Органическое вещество почвы

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………………….....3

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ   ЧАСТЬ

1. Источники органического вещества в почве……………………….…...4

1.2.    Гумус, его состав……………………….…………………………….…..11

1.3.   Свойства и функции гумуса……………………………………….……..14

ГЛАВА 2. АНАЛИТИЧЕСКАЯ   ЧАСТЬ

2.1.    Влияние природных условий на характер и скорость гумусообразования…………………………..…………...…………………..…15

2.2.    Сравнительная характеристика органического вещества почв    таежной и степной зон………………………………………………………………….....19

Заключение……………………………………………………………………....24

Список использованной литературы………………………………………..….25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Органическим веществом считается все, что относится к растительным и животным остаткам. Органическое вещество является основой плодородия почв, оно служит своеобразным резервом необходимых растениям питательных веществ, оказывает большое влияние на структуру почвы, является источником энергии для многих полезных микроорганизмов. За счет разложения органического вещества почвы в приземный слой воздуха выделяется углекислый газ, который используется растением для создания урожая при достаточном освещении, влажности и температуре воздуха и почвы. В почве органическое вещество разлагается под влиянием микроорганизмов при наличии воздуха, благоприятной влажности и температуры, образуя перегной, или гумус. Таким образом, органическое вещество является важной составляющей почвенного покрова Земли и оказывает существенное влияние на почвенные процессы.

Основываясь на вышесказанном, целью данной работы поставлено изучение органического вещества почвы.

В течение написания работы выполняются следующие задачи:

описание источников органического вещества в почве, а также изучение его преобразований и состава;

изучение роли гумуса в почве, а также его состава, свойств и функций;

изучение влияния органического вещества на плодородие почв и описание возможных путей регулирования содержания гумуса в почве.

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Источники органического вещества в почве.

Главная особенность химического состава почв – присутствие органических веществ, особенно гумусовых, разнообразие форм различных элементов и их непостоянство во времени. Минеральная часть обычно 80-90% массы почв (в органогенных – 10% и менее). По сравнению с литосферой в почве в 20 раз больше углерода и в 10 раз азота, что связано с деятельностью микроорганизмов.

Органическое вещество почвы образуется из отмерших остатков растений, микроорганизмов, почвенных животных и продуктов их жизнедеятельности. Первичное органическое вещество, поступившее в почву, подвергается сложным превращениям, включающим процессы разложения, вторичного синтеза в форме микробной плазмы и гумификации. Сочетание названных процессов приводит в биологически активных почвах к образованию сложной смеси органических веществ, состоящей из малоразложившихся растительных и животных остатков с сохранившейся первоначальной структурой; промежуточных продуктов разложения органических и животных остатков (например, лигнина); собственно гумусовых веществ, образовавшихся путем микробного синтеза или остаточного происхождения; растворимых органических соединений, которые более или менее быстро минерализуются до простых минеральных соединений (Н₂О, СО₂ и др.) или участвуют в синтезе собственно гумусовых веществ. Органическое вещество, консервирующее энергию солнца в химически связанной форме – единственный источник энергии для развития почвы, формирования ее плодородия.

Основным источником органического вещества в почве служат зеленые растения, которые ежегодно оставляют в почве и на ее поверхности большое количество органического вещества – растительный опад. В почву поступают не только органические остатки отмерших растений, но и продукты их микробиологической трансформации. Биологическая продуктивность растений широко варьирует и находится в пределах от 1-2 т/год сухого органического вещества (тундра) до 30-35 т/год (влажные субтропики). При сельскохозяйственном использовании в почву поступает растительных остатков от 2-3 т/год (пропашные культуры) от 7-9 т/год (многолетние травы) [1].

Практически все органическое вещество почвы подвергается микробиологической обработке, конечными продуктами которой являются минеральные соединения. Промежуточные продукты такой трансформации - гумусовые вещества, их производные, органические вещества негумусовой природы.

Растительный опад различается не только количественно, но и качественно. В хвойных лесных растительных ассоциациях основная часть опада, поступающая непосредственно на поверхность почвы, содержит много лигнина, дубильных веществ, восков, смол. Такой опад разлагается преимущественно грибной микрофлорой, так как грибы принимают самое активное участие в разложении грубых органических остатков, поступающих в почву.

Растительный опад широколиственных лесов богаче белком, углеводами, минеральными веществами. В его разложении принимает участие как грибная, так и бактериальная микрофлора.

В травянистых формациях более половины растительного опада поступает непосредственно в почву с отмершими корнями растений. Корни травянистой растительности отмирают ежегодно. Такой опад богат белком, углеводами, целлюлозой. Основной группой микроорганизмов, разлагающей такой опад, являются бактерии.

Источником органических веществ в почве служат также отмирающие микроорганизмы, мхи, лишайники, животные, населяющие почву, но первичный и основной источник органического вещества, из которого образуются гумусовые вещества, остатки зеленых растений в виде корней и наземного опада.

Таким образом, основным источником первичного органического вещества, поступающего в почву под естественной растительностью, являются остатки растений. Они ежегодно удобряют почву и распределяются наиболее равномерно. В них содержатся все макро- и микроэлементы, необходимые растениям. На пахотных же почвах с отчуждением большей части урожаев полевых культур источником органического вещества служат надземные и корневые остатки растений, а также вносимые в почву органические удобрения. Растительные остатки разделяют на три группы:

1. - пожнивные остатки растений (стерня, сидерат);
2. - листостебельные (столоны);
3. - корневые.

Корневые остатки растений представлены корнями растений, корнеплодами и луковицами трав. Размеры корневых остатков высшей растительности варьируются в рамках от 0,1 т/га в год в холодных и горячих пустынях до 25,0 т/га во влажных субтропических и тропических лесах, в степях – в среднем 10,0 – 14,0 т/га [3]. Корни растения еще при их жизни активно участвуют в почвенных процессах. Разветвляясь, они контактируют с почвенными частицами и тем самым способствуют равномерному распределению органического вещества и образованию структурных агрегатов.

В почве при выращивании растений происходят одновременно два противоположных процесса: синтез, накопление органического вещества, и его разрушение. Интенсивностью обоих процессов, их соотношением определяются конечные результаты [6].

Наряду с количеством растительных остатков имеет значение их химический состав и скорость разложения в почве. Химический состав поступающих в почву органических остатков во многом зависит от типа отмерших растений.

Большую часть массы поступающих в почву органических веществ составляет вода. На ее долю приходится до 75 – 90% массы [1]. В состав сухого вещества входят углеводы, белки, жиры воски, смолы, липиды, дубильные вещества и многие другие соединения. Все это высокомолекулярные органические вещества. Так, молекулярная масса белков колеблется в пределах 10⁵ – 10⁶, полисахаридов до 10⁶.

Помимо органических соединений органические остатки содержат некоторое количество зольных элементов (элементов минерального питания растений, входящих в ППК и образующих водорастворимую часть гумуса). Основную массу золы составляют кальций, магний, кремний, калий, натрий, фосфор, сера, железо, алюминий, марганец, хлор.

Зола древесных растений богаче кальцием, травянистых – калием. Содержание кремнезема колеблется от 10 до 70%, фосфора – от 2 до 10% от массы золы [7].

Микроэлементы встречаются в весьма малых количествах. Это бор, цинк, йод, фтор, молибден, кобальт, медь и др. Наибольшей зольностью обладают остатки злаков и бобовых растений, наименьшей – разлагающаяся древесина хвойных пород (в условиях Беларуси – в первую очередь сосны). Среднюю зольность имеет перегнивающая древесина лиственных пород (ольхи, дуба), а также лугового разнотравья.

На ход и скорость разложения влияют, во-первых, внешние условия среды: влажность, температура, рН почвы, содержание в ней кислорода и питательных веществ и, во-вторых, химический состав растительных остатков. Превращение первичного органического вещества в почве проходит в несколько этапов. На первом этапе происходит химическое взаимодействие между отдельными химическими веществами отмершего растения (например, ароматические соединения клеточных оболочек могут вступать в химические реакции с белками растительных клеток), которое можно значительно ускорить за счет биологических и минеральных катализаторов.

На втором этапе происходят механическая подготовка и перемешивание с почвой растительных остатков с помощью почвенной фауны. Нельзя отрицать и определенную биохимическую подготовку первичного органического вещества к микробному разложению при прохождении растительной массы через желудочно-кишечный тракт почвенных животных (к примеру, дождевых червей).

На третьем этапе превращения свежего органического вещества в почве происходит минерализация его с помощью микроорганизмов. В первую очередь минерализуются водорастворимые органические соединения, а также крахмал, пектин и белковые вещества. Значительно медленнее минерализуется целлюлоза, при разложении которой освобождается лигнин – соединение, весьма устойчивое к микробиологическому расщеплению. Конечными продуктами превращений первичного органического вещества являются минеральные продукты (С0₂, Н₂0, нитраты, фосфаты, в анаэробных условиях Н₂0 и СН₄). Кроме того, в почве накапливаются в качестве продуктов метаболизма микроорганизмов низкомолекулярные органические кислоты (муравьиная, уксусная, щавелевая и др.).

Таким образом, трансформация органических остатков в почве – сложный, многоступенчатый процесс. Схематически он может быть представлен следующим образом. Органические остатки, попадая в почву, разлагаются при непосредственном участии микроорганизмов. Этому способствует огромная населенность почв микрофлорой. Населяющие почву животные тоже способствуют превращению органических остатков. Насекомые и их личинки, дождевые черви измельчают и перетирают растительные остатки, перемешивают их с почвой, перерабатывают.

 

В процессе разложения растительные остатки теряют свое анатомическое строение, животные ткани и отмершие клетки микроорганизмов также подвергаются разложению и используются в качестве питательного материала новыми поколениями микроорганизмов.

При разложении растительных остатков их органические вещества превращаются в подвижные простые соединения (промежуточные продукты разложения). Часть этих соединений полностью минерализуется микроорганизмами, то есть разлагается до элементов минерального питания, углекислого газа и воды [2]. Продукты распада используются новыми поколениями зеленых растений как источник питания.

Часть промежуточных продуктов разложения органических остатков потребляет другая группа микроорганизмов для построения вторичных белков, жиров, углеводов, образующих плазму новых поколений микроорганизмов.

Еще часть промежуточных продуктов разложения органических остатков потребляет другая группа микроорганизмов для построения вторичных белков, жиров, углеводов, образующих плазму новых поколений микроорганизмов.

Еще часть промежуточных продуктов разложения превращается в специфические сложные высокомолекулярные соединения – гумусовые вещества. Этот процесс носит название гумификации.

Процессы разложения и минерализации растительных остатков осуществляются при участии окислительных ферментов, выделяемых микроорганизмами. При участии ферментов происходит гидролитическое расщепление сложных молекул белков, углеводов, липидов с образованием промежуточных продуктов разложения. Так, белки расщепляются на пептиды, а затем на аминокислоты, углеводы – на простые сахара и органические кислоты (уксусную, янтарную и др.), спирты. Дубильные вещества относительно устойчивы к разложению микроорганизмами, вступая во взаимодействие с белковыми веществами, образуют сложный нерастворимый комплекс. Таким образом, они закрепляют в почве белковые соединения. Жиры разлагаются до глицерина и жирных кислот, а при более глубоком разложении – до поли и моносахаров.

При недостатке кислорода развиваются различные типы брожений и образуются недоокисленные продукты (метан, спирт, органические кислоты).

Скорость разложения и минерализация различных соединений неодинакова. Сравнительно быстро разлагаются растворимые сахара, крахмал, белки; несколько медленнее – целлюлоза и гемицеллюлоза, а наиболее устойчивы к разложению лигнин, воски, смолы, дубильные вещества.

Одновременно с процессами разложения органических веществ идут процессы гумификации, в результате чего образуются относительно устойчивые к разложению гумусовые вещества.

Процесс гумификации – это совокупность сложных биохимических и физико-химических процессов, итогом которых является превращение органических веществ в специфические органические вещества – гумус.