных остатков, процессы разложения и гумификации замедляются и гумуса также накапливается мало.

В анаэробных условиях, т.е. при постоянно избытке влаги, а также при низких температурах процессы гумусообразования замедляются.

Наиболее благоприятно для накопления гумуса сочетание в почве оптимального гидротермического и водно-воздушного режимов и некоторое периодически повторяющееся иссушение. В таких условиях происходит постепенное разложение органических остатков, достаточно энергичная гумификация их и закрепление образующихся гумусовых веществ минеральной частью почвы. Такой режим характерен для черноземов.

На гумусообразование больше влияние оказывает состав почвенных микроорганизмов и интенсивность их жизнедеятельности.

Северные подзолистые почвы характеризуются наименьшим содержание микроорганизмов с низкой жизнедеятельностью. К югу количество микроорганизмов в почве увеличивается, их видовой состав становится более разнообразным, жизнедеятельность резко возрастает.

Наибольшее количество гумуса накаливается в почвах со средним содержанием микроорганизмов (черноземы).

Не менее значительно влияние на гумусообразование механического состава и физико-химических свойств самой почвы.

В песчаных и супесчаных почвах создается хорошая аэрация, они быстро прогреваются. В этих почвах разложение органических остатков ускоряется, значительная часть их минерализуется полностью, а образовавшиеся гумусовые вещества плохо закрепляются на поверхности песчаных частиц и быстро минерализуются.

В глинистых и суглинистых почвах процесс разложения органических веществ при прочих равных условиях замедляется, гумусовых веществ образуется больше, они хорошо закрепляются и постепенно накапливаются в почве.

Химический и минералогический состав почвы определяет количество питательных веществ, необходимых для микроорганизмов, реакцию среды, при которой идет образование гумуса, и условия закрепления гумусовых веществ в почве. Особенно большую роль в закреплении гумусовых веществ в почве играет кальций. Почвы, насыщенные кальцием, имеют нейтральную реакцию, которая благоприятна для развития бактерий. Гумусовые кислоты образуют с кальцием нерастворимые в воде соли – гуматы кальция. Благоприятное влияние на закрепление гумуса в почве оказывают глинистые минералы типа монтмориллонита и вермикулита.

Состав и свойства гумусовых веществ

Гумус почвы – сложный комплекс органических соединений, представленных двумя главными группами веществ: 1) органическими соединениями индивидуальной природы неспецифическими для почв; они присутствуют в растительных и животных тканях и др.; 2) комплексы органических веществ сложной природы, специфические для почв; это собственно гумусовые вещества.

1.Индивидуальные органические вещества поступают в почвы при разложении органических остатков и как продукты метаболизма (обмена веществ) микроорганизмов. Многие из них водорастворимы и выщелачиваются уже в первых стадиях разложения. Это входящие в растительные клетки сахара, многие простые органические кислоты. Другие – освобождаются или вновь образуются в последующих стадиях разложения (аминокислоты, протеины, углеводы, фенольные соединения, органические фосфаты).

В сумме вещества индивидуальной природы составляют небольшую долю от общего содержания в почве органических веществ – не более 15%. Однако роль их в почвообразовании весьма значительна. Они активно участвуют в процессах внутрипочвенного выветривания минералов, в образовании органно-минеральных комплексов. Многие из них являются хорошими структурообразователями, особенно в органно-минеральных формах (с железом, марганцем, алюминием). Вещества индивидуальной природы обладают физиологической активностью. Даже ничтожные количества некоторых из них влияют на растения, оказывают положительное или угнетающее влияние на их рост и развитие.

2.Группа специфических гумусовых веществ составляет 85-90% общего органического вещества в почве. Гумусовые вещества представляют собой систему высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений циклического строения и кислотной природы. Обладая кислотными свойствами, гумусовые вещества реагируют с минеральной частью почвы, образуют органно-минеральные комплексы, часть которых весьма устойчива и прочно закрепляется в почвах.

В настоящее время достаточно твердо установлено, что в состав гумусовых веществ входят две основные группы гумусовых кислот.

1) Группа темноокрашенных гуминовых кислот, в пределах которой выделяются собственно гуминовые кислоты (серые), ульминовые (бурые) кислоты и растворимые в спирте (в отличие от остальных гуматомелановые кислоты.

2) Группа желтоокрашенных фульвокислот.

Ряд исследователей выделяют еще гумины – комплекс гуминовых кислот и фульвокислот, очень прочно связанный с минеральной частью почвы.

Разделение гумусовых веществ на группы и подгруппы производится на основании их различной растворимости в щелочах, кислотах и спирте.

Гуминовые кислоты – высокомолекулярные азотсодержащие кислоты. Они не растворимы в воде и в минеральных кислотах, но растворяются в щелочах. Раствор кислот темной окраски – от вишнево-коричневой до черной.

В гуминовых кислотах различных почв содержится 52-62% углерода, 32-39% кислорода, 3-4,5% водорода и 3-4,5% азота. Состав гуминовых кислот различных почв неодинаков. Так, в гуминовых кислотах подзолистых почв меньше углерода, но больше водорода, чем в гуминовых кислотах черноземов. Гуминовые кислоты находятся в почве в виде гелей.

Взаимодействуя с минеральной частью почвы, гуминовые кислоты образуют гуматы – сложные органно-минеральные комплексы, которые адсорбируются на поверхности глинистых минералов. Гуматы кальция и магния нерастворимы в воде и закрепляются в почве в виде гелей. Гели склеивают минеральные частицы почвы в агрегаты и способствуют образованию водопрочной структуры. Эти процессы ярко выражены в черноземах, в дерново-карбонатных почвах.

Гуматы щелочных металлов калия и особенно натрия, а также гуматы алюминия хорошо растворимы в воде, легко переходят при увлажнении почв в состояние золя. Их клеящая способность мала, поэтому почвы, содержащие гуматы щелочей, имеют неводопрочную структуру, при увлажнении набухают и расплываются. При нисходящем токе почвенной влаги гуматы щелочей (в частности, натрия) перемещаются вниз по профилю в иллювиальные горизонты.

Фульвокислоты (или креоновая и апокреновая кислоты). Растворимая в воде креоновая кислота светло-оранжево-желтого цвета при окислении на воздухе превращается в бурый аморфный осадок – апокреновую кислоту. После работ С.Одена (1919) эта группа легкорастворимых органических веществ получила название фульвокислот.

Фульвокислоты по сравнению с гуминовыми кислотами содержат меньший процент углерода и азота и более высокий – водорода и кислорода. Элементный состав фульвокислот изменяется в следующих пределах: С – 40-42%, Н – 4-6%, О – 40-48%, N - 2-6%.

Фульвокислоты хорошо растворяются в воде, кислотах и в щелочах. Растворы в зависимости от концентрации имеют окраску от соломенно-желтой до оранжевой. Водные растворы их обладают сильнокислой реакцией. Фульвокислоты сильно активизируют процесс химического выветривания почвенных минералов. Они активнее, чем гуминовые, образуют комплексы с минеральной частью почвы – фульваты. Фульваты щелочных и щелочноземельных металлов хорошо растворимы и подвижны. Менее растворимы соединения фульфокислот с железом и алюминием. Растворимость и подвижность фульватов приводят к обеднению почв органическими и минеральными соединениями, что проявляется при формировании подзолистых почв.

Гумины («нерастворимый осадок») – наиболее инертная часть гумуса, нерастворимая в щелочах. В основном это группы гуминовых и фульвокислот, прочно связанных между собой и минеральной частью почвы. В состав гуминов входят также инертные илистые частицы и не полностью гуминизированные органические остатки.

Содержание и состав гумуса в некоторых широко

распространенных типах почв СНГ

Содержание гумуса в почвах исчисляется в процентах к массе твердой фазы почвы и в массовых единицах (обычно т/га) – в слое почвы определенной мощности (0-20 см, 0-50 см, 0-100 см).

Содержание гумуса и мощность гумусового горизонта в почках атмосферного увлажнения на равнинах СНГ подчинены следующим географическим закономерностям. Наибольшее содержание гумуса в верхнем горизонте (10-12%) и наибольшая мощность гумусового горизонта (70-80 см) свойственны черноземам луговых и умеренно-засушливых степей. К северу и к югу от зоны черноземов содержание гумуса и мощность гумусового горизонта уменьшаются, причем к югу сильнее, чем к северу. Так, в черноземах содержится 6-10% гумуса, а мощность гумусового горизонта не менее 1-1,5 м, почвах же полупустынь и пустынь – 1,2% гумуса при мощности гумусового горизонта 12-15 см, в подзолистых почвах гумуса 2,0-2,5%, мощность гумусового горизонта – 5-7 см.

В составе гумуса различных почв (по М.М. Кононовой,1963) выявлены следующие закономерности.

1. Относительное содержание в составе гумуса гуминовых кислот увеличивается от подзолистых почв к серым лесным и черноземам и вновь уменьшается к светло-каштановым, бурым пустынным и сероземам, т.е. изменяется параллельно общему содержанию гумуса.

2. Изменение относительного содержания фульвокислот менее закономерно, но в целом противоположно изменению гуминовых кислот. Весьма показательно отношение:

гуминовые кислоты (Сгк) (углерод)

------------------------------------------------,

фульвокислоты (Сфк)
которое в черноземах и каштановых почвах >1, в подзолистых, серых, лесных, красноземах, сероземах <1.