Органическая часть почвы

Органическая часть почвы. Огромная масса мертвого органического вещества ежегодно поступает в почву.

Различное количество и состав поступающих остатков, неодинаковая направленность и интенсивность микробиологической деятельности, разнообразные водно-тепловые условия — все это способствует формированию сложного комплекса органических соединении, называемого гумусом почв. Почвенный гумус непрерывно обновляется в результате разложения и синтезирования входящих в его состав органических соединений.

В органической части почвы различаются следующие формы: 1) почти не разложившиеся или слабо разложившиеся остатки преимущественно растительного происхождения. Их скопления образуют лесные подставки, торфянистые горизонты, степной войлок. Это так называемый грубый гумус, в иностранной литературе именуемый мор1. Под микроскопом хорошо видны все детали растительной ткани — конфигурация клеток , их расположение, толщина оболочек клеток и др. Наименее стойкие живые ткани разрушены (камбий, флоэма, паренхима

1 От лат. Humus — земля; от нем. moor — торфяник.

первичной коры). Цвет растительных остатков бурый; под микроскопом — от соломенно-желтого до темно-бурого;

2) остатки в стадии глубокого преобразования, которые не вооруженному глазу наблюдателя представляются в виде одно родной рыхлой черной массы перегноя. Однако под микроскопом можно увидеть, что эта масса состоит из физически и химически измененных растительных остатков — мелких обрывков растительной ткани, лишь отчасти сохранивших рели* клеточного строения и обильно пропитанных новообразованными органическими соединениями. В этих остатках можно, наблюдать разрушение таких устойчивых растительных элементов, как одресневевшие (лигнифицированные) стенки сосудов, хорошо сохраняющиеся в грубом гумусе. Цвет этих остатков под микроскопом обычно бурый до черного. Подобная фор* органического вещества получила название модер1;

3) микроскопически не обнаруживающие следов растительных тканей специфические почвенные органические образования, составляющие собственно гумус. Под микроскопом — это аморфные , прозрачные и слабо окрашенные в желто-бурые тона, плохо прозрачные и соответственно имеющие более темно-бурый цвет. В одних случаях эти образования диффузно распределены в почвенной массе, образуя мелкие сгустки. В других почвах гумусовые вещества цементируют и склеивают минеральные частицы почвы, образуя муллевую2 форму гумуса.

Между охарактеризованными формами почвенного органического вещества существуют постепенные переходы.

Наблюдения под микроскопом позволяют сделать вывод, что в почве присутствуют две группы органических веществ: поступившие в почву в виде растительных остатков и новые, специфические гумусовые вещества, возникшие при преобразовании остатков. Такое заключение хорошо согласуется с результатами химических исследований, согласно которым разнообразные органические вещества почвы также разделяются на две группы.

К первой группе относятся соединения, содержащиеся в большом количестве в растительных и животных остатках и являющиеся результатом их жизнедеятельности. Соединения первой группы хорошо известны в органической химии. Это белки, углеводы, органические кислоты, жиры, лигнин, смолы

1 От нем moder — труха

2 От нем mull — пыль

воски и др. Их содержание в некоторых группах растений приведено в табл. 10, а их химический состав — в табл. 11. Эти соединения в сумме составляют всего 10—15% от всей массы органического вещества почвы.

Таблица 10

Содержание основных органических веществ в растительных организмах, % от массы сухого вещества (по А. Б. Возбуцкой, 1964)-

Таблица 11

Элементарный состав некоторых органических соединений, % абсолютно сухого вещества

Углеводы составляют 50% и более от массы растений. Среди углеводов выделяют моносахариды (глюкоза, фруктоза), дисаха-риды (сахароза), растворимые в воде, и полисахариды — высокомолекулярные соединения, не растворимые в воде. К полиса-харидам относятся крахмал и клетчатка (целлюлоза). В растениях основное количество углеводов представлено целлюлозой и гемицеллюлозами. Разрушение углеводов происходит на начальных стадиях гумификации под влиянием целлюлозных бактерий. Легко и быстро разрушается глюкоза, наиболее устойчива из углеводов целлюлоза.

Лигнин содержится в растительных остатках в значительно количестве, особенно много его (до 30%) в древесной растительности , меньше — в травянистой (10—20%). Лигнин является наиболее устойчивой к разложению частью растительных ocтатков; он разрушается под влиянием грибной микрофлоры.

Белковые вещества — сложные азотистые соединения, в coстав которых входят фосфор, сера и многие другие химические элементы. Белки входят в состав протоплазмы и ядра клеток, значительном количестве содержатся в травах (около 10%); древесине их содержание резко уменьшается, доходя до 1% менее. Особенно много белков в бактериях (40—70%).

Органические кислоты. В результате жизнедеятельности pacтений и почвенных животных в почве образуются низкомолекулярные органические кислоты (лимонная, уксусная, муравьиная, щавелевая и др.). Эти кислоты в некоторых почвах имеют существенное значение для миграции химических элементов.

Вторая группа органических соединений почвы — гумусовые вещества, составляющие 85—90% органической части почвы, — представлена сочетанием соединений более сложного строения, чем некоторые исходные вещества. Макромолекуль этих соединений могут состоять из 1000 атомов и более.

Образование гумусовых веществ совершается при участии процессов двух типов. Процессы первого типа обеспечивают частичное разложение (расщепление) мертвого органического вещества до более простых соединений: белки расщепляются на аминокислоты, углеводы — на простые сахара, расщепление лигнина изучено недостаточно. В результате процессов второго типа происходит конденсация ароматических соединений фе-нольного типа (продуктов распада лигнина и целлюлозы) с аминокислотами (продуктами распада микроорганизмов). В итоге возникает система органических высокомолекулярных кислот, способных к дальнейшей полимеризации. В процессе формирования гумуса и поддерживания его состава важную роль играют гетеротрофные и автотрофные микроорганизмы, геохимическая деятельность которых была рассмотрена ранее.

По отношению к различным растворителям выделяют следующие компоненты гумуса: фульвокислоты, гуминовые кислоты и гумин. Резкой границы между этими образованиями нет, так как, согласно современным представлениям, они связаны между собой постепенными переходами.

фульвокислоты представляют собой высокомолекулярные соединения ароматического ряда. Они растворяются в воде и в высушенном состоянии имеют буровато-желтый цвет1. Фульвокислоты могут образовывать комплексные соединения с трехвалентными металлами, особенно с железом. Они активно воздействуют на многие минералы, разрушая их и образуя устойчивые комплексные соединения с катионами. Большая часть этих соединений (фульваты) хорошо растворяется в воде или в слабых растворах кислот и легко вымывается почвенными водами.

Гуминовые кислоты, не растворимые в воде, но растворяющиеся в щелочах, бурого цвета с переходом до черного. Для элементарного состава гуминовых кислот характерно повышенное содержание углерода и азота по сравнению с фульвокислотами. Ранее предполагали, что в основе строения гуминовых кислот находятся циклические группировки, вытянутые в цепи. Д. С. Орлов на основании электронно-микроскопических исследований обнаружил, что диспергированные молекулы гуминовых кислот имеют округлую, возможно плоскую дискообразную форму. По-видимому, ароматические и гетероциклические кольца, соединенные в рыхлую сетку, образуют ядро гуминовых кислот. К ядру присоединены цепи боковых радикалов неароматического строения. Фульвокислоты имеют принципиально такое же строение, однако их ядро менее конденсировано, а соотношение ядра и боковых цепей сдвинуто в сторону последних. Согласно Д. С. Орлову, содержание в гуминовых кислотах углерода 46—61, азота 4,3—6,0%, в фульвокислотах углерода 36—44, азота 3,0—4,4%.

Гумин является частью гумусовых веществ, которая не растворяется ни в одном растворителе. Неизвлекаемые растворителями гумусовые соединения частично представлены гуминовыми кислотами, прочно связанными с высокодисперсными гиергенными минералами. Специальной обработкой гуминовые кислоты можно отделить от минеральной части почв. В состав нерастворимых гумусовых соединений также входят обуглившиеся растительные остатки — гумусовые угли, которые не принимают непосредственного участия в почвенных процессах.

В гумусе, помимо углерода, водорода, кислорода и азота, содержится значительное количество серы, фосфора, кальция,

1 От лат. Fuluus — желтый.

калия и других химических элементов. Установлено, что в гумусе накапливаются многие редкие и рассеянные химические элементы, поэтому чем больше в почве гумуса, тем выше содержание микроэлементов.