Фульватно гуматный состав гумуса характерен для почв. Как образуется гумус, полезные свойства гумуса для почвы

Гумус, состав - Гумус - это сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении органических остатков. Содержание гумуса в почвах определяется условиями и характером почвообразовательного процесса; оно колеблется в верхних горизонтах от 1 - 2 до 12 - 15%, резко или постепенно уменьшаясь с глубиной.

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

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

Гуминовые кислоты - это высокомолекулярные азотсодержащие (до 3 - 6%) органические кислоты, имеющие циклическое строение, не растворимые в воде и минеральных кислотах, но растворимые в слабых щелочах и некоторых органических растворителях.

Гуминовые кислоты состоят из углерода (50 - 62%), водорода (3 - 7%), кислорода (31 - 40%) и азота (2 - 6%). Их элементный состав зависит от типа почвы, химического состава разлагающихся остатков, условий гумификации. Так, гуминовые кислоты в подзолистых почвах в отличие от черноземов и каштановых почв содержат меньшее углерода, но больше водорода.

В составе гуминовых кислот может содержаться от 1 до 10 % зольных элементов, однако они не являются постоянными компонентами молекулы, а присоединяются в результате химических реакций.

Молекулы гуминовых кислот неодинаковы по размерам и химическому составу. Молекулярная масса их колеблется от 4000 до 100 000, поэтому они легко разделяются на фракции. Гуминовые кислоты в почвах находятся преимущественно в виде гелей, которые под действием минеральных кислот слабо гидролизуются, а под действием щелочей переходят в раствор.

Взаимодействуя с минеральной частью почвы, гуминовые кислоты образуют соли - гуматы, сложные органо - минеральные комплексы, которые могут устойчиво и прочно адсорбироваться поверхностью глинистых минералов.

Гуматы щелочей (натрия, калия, аммония) хорошо растворимы в воде, образуют истинные и коллоидные растворы, могут вымываться из верхних горизонтов почв, а при соответствующих условиях - иллювироваться в глубину почвенного профиля и там осаждаться и накапливаться. Это хорошо выражено в осолоделых солонцах и солонцеватых почвах.

Гуматы кальция и магния нерастворимы в воде и закрепляются в почве в виде гелей. Они способны склеивать и цементировать механические элементы в агрегаты и способствуют образованию водопрочной структуры. Это наблюдается в черноземных, лугово - черноземных и дерново - карбонатных почвах.

Фульвокислоты, как и гуминовые кислоты, представляют собой высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Они растворяются в воде, кислотах, слабых растворах щелочей, пирофосфата натрия и водном растворе аммиака, образуя водорастворимые соли - фульваты. Кроме того, они растворяются во многих органических растворителях. Их растворы в зависимости от концентрации имеют окраску от соломенно - желтой до оранжевой. Водные растворы их обладают сильнокислой реакцией (рН 2,2 - 2,8). Фульвокислоты состоят из углерода, водорода, кислорода и азота, но меньше, чем гуминовые кислоты, содержат углерода и больше кислорода. В среднем в фульвокислотах содержится углерода 40 - 52 %, водорода 4 - 6 %, кислорода 40 - 48 % и азота 2 - 6 %

Фульвокислоты благодаря сильнокислой реакции и хорошей растворимости в воде энергично разрушают минеральную часть почвы.

Фулызатные соли (фульваты) щелочных и щелочно - земельных металлов хорошо растворимы. Комплексные соединения фульвокислот с железом и алюминием также частично растворимы, причем фульватно - железистые сильнее, чем комплексы с алюминием. Степень подвижности таких комплексных соединений зависит от насыщенности их металлом. При высокой насыщенности комплекс становится нерастворимым и выпадает в осадок.

Гумины представляют ту часть гумуса, которая не извлекается из декальцинированной почвы щелочами. Они почти полностью извлекаются при попеременном воздействии на остаток почвы с гуминами различных кислот и щелочей. Исследования показали, что в большинстве случаев гумины состоят из тех же групп гуминовых и фульвокислот, что и извлекаемые щелочью из гумуса. Эти кислоты в гуминах находятся в сложных и проч ных связях как между собой, так и с минеральной частью почвы.

В группу гуминов входят также инертные карбонизированные углистые частицы и неполностью гумифицированные органические остатки. Содержание гуминов в гумусе составляет 15 - 20%, а в некоторых почвах даже 40 - 48 %.

11.Массивно – кристаллические породы, условия формирования почв.(6)

Массивно-кристаллические почвообразующие породы представляют собой охлажденную и затвердевшую магму, которая вышла на поверхность земли. Они имеют очень плотную массивную структуру, кристаллическое или скрытокристаллическое строение. В зависимости от содержания и соотношения соединений кремния и щелочей, с одной стороны, железа, кальция и магния - с другой, различают магматические породы кислые и основные.

К кислым магматическим породам относится гранит, широко распространенный в горных массивах Бурятии. Для него характерно высокое содержание кремнезема, заметное количество натрия и калия, небольшое содержание железа, ничтожное - кальция и магния, относительно повышенное - фтора и бора. Кислые магматические породы обычно окрашены в светлые и буроватые тона; в них отчетливо различаются кристаллы кварца, полевых шпатов и слюд. Эти породы содержат большое количество газов, таких, как СО, СО 2 , Н 2 S, СНз, Н, N, С1, которые при нагревании могут быть выделены. Продукты выветривания и почвы, образующиеся из кислых магматических пород, наранних стадиях выветривания отличаются рыхлостью, песчанистостью и гравийным характером материала, более или менее достаточным содержанием калия, связанного с минералами группы слюд.

Из основных магматических пород известны базальты. Они характеризуются низким содержанием кремнезема (40-60 % массы). Большая часть кремнезема связана в алюмосиликатных минералах. Свободный кремнезем в виде кварца содержится лишь в небольшом количестве. Основные магматические породы, в отличие от кислых, в основном богаты соединениями марганца, железа, хрома, кобальта, цинка, титана, никеля и меди. Горные породы щелочной магмы отличаются очень темной,иногда черной окраской, что объясняется отсутствием кварца и преобладанием минералов, окрашенных в темные тона. Продукты выветривания и почвообразования на горных породах щелочноймагмы обычно быстро приобретают глинистый характер, длительное время сохраняют щелочную и нейтральную реакцию, отличаются повышенным содержанием почвенного гумуса и глинистых минералов типа монтмориллонита.

Между двумя основными группами массивно-кристаллических пород - кислыми и основными - существует ряд переходных групп.

Метаморфические породы образуются под воздействием высокого давления итемператур из осадочных пород. К метаморфическим породам относятся кварциты, сланцы, конгломераты и по химическому составу близкиек гранитам гнейсы.

Почвы на таких породах имеют неполноразвитый профиль.

Неполноразвитый - формируется на плотных массивно-кристаллических породах или на крутых склонах. Характеризуется полным набором горизонтов, характерных для данного типа почвы, которые, однако, имеют малую мощность и могут быть прерывистыми

Дана оценка содержания гумуса в минеральных почвах России, основанная на теоретическом, расчетном и экспертном подходах. Представлен обзор и проведен анализ градаций почв по содержанию гумуса, разработанных Почвенным институтом им. В.В. Докучаева (1977, 1985, 1997, 2001, 2003, 2004) и Д.С. Орловым с соавторами (1978, 2004). Дано теоретическое обоснование и предложена шкала почв России по степени гумусированности, где в качестве точки отсчета представлены значения минимального содержания гумуса, а объективные интервалы шкалы значений содержания гумуса основаны на величинах межлабораторных допустимых расхождений. Введено понятие глобальной оценки, охватывающей широкий спектр почв России и отражающей различия между типами почв по содержанию гумуса, и дифференцированной оценки, характеризующей различия внутри типа (подтипа) почв по величинам этого показателя. Изложены методические приемы по определению минимально допустимых, оптимальных и максимально допустимых значений содержания гумуса в пахотных горизонтах почв.
Химический состав почв представлен тремя группами компонентов. Это вещества, ранее входившие в состав материнских пород; вещества, поступающие в почву с атмосферными и пылевыми осадками и, наконец, органические вещества, принадлежащие к различным классам соединений и накапливающиеся в первую очередь за счет остатков высших растений и микроорганизмов, а в почвах преобразуемые в гумус. Наиболее актуальна третья группа, являющаяся практически чуть ли не единственным источником самых различных органических соединений, которыми теоретически и практически обусловлено как формирование гумусовых горизонтов фактически любых почв, так и образование, и накопление в почвах специфических органических соединений — гумусовых веществ. Именно эти вещества придают почвам своеобразные облик и свойства, отличающие их от других природных тел .
Согласно Александровой, гумусо-образование, то есть формирование гумуса, это процесс специфичный для почв, в отличие от гумификации, протекающей во многих природных средах — торфах, илах, сапропелях, углях и др. (в том числе и в почвах) и приводящей к образованию гумусовых веществ.
В Большой Российской энциклопедии дано следующее определение гумуса: “Гумус — динамичная система, состоящая из совокупности растительных и животных остатков, утративших черты анатомического строения и претерпевающих различные этапы разложения и синтеза; основная и важнейшая составляющая часть органического вещества почвы”.
В словаре почвенных терминов США приведено иное определение: “Гумус — это более или менее стабильная фракция почвенного органического вещества, остающаяся после того, как главная часть попавших в почву растительных или животных остатков разложилась”.
Гумус является одним из важнейших показателей, определяющих генезис и плодородие почв.
В “Классификации и диагностике почв СССР” содержание гумуса рассматривается на видовом уровне. Видовые характеристики по содержанию гумуса соответствуют определенным типам почв (табл. 1).
В “Классификации почв России” , “Классификации и диагностике почв России” , в отличие от предыдущей классификационной системы, предложены более общие критерии идентификации почв по содержанию гумуса на видовом уровне:
Виды по содержанию гумуса в аккумулятивно-гумусовом горизонте, % от массы почвы (по ).

Для почв с темно-гумусовым и агро-темно-гумусовым горизонтом
Вид Гумус, %
1. Слабо-гумусированные <3
2. Мало-гумусированные 3-5
3. Средне-гумусированные 5-7
4. Много-гумусированные 7-9
5. Тучные >9

Таблица 1. Разделение типов почв СССР на виды по содержанию гумуса

В системе показателей Гришиной и Орлова приведены обобщенные для всех типов почв градации по содержанию гумуса (табл. 2). По их мнению, небольшое число уровней показателя выделено для облегчения группировок почв. Эту же цель преследуют и целочисленные пределы для каждого Уровня. Как считают авторы, хотя такой подход несколько упрощает характеристику природной обстановки, но все же каждый из уровней с некоторым приближением отвечает реальным свойствам почв конкретных типов. Так, высокое содержание гумуса 6—10% действительно свойственно черноземам, а низкое и очень низкое (2—4 и <2%) — дерново-подзолистым почвам и подзолам.
В 2004 г. Орловым с соавторами была предложена система “Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов” . Авторы считают, что ранее приведенных степеней градаций содержания гумуса явно недостаточно, если принять во внимание особенности однотипных ночв со сравнительно близкими уровнями накопления органического вещества. Для показателя “содержание гумуса” ранее было использовано пять градаций, что является явно недостаточным. Особенно когда речь идет об описании сходных по генезису почв. Ими предложено ввести более дробную градацию, которая точнее охватывает реальные почвенные типы. Эти предполагаемые уровни различного содержания гумуса представлены в табл. 3. Они, по мнению авторов, значительно превышают и даже расширяют ранее приведенные уровни, но больше отвечают реальным свойствам почв и представляются значительно более удобными для большинства российских, а, может быть, и многих мировых почв.
Следует отметить, что предложенные в мировой коррелятивной базе почвенных ресурсов (WRB) для почвенных единиц квалификаторы по содержанию органического углерода — гумик и гипергумик, основаны только на экспертной оценке .

Таблица 2. Уровни содержания гумуса для группировки почв (по )

Оценочные шкалы Гришиной, Орлова , Орлова с соавторами и приведенную в “Классификации и диагностике почв России” по степени гумусированности почв можно рассматривать как глобальные, отражающие в определенной степени генетическую принадлежность почв. В то же время в работе Стокозова с соавторами было показано, что система Гришиной, Орлова не может быть использована для объективной оценки гумусового состояния почв пашни, так как предложенные градации не были увязаны с конкретным типом почвы и его гранулометрическим составом.
На основе массового материала ВНИПТИХИМ разработал предварительные градации для пахотных почв России по степени гумусированности, в основу которых положены тип (подтип) почвы и три группы по гранулометрическому составу. Следует отметить, что ранее в “Классификации и диагностике почв СССР” три подтипа каштановых почв по содержанию гумуса разделяли на две группы с учетом гранулометрического состава.
В отмеченных выше “Временных рекомендациях по отбору почвенных проб для определения гумуса при агрохимическом обследовании пахотных земель России” , предложенных коллективом авторов от ВНИПТИХИМа, Почвенного института им. В.В. Докучаева, ВПНО “Рос-сельхоз-химия”, почвы по степени гумусированности подразделены на пять групп — очень низкая, низ-
кая, средняя, повышенная, высокая. Для черноземных почв группы выделяются с шагом в 1 % по содержанию гумуса, а для остальных почв, за некоторым исключением, в первых группах интервал составляет 0.5%, а в последних (трех) — 1%.
По-нашему мнению, несмотря на имеющиеся косвенные экспресс-методы установления значений С min, для более точной оценки величин минимального содержания гумуса его следует определять в длительных опытах с бессменными чистыми парами.

Таблица 4. Градации пахотных почв по содержанию гумуса, %

Учитывая, что в абсолютном большинстве многолетних стационарных полевых опытов России варианты с бессменным чистым паром не предусмотрены, считаем целесообразным их незамедлительную закладку. Варианты с бессменным чистым паром могут быть заложены на старопахотной почве, находящейся вблизи стационара с многолетними опытами. Через 10—15 лет парования на этой почве произойдет потеря основных запасов органического вещества, и содержание гумуса в ней установится на уровне, достаточно близком к минимальному.
Было предложено при оценке степени выпаханности черноземов с позиций их гумусового состояния использовать в качестве точки отсчета значения минимального содержания гумуса, а объективные интервалы шкалы значений содержания гумуса согласно строить на основании величин межлабораторных допустимых расхождений.
Межлабораторные допустимые расхождения рассчитаны на основании данных бесповторност-ного анализа С орг, определяемого способом сухого сжигания. D = 2.8S для разности двух единичных измерений, где D — абсолютное межлабораторное допустимое расхождение, S — среднее квадратическое отклонение. D — наименьший возможный размер класса в шкале данного почвенного признака.
В качестве примера приведем шкалу градаций выпаханности для типичных и выщелоченных черноземов Среднерусской возвышенности по содержанию гумуса (%): тяжелосуглинистые — эродированные — <5; сильно-выпаханные — 5.0—5.9; средне-выпаханные — 5.9—6.9; слабо-выпаханные - >6.9; среднесуглинистые — эродированные — <4.5; сильно-выпаханные — 4.5—5.4; средне-выпаханные — 5.4— 6.3; слабо-выпаханные — >6.3.
С учетом вышеизложенного составлена шкала градаций пахотных почв России по степени гумусированности пахотного слоя, состоящая из четырех классов (табл. 5). Для данной таблицы величина D взята из работы по материалам межлабораторного аттестационного эксперимента, проведенного в СССР на стандартных образцах при определении органического углерода по методу Тюрина. В случае внедрения в системе аналитических лабораторий агро. хим. службы России вместо методик определения содержания органического углерода в почвах способом сухого сжигания на автоматических анализаторах можно использовать информацию по межлабораторному эксперименту, приведенную в работе , с целью построения шкал на этой основе.
Первый класс — содержание гумуса меньше минимального — включает почвы, частично утратившие инертную компоненту гумуса в результате эрозионного выноса почвенных частиц, перемешивания гумусового горизонта с нижележащими, механического выноса тонкодисперсных частиц при уборке пропашных культур и т.д. Второй — слабо-гумусированные, третий — средне-гумусированные — включает почвы, в той или иной степени утратившие трансформируемое органическое вещество по отношению к его содержанию в целине в результате биологической минерализации. Четвертый — сильно-гумусированные — включает пахотные почвы, близкие по содержанию гумуса к целинным.
В предложенной шкале градаций пахотных почв России дана дифференцированная оценка содержания гумуса, учитывающая его трансформируемый компонент, который в определенной степени характеризует эффективное плодородие почв.
Здесь следует отметить весьма важное обстоятельство. Формирование и преобразование гумуса является совокупностью протекающих в почве физических, физико-химических, химических, биохимических и биологических процессов. Однако используемое в настоящее время его разделение на лабильные, активные, легкоразлагаемые, с одной стороны, и устойчивые, инертные, стабильные группы фракций, с другой стороны, носит весьма условный характер. Так, например, если речь идет о гумусовых веществах черноземов, извлекаемых непосредственно 0.1 н. раствором NaOH, то следует говорить о лабильности с позиций химического фракционирования. Если проводится биокинетическое фракционирование органического вещества почвы согласно схеме Семенова с соавторами, то оно в определенной степени характеризует биологические почвенные процессы. Трансформируемое органическое вещество, рассчитанное на основе формулы С trans = С tot — С min , наиболее адекватно отражает нативную лабильность органического вещества почвы, которая является результирующей различных процессов.
Проблема необходимого и достаточного обеспечения пахотных почв органическим веществом приобретает все большую актуальность в связи с нарушением естественных процессов в биосфере и задачей оптимизации его управления для достижения устойчивого и экологически безопасного земледелия .
В пределах допустимого диапазона изменений содержания гумуса вполне реальна задача его регулирования на нормативной основе.

Таблица 5. Градации пахотных почв РФ по степени гумусированности (содержание гумуса в пахотном слое, % от массы почвы)

Таблица 6. Предварительные диапазоны изменения содержания гумуса (% от массы почвы) в типичных черноземах (пахотный слой)

С позиций агроэкологии стратегия внесения органических удобрений при условии их ограниченных ресурсов должна быть направлена на удобрение наиболее выпаханных почв. В то же время слишком высокое содержание гумуса может быть экологически и экономически невыгодным, поскольку неизбежно связано с активным высвобождением азота, особенно в периоды, когда он не может быть использован растениями и, следовательно, с загрязнением окружающей среды. По этой причине нормативы обеспеченности органическим веществом имеют верхнюю границу.
В настоящее время предложены предварительные допустимые диапазоны изменения содержания гумуса в основных типах пахотных почв России . В табл. 6 в качестве примера рассмотрены диапазоны изменений содержания гумуса в типичных черноземах, подверженных агро-генным воздействиям.
В основу определения значений оптимального содержания гумуса положены предложения Кершенса и Шульц , учитывающие количества легкоразлагаемого органического вещества в почвах Германии и скорректированные для условий России. Согласно этим авторам содержание органического углерода и азота в почвах имеет относительно узкие экологические пределы, которые составляют для условий Германии в обычных для практики системах землепользования 0.2— 0.6% разлагаемого органического углерода и
0.02—0.06% разлагаемого азота. При содержании ниже этих пределов плодородие почвы, урожайность сельскохозяйственных культур и ассимиляция С02 в фито-массе являются недостаточными, выше этих пределов наблюдаются потери органического вещества и загрязнение окружающей среды.

Заключение
Российскими учеными Гришиной, Орловым, Бирюковой, Розановой и в “Классификации и диагностике почв России” предложены шкалы гумусированности почв, которые могут оцениваться как глобальные, отражающие генетическую принадлежность почв.
В отличие от глобальной, генетической оценки степени гумусированности почв, разработаны дифференцированные оценки, отражающие различия по содержанию гумуса внутри типа (подтипа) почв, в том числе и агроэкологические. Составлена шкала градации пахотных почв России по степени гумусированности, состоящая из четырех классов: содержание гумуса меньше минимального, слабогумусированные, среднегумусированные, сильногумусированные. В предложенной шкале отражена агроэкологическая оценка содержания гумуса, учитывающая его трансформируемую компоненту, которая в определенной степени характеризует эффективное плодородие почв.
Разработаны подходы и приведены примеры допустимых нормативных значений содержания гумуса в пахотном горизонте почв, в основу которых положены предложения различных авторов по минимальным, максимальным (сильно-гумусированным) и оптимальным уровням содержания гумуса.
Здесь прежде всего следует отметить, что в России до сих пор отсутствует информация, позволяющая определить количество оптимального трансформируемого С орг в условиях длительных полевых опытов, заложенных на различных типах почв. Для определения оптимальных значений содержания гумуса был использован экспертный подход с экстраполяцией данных других авторов. Согласно Кершенсу, Шульц оптимальное количество трансформируемого С орг лежит в интервале 0.2—0.6% от массы почвы. Имеется априорная информация, что с возрастанием валового содержания гумуса несколько нарастает содержание трансформируемого С орг; однако зависимость не носит четко выраженного характера. Диапазон по содержанию гумуса в почвах России значительно шире, чем таковой в Германии. Поэтому на почвах с содержанием С орг > 3—4% от массы почвы для определения величин оптимального содержания гумуса количество трансформируемого С орг составляло >0.6% от массы почвы. В случае близости почв России и Германии по содержанию гумуса для определения его оптимальных значений применяли указанный выше диапазон по содержанию трансформируемого С орг.

Задание к данному разделу: построение графика распределения содержания гумуса по профилю почв и его описание; определение вида по степени гумусированности данной почвы, исходя из количества гумуса в верхнем горизонте; определение мощности гумусового горизонта (он заканчивается там, где содержание гумуса менее 1%).

Гумус -- основное органическое вещество почвы, содержащее питательные вещества, необходимые высшим растениям. Гумус составляет 85--90 % органического вещества почвы и является важным критерием при оценке её плодородности.

Гумус осуществляет в почве тройственную функцию: физическую, химическую и биологическую. Физическая функция - это создание водопрочной почвенной структуры, что обеспечивает благоприятную циркуляцию воды, воздуха, нужную температуру и предопределяет хороший рост корней в почве. Химическая функция заключается в том, что гумус является хранилищем элементов питания. В результате деятельности микроорганизмов гумус постепенно разлагается (минерализуется), освобождая заключенный в нем азот, фосфор, калий и другие элементы. Биологическая функция гумуса - это создание благоприятных условий для развития и деятельности микроорганизмов.

Содержание гумуса в верхнем горизонте разных типов почв колеблется в широких пределах: от 1% в серо-бурых пустынных почвах до 12-15% в черноземах. Разные типы почв отличаются характером изменения количества гумуса с глубиной. На процесс образования гумуса влияют следующие факторы: водно-воздушный режим, температурный режим, состав органических остатков, механический состав и физико-химические свойства почв.

По степени содержания гумуса (перегноя) почвы подразделяются: очень низко гумусированные (<2%), низкогумусированные (2-4%), среднегумусированные (4-6%), высокогумусные (6-10%) и очень высокогумусные (>10%) .

Исходные данные:

Горизонт	Мощность, см

Можно сказать, что с увеличением глубины количество гумуса сначала увеличивается до значения 2,00 % в горизонте В 1, затем уменьшается до значения 1,01% в горизонте ВС. Среднее значение гумуса 1,3-1,7 %. В горизонте В 1, В 2 содержится большое количество органического вещества в форме остатков зелёных растений. В гумусовом горизонте много обменного кальция, он накапливается в горизонтах В 1, В 2, тем самым способствуя закреплению гумуса в минеральной части, созданию почвенной структуры. Горизонт ВС беден гумусом, что связано с ограниченной биологической активностью, в нем действует меньше живых почвенных организмов, следовательно, уменьшается и количество органического вещества. Гумус полностью выносится в нижнем горизонте С. Почва малогумусированная.

Гумус - слово латинское, буквально оно переводится как земля, почва. В почвоведении этим термином обозначают специфическую группу высокомолекулярных темноокрашенных веществ, образующихся в процессе разложения органических остатков в почве. Эти соединения синтезируются из продуктов распада и гниения отмерших растительных и животных тканей.

Тот, кто хоть раз копал землю, знает, что верхний слой почвы более темный, чем нижние горизонты. В нем много мелких корешков и перегноя - размельченных полуразложившихся растительных остатков, перемешанных с минеральной почвой. Все эти остатки, перегнивающие в почве,- материал, из которого при участии почвообитающих микроорганизмов и животных формируются новые органические соединения, очень устойчивые, в которых сосредоточено большое количество элементов минерального питания растений. Это и есть гумус.

В разных природных областях гумусированный слой почвы имеет разную глубину и окраску. Например, в Подмосковье он темно-серого цвета, толщиной всего несколько сантиметров. А в тучных черноземах Украины гумусовый горизонт черный, его мощность более метра.

Плодородие почвы зависит от наличия в ней необходимых питательных веществ в доступной для растений форме. Гумусовые соединения - это резерв питательных элементов. Они очень медленно разлагаются, переходят в формы, доступные для растений и полностью поглощаются корнями. За счет гумуса почва способна давать стабильные урожаи в течение длительного времени. Постепенно этот резерв истощается, и если новообразование гумуса по каким-либо причинам идет медленнее, чем его трата, урожайность начинает снижаться, что мы и наблюдаем на землях, которые интенсивно эксплуатируются и при этом неправильно обрабатываются и удобряются.

Почвенный гумус - это комплекс разных химических соединений, в котором выделяют несколько групп, различающихся по химическому составу, свойствам, степени устойчивости в почве. Например, темную окраску ему придают гуминовые кислоты, наиболее устойчивые и долго живущие в почве компоненты гумуса. В черноземных почвах их содержание очень высоко. А в подзолистых преобладают так называемые серые гуминовые кислоты - фульвокислоты - более подвижные, быстрее разлагающиеся в почве. Поэтому-то в Нечерноземной зоне гумусовый горизонт светлый и маломощный.

Процессы гумификации очень сложны, их скорость и характер определяются многими причинами: ландшафтно-климатическими условиями, составом растительности, микробным и животным населением почвы. Превращение остатков растений в перегной связано с измельчением растительных тканей и перемешиванием их с минеральными частицами. На этом этапе большую роль играют почвенные животные, питающиеся такими остатками и роющие подземные ходы и норы.

Отмершие части растений сначала становятся добычей крупных беспозвоночных, которые отрывают, размельчают и растирают большие частицы. В мертвых растительных тканях много клетчатки и лигнина. Эти соединения очень медленно разлагаются в почве и плохо перевариваются в кишечнике животных, но после переработки в кишечном тракте беспозвоночных они сильно размельчаются и обогащаются выделениями. Затем в земле их быстро заселяет почвенная микрофлора, продолжая дальнейшее разрушение и разложение. Некоторые группы животного населения почвы способны к очень активному разложению клетчатки с помощью симбиотических микроорганизмов. К ним относятся, например, мокрицы, многоножки, слизни, улитки, личинки многих насекомых.

При отсутствии животных разрушение растительных тканей резко замедляется. Отмершие корни люцерны, например, длительное время сохраняют свою структуру, а если заселить их личинками мушек-сциарид, то всего за несколько дней превращаются в аморфную темную массу. Существует тесная связь между обилием почвенных животных и активностью гумусообразовання.

Для формирования высококачественного гумуса важное условие - достаточная аэрация почвы. Животные же постоянно формируют систему ходов, которые постоянно прочищаются и поддерживаются их обитателями. Эта система ходов создает вентиляцию и обеспечивает проникновение кислорода в глубокие горизонты почвы, и благодаря этому там могут развиваться аэробные процессы.

Деятельность животных оказывает также известное влияние, на кислотность почвы. Например, дождевые черви в процессе обмена веществ выделяют большое количество углекислого кальция. При высокой численности червей этот кальций существенно изменяет кислотность почвы, приближая ее к нейтральной реакции. Некоторые многоножки и мокрицы имеют толстый хитиновый панцирь, пропитанный кальцием.

Во время линек или после гибели насекомых их панцири разрушайся, и кальций включается в обменные почвенные процессы. В лесостепных дубравах, где многоножки-диплоподы очень многочисленны, поступление кальция из их панцирей составляет до 50 кг на гектар в год.

Многие почвенные животные в ходе обмена веществ выделяют ряд активных соединений, которые непосредственно участвуют в реакциях, ведущих к формированию гумусовых веществ. Среди микроорганизмов важнейшее значение в формировании гумуса имеют бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы. В клетках некоторых актиномицетов образуются специфические темноокрашенные соединения, молекулы которых при взаимодействии друг с другом формируют гумусовые вещества. Актиномицеты способны синтезировать фульвокислоты. Такие широко распространенные в почве грибки, как пенициллы и аспергиллы, участвуют в начальных стадиях гумификации растительных остатков.

Микроорганизмы осуществляют и разложение гумуса в почве. Это - плесневые грибки, актиномицеты, дрожжи, термофильные бактерии. Разложение и минерализация гумуса ускоряются при недостатке органического материала, богатого азотом.

Ученые-почвоведы различают разные типы гумуса, отличающиеся по своим свойствам и особенностям формирования. Наиболее низкокачественный гумус - так называемый сырой или грубый кислый гумус - «мор». Он образуется при низких температурах, избытке влаги или в бедных почвах. Мор содержит много полуразложившихся растительных остатков. Основные агенты его формирования - грибы. Нужно отметить, что грибы выделяют вещества, создающие кислую реакцию почвы. Тем самым они препятствуют поселению животных и замедляют темпы размельчения растительных тканей. В результате в гумифицированной массе остается много крупных частиц, богатых лигнином и клетчаткой, удерживающих большое количество элементов питания, что делает такой гумус малопродуктивным.

Тонкое размельчение растительных остатков животными, выделение ими слизистых и щелочных продуктов в массу разлагающейся органики приводят к образованию тонкозернистого высококачественного «сладкого гумуса», или «мулля». Мулль формируется в почвах при высоком обилии дождевых червей. Большое значение имеет выделение червями слизи, склеивающей органические и минеральные частицы. Из них формируются устойчивые водопрочные почвенные агрегаты, которые долгое время не распадаются и образуют зернистую структуру почвы.

Существуют и другие переходные типы гумуса. Их формирование во многом зависит от состава и активности почвенных организмов и запаса органического материала в почве. На полях почва быстро истощается, содержание гумуса в ней снижается. А причина в том, что вместе с урожаем убирают и резерв органического материала, в котором аккумулированы продукты минерального питания растений. Уменьшается и количество животных, а вслед за этим снижается активность гумусообразования.

В почве начинается минерализация имеющегося в ней запаса гумуса, а после его истощения происходит падение почвенной продуктивности (таяние гумуса). Внесение больших доз минеральных удобрений не может компенсировать снижения природного почвенного плодородия, поскольку растения усваивают лишь незначительную часть их. А избыточные концентрации удобрений в почвенном растворе и в сочных тканях растений снижают качество сельскохозяйственной продукции. Широкую печальную известность приобрели нитратные отравления овощами и фруктами, выращенными в условиях завышенных норм минеральных удобрений

Для сохранения естественного почвенного плодородия и для повышения урожайности прежде всего необходимо внесение органических удобрений. Только они могут компенсировать потери органического материала, изымаемого при сборе урожая. Обогащение почвы органикой приводит и к активизации деятельности микроорганизмов и животных, участвующих в процессах гумификации, что также способствует формированию гумусового резерва и поддержанию его баланса.

Для закрытого грунта, где интенсивно эксплуатируется небольшая земельная площадь, можно использовать «биогумус» - высококачественное органическое удобрение, полученное при переработке дождевыми червями разных органических остатков (навоз, отстойные илы и др.). Это - относительно дорогое удобрение, полученное в условиях промышленного культивирования червей, однако, это с лихвой окупится высокими урожаями экологически чистой продукции при сохранении биопотенциала почвы.

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

Гумус – это…

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

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

животных;
почвенных микроорганизмов;
растений.

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

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

гумином;
гумусовыми кислотами;
гуминовыми соединениями.

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

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

Состав

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

определенных видов грибов;
дождевых червей;
бактерий.

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

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

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

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

Полезные свойства

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

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

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

Карта запасов гумуса

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

Тундра

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

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

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

Тайга

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

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

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

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

Чернозем

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

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

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

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

Способы повышения урожайности

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

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

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