Помощ за Tele2, тарифи, въпроси

Глава 4. ОРГАНИЧНО ВЕЩЕСТВО В ПОЧВАТА И НЕГОВИЯТ СЪСТАВ

§1. Източници на органично вещество и неговия състав

Най-важният компонент на почвата е органичната материя, която представлява сложна комбинация от растителни и животински останки в различни стадии на разлагане и специфични почвени органични вещества, наречени хумус.

Всички компоненти на биоценозата, които попадат върху или в почвата (мъртви микроорганизми, мъхове, лишеи, животни и др.), се считат за потенциален източник на органична материя, но зелените растения, които ежегодно остават в почвата и върху нея, са основният източник на натрупване на хумус в почвите.повърхността на голямо количество органична материя. Биологичната производителност на растенията варира в широки граници и варира от 1-2 t / година сухо органично вещество (тундра) до 30-35 t / година (влажни субтропици).

Растителната постеля се различава не само количествено, но и качествено (виж Глава 2). Химическият състав на органичните вещества, постъпващи в почвата, е много разнообразен и до голяма степен зависи от вида на мъртвите растения. По-голямата част от масата им е вода (75 - 90%). Съставът на сухото вещество включва въглехидрати, протеини, мазнини, восъци, смоли, липиди, танини и други съединения. По-голямата част от тези съединения са макромолекулни вещества. Основната част от растителните остатъци се състои главно от целулоза, хемицелулоза, лигнин и танини, като най-богати на тях са дървесните видове. Протеинът се намира най-много в бактериите и бобовите растения, най-малко количество се съдържа в дървесината.

Освен това органичните остатъци винаги съдържат известно количество пепелни елементи. По-голямата част от пепелта е калций, магнезий, силиций, калий, натрий, фосфор, сяра, желязо, алуминий, манган, които образуват органоминерални комплексонати в състава на хумуса. Съдържанието на силициев диоксид (SiO 2) варира от 10 до 70%, фосфор - от 2 до 10% от масата на пепелта. Името на пепелните елементи се дължи на факта, че когато растенията се изгарят, те остават в пепелта и не се изпаряват, както се случва с въглерода, водорода, кислорода и азота.

В много малки количества в пепелта се съдържат микроелементи - бор, цинк, йод, флуор, молибден, кобалт, никел, мед и др. Най-високо съдържание на пепел имат водораслите, зърнените и бобовите култури, най-малко пепел има в иглолистната дървесина . Съставът на органичната материя може да бъде представен по следния начин (фиг. 6).

§2. Трансформация на органични вещества в почвата

Превръщането на органичните остатъци в хумус е сложен биохимичен процес, протичащ в почвата с прякото участие на микроорганизми, животни, кислород от въздуха и вода. В този процес основната и решаваща роля принадлежи на микроорганизмите, които участват във всички етапи на образуване на хумус, което се улеснява от огромното население на почвата с микрофлора. Животните, обитаващи почвата, също участват активно в превръщането на органичните остатъци в хумус. Насекомите и техните ларви, земните червеи раздробяват и смилат растителните остатъци, смесват ги с почвата, поглъщат, обработват и изхвърлят неизползваната част под формата на екскременти в почвата.

При умиране всички растителни и животински организми преминават през процеси на разлагане до по-прости съединения, чийто краен етап е завършен минерализацияорганична материя. Получените неорганични вещества се използват от растенията като хранителни вещества. Скоростта на разлагане и минерализация на различните съединения не е еднаква. Разтворимите захари и нишестето се минерализират интензивно; протеините, хемицелулозата и целулозата се разлагат доста добре; устойчиви - лигнин, смоли, восъци. Друга част от продуктите на разпадане се консумират от самите микроорганизми (хетеротрофни) за синтеза на вторични протеини, мазнини, въглехидрати, които образуват плазмата на нови поколения микроорганизми и след смъртта на последните отново се подлагат на процес на разлагане. Процесът на временно задържане на органични вещества в микробната клетка се нарича микробен синтез. Част от продуктите на разлагането се превръщат в специфични сложни високомолекулни вещества - хуминови вещества. Съвкупността от сложни биохимични и физикохимични процеси на трансформация на органичното вещество, в резултат на което се образува специфично органично вещество на почвата, хумус, се нарича хумификация.И трите процеса протичат в почвата едновременно и са взаимосвързани помежду си. Трансформацията на органичната материя се извършва с участието на ензими, секретирани от микроорганизми, корени на растения, под въздействието на които се извършват биохимични реакции на хидролиза, окисление, редукция, ферментация и др. и се образува хумус.

Има няколко теории за образуването на хумус. Първият през 1952 г. се появява на кондензациятеория, разработена от M.M.Kononova. В съответствие с тази теория образуването на хумус протича като постепенен процес на поликондензация (полимеризация) на междинни продукти на разлагане на органични вещества (първо се образуват фулвинови киселини и от тях се образуват хуминови киселини). Концепция биохимично окислениеразработен от L.N. Александрова през 70-те години на ХХ век. Според него водеща роля в процеса на хумификация имат реакциите на бавно биохимично окисляване на продуктите от разлагането, които водят до образуването на система от високомолекулни хуминови киселини с променлив елементен състав. Хуминовите киселини взаимодействат с пепелните елементи на растителните остатъци, освободени по време на минерализацията на последните, както и с минералната част на почвата, образувайки различни органо-минерални производни на хуминови киселини. В този случай една система от киселини се разделя на няколко фракции, които се различават по степента на разтворимост и структурата на молекулата. По-малко диспергираната част, която образува водонеразтворими соли с калций и сесквиоксиди, се образува като група от хуминови киселини. По-диспергирана фракция, даваща предимно разтворими соли, образува група фулвинови киселини. Биологиченконцепциите за образуване на хумус предполагат, че хумусните вещества са продукти от синтеза на различни микроорганизми. Тази гледна точка е изразена от В. Р. Уилямс, развита е в трудовете на Ф. Ю. Гелцер, С. П. Лях, Д. Г. Звягинцев и др.

В различни природни условия характер и скоростобразуването на хумус не е едно и също и зависи от взаимосвързаните условия на почвообразуване: водно-въздушния и топлинния режим на почвата, нейния гранулометричен състав и физикохимични свойства, състава и характера на доставката на растителни остатъци, видовия състав и интензивността на жизнената активност на микроорганизмите.

Преобразуването на остатъците става при аеробни или анаеробни условия в зависимост от водно-въздушния режим. IN аеробикаусловия с достатъчно количество влага в почвата, благоприятна температура и свободен достъп до O 2, процесът на разлагане на органични остатъци се развива интензивно с участието на аеробни микроорганизми. Най-оптималните условия са температура 25 - 30 ° C и влажност - 60% от общия капацитет на влага на почвата. Но при същите условия минерализацията както на междинните продукти на разлагане, така и на хумусните вещества протича бързо, следователно в почвата се натрупва относително малко хумус, но много елементи на пепел и азотно хранене на растенията (в сиви почви и други субтропични почви).

При анаеробни условия (с постоянен излишък на влага, както и при ниски температури, липса на O 2) процесите на образуване на хумус протичат бавно с участието главно на анаеробни микроорганизми. В този случай се образуват много органични киселини с ниско молекулно тегло и редуцирани газообразни продукти (CH4, H2S), които инхибират жизнената активност на микроорганизмите. Процесът на разлагане постепенно затихва, а органичните останки се превръщат в торф - маса от слабо разложени и неразложени растителни останки, частично запазващи анатомичната структура. Комбинацията от аеробни и анаеробни условия в почвата с редуване на периоди на сушене и овлажняване е най-благоприятна за натрупването на хумус. Този режим е характерен за черноземите.

Видовият състав на почвените микроорганизми и интензивността на тяхната жизнена дейност също оказват влияние върху образуването на хумус. Северните подзолисти почви, в резултат на специфични хидротермични условия, се характеризират с най-ниско съдържание на микроорганизми с ниско видово разнообразие и ниска жизнена активност. Последицата от това е бавното разлагане на растителните остатъци и натрупването на слабо разложен торф. Във влажните субтропици и тропици се наблюдава интензивно развитие на микробиологичната активност и във връзка с това активна минерализация на остатъците. Сравнението на запасите от хумус в различни почви с различен брой микроорганизми в тях показва, че както много ниската, така и високата биогенност на почвата не допринасят за натрупването на хумус. Най-голямо количество хумус се натрупва в почви със средно съдържание на микроорганизми (черноземи).

Не по-малко значимо влияние оказват гранулометричният състав и физикохимичните свойства на почвата. В песъчливи и песъчливо-глинести, добре загряти и аерирани почви разлагането на органичните остатъци протича бързо, значителна част от тях се минерализират, има малко хумусни вещества и те са слабо фиксирани върху повърхността на пясъчните частици. В глинести и глинести почви процесът на разлагане на органични остатъци при равни условия е по-бавен (поради липса на O 2), хумусните вещества се фиксират върху повърхността на минералните частици и се натрупват в почвата.

Химическият и минералогичен състав на почвата определя количеството хранителни вещества, необходими за микроорганизмите, реакцията на средата, в която се образува хумусът, и условията за фиксиране на хуминови вещества в почвата. По този начин почвите, наситени с калций, имат неутрална реакция, което е благоприятно за развитието на бактерии и фиксирането на хуминови киселини под формата на неразтворими във вода калциеви хумати, което го обогатява с хумус. В кисела среда, когато почвите са наситени с водород и алуминий, се образуват разтворими фулвови киселини, които имат повишена подвижност и водят до голямо натрупване на хумус. Глинените минерали като монтморилонит и вермикулит също допринасят за фиксирането на хумуса в почвата.

Поради разликата във факторите, влияещи върху образуването на хумус, количеството, качеството и запасите на хумуса не са еднакви в различните почви. По този начин горните хоризонти на типичните черноземи съдържат 10–14% хумус, сиви тъмни горски почви 4–9%, дерново-подзолисти почви 2–3%, тъмни кестенови, жълти почви 4–5%, кафяви и сиво-кафяви полупустинни почви 1 - 2%. Различни са и запасите от органично вещество в природните зони. Най-големите резерви, според И. В. Тюрин, имат различни подвидове черноземи, торфища, сива гора, средно - тъмно кестен, червени почви, ниско - подзолисти, дерново-подзолисти, типични сиви почви. Обработваемите почви на Република Беларус съдържат хумус: глинест– 65 т/ха, в глинеста– 52 т/ха, в пясъчен - 47 т/ха, в пясъчен– 35 т/ха. Почвите на Република Беларус, в зависимост от съдържанието на хумус в обработваемия слой, са разделени на 6 групи (Таблица 3). В почвите на други природни зони има градации в зависимост от съдържанието на хумус.

Таблица 3

Групиране на почвите на Република Беларус по съдържание на хумус

В Република Беларус по-голямата част от земята принадлежи към почвите от групи II и III, около 20% - към почвите от група IV (фиг. 7).

§3. Състав и класификация на хумуса

Хумусе специфично високомолекулно азотсъдържащо органично вещество с кисела природа. Той съставлява основната част от органичната материя на почвата, която напълно е загубила характеристиките на анатомичната структура на мъртвите растителни и животински организми. Почвеният хумус се състои от специфични хуминови вещества, включително хуминови киселини (HA), фулвови киселини (FA) и хумин (виж фиг. 6), които се различават по разтворимост и възможност за извличане.

Хуминови киселини- това са тъмно оцветени високомолекулни азотсъдържащи вещества, неразтворими във вода, минерални и органични киселини. Те се разтварят добре в основи с образуването на колоидни разтвори с тъмно черешов или кафяво-черен цвят.

При взаимодействие с метални катиони хуминовите киселини образуват соли - хумати. Хуматите на едновалентните метали са силно разтворими във вода и се измиват от почвата, докато хуматите на двувалентните и тривалентните метали не се разтварят във вода и са добре фиксирани в почвата. Средното молекулно тегло на хуминовите киселини е 1400. Те съдържат С - 52 - 62%, Н - 2,8 - 6,6%, О - 31 - 40%, N - 2 - 6% (тегл.). Основните компоненти на молекулата на хуминовата киселина са ядрото, страничните вериги и периферните функционални групи. Ядрото на хумусните вещества се състои от редица ароматни циклични пръстени. Страничните вериги могат да бъдат въглехидратни, аминокиселинни и други вериги. Функционалните групи са представени от няколко карбоксилни (–COOH) и фенолхидроксилни групи, които играят важна роля в почвообразуването, тъй като определят процесите на взаимодействие на хуминови киселини с минералната част на почвата. Хуминовите киселини са най-ценната част от хумуса, те повишават усвоителната способност на почвата, допринасят за натрупването на елементи на почвеното плодородие и образуването на водоустойчива структура.

Фулвинови киселиние група от хуминови киселини, оставащи в разтвор след утаяване на хуминови киселини. Това също са високомолекулни органични азотсъдържащи киселини, които за разлика от хуминовите киселини съдържат по-малко въглерод, но повече кислород и водород. Те имат светъл цвят (жълт, оранжев), лесно разтворими във вода. Солите (фулвати) също са разтворими във вода и слабо фиксирани в почвата. Фулвиновите киселини имат силно кисела реакция, енергично разрушават минералната част на почвата, причинявайки развитието на процес на подзообразуване на почвата.

Съотношението между хуминови киселини и фулвови киселини в различните почви не е еднакво. В зависимост от този показател (C HA: C FA) се разграничават следните видове хумус: хумат(> 1,5), хумат-фулват (1,5 – 1), фулватно-хумат (1 – 0,5), фулвичен (< 0,5). Качество гумуса, плодородие почвы зависят от преобладания той или иной группы. К северу и к югу от черноземов содержание гуминовых кислот в почвах уменьшается. Относительно высокое содержание фульвокислот наблюдается в гумусе подзолистых почв и красноземов. Можно сказать, что условия, благоприятствующие накоплению гумуса в почвах, способствуют и накоплению устойчивой и наиболее агрономически ценной его части – гуминовых кислот. Соотношение С ГК: С ФК имеет наибольшее значение (1,5 – 2,5) в гумусе черноземов, снижаясь к северу и к югу от зоны этих почв. При интенсивном использовании пахотных земель без достаточного внесения органических удобрений наблюдается снижение как общего содержания гумуса (дегумификация), так и гуминовых кислот.

Гумин- това е част от хуминови вещества, които не се разтварят в никакъв разтворител, са представени от комплекс от органични вещества (хуминови киселини, фулвови киселини и техните органо-минерални производни), здраво свързани с минералната част на почвата. Той е инертна част от почвения хумус.

Спецификата и съставът на хумусните комплекси служат като основа за класификацията на видовете хумус. Р. Е. Мюлер предложи класификация на горските форми на хумус като биологична система за взаимодействие между органични вещества, микробиота и растителност. Сред тези комплекси се разграничават 3 вида хумус.

Мек хумус - мулОбразува се в широколистни или смесени гори с интензивна дейност на почвената фауна при благоприятни хидротермални условия и наличието на достатъчно количество основи, предимно калций, в постеля и почви; Постелята почти не се натрупва в почвата за мулета, тъй като входящата постеля се разлага енергично от микробиотата. В състава на хумуса преобладават хуминови киселини.

Едър хумус - мор, съдържащ голямо количество полуразложени остатъци, е характерен за иглолистните гори, образува се с ниско съдържание на пепелни елементи в постеля, липса на основи и високо съдържание на силициев диоксид в почвата, има кисела реакция, е устойчив на микроорганизми и минерализира бавно с участието на гъбички. В резултат на бавното развитие на процесите на хумификация и минерализация в почвите се образува мощен постелен торфен хоризонт А 0, състоящ се от 3 слоя: а) слой от слабо разложена органична материя (L), който е прясна постеля, b) полуразложен ферментационен слой (F), c) хумифициран слой (H).

Междинна форма – модерсе развива в условия на доста бърза минерализация на растителни остатъци, където функционалната активност на почвените животни, които смилат растителните остатъци, играе важна роля, което значително улеснява последващото им разлагане от почвената микрофлора.

§4. Значение и баланс на почвения хумус

Натрупването на хумус е резултат от почвообразувателния процес, а самите хумусни вещества оказват голямо влияние върху по-нататъшната посока на почвообразувателния процес и свойствата на почвата. Функциите на хумуса в почвата са много разнообразни:

1) формирането на специфичен почвен профил (с хоризонт А), формирането на почвената структура, подобряването на водно-физичните свойства на почвата, увеличаването на абсорбционната способност и буферната способност на почвите;

2) източник на минерални хранителни вещества за растенията (N, P, K, Ca, Mg, S, микроелементи), източник на органично хранене за хетеротрофни почвени организми, източник на CO 2 в повърхностния слой на атмосферата и биологично активни съединения в почвата, което директно стимулира растежа и развитието на растенията, мобилизира хранителните вещества, влияе върху биологичната активност на почвата;

3) изпълнява санитарни и защитни функции - ускорява унищожаването на пестицидите, фиксира замърсителите, намалявайки навлизането им в растенията.

Във връзка с разнообразната роля на органичните вещества в почвеното плодородие, проблемът за хумусния баланс на обработваемите почви е актуален. Като всеки баланс, хумусният баланс включва елементи на приходи (приток на органични остатъци и тяхното хумифициране) и разходи (минерализация и други загуби). При естествени условия колкото по-стара е почвата, толкова по-плодородна е: балансът е положителен или нулев, в обработваемите почви по-често е отрицателен. Средно обработваемите почви губят около 1 т/ха хумус годишно. За регулиране на количеството хумус се използва систематично въвеждане на достатъчно количество органична материя под формата на оборски тор (от 1 тон тор се образува ≈ 50 kg хумус), торфени компости, сеитба на многогодишни треви, използване на зелени торове (зелено торене), варуване на кисели почви и алкален гипс.

Хумусното състояние на почвите е важен показател за плодородието и се определя от система от показатели, включително нивото на съдържание и запаси от органично вещество, разпределението му в профила, обогатяване с азот (C: N) и калций, степента на хумификация , видове хуминови киселини и тяхното съотношение. Някои от параметрите му служат като обект на екологичен мониторинг.

органична част почвапредставени от живи организми (жива фаза или биофаза), неразградени, органични остатъци и хуминови вещества (фиг. 1)

Органична част от почвата

Ориз. 1. Органична част от почвата

Живите организми бяха обсъдени по-горе. Сега е необходимо да се дефинират органичните остатъци.

органични остатъци- това са органични вещества, тъкани на растения и животни, частично запазващи първоначалната си форма и структура. Трябва да се отбележи различният химичен състав на различните остатъци.

Хуминови веществаса всички органични вещества на почвата, с изключение на живите организми и техните останки, които не са загубили тъканната си структура. Общоприето е те да се подразделят на собствено специфични хуминови вещества и неспецифични органични вещества с индивидуален характер.

Неспецифичните хуминови вещества съдържат вещества от индивидуален характер:

а) азотни съединения, например прости и сложни, протеини, аминокиселини, пептиди, пуринови бази, пиримидинови бази; въглехидрати; монозахариди, олигозахариди, полизахариди;

б) лигнин;

в) липиди;

д) дъбилни вещества;

е) органични киселини;

ж) алкохоли;

з) алдехиди.

По този начин неспецифичните органични вещества са отделни органични съединения и междинни продукти на разлагане на органични остатъци. Те съставляват приблизително 10-15% от общото съдържание на хумус в минералните почви и могат да достигнат 50-80% от общата маса на органичните съединения в торфените хоризонти и горската постеля.

Всъщност хумусните вещества представляват специфична система от високомолекулни азотсъдържащи органични съединения с циклична структура и кисела природа. Според много изследователи структурата на молекулата на хумусното съединение е сложна. Установено е, че основните компоненти на молекулата са ядрото, страничните (периферните) вериги и функционалните групи.

Смята се, че ядрото е ароматни и хетероциклични пръстени, състоящи се от пет- и шест-членни съединения от типа:

бензен фуран пирол нафталин индол

Страничните вериги се простират от ядрото до периферията на молекулата. Те са представени в молекулата на хумусните съединения чрез аминокиселинни, въглехидратни и други вериги.

Съставът на хумусните вещества включва карбоксил (-COOH), фенолхидроксил (-OH), метоксил (-CH3O) и алкохолен хидроксил. Тези функционални групи определят химичните свойства на хумусните вещества. Характерна особеност на системата от собствени хуминови вещества е хетерогенността, т.е. наличието в него на компоненти от различни етапи на хумификация. В тази сложна система се разграничават три групи вещества:

а) хуминови киселини;

б) фулвинови киселини;

в) хумини или по-точно нехидролизуем остатък.

Хуминови киселини (HA)- тъмно оцветена група хуминови вещества, извлечени от почвата с алкални разтвори и утаени с минерални киселини при рН = 1-2. Характеризират се със следния елементен състав: съдържание на С от 48 до 68%, Н - 3,4-5,6%, N - 2,7-5,3%. Тези съединения са практически неразтворими във вода и минерални киселини, лесно се утаяват от разтвори на НА от киселини H+, Ca2+, Fe3+, A13+. Това са хумусни съединения с кисела природа, което се дължи на карбоксилни и фенолни хидроксилни функционални групи. Водородът на тези групи може да бъде заменен с други катиони. Способността за заместване зависи от природата на катиона, pH на средата и други условия. При неутрална реакция само водородните йони на карбоксилните групи се заместват. Капацитетът на абсорбция, дължащ се на това свойство на НА, е от 250 до 560 meq на 100 g НА. При алкална реакция капацитетът на абсорбция се увеличава до 600-700 mg·eq/100 g НА поради способността да замества водородните йони на хидроксилните групи. Молекулното тегло на НА, когато се определя по различни методи, варира от 400 до стотици хиляди. В молекулата на НА най-ясно е представена ароматната част, чиято маса преобладава над масата на страничните (периферни) вериги.

Хуминовите киселини нямат кристална структура, повечето от тях се намират в почвата под формата на гелове, които лесно се пептизират под действието на основи и образуват молекулни и колоидни разтвори.

При взаимодействие на НА с метални йони се образуват соли, които се наричат хумати.Хуматите NH4+, Na+, K+ са силно разтворими във вода и могат да образуват колоидни и молекулни разтвори. Ролята на тези съединения в почвата е огромна. Например, хуматите Ca, Mg, Fe и Al са основно слабо разтворими, могат да образуват водоустойчиви гелове, докато преминават в стационарно състояние (натрупване), а също така са основата за образуване на водоустойчива структура.

Фулвинови киселини (FA) -специфична група хуминови вещества, разтворими във вода и минерални киселини. Характеризира се със следния химичен състав: С съдържание от 40 до 52%; Н - 5-4%, кислород -40-48%, N - 2-6%. Фулвиновите киселини, за разлика от НА, са силно разтворими във вода, киселини и основи. Разтворите са жълти или сламеножълти на цвят. От тук тези съединения са получили името си: на латински fulvus - жълто. Водните разтвори на ФК са силно киселинни (рН 2,5). Молекулното тегло на фулвиновите киселини, определено по различни методи, варира от 100 до няколко стотици и дори хиляди условни единици маса.

Молекулата на фулвиновата киселина има по-проста структура в сравнение с хуминовите киселини. Ароматната част на тези съединения е по-слабо изразена. Структурата на молекулата на FA е доминирана от странични (периферни) вериги. Активни функционални групи са карбоксилни и фенолхидроксилни групи, чийто водород влиза в обменни реакции. Обменният капацитет на FA може да достигне 700-800 mg·eq на 100 g препарати на фулвинова киселина.

При взаимодействие с минералната част на почвата, фулвиновите киселини образуват органо-минерални съединения с метални йони, както и минерали. Фулвиновите киселини, поради силната си киселинна реакция и добрата си разтворимост във вода, активно разрушават минералната част на почвата. В този случай се образуват соли на фулвинови киселини, които имат висока подвижност в почвения профил. Органо-минералните съединения на фулвиновите киселини участват активно в миграцията на материя и енергия в почвения профил, при формирането например на отделни генетични хоризонти.

Нехидролизуем остатък (хумини) - група хуминови вещества, която представлява остатък от алкално-неразтворими органични съединения в почвата. Тази група се състои както от собствени хуминови вещества, например хумините се състоят от хуминови киселини, силно свързани с минерали, така и от силно свързани отделни вещества и органични остатъци с различна степен на разлагане с минералната част на почвата.

Почвата е сложен набор от компоненти, които са в комбинация помежду си. Съставът на почвата включва:

• минерални елементи.
• органични съединения.
• почвени разтвори.
• почвен въздух.
• органо-минерални вещества.
• почвени микроорганизми (биотични и абиотични).

За анализ на състава на почвата и определяне на нейните параметри е необходимо да има стойности на естествения състав - в зависимост от това се прави оценка за съдържанието на определени примеси.

По-голямата част от неорганичната (минерална) част на почвата е кристален силициев диоксид (кварц). Тя може да бъде от 60 до 80 процента от общия брой минерални елементи.

Доста голям брой неорганични компоненти са заети от такива алуминосиликати като слюда и фелдшпати. Това включва и глинести минерали от вторичен характер, например монтморилонити.

Монтморилонитите са от голямо значение за хигиенните качества на почвата поради способността да абсорбират катиони (включително тежки метали) и по този начин химически да дезинфекцират почвата.

Също така минералната част на почвените компоненти включва такива химични елементи (главно под формата на оксиди) като:

• алуминий
• желязо
• силиций
• калий
• натрий
• магнезий
• калций
• фосфор

Освен това има и други компоненти. Често те могат да бъдат под формата на сярни, фосфорни, въглеродни и солни соли.

Органични компоненти на почвата

Повечето органични компоненти се намират в хумуса. Това са в една или друга степен сложни органични съединения, съдържащи елементи като:

• въглерод
• кислород
• водород
• фосфор

Значителна част от органичните компоненти на почвата се намират разтворени в почвената влага.

Що се отнася до газовия състав на почвата, той е въздух, с приблизително следния процент:

1) азот - 60-78%

2) кислород - 11-21%

3) въглероден диоксид - 0,3-8%

Въздухът и водата определят такъв показател като порьозността на почвата и могат да варират от 27 до 90% от общия обем.

Определяне на гранулометричния състав на почвата

Гранулометричният (механичен) състав на почвата е съотношението на почвените частици с различни размери, независимо от техния произход (химичен или минералогичен). Тези групи частици се комбинират във фракции.

Гранулометричният състав на почвата е от решаващо значение за оценка на нивото на плодородието и други основни почвени показатели.

В зависимост от дисперсността, почвените частици се разделят на две основни категории:

1) частици с диаметър над 0,001 mm.

2) частици с диаметър по-малък от 0,001 mm.

Първата група частици произхожда от всички видове минерални образувания и скални фрагменти. Втората категория възниква по време на изветрянето на глинести минерали и органични компоненти.

Фактори, влияещи върху образуването на почвата

При определяне състава на почвата трябва да се обърне внимание на почвообразуващите фактори - те оказват значително влияние върху структурата и състава на почвата.

Прието е да се разграничават следните основни почвообразуващи фактори:

• произхода на основната скала на почвата.
• възраст на почвата.
• релеф на повърхността на почвата.
• климатични условия на образуване на почвата.
• състав на почвените микроорганизми.
• човешка дейност, засягаща почвата.

Кларк като единица за измерване на химичния състав на почвата

Кларк е условна единица, която определя нормалното количество на даден химичен елемент в идеална (незамърсена) почва. Например един килограм естествено чиста почва трябва да съдържа около 3,25% калций – това е 1 кларк. Ниво на химически елемент от 3-4 кларка или повече показва, че почвата е силно замърсена с този елемент.

Почватае сложна система, състояща се от минерални и органични компоненти. Служи като субстрат за развитието на растенията. За успешно земеделие е необходимо да се познават особеностите и начините на образуване на почвата - това спомага за повишаване на нейното плодородие, тоест има голямо стопанско значение.

Съставът на почватавключва четири основни компонента:
1) минерално вещество;
2) органична материя;
3) въздух;
4) вода, която по-правилно се нарича почвен разтвор, тъй като в нея винаги се разтварят определени вещества.

Минерално вещество на почвата

отпочвата се състои от минерални компоненти с различни размери: камъни, трошен камък и "фина пръст". Последният обикновено се подразделя по реда на загрубяване на частиците на глина, тиня и пясък. Механичният състав на почвата се определя от относителното съдържание на пясък, тиня и глина в нея.

Механичният състав на почватаоказва силно влияние върху дренажа, съдържанието на хранителни вещества и температурния режим на почвата, с други думи, структурата на почвата от агрономическа гледна точка. Почвите със средна и фина текстура като глини, глинести почви и тини обикновено са по-подходящи за растежа на растенията, тъй като съдържат достатъчно хранителни вещества и са по-способни да задържат вода с разтворени соли. Песъчливите почви се оттичат по-бързо и губят хранителни вещества чрез излугване, но са полезни за ранни реколти; през пролетта изсъхват и се затоплят по-бързо от глинените. Наличието на камъни, т.е. частици с диаметър над 2 mm, е важно от гледна точка на износването на селскостопанските инструменти и ефекта върху дренажа. Обикновено с увеличаване на съдържанието на камъни в почвата способността й да задържа вода намалява.

почвена органична материя

органична материя, като правило, съставлява само малка обемна част от почвата, но е много важна, тъй като определя много от нейните свойства. Той е основният източник на хранителни вещества за растенията като фосфор, азот и сяра; допринася за образуването на почвени агрегати, т.е. фино буци структура, което е особено важно за тежки почви, тъй като в резултат на това се увеличава водопропускливостта и аерацията; служи за храна на микроорганизмите. Почвената органична материя се разделя на детрит или мъртва органична материя (MOB) и биота.

Хумус(хумус) е органичният материал, получен в резултат на непълното разлагане на MOB. Значителна част от него не съществува в свободна форма, а е свързана с неорганични молекули, предимно с глинести почвени частици. Заедно с тях хумусът съставлява така наречения поглъщателен комплекс на почвата, който е изключително важен за почти всички физични, химични и биологични процеси, протичащи в нея, в частност за задържането на вода и хранителни вещества.

Сред почвените организмиспециално място заемат земните червеи. Тези детритиви, заедно с MOB, поглъщат големи количества минерални частици. Придвижвайки се между различни слоеве почва, червеите непрекъснато я смесват. В допълнение, те оставят проходи, които улесняват неговата аерация и дренаж, като по този начин подобряват структурата и свързаните с нея свойства. Земните червеи виреят най-добре в неутрална и леко кисела среда, рядко се срещат при pH под 4,5.

почвена органична материя- това е сложна система от всички органични вещества, присъстващи в профила в свободно състояние или под формата на органоминерални съединения, с изключение на тези, които са част от живите организми.

Основният източник на почвена органична материя са останките от растения и животни на различни етапи на разлагане. Най-големият обем биомаса идва от паднали растителни остатъци, приносът на безгръбначните и гръбначните и микроорганизмите е много по-малък, но те играят важна роля в обогатяването на органичната материя с азотсъдържащи компоненти.

Органичното вещество в почвата се разделя на две групи според неговия произход, характер и функции: органични остатъци и хумус. Като синоним на термина "хумус" понякога се използва терминът "хумус".

органични остатъциса представени главно от земни и коренови отпадъци от висши растения, които не са загубили своята анатомична структура. Химическият състав на растителните останки от различни ценози варира в широки граници. Общото за тях е преобладаването на въглехидрати (целулоза, хемицелулоза, пектин), лигнин, протеини и липиди. Целият този сложен комплекс от вещества, след смъртта на живите организми, навлиза в почвата и се трансформира в минерални и хуминови вещества и частично се отстранява от почвата с подземни води, вероятно до нефтени хоризонти.

Разграждането на органичните почвени остатъци включва механично и физическо разрушаване, биологична и биохимична трансформация и химични процеси. Ензимите, почвените безгръбначни, бактериите и гъбите играят важна роля в разграждането на органичните остатъци. Ензимите са структурирани протеини с много функционални групи. Основен източник на ензими са; растения. Действайки като катализатори в почвата, ензимите ускоряват милиони пъти процесите на разграждане и синтез на органични вещества.

Хумусе съвкупност от всички органични съединения, намиращи се в почвата, с изключение на тези, които са част от живи организми и органични остатъци, които са запазили анатомичната структура.

В състава на хумуса се изолират неспецифични органични съединения и специфични - хуминови вещества.

Неспецифичнинаречена група от органични вещества с известна природа и индивидуална структура. Те попадат в почвата от гниещи растителни и животински останки и с коренови секрети. Неспецифичните съединения са представени от почти всички компоненти, които изграждат животински и растителни тъкани и интравитални секрети на макро- и микроорганизми. Те включват лигнин, целулоза, протеини, аминокиселини, монозахариди, восък и мастни киселини.

Като цяло делът на неспецифичните органични съединения не надвишава 20% от общото количество почвен хумус. Неспецифичните органични съединения са продукти с различна степен на разлагане и хумификация на растителен, животински и микробен материал, постъпващ в почвата. Тези съединения определят динамиката на бързо променящите се свойства на почвата: редокс потенциала, съдържанието на подвижни форми на хранителни вещества, изобилието и активността на почвените микроорганизми и състава на почвените разтвори. Хумусните вещества, напротив, определят стабилността във времето на други свойства на почвата: обменен капацитет, водно-физични свойства, въздушен режим и цвят.

Специфична органична част от почвата - хуминови вещества- представляват хетерогенна (хетерогенна) полидисперсна система от високомолекулни азотсъдържащи ароматни съединения с кисела природа. Хумусните вещества се образуват в резултат на сложен биофизичен и химичен процес на трансформация (хумификация) на постъпилите в почвата разпадни продукти на органични остатъци.

В зависимост от химичния състав на растителните остатъци, факторите на тяхното разлагане (температура, влажност, състав на микроорганизмите) се разграничават два основни вида хумификация: фулват и хумат. Всеки от тях отговаря на определен фракционно-групов състав на хумуса. Груповият състав на хумуса се разбира като набор и съдържание на различни вещества, свързани по структура и свойства на съединения. Най-важните групи са хуминови киселини (HA) и фулви киселини (FA).

Хуминовите киселини съдържат 46-62% въглерод (C), 3-6% азот (N), 3-5% водород (H) и 32-38% кислород (O). В състава на фулвиновите киселини има повече въглерод - 45-50%, азот - 3,0-4,5% и водород - 3-5%. Хуминовите и фулвинови киселини почти винаги съдържат сяра (до 1,2%), фосфор (десетки и стотици процента) и катиони на различни метали.

Като част от групите HA и FA се разграничават фракции. Фракционният състав на хумуса характеризира набора и съдържанието на различни вещества, включени в групите на HA и FA, според формите на техните съединения с минералните компоненти на почвата. С най-голямо значение за почвообразуването са следните фракции: кафяви хуминови киселини (BHA), свързани със сесквиоксиди; черни хуминови киселини (CHA), свързани с калций; фракции I и Ia на фулвинови киселини, свързани с подвижни форми на сесквиоксиди; HA и FA, силно свързани със сескиоксиди и глинести минерали.

Груповият състав на хумуса характеризира количественото съотношение на хуминови киселини и фулвови киселини. Количествена мярка за вида на хумуса е съотношението на въглеродното съдържание на хуминовите киселини (C HA) към въглеродното съдържание на фулвиновите киселини (C FA). Според стойността на това съотношение (С gk / С fk) могат да се разграничат четири вида хумус:

• - хумат - повече от 2;
• - фулват-хумат - 1-2;
• - хумат-фулват - 0,5-1,0;
• - фулват - по-малко от 0,5.

Груповият и фракционният състав на хумуса се променя естествено и последователно в зоналната генетична серия на почвите. В подзолистите и дерново-подзолистите почви хуминовите киселини почти не се образуват и се натрупват малко. Съотношението C gk / C fc обикновено е по-малко от 1 и най-често е 0,3-0,6. В сивите почви и черноземите абсолютното съдържание и дял на хуминови киселини е много по-високо. Съотношението С gk / С fk в черноземите може да достигне 2,0-2,5. В почвите, разположени на юг от черноземите, делът на фулвиновите киселини постепенно отново се увеличава.

Прекомерната влага, карбонатното съдържание на скалата, солеността оставят отпечатък върху груповия състав на хумуса. Допълнителната хидратация обикновено насърчава натрупването на хуминови киселини. Повишената влажност е характерна и за почвите, образувани върху карбонатни скали или под въздействието на твърди подземни води.

Груповият и фракционният състав на хумуса също се променят по почвения профил. Фракционният състав на хумуса в различните хоризонти зависи от минерализацията на почвения разтвор и стойността на рН. Профилни промени в груповия състав на хумуса в повечето

Почвените почви са обект на един общ модел: делът на хуминовите киселини намалява с дълбочина, делът на фулвиновите киселини се увеличава, съотношението C ha / C fc намалява до 0,1-0,3.

Дълбочината на хумификация или степента на превръщане на растителните остатъци в хуминови вещества, както и съотношението C GC / C FC зависят от скоростта (кинетиката) и продължителността на процеса на хумификация. Кинетиката на хумификацията се определя от почвено-химичните и климатичните характеристики, които стимулират или инхибират активността на микроорганизмите (хранителни вещества, температура, рН, влажност) и чувствителността на растителните остатъци към трансформация в зависимост от молекулярната структура на веществото (монозахариди, протеините се превръщат по-лесно, лигнина, полизахаридите по-трудно) .

В хумусните хоризонти на почвите с умерен климат типът на хумуса и дълбочината на хумификация, изразени чрез отношението C HA /C FA, корелират с продължителността на периода на биологична активност.

Периодът на биологична активност е период от време, през който се създават благоприятни условия за нормална вегетация на растенията, активна микробиологична дейност. Продължителността на периода на биологична активност се определя от продължителността на периода, през който температурата на въздуха постоянно надвишава 10 ° C, а запасът от продуктивна влага е най-малко 1-2%. В зоналната серия от почви стойността C HA /C ph, ​​която характеризира дълбочината на хумификация, съответства на продължителността на периода на биологична активност.

Едновременното отчитане на два фактора - периодът на биологична активност и насищането на почвите с основи, позволява да се определят областите на образуване на различни видове хумус. Хуматният хумус се образува само при дълъг период на биологична активност и висока степен на насищане на почвата с основи. Тази комбинация от условия е типична за черноземите. Силно киселите почви (подзоли, дерново-подзолисти почви), независимо от периода на биологична активност, имат фулватен хумус.

Почвените хумусни вещества са силно реактивни и активно взаимодействат с минералната матрица. Под въздействието на органични вещества нестабилните минерали на основната скала се разрушават и химичните елементи стават по-достъпни за растенията. В процеса на органо-минералните взаимодействия се образуват почвени агрегати, които подобряват структурното състояние на почвата.

Фулвиновите киселини най-активно разрушават почвените минерали. Взаимодействайки със сесквиоксиди (Fe 2 O 3 и Al 2 O 3), FA образуват подвижни алуминиеви и желязо-хумусни комплекси (железни и алуминиеви фулвати). Тези комплекси са свързани с формирането на илувиално-хумусни почвени хоризонти, в които се отлагат. Фулватите на алкални и алкалоземни основи са силно разтворими във вода и лесно мигрират надолу по профила. Важна характеристика на ФК е тяхната неспособност да фиксират калция. Затова варуването на киселите почви трябва да се извършва редовно, на всеки 3-4 години.

Хуминовите киселини, за разлика от ФК, образуват с калций слабо разтворими органоминерални съединения (калциеви хумати). Поради това в почвите се образуват хумусно-акумулативни хоризонти. Почвените хумусни вещества свързват йони на много потенциално токсични метали - Al, Pb, Cd, Ni, Co, което намалява опасния ефект от химическото замърсяване на почвата.

Процесите на образуване на хумус в горските почви имат свои собствени характеристики. По-голямата част от растителните отпадъци в гората навлизат в почвената повърхност, където се създават специални условия за разлагане на органични остатъци. От една страна, това е свободният достъп на кислород и изтичането на влага, от друга страна, влажен и хладен климат, високо съдържание на трудно разградими съединения в постелята, бърза загуба поради измиване на основите отделени по време на минерализацията на постеля. Такива условия засягат жизнената активност на почвените животни и микрофлората, която играе важна роля в процесите на трансформация на органични остатъци: смилане, смесване с минералната част на почвата, биохимична обработка на органични съединения.

В резултат на различни комбинации от всички фактори на разлагане на органични остатъци се образуват три вида (форми) органично вещество в горската почва: лоп, модер, мор. Формата на органичното вещество в горските почви се разбира като съвкупността от органични вещества, съдържащи се както в горската постеля, така и в хумусния хоризонт.

При преминаване от мора към умерено и лопче свойствата на почвената органична материя се променят: киселинността намалява, съдържанието на пепел се увеличава, степента на насищане с основи, съдържанието на азот и интензивността на разлагане на горската постеля. В почвата с типа муле постелята съдържа не повече от 10% от общия запас на органично вещество, докато при типа мора постелята представлява до 40% от общия му запас.

При образуването на органична материя от типа мора се образува плътна трислойна постеля, която е добре отделена от подлежащия минерален хоризонт (обикновено хоризонти E, EI, AY). В разграждането на постелята участва главно гъбична микрофлора. Дъждовните червеи липсват, реакцията е силно кисела. Горският под има следната структура:

O L - горен слой с дебелина около 1 cm, състоящ се от постеля, която е запазила анатомичната си структура;

О F - среден слой с различна дебелина, състоящ се от полуразложена светлокафява постеля, преплетена с гъбични хифи и корени на растения;

О - долният слой от силно разложена постеля, тъмнокафяв, почти черен, размазан, със забележим примес на минерални частици.

При модерния тип горският под обикновено се състои от два слоя. Под слой от слабо разложена постеля се разграничава добре разложен хумусен слой с дебелина около 1 см, който постепенно преминава в ясно изразен хумусен хоризонт с дебелина 7-10 см. Важна роля в разграждането на котилото. В състава на микрофлората гъбите преобладават над бактериите. Органичното вещество на хумусния слой е частично смесено с минералната част на почвата. Реакцията на постелята е леко кисела. В горските почви с прекомерна влага процесите на разлагане на растителни отпадъци се инхибират и в тях се образуват торфени хоризонти. Съставът на първоначалните растителни остатъци влияе върху натрупването и скоростта на разлагане на органичното вещество в горските почви. Колкото повече лигнин, смоли, танини в растителните остатъци и колкото по-малко азот, толкова по-бавно протича процесът на разлагане и толкова повече органични остатъци се натрупват в постелята.

Въз основа на определянето на състава на растенията, от чиято постеля се образува постеля, беше предложена класификация на горската постеля. Според Н. Н. Степанов (1929) могат да се разграничат следните видове отпадъци: иглолистни, дребнолистни, широколистни, лишеи, зелен мъх, мъх, трева, мъх, сфагнум, мокра трева, тревно блато и широка трева.

Хумусно състояние на почвата- това е набор от общи запаси и свойства на органични вещества, създадени от процесите на тяхното натрупване, трансформация и миграция в почвения профил и проявени в набор от външни характеристики. Системата от показатели за състоянието на хумуса включва съдържанието и запасите на хумус, разпределението му в профила, обогатяването с азот, степента на хумификация и видовете хуминови киселини.

Нивата на натрупване на хумус са в добро съответствие с продължителността на периода на биологична активност.

В състава на органичния въглерод се проследява редовно увеличаване на запасите от хуминови киселини от север на юг.

Почвите на Арктическата зона се характеризират с ниско съдържание и малки запаси от органични вещества. Процесът на хумификация протича при изключително неблагоприятни условия с ниска биохимична активност на почвите. Почвите на северната тайга се характеризират с кратък период (около 60 дни) и ниско ниво на биологична активност, както и беден видов състав на микрофлората. Процесите на хумификация са бавни. В зоналните почви на северната тайга се формира грубо-хумусен тип профил. Хумусно-акумулативният хоризонт в тези почви практически липсва, съдържанието на хумус под постеля е до 1-2%.

В подзоната на дерново-подзолистите почви на южната тайга количеството слънчева радиация, режимът на влага, растителната покривка, богатият видов състав на почвената микрофлора и нейната висока биохимична активност за доста дълъг период допринасят за по-дълбока трансформация на растителните остатъци. Една от основните характеристики на почвите в подзоната на южната тайга е развитието на дерновия процес. Мощността на акумулативния хоризонт е малка и се дължи на дълбочината на проникване на основната маса от корени на тревиста растителност. Средното съдържание на хумус в хоризонт AY в горските дерново-подзолисти почви варира от 2,9 до 4,8%. Запасите от хумус в тези почви са малки и в зависимост от почвения подтип и гранулометричен състав варират от 17 до 80 t/ha в пласт 0-20 cm.

В лесостепната зона запасите от хумус в слоя 0-20 cm варират от 70 t/ha в сивите почви до 129 t/ha в тъмносивите. Запасите на хумус в черноземите на лесостепната зона в слой 0-20 cm са до 178 t/ha, а в слой 0-100 cm - до 488 t/ha. Съдържанието на хумус в хоризонт А на черноземите достига 7,2%, като постепенно намалява с дълбочина.

В северните райони на европейската част на Русия значително количество органична материя е концентрирано в торфените почви. Блатните ландшафти са разположени главно в горската зона и тундрата, където валежите значително надвишават изпарението. Съдържанието на торф е особено високо в северната част на тайгата и в горската тундра. Най-старите торфени находища, като правило, заемат езерни басейни със сапропелни отлагания на възраст до 12 хиляди години. Първоначалното отлагане на торф в такива блата е станало преди приблизително 9-10 хиляди години. Най-активно торфът започва да се отлага в периода преди около 8-9 хиляди години. Понякога има торфени находища на около 11 хиляди години. Съдържанието на НА в торфа варира от 5 до 52%, като се увеличава при прехода от високопланински торф към низинен торф.

Разнообразието от екологични функции на почвата е свързано със съдържанието на хумус. Хумусният слой образува специална енергийна обвивка на планетата, т.нар хумосфера. Енергията, натрупана в хуморосферата, е в основата на съществуването и еволюцията на живота на Земята. Хумосферата изпълнява следните важни функции: акумулативна, транспортна, регулаторна, защитна, физиологична.

Акумулативна функцияхарактеристика на хуминовите киселини (ХК). Същността му се състои в натрупването на най-важните хранителни вещества на живите организми в състава на хуминови вещества. Под формата на аминови вещества до 90-99% от целия азот се натрупва в почвите, повече от половината от фосфора и сярата. В тази форма се натрупват и съхраняват дълго време калий, калций, магнезий, желе - 30 и почти всички микроелементи, необходими за растенията и микроорганизмите.

транспортна функцияпоради факта, че хумусните вещества могат да образуват стабилни, но разтворими и способни на геохимична миграция сложни органоминерални съединения с метални катиони. В тази форма активно мигрират повечето микроелементи, значителна част от фосфорните и серните съединения.

Регулаторна функцияпоради факта, че хумусните вещества участват в регулирането на почти всички най-важни свойства на почвата. Те формират цвета на хумусните хоризонти и на тази основа термичния им режим. Хумусните почви обикновено са много по-топли от почвите, съдържащи малко хумусни вещества. Хумусните вещества играят важна роля при формирането на структурата на почвата. Те участват в регулирането на минералното хранене на растенията. Почвената органична материя се използва от нейните обитатели като основен източник на храна. Растенията приемат около 50% от азота от почвените запаси.

Хумусните вещества могат да разтварят много почвени минерали, което води до мобилизиране на някои труднодостъпни за растенията елементи на минерално хранене. Капацитетът на катионен обмен, йонно-солевият и киселинно-алкалният буферен капацитет на почвите и окислително-възстановителният режим зависят от броя на свойствата на хумусните вещества в почвата. Физичните, водно-физичните и физико-механичните свойства на почвите са тясно свързани със съдържанието на хумус по неговия групов състав. Добре хумусираните почви са по-структурирани, видовият им състав на микрофлората е по-разнообразен, а броят на безгръбначните е по-голям. Такива почви са по-водопропускливи, по-лесни за механична обработка, по-добре запазват елементите на хранителния режим на растенията, имат висока абсорбционна и буферна способност, при тях ефективността на минералните торове е по-висока.

защитна функцияпоради факта, че почвените хуминови вещества защитават или запазват почвената биота, растителната покривка в случай на различни видове неблагоприятни екстремни ситуации. Хумусните почви са по-устойчиви на суша или преовлажняване, по-малко податливи на дефлационна ерозия и запазват задоволителни свойства по-дълго при напояване с високи дози или минерализирани води.

Богатите на хумусни вещества почви издържат на по-високи техногенни натоварвания. При равни условия на замърсяване на почвата с тежки метали техният токсичен ефект върху растенията върху черноземите се проявява в по-малка степен, отколкото върху дерново-подзолистите почви. Хумусните вещества доста силно свързват много радионуклиди, пестициди, като по този начин предотвратяват навлизането им в растенията или други отрицателни ефекти.

Физиологична функцияе, че хуминовите киселини и техните соли могат да стимулират покълването на семената, да активират дишането на растенията и да увеличат продуктивността на добитъка и птиците.

Ако намерите грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.