Органічна речовина грунту: опис і вплив на родючість

В межах грунтового профілю присутні різноманітні мінеральні та органічні речовини. Грунт в своєму складі має як живу біомасу, так і всілякі хімічні сполуки. Без знання їх властивостей агроном не зможе ефективно управляти родючістю і збільшувати врожайність. Тому вивчення органічних і мінеральних речовин грунту здавна привертає увагу фахівців сільського господарства. В останні роки особливо зріс інтерес до дослідження рослинних і тваринних залишків у складі верхнього шару суші. У нашій статті мова теж піде про це.

Визначення та джерела

Отже, органічна речовина грунту-це сукупність всієї живої біомаси у формі гумусу і залишків рослин і тварин. Воно відіграє ключову роль у формуванні властивостей грунтового шару, з якими пов`язані фітосанітарні функції і розвиток родючості.

Головними джерелами органічної речовини в грунті виступають відмерлі рослини у вигляді кореневої і надземної мас. У меншій кількості надходять залишки фауни. Їх співвідношення залежить від місцевих умов і складу зональної рослинності. Так, для грунтів тундри характерна невелика частка органічних залишків. Потім до тайги, лісів і лісостепів вона наростає. При переході в степову зону опад скорочується внаслідок сухого клімату, зате зростає частка корнеопаду. У пустельних областях частка органічних залишків мінімальна, а в лісах тропіків і субтропіків вона знову різко збільшується.

Характер надходження опаду в грунт

Органічні залишки проникають в грунтовий профіль неоднаково: в лісах їх основна кількість надходить на поверхню шару , а в трав`янистих місцевостях-безпосередньо всередину в формі відмерлих коренів. Від характеру попадання в грунт опаду залежать подальші процеси його перетворення. У хімічному складі сухих залишків присутні білки, вуглеводи, воски, смоли, лігнін та інші речовини. Також містяться зольні елементи: кремній, калій, магній, кальцій, сірка, фосфор, залізо і ряд інших.

Найбільш швидко гуміфікації і мінералізації піддається опад, який багатий підставами (магнієм, кальцієм) і речовинами, легкодоступними для мікроорганізмів (амінокислотами, білками, розчинними вуглеводами). Рослинні залишки, що містять багато смол, лігніну і дубильних речовин, розкладаються повільно. Що стосується опаду культурних рослин, серед них найшвидше трансформації піддаються залишки бобових трав, а найповільніше-солома злакових трав.

Гуміфікація

Поступаючи в грунт, органічні залишки зазнають різні перетворення, в тому числі біохімічні зміни під впливом мікроорганізмів і подрібнення грунтової фауною. Основним напрямком таких перетворень виступає гуміфікація. В даний час виділяють три варіанти її процесу.

1. Конденсаційна (полімеризаційна) концепція виділяє три етапи гуміфікації. Спочатку з відмерлих мікроорганізмів і продуктів розпаду рослин утворюються структурні одиниці, службовці для формування гумусових речовин. Потім за допомогою окислення фенолів до хінонів здійснюється конденсація структурних одиниць. Завершується гуміфікація етапом поліконденсації.
2. Концепція біохімічного окислення розглядає процес перетворення органічних залишків як реакцію повільного ферментативного окислення, в результаті якої утворюються гумусові високомолекулярні кислоти, в подальшому піддаються ароматизації.
3. Біологічна концепція характеризує гумусові речовини як продукт синтезу різних мікроорганізмів і припускає, що процес гуміфікації включає як реакції полімеризації та конденсації, так і реакції біохімічного окислення. Склад вже сформованого гумусу постійно оновлюється за допомогою включення в його молекули окремих фрагментів органічних сполук.

Характеристики складу

Освіта органічної речовини грунту відбувається шляхом з`єднання органічних залишків відмерлих організмів і продуктів їх гуміфікації. До першої групи належать видимі неозброєним оком частини рослин і тварин, а також невелика частка речовин тих чи інших класів органічних сполук (вуглеводів, амінокислот, білків, дубильних речовин, цукрів, ферментів).

Основним органічною речовиною грунту виступає гумус-суміш різних за властивостями і складом азотовмісних високомолекулярних органічних сполук. За екстрагованості з грунтового шару і розчинності гумусові речовини поділяються на фульвокислоти, Гумін і гумінові кислоти.

Фульвокислоти є найбільш розчинною і менш складною за будовою групою. Вони мають нижчі молекулярні маси та високу міграційну здатність. Це сама светлоокрашенная частина гумусу, що переважає в підзолистих, червоноземних і сероземних грунтах тропіків. Гумін-речовина, неекстрагіруемое з грунтового шару лугами і кислотами. Найбільш міцно він пов`язаний з глинистими мінералами. Гумінові кислоти-нерозчинна частина гумусу, що характеризується більш складною будовою, високими молекулярними масами і підвищеним вмістом вуглець. Вони переважають в каштанових, дернових, чорноземних і сірих лісових грунтах.

Лабільна і стабільна групи

Крім вищевикладених характеристик складу органічної речовини грунту, існує його поділ на лабільну і стабільну частини. Першу складають рухливі форми гумусу (водорозчинні і слабо закріплені мінералами речовини), передгумусова фракція і рослинні залишки. Лабільна група виступає в якості основного джерела їжі та енергії для грунтової біоти. Також встановлено, що залишки рослин покращують фізико-механічні властивості шару грунту.

Стабільну групу складають гумусові речовини, які міцно закріплені сполуками мінералів (гуміново-глинистими комплексами, гуматами кальцію та ін.). Це повільно минерализующаяся, стійка частина органічної речовини грунту. Щоб вона повністю оновилася, потрібні тисячоліття. Стабільний гумус є потенційним резервом різних елементів живлення, але його найбільше Агрономічне значення полягає у формуванні сприятливих фізико-механічних і водно-повітряних властивостей грунту, а також виконанні їй санітарно-захисних функцій.

Роль органічної речовини в грунті

Велике число елементарних грунтових процесів відбувається за участю гумусових речовин. Це елювіальні, біогенно-акумулятивні, метаморфічні та інші ЕПП. Запаси, склад і вміст органічної речовини в грунті служать головними показниками родючості і впливають на всі її властивості і режими.

Жива біомаса є джерелом зольних елементів та азоту, необхідних для живлення рослин. Частина цих речовин засвоюється флорою в ході іонообмінних реакцій або знаходиться в поглиненому стані. Інша частина стає доступною рослинам після вивільнення і мінералізації органічних речовин.

У грунті гумус виступає як оптимізатор фізико-хімічних властивостей. Більш гумусовані шари мають високу буферністю до окислення-відновлення, кислотно-основних впливів і дії токсикантів. Катіони, поглинені органо-мінеральними колоїдами, стають доступними для рослин і інтенсивно їх живлять.

Також органічна речовина впливає на структуру, механічні та фізичні властивості грунтів. Чим вище гумусированность, тим нижче щільність, краще структура і водопрочность структурних агрегатів, більш оптимізовані твердість, пластичність, липкість і питомий опір. За рахунок гумусу грунт отримує темне забарвлення, що сприяє поглинанню тепла.

Вплив на родючість

Органічна речовина грунту відіграє провідну роль в її біологічному режимі, сприяє збереженню в ній мікроорганізмів і створює для їх функціонування комфортні умови. Висока біологічна активність ґрунтового шару веде до зниження патогенних мікроорганізмів і прискорення мікробіологічної деградації пестицидів.

У формуванні родючості головну роль грають гумусові речовини-кінцеві продукти гуміфікації. Опад надземних частин відмираючих рослин створює на поверхні грунту шар підстилки. Її річна кількість неоднаково в різних зонах і типах рослинності.

Переробка рослинного опаду

Запас підстилки залежить від швидкості розкладання. Якщо опад багатий дубильними речовинами і сильно лігніфікований, він розкладається набагато повільніше, ніж залишки листяних порід. У розкладанні підстилки беруть участь багато тваринні організми, які поглинають опад в якості їжі. У широколистяних лісах в справу вступають дощові черв`яки, а на кислих грунтах хвойного лісу рослинний опад переробляють головним чином гриби.

Не менш важливі у формуванні гумусу відмираючі коріння. За їх масою на першому місці йдуть лугові степи і широколистяні ліси, потім-субтропічні і вологі тропічні ліси і, нарешті, пустелі. Високий запас відмираючих коренів під степовою трав`яною рослинністю обумовлений переважанням там тонких і легко розкладаються рослин. Цей гумус забезпечує високу родючість чорноземних степових грунтів.

Фактори, що впливають на гумусоутворення

Вміст органічної речовини в грунті багато в чому залежить від температури. Цим пояснюється недолік гумусу в тропічних зонах, де при великій вологості і високих температурах сапротфори потужно переробляють залишки. У тундрі, навпаки, активність гетеротрофних організмів дуже мала, і рослинні залишки практично не розкладаються.

Там, де мінералізація органічної речовини відбувається швидко, мінеральні елементи в короткі терміни вивільняються і знову стають доступні зеленим рослинам. Це обумовлює формування великої фітомаси, але і підвищений ризик вимивання з грунту мінеральних речовин.

Біологічний цикл

Родючість багато в чому залежить від того, наскільки швидко в грунт повертаються відібрані у неї елементи. Деякі речовини втрачаються, проходячи через стік з дренажними водами або потрапляючи в атмосферу. Але такі процеси, як фіксація азоту, відкладення пилу, триваюче вивітрювання, частково відновлюють втрачені елементи.

В цілому зелені рослини більше віддають грунті, ніж беруть від неї. Вони виводять відносно небагато розчинених сполук, а повертають значну масу органічних речовин: лігнін, жири, целюлозу, цукру, крохмаль, протеїни і так далі. Завдяки цьому можливість розвиватися в грунті отримують багато тварин і організми, що харчуються цими тваринами.

На закінчення

Отже, органічна речовина грунту, по суті, являє собою комплекс живої біомаси, що входить до її складу. Присутність органічних сполук відрізняє грунт від материнських порід. Жива біомаса формується в результаті розкладання тваринного і рослинного матеріалів і є найважливішою ланкою обміну речовин неживої і живої природи. Органічна речовина грунту багато в чому визначає її біологічні, хімічні та фізичні властивості, а також родючість.