Роль гумуса в питании растений

6.4 Гумус, состав и роль в почвообразовании, плодородии и питании растений

Гумусом называют сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации 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.

Рассмотрим запасы гумуса в основных типах почв России в слое 0-20 см (т/га).

Подзолистая — 53 Тёмно-каштановая — 99

Чернозём обыкновенный — 137 Чернозём типичный — 224

Количество и состав гумуса в почвах динамичны вследствие постоянного поступления в них органических остатков и непрерывности процессов их разложения и гумификации. Гумус, торф и подстилка содержат 2 группы соединений:

а) не гумусовые вещества органических остатков и промежуточных продуктов их разложений;

Не гумусовых веществ в гумусе обычно не более 10-15%. Лишь в торфяных горизонтах и лесных подстилках они составляют 50-80% всей массы органических соединений. Эта группа соединений представлена белками, углеводами, смолами, дубильными веществами и разнообразными продуктами их частичного разложения.

Гумусовые вещества представляют собой систему высокомолекулярных азотосодержащих органических соединений циклического строения и кислотной природы. Характерная особенность системы гумусовых веществ — её гетерогенность, т.е. наличие в ней различных по стадии гумификации компонентов.

На основании исследований И. В, Тюрина, М. М. Кононовой и др. учёных принято различать 2 основные группы гумусовых кислот: группу тёмноокрашенных гуминовых кислот, накапливающихся на месте своего образования, и группу фульвокислот, окрашенную в жёлтый или бурый цвет, более подвижную и относительно легко передвигающуюся по профилю почвы.

Ряд исследователей выделяют ещё гумины — комплекс гуминовых кислот и фульвокислот, очень прочно связанный с минеральной частью почвы.

Гуминовые кислоты. Они представляют собой группу веществ, извлекаемых из почвы щелочами (или другими растворителями) в виде более или менее тёмно окрашенного раствора (гуматов Na, NH₄ или К) и осаждаемые кислотами в виде аморфного осадка — геля. Это высокомолекулярные азотосодержащие органические кислоты, растворимые в растворах щелочей, органических растворителях.

Гуминовые кислоты, извлечённые из различных почв, имеют следующий состав:

Углерод — 50-62%, водород — 2,8 — 5,8%, кислород — 31 — 39%, азот — 1,7 — 5%. Содержание этих элементов в гуминовых кислотах зависит от типа почвы, химического состава разлагающихся остатков, условий гумификации. Помимо C, H, O и N препараты гуминовых кислот содержат некоторое количество зольных элементов (P, S, Al, Fe, Si). В зависимости от степени очистки препарата их количество колеблется от 1 до 10%.

Основная масса гуминовых кислот в любой почве с РН более 5 находится в виде нерастворимых в воде органо-минеральных производных, а в почвах с кислой реакцией (РН5) — в форме гелей и частично растворяется при действии щелочных растворов, образуя молекулярные и коллоидные растворы.

Гуминовые кислоты — наиболее ценная часть гумуса. Они обладают большой поглотительной способностью по отношению к катионам и играют важную роль в создании агрономически ценной структуры почвы. Велико также значение гуминовых кислот в качестве запасного фонда питательных веществ для растений, прежде всего азота.

Фульвокислоты — высокомолекулярные азотосодержащие органические кислоты жёлтой или красноватой окраски. Название — фульвокислоты — связано с их цветом: латинское слово fulvus означает жёлтый. Они растворимы в Н₂О, слабых растворах едких и углекислых щелочей с образованием растворимых солей — фульватов.

Элементарный состав фульвокислот отличается от состава гуминовых кислот меньшим содержанием С и N и большим содержанием О и Н.

Углерод — 44-49% Кислород — 44-49%

Фульвокислоты благодаря сильнокислой реакции и хорошей растворимости в воде энергично разрушают минеральную часть почвы. Следует, однако, отметить, что степень разрушительного действия фульвокислот на минералы зависит также от количества гуминовых кислот в данной почве. Чем меньше в ней гуминовых кислот, тем сильнее действие фульвокислот.

Роль гумуса в почвообразовании, плодородии и питании растений. Выше уже отмечалось, что с появлением гумуса в породе она становится почвой, приобретая специфическое свойство почв — плодородие. Роль гумуса в почвенном плодородии велика и многогранна. Отметим лишь следующие моменты:

1. Гумусовые вещества содержат в ядре и боковых цепях азот и ряд зольных элементов (Ca, K, S, P и др.), имеющих важное питательное значение для растений. При разложении гумуса эти элементы освобождаются и делаются доступными для растений. Таким образом, гумус является запасным фондом питательных веществ.

Гумусовые вещества и промежуточные продукты разложения органических остатков активно участвуют уже на первом этапе почвообразования — биологическом выветривании минералов и разрушении горных пород, выходящих на дневную поверхность. При этом из минералов извлекаются необходимые для организмов элементы питания.

1. Огромная роль принадлежит гумусу в формировании профиля почвы во всех природных зонах, причём характер этого участия в значительной степени обусловлен составом гумусовых веществ.

В тех почвах, где образуется много гуминовых кислот, которые обычно накапливаются на месте своего образования, формируется хорошо выраженный гумусовый горизонт той или иной мощности с высокой поглотительной способностью катионов. Если почва богата кальцием, гуминовые кислоты образуют гуматы кальция, участвующие в создании водопрочной и пористой зернистой структуры. Эти почвы имеют наиболее благоприятные водно-воздушные свойства и хороший питательный режим (чернозёмы).

Если в составе гумуса много фульвокислот, что характерно для почв с постоянно или временно избыточным увлажнением, эти почвы легко обедняются кальцием, Mg ++ , K + и др. основаниями, т.к. фульвокислоты образуют с ними растворимые соли, мигрирующие вниз по профилю с просачивающейся влагой. Реакция почвы становится кислой, начинается разрушение силикатов и алюмосиликатов (подзолы, краснозёмы, болотные почвы).

1. Гумусовые вещества, благодаря наличию функциональных групп, обладают большой поглотительной способностью по отношению к катионам. При этом гуминовые кислоты, образуя с Са, Мg и полуторными окислами неподвижные, устойчивые соединения, предохраняют их от вымывания (обратную роль играют фульвокислоты, способствующие выносу оснований из почвы).
2. Гуминовые кислоты благодаря своим клеящим свойствам связывают минеральные частицы, образуя почвенные агрегаты, и тем самым, играют важную роль в создании почвенной структуры и связанных с ней благоприятных физических свойств почвы.

Следует указать, что в жизни почвы — в её генезисе и развитии плодородия — огромная роль принадлежит не только гумусовым веществам, но и неразложившимся органическим остаткам. Они содержат элементы питания, освобождающиеся при минерализации и используемые растениями и микроорганизмами. Органические остатки также являются источником СО₂ для растений (фотосинтез).

При использовании почв в сельскохозяйственном производстве необходимо регулировать как количество гумуса в профиле, так и изменять, если это необходимо, его состав. Нужно помнить, что сохранить почву как производственную силу можно, только обеспечив в ней определённый уровень равновесия между органической и минеральной частью.

Источник

Минеральная и органическая части почвы как источник элементов питания.

Почва состоит из твердой, жидкой (почвенный раствор), газооб­разной (почвенный воздух) фаз.

Твердая фаза почвы состоит из минеральной и органической ча­стей, которые содержат основной запас питательных элементов для растений. На минеральную часть приходится 90-99 % твердой фазы почвы, на органическую — 1-10 %. Почти половина твердой фазы почвы (49 %) приходится на кислород, одна треть — на кремний, более 10 % — на алюминий и железо и только 7 % — на остальные элементы.

В почве кроме макроэлементов содержится некоторое количество микроэлементов. Одних содержится меньше (медь, кобальт), других больше (йод, бор), чем в литосфере. Молибдена и цинка содержится в почве и литосфере примерно на одном уровне.

Азот практически полностью (95-97 %) содержится в органической части почвы, углерод, фосфор, сера, кислород и водород — как в мине­ральной, так и в органической, калий — только в минеральной части почвы.

Гумус и его значение для плодородия почвы и питания растений.

Гумус — часть органического вещества почвы, представленная со­вокупностью специфических и неспецифических органических ве­ществ почвы, за исключением соединений, входящих в состав живот­ных организмов и их остатков.

Гумус состоит из гуминовых кислот, фульвокислот, гиматомелановых кислот и гуминов.

Гуминовые кислоты — группа темноокрашенных гумусовых кис­лот, растворимых в щелочах и нерастворимых в кислотах. Они пред­ставляют собой гетерогенную группу высокомолекулярных азотсо­держащих органических кислот, включающих ароматические циклы и алифатические цепи.

Гуминовые кислоты содержат в зависимости от типа почвы 30­-43 % углерода, 32-42 % водорода, 17,5-22 % кислорода, 2,4-3 % азота, а также фосфор, серу и другие элементы питания.

Фульвокислоты — гумусовые вещества желтой или красноватой окраски. Они обладают высокой подвижностью, зна­чительно более низкими молекулярными массами, чем другие группы гумусовых веществ. Фульвокислоты содержат 27-30 % углерода, 34­42 % водорода, 25-30 % кислорода и 1,4-2,5 % азота.

Фульвокислоты по сравнению с гуминовыми кислотами содержат меньше углерода и азота, но больше кислорода. Обладают относитель­но более выраженными кислотностью и склонностью к комплексо- и хелатообразованию.

Гиматомелановые кислоты — группа гумусовых кислот, с промежуточными свойствами между фульвокисло- тами и гуминовыми кислотами. Ранее включалась в группу гуминовых кислот. Отличается от последних растворимостью в полярных органи­ческих растворителях и другими свойствами.

Гумин — органическое вещество, входящее в состав почвы, нерас­творимое в кислотах, щелочах, органических растворителях. Эта не- экстрагируемая часть гумуса представлена двумя типами соединений: гумусовыми веществами, наиболее прочно связанными с глинистыми минералами; частично разложившимися растительными остатками, утратившими анатомическое строение и обогащенными наиболее устойчивыми компонентами, прежде всего лигнином. В тяжелых гли­нистых почвах гумины составляют более 50 % гумуса.

Гумус является не только источником питательных элементов для растений, но и оказывает прямое влияние на водно-физические свой­ства почвы. С увеличением содержания в почве углерода уменьшается плотность почвы, увеличивается пористость и влагоемкость. Органи­ческая часть почвы обладает мощной водоудерживающей способно­стью, может связать в 7-10 раз больше воды, чем минеральная. На каждый процент гумуса в почве влагоемкость ее повышается на 8-10 весовых процентов. Это особенно важно для легких супесчаных и песчаных почв.

Для тяжелых глинистых и суглинистых почв положительная роль гумуса определяется его влиянием на рыхлость, аэрацию, устранение избыточной влажности, т. е. установление более благоприятных усло­вий для роста и развития растений.

Специфическая роль гумуса в оструктуривании определяется, глав­ным образом, подвижными, гидрофильными компонентами, входящи­ми в его состав.

Гумусовые вещества оказывают защитное действие на ионы фос­фора, калия и других питательных элементов. Они, обволакивая по­верхность минералов гумусовыми пленками, препятствуют необрати­мой сорбции фосфатов в почве. Была замечена способность гумусовых веществ предотвращать фиксацию глинистыми минералами калия за счет образования соединений типа хелатов.

Источник