ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.03.2024
Просмотров: 87
Скачиваний: 3
-
Источники и процессы превращения органических остатков в почве.
Любые органические остатки, попадающие в почву или находящиеся на ее поверхности, разлагаются под воздействием микроорганизмов и почвенной фауны, для которых они служат строительным и энергетическим материалом. Процесс разложения органических остатков слагается из двух звеньев – минерализации и гумификации.
Минерализация – распад органических остатков до конечных продуктов – воды, диоксида углерода и простых солей. В результате минерализации происходит сравнительно быстрый переход различных элементов (азот, фосфор, сера, кальций, магний, калий, железо и др.), закрепленных в органических остатках, в минеральные формы и потребление их живыми организмами следующих поколений.
Гумификация – совокупность биохимических и физико-химических процессов трансформации продуктов разложения органических остатков в гумусовые кислоты почвы. Итог гумификации – закрепление органического вещества в почве в форме новых продуктов, устойчивых к микробиологическому разложению, служащих аккумуляторами огромных запасов энергии и элементов питания.
-
Современные представления о процессе гумусообразования.
Гумусообразование — сложный биохимический процесс превращения органических остатков в гумус, развивающийся в почве при обязательном участии микроорганизмов. 1) начальная стадия гумификации растительных остатков идет при участии микроорганизмов и сопровождается гидролизом в неживых клетках и минерализацией части входящих в них компонентов до С02, Н20, NH3 и др.; 2) все компоненты растительных тканей есть первоисточники фенольных соединений в формах продуктов метаболизма, распада и ресинтеза. Эти компоненты являются структурными единицами, из которых образуются гумусовые вещества; 3) конденсация ароматических соединений фенольного типа с аминокислотами и протеинами путем окисления фенолов ферментами типа фенооксидаз через семихиноны до хинонов; 4) полимеризация или поликонденсация. Эти процессы трактуются по-разному, и пока недостаточно экспериментального подтверждения того, что они являются основными реакциями гумификации.
-
Факторы минерализации.
Наиболее интенсивно распад органических остатков до конечных продуктов идет при оптимальной влажности почвы (60…80% от полной влагоемкости) и температуре (20-250С). При увеличении влажности и температуры или их снижении уменьшается скорость разложения остатков. При постоянном и резком недостатке влаги и высоких температурах в почву поступает мало растительных остатков, разложение их замедлено и осуществляется в виде процессов «тления». Темп разложения растительных остатков в значительной степени зависят от типа биогеоценоза и типа почвы.
Значительное влияние на скорость минерализации оказывают минералогический и гранулометрический составы почвы. При оптимальных условиях разложения в почвах тяжелого гранулометрического состава, богатых высокодисперсными глинистыми минералами, минерализационные процессы тормозятся. Это обусловлено высокими величинами свободной поверхности минералов, благодаря чему на них сорбируются
промежуточные продукты разложения и новообразованные гумусовые вещества, что предохраняет их дальнейшей минерализации. В почвах с преобладанием первичных минералов, сорбция практически не выражена, поэтому процесс минерализации протекает очень активно. Это свойственно почвам легкого гранулометрического состава, в связи с чем они всегда содержат мало гумуса. В почвах с кислой реакцией среды процессы разложения остатков тормозятся вследствие угнетения бактериальной микрофлоры.
Большое влияние на интенсивность разложения опада оказывает и химический состав растительных остатков. При высоком содержании в составе растительных остатков соединений, устойчивых к микробиологическому воздействию, они накапливаются на поверхности почвы в количествах, значительно превышающих масштабы ежегодного опада (почвы тундры и таежно-лесной зоны).
Важно учитывать особенности климатических условий, которые определяют характер функционирования почвенной фауны и микроорганизмов.
-
Факторы гумификации.
К числу основных факторов, регулирующих протекание гумификации, следует отнести количество и химический состав поступающих в почву органических остатков и их локализацию, режим влажности и аэрации, реакцию среды и окислительно-восстановительные условия, микробиологическую активность, гранулометрический, минералогический и химический состав почвы.
Важнейшим фактором, регулирующим интенсивность гумификации, является количество поступающих в почву растительных остатков.
Важное значение имеет характер локализации органических остатков. Преимущественное накопление их на поверхности почвы снижает степень гумификации из-за преобладания минерализационных процессов. Более благоприятные условия для гумификации создаются при разложении остатков в тесном контакте с почвенной массой, что характерно для корневого опада. В таких условиях происходит закрепление новообразованных гумусовых веществ минеральными компонентами почвы и предотвращается их быстрая минерализация.
Важную роль в процессах гумификации играют реакция среды и окислительно-восстановительные условия.
В почвах с кислой и щелочной реакцией среды, почвенно-погло- щающий комплекс которых содержит повышенное количество ионов водорода или натрия, а также при высоком содержании легкорастворимых солей новообразование гумусовых веществ тормозится, при этом больше образуется фульвокислот.
Особая роль в процессах гумусообразования принадлежит ионам кальция, в первую очередь его обменной и водорастворимой формам, что обусловлено следующими обстоятельствами.
Обычно трансформация свежего органического вещества и новообразование гумуса приводят к формированию и относительному накоплению в почве кислых органических соединений. Это связано с крайне низкой способностью микроорганизмов ассимилировать углерод, представленный в форме карбоксильных групп. Недостаток в почве одно- и двухвалентных катионов и в первую очередь кальция, нейтрализующих избыточную кислотность, особенно в почвах с промывным или периодически промывным типом водного режима, сопровождается снижением скорости процессов гумусообразования и преимущественным накоплением в составе гумуса менее ценных для почвенного плодородия фульвокислот.
Положительная роль кальция проявляется не только в нейтрализации избыточной кислотности. Когда почвенно-поглощающий комплекс насыщен ионом кальция, а в составе солей почвенного раствора доминирует Са(НС03)2, то в почве преимущественное развитие получают бактерии и актиномицеты. Кроме того, возрастает численность нитрификаторов, азотобактера и резко снижается количество грибной микрофлоры. В таких условиях в составе новообразованных гумусовых соединений в основном доминируют более ценные с агрономической точки зрения гуминовые кислоты.
Велика защитная роль кальция и по отношению к гумусу почвы в целом. Многие органические соединения, взаимоосаждаясь с кальцием, значительно повышают свою устойчивость к микробиологической деструкции. Это оказывает существенное влияние на скорость и направленность их дальнейшей трансформации. Препятствуя быстрой минерализации новобразованных гумусовых веществ, катионы кальция изменяют таким образом величину коэффициента гумификации.
Оптимальные условия для гумификации с преимущественным образованием гуминовых кислот создаются при нейтральной и близкой к нейтральной реакции среды, когда почвенно-поглощающий комплекс насыщен, главным образом, ионами кальция, а в почвенном растворе преобладает соль Са(НС03)2.
Окислительно-восстановительные условия, регулирующие степень развития окислительных процессов, также являются существенным фактором гумификации. Благоприятные условия для протекания процесса гумификации создаются в интервале ОВП от 300 до 500 мВ. При более низких значениях, особенно в почвах с кислой реакцией среды, развиваются восстановительные процессы и идет активное образование низкомолекулярных органических кислот. Гумусовые вещества представлены большей частью фульвокислотами. При ярко выраженном анаэробиозе в восстановительной среде консервация растительных остатков в виде торфа будет преобладать над их разложением.
Неблагоприятная ситуация складывается для гумификации и при чрезмерно высоких значениях ОВ-потенциала, поскольку в этом случае резко усиливается окислительная минерализация продуктов разложения.
К числу ведущих факторов гумификации относится интенсивность микробиологической деятельности, поскольку этот процесс по своей сути биохимический.
Очень высокая биогенность почвы не способствует накоплению гумуса вследствие активно идущей минерализации. Слабо развивается гумификация и при низкой биохимической активности почвы из-за невысоких темпов разложения растительных остатков, малого количества микроорганизмов и пониженной их ферментативной активности. Наиболее интенсивно процесс гумификации протекает при некоторой средней биохимической активности, как например, в черноземах.
Процесс гумификации и количество накапливающихся в почве гумусовых веществ в значительной степени регулируются гранулометрическим и минералогическим составом почвы. В почвах суглинистого и глинистого гранулометрического состава с высоким содержанием илистых и коллоидных частиц, а также минералов типа монтмориллонита всегда содержится больше гумуса по сравнению с песчаными и супесчаными почвами. Имея высокую удельную поверхность, почвы тяжелого гранулометрического состава будут активно сорбировать новообразованные гумусовые вещества, препятствуя их дальнейшей минерализации и вовлечению в миграционные процессы.
В легких почвах с плохо развитой удельной поверхностью, минеральная часть которых слагается преимущественно инертными с точки зрения поглощения минералами типа кварца и полевых шпатов, возможности для сорбции продуктов разложения крайне ограничены. В этих условиях активно протекает минерализация органических соединений и миграция их с нисходящим током воды, в связи с чем почвы легкого гранулометрического состава всегда содержат мало гумуса.
Наиболее благоприятные условия для гумификации создаются в почвах суглинистого и глинистого гранулометрического состава, богатых высокодисперсными глинистыми минералами. Реакция среды должна быть близка к нейтральной, а почвенный поглощающий комплекс насыщен кальцием. В этом случае при поступлении в почвенный профиль богатых белковыми соединениями растительных остатков и чередующихся периодах оптимального увлажнения и иссушения почвы при ОВ-потенциале в пределах 300—500 мВ будет активно протекать процесс гумификации с преимущественным образованием гу- миновых кислот. Такие условия создаются, в частности, в черноземной зоне под целинной растительностью, что и предопределяет богатство этих почв гумусом гуматного типа.
