Почва — сложный комплекс компонентов, находящихся в комбинации друг с другом. В состав грунта входят:

• минеральные элементы.
• органические соединения.
• почвенные растворы.
• почвенный воздух.
• органо-минеральные субстанции.
• почвенные микроорганизмы (биотические и абиотические).

Чтобы проанализировать состав почвы и определить его параметры, нужно располагать значениями естественного состава — в зависимости от этого выставляется оценка по содержанию тех или иных примесей.

В большинстве своем неорганическая (минеральная) часть почвы — это кристаллический кремнезем (кварц). Он может составлять от 60 до 80 процентов от общего числа минеральных элементов.

Достаточно большое количество из неорганических компонентов занимают такие алюмосиликаты как слюда и полевые шпаты. Сюда же можно отнести и глинистые минералы вторичной природы, например, монтмориллониты.

Большое значение для гигиенических качеств почвы монтмориллониты создают благодаря способности поглощать катионы (в том числе — тяжелых металлов) и тем самым обеззараживать почву в химическом отношении.

Также в минеральную часть почвенных компонентов входят такие химические элементы (преимущественно в виде окислов) как:

• алюминий
• железо
• кремний
• калий
• натрий
• магний
• кальций
• фосфор

Кроме того, встречаются и другие компоненты. Часто они могут быть в виде серной, фосфорной, угольной и хлористо-водородной солей.

Органические компоненты почвы

В основном органические компоненты содержатся в гумусе. Это в той или иной степени сложные органические соединения, имеющие в своем составе такие элементы как:

• углерод
• кислород
• водород
• фосфор

Значительная часть органических почвенных компонентов содержится растворенной в почвенной влаге.

Что касается газового состава почвы, то это воздух, с приблизительно таким процентным соотношением:

1) азот — 60-78%

2) кислород — 11-21%

3) углекислый газ — 0.3-8%

Воздух и вода определяют такой показатель как пористость почвы и могут составлять от 27 до 90% от общего объема.

Определение гранулометрического состава грунта

Гранулометрический (механический) состав грунта — это соотношение почвенных частиц всевозможных размеров, без учета их происхождения (химического либо минералогического). Эти группы частиц объединяют во фракции.

Гранулометрический состав почвы имеет определяющее значение при оценке уровня плодородности и других ключевых показателей почвы.

В зависимости от дисперсионности частицы грунта подразделяют на две основных категории:

1) частицы с диаметром более 0.001 мм.

2) частицы с диаметром менее 0.001 мм.

Первая группа частиц имеет происхождение от всевозможных минеральных образований и обломков пород. Вторая категория происходит при выветривании глинистых минералов и органических компонентов.

Факторы, влияющие на почвообразование

При определении состава грунта следует обращать внимание на почвообразующие факторы — они оказывают значительное воздействие на структуру и состав почвы.

Принято выделять следующие основные почвообразующие факторы:

• происхождение материнской породы почвы.
• возраст почвы.
• поверхностный рельеф грунта.
• климатические условия формирования грунта.
• состав почвенных микроорганизмов.
• человеческая жизнедеятельность, оказывающая влияние на грунт.

Кларки как единица измерения химического состава почвы

Кларк — условная единица, определяющая нормальное количество определенного химического элемента в идеальной (незагрязненной) почве. Например, в одном килограмме природно-чистой почвы должно содержаться около 3.25% кальция — это и есть 1 кларк. Уровень химического элемента в 3-4 кларка или более говорит о том, что почва достаточно сильно загрязнена этим элементом.

Органическое вещество почвы - это сложная система всех органических веществ, присутствующих в профиле в свободном состоянии или в форме органоминеральных соединений, исключая те, которые входят в состав живых организмов.

Главным источником органического вещества почвы являются остатки растений и животных на разных стадиях разложения. Наибольший объем биомассы поступает за счет опавших растительных остатков, значительно меньше вклад беспозвоночных и позвоночных животных и микроорганизмов, однако они играют важную роль в обогащении органического вещества азотсодержащими компонентами.

Органическое вещество почвы по своему происхождению, характеру и функциям делится на две группы: органические остатки и гумус. В качестве синонима термина «гумус» иногда используют термин «перегной».

Органические остатки представлены главным образом наземным и корневым опадом высших растений, который не утратил своего анатомического строения. Химический состав растительных остатков различных ценозов варьирует в широких пределах. Общим для них является преобладание углеводов (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества), лигнина, белков и липидов. Весь этот сложный комплекс веществ после отмирания живых организмов поступает в почву и трансформируется в минеральные и гуминовые вещества, а частично выносится из почвы с грунтовыми водами, возможно, до нефтеносных горизонтов.

Разложение органических остатков почвы включает механическое и физическое разрушение, биологическую и биохимическую трансформацию и химические процессы. В разложении органических остатков большая роль принадлежит ферментам, почвенным беспозвоночным животным, бактериям и грибам. Ферменты - это структурированные белки, имеющие множество функциональных групп. Основным источником ферментов являются; растения. Выполняя в почве роль катализаторов, ферменты в миллионы раз ускоряют процессы распада и синтеза органических веществ.

Гумус представляет собой совокупность всех органических соединений, находящихся в почве, кроме входящих в состав живых организмов и органических остатков, сохранивших анатомическое строение.

В составе гумуса выделяют неспецифические органические соединения и специфические - гуминовые вещества.

Неспецифическими называется группа органических веществе известной природы и индивидуального строения. Они поступают в почву из разлагающихся растительных и животных остатков и с корневыми выделениями. Неспецифические соединения представлены практически всеми компонентами, составляющими животные и растительные ткани и прижизненные выделения макро — и микроорганизмов. К ним относятся лигнин, целлюлоза, протеины, аминокислоты, моносахариды, воск и жирные кислоты.

В целом доля неспецифических органических соединений не превышает 20 % от суммарного количества почвенного гумуса. Неспецифические органические соединения представляют собой продукты разной степени разложения и гумификации поступающего в почву растительного, животного и микробного материала. Эти соединения определяют динамику быстро меняющихся свойств почвы: окислительно-восстановительного потенциала, содержания подвижных форм питательных элементов, численности и активности почвенных микроорганизмов, состава почвенных растворов. Гуминовые вещества, напротив, обусловливают стабильность во времени иных свойств почвы: емкости обмена, водно-физических свойств, воздушного режима и окраски.

Специфическая органическая часть почвы - гуминовые вещества - представляют собой неоднородную (гетерогенную) полидисперсную систему высокомолекулярных азотсодержащих ароматических соединений кислотной природы. Гуминовые вещества образуются в результате сложного биофизико-химического процесса трансформации (гумификации) продуктов разложения органических остатков, попадающих в почву.

В зависимости от химического состава растительных остатков, факторов их разложения (температура, влажность, состав микроорганизмов) выделяют два основных типа гумификации: фульватный и гуматный. Каждому из них соответствует определенный фракционно-групповой состав гумуса. Под групповым составом гумуса понимается набор и содержание различных веществ, родственных по строению и свойствам соединений. Важнейшими группами являются гуминовые кислоты (ГК) и фульвокислоты (ФК).

Гуминовые кислоты содержат 46 - 62% углерода (С), 3 - 6% азота (N), 3-5 % водорода (Н) и 32-38 % кислорода (О). В составе фульвокислот углерода больше - 45-50 %, азота - 3,0-4,5 % и водорода - 3-5 %. Гуминовые и фульвокислоты практически всегда содержат серу (до 1,2%), фосфор (десятки и сотни долей процента) и катионы различных металлов.

В составе групп ГК и ФК выделяют фракции. Фракционный состав гумуса характеризует набор и содержание различных веществ, входящих в группы ГК и ФК, по формам их соединений с минеральными компонентами почвы. Наибольшее значение для почвообразования имеют следующие фракции: бурых гуминовых кислот (БГК), связанных с полуторными оксидами; черных гуминовых кислот (ЧГК), связанных с кальцием; фракции I и Iа фульвокислот, связанных с подвижными формами полуторных оксидов; ГК и ФК, прочно связанных с полуторными оксидами и глинистыми минералами.

Групповой состав гумуса характеризует количественное соотношение гуминовых кислот и фульвокислот. Количественной мерой типа гумуса служит отношение содержания углерода гуминовых кислот (С гк) к содержанию углерода фульвокислот (С фк). По величине этого отношения (С гк /С фк) можно различить четыре типа гумуса:

• — гуматный - более 2;
• — фульватно-гуматный - 1-2;
• — гуматно-фульватный - 0,5-1,0;
• — фульватный - менее 0,5.

Групповой и фракционный состав гумуса закономерно и последовательно меняется в зонально-генетическом ряду почв. В подзолистых и дерново-подзолистых почвах гуминовые кислоты почти не образуются и накапливается их мало. Отношение С гк /С фк обычно менее 1 и чаще всего составляет 0,3-0,6. В серых почвах и чернозёмах абсолютное содержание и доля гуминовых кислот значительно выше. Отношение С гк /С фк в чернозёмах может достигать 2,0-2,5. В почвах, расположенных к югу от чернозёмов, постепенно вновь увеличивается доля фульвокислот.

Избыточное увлажнение, карбонатность породы, засоление накладывают отпечаток на групповой состав гумуса. Дополнительное Увлажнение обычно способствует накоплению гуминовых кислот. Повышенная гуматность свойственна также почвам, формирующимся на карбонатных породах или под влиянием жестких грунтовых вод.

Групповой и фракционный составы гумуса изменяются и по профилю почв. Фракционный состав гумуса различных горизонтов зависит от минерализации почвенного раствора и величины pH. Профильные изменения группового состава гумуса в большинстве

почв подчинены одной общей закономерности: с глубиной снижается доля гуминовых кислот, нарастает доля фульвокислот, отношение С гк /С фк уменьшается до 0,1-0,3.

Глубина гумификации, или степень превращения растительных остатков в гуминовые вещества, а также отношение С гк /С фк зависят от скорости (кинетики) и длительности процесса гумификации. Кинетика гумификации определяется почвенно-химическими и климатическими характеристиками, стимулирующими или тормозящими деятельность микроорганизмов (элементы питания, температура, pH, влажность), и подверженностью растительных остатков трансформации в зависимости от молекулярного строения вещества (легче преобразуются моносахариды, протеины, труднее - лигнин, полисахариды).

В гумусовых горизонтах почв умеренного климата тип гумуса и глубина гумификации, выражаемая отношением С гк /С фк коррелируют с продолжительностью периода биологической активности.

Период биологической активности - это промежуток времени, в течение которого создаются благоприятные условия для нормальной вегетации растений, активной микробиологической деятельности. Продолжительность периода биологической активности определяется по длительности периода, в течение которого температура воздуха устойчиво превышает 10 °С, а запас продуктивной влаги составляет не менее 1-2 %. В зональном ряду почв величина С гк /С фк, характеризующая глубину гумификации, соответствует продолжительности периода биологической активности.

Одновременный учет двух факторов - периода биологической активности и насыщенности почв основаниями, дает возможность определить области формирования различных типов гумуса. Гуматный гумус образуется только при продолжительном периоде биологической активности и высокой степени насыщенности почв основаниями. Такое сочетание условий характерно для черноземов. Сильнокислые почвы (подзолы, дерново-подзолистые почвы) независимо от периода биологической активности имеют фульватный гумус.

Гуминовые вещества почвы обладают высокой реакционной способностью и активно взаимодействуют с минеральной матрицей. Под влиянием органических веществ разрушаются неустойчивые минералы материнской породы и химические элементы становятся доступнее для растений. В процессе органо-минеральных взаимодействий образуются почвенные агрегаты, что улучшает структурное состояние почвы.

Фульвокислоты наиболее активно разрушают почвенные минералы. Взаимодействуя с полуторными оксидами (Fe 2 O 3 и Al 2 O 3), ФК образуют подвижные алюмо- и железо-гумусовые комплексы (фульваты железа и алюминия). С этими комплексами связано образование иллювиально-гумусовых почвенных горизонтов, в которых они осаждаются. Фульваты щелочных и щелочноземельных оснований хорошо растворимы в воде и легко мигрируют вниз по профилю. Важная особенность ФК - их неспособность закреплять кальций. Поэтому известкование кислых почв приходится проводить регулярно, через 3-4 года.

Гуминовые кислоты в противоположность ФК образуют с кальцием плохо растворимые органоминеральные соединения (гуматы кальция). Благодаря этому в почвах формируются гумусово-аккумулятивные горизонты. Гуминовые вещества почвы связывают ионы многих потенциально токсичных металлов - Al, Pb, Cd, Ni, Co, что снижает опасное влияние химического загрязнения почв.

Процессы гумусообразования в лесных почвах имеют свои особенности. Подавляющая часть растительного опада в лесу поступает на поверхность почвы, где создаются особые условия разложения органических остатков. С одной стороны, это свободный доступ кислорода и отток влаги, с другой - влажный и прохладный климат большое содержание в опаде трудноразлагающихся соединений, быстрая потеря за счет вымывания оснований, освобождающихся при минерализации опада. Такие условия влияют на жизнедеятельность почвенных животных и микрофлоры, играющую важную роль в процессах превращения органических остатков: измельчении, перемешивании с минеральной частью почвы, биохимической переработке органических соединений.

В результате разнообразных сочетаний всех факторов разложения органических остатков формируется три типа (формы) органического вещества лесных почв: мулль, модер, мор. Под формой органического вещества лесных почв понимается вся совокупность органических веществ, содержащихся как в лесной подстилке, та и в гумусовом горизонте.

При переходе от мора к модеру и муллю изменяются свойств органического вещества почвы: уменьшается кислотность, увеличиваются зольность, степень насыщенности основаниями, содержание азота, интенсивность разложения лесной подстилки. В почва с муллевым типом в подстилке содержится не более 10% общего запаса органического вещества, а при типе мор на долю подстилки приходится до 40 % его общего запаса.

При формировании органического вещества типа мор образуется мощная трехслойная подстилка, которая хорошо отделяется о нижележащего минерального горизонта (обычно горизонтов Е, EI, AY). В разложении подстилки принимает участие преимуществен но грибная микрофлора. Дождевые черви отсутствуют, реакция сильнокислая. Лесная подстилка имеет следующее строение:

O L - верхний слой мощностью около 1 см, состоящий из опада сохранившего анатомическое строение;

О F - средний слой различной мощности, состоящий из полуразложившегося опада светло-бурого цвета, переплетенный гифами грибов и корнями растений;

Oh - нижний слой сильноразложившегося опада, темно-бурого почти черного цвета, мажущийся, с заметной примесью минеральных частиц.

При типе модер лесная подстилка состоит обычно из двух слоев. Под слоем слаборазложившегося опада выделяется хорошо разложившийся перегнойный слой мощностью около 1 см, постепенна переходящий в ясно выраженный гумусовый горизонт мощность 7-10 см. В разложении подстилки важную роль играют насекомые дождевые черви принимают незначительное участие. В составе микрофлоры грибы преобладают над бактериями. Органическое вещество перегнойного слоя частично перемешано с минеральной частью почвы. Реакция подстилки слабокислая. В лесных почвах избыточного увлажнения процессы разложения растительного опада заторможены и в них образуются торфяные горизонты. На накопление и скорость разложения органического вещества лесных почв влияет состав исходных растительных остатков. Чем больше в растительных остатках лигнина, смол, дубильных веществ и чем меньше азота, тем медленнее протекает процесс разложения и тем больше накапливается в подстилке органических остатков.

На основании определения состава растений, из опада которых образовалась подстилка, предложена классификация лесных подстилок. По Н. Н. Степанову (1929), можно выделить следующие виды подстилок: хвойные, мелколиственные, широколиственные, лишайниковые, зеленомоховые, мохотравяные, травяные, долгомошниковые, сфагновые, влажно-травяные, травяно-болотные и широкотравные.

Гумусное состояние почв - это совокупность общих запасов и свойств органических веществ, создающаяся процессами их накопления, трансформации и миграции в почвенном профиле и отображающаяся в наборе внешних признаков. Система показателей гумусного состояния включает содержание и запасы гумуса, его профильное распределение, обогащенность азотом, степень гумификации и типы гуминовых кислот.

Уровни накопления гумуса хорошо согласуются с продолжительностью периода биологической активности.

В составе органического углерода прослеживается закономерное увеличение запасов гуминовых кислот с севера на юг.

Почвы арктической зоны характеризуются низким содержанием и небольшими запасами органического вещества. Процесс гумификации проходит в крайне неблагоприятных условиях при низкой биохимической активности почв. Для почв северной тайги характерен непродолжительный период (около 60 дней) и низкий уровень биологической активности, а также бедный видовой состав микрофлоры. Процессы гумификации идут замедленно. В зональных почвах северной тайги формируется грубогумусный тип профиля. Гумусово-аккумулятивный горизонт в этих почвах практически отсутствует, содержание гумуса под подстилкой - до 1 -2%.

В подзоне дерново-подзолистых почв южной тайги количество солнечной радиации, режим увлажнения, растительный покров, богатый видовой состав почвенной микрофлоры и ее более высокая биохимическая активность в течение довольно продолжительного периода способствуют более глубокой трансформации растительных остатков. Одной из основных особенностей почв подзоны южной тайги является развитие дернового процесса. Мощность аккумулятивного горизонта небольшая и обусловлена глубиной проникновения основной массы корней травянистой растительности. Среднее содержание гумуса в горизонте AY в лесных дерново-подзолистых почвах колеблется от 2,9 до 4,8 %. Запасы гумуса в этих почвах небольшие и составляют в зависимости от подтипа почвы и гранулометрического состава от 17 до 80 т/га в слое 0-20 см.

В лесостепной зоне запасы гумуса в слое 0-20 см колеблются от 70 т/га в серых почвах до 129 т/га в темно-серых. Запасы гумуса в чернозёмах лесостепной зоны в слое 0-20 см составляют до 178 т/га, а в слое 0-100 см - до 488 т/га. Содержание гумуса в горизонте А чернозёмов достигает 7,2 %, постепенно уменьшаясь с глубиной.

В северных районах европейской части России значительное количество органического вещества сосредоточено в торфяных почвах. Болотные ландшафты располагаются главным образом в лесной зоне и тундре, где осадки значительно превышают испаряемость. Особенно велика заторфованность на севере тайги и в лесотундре. Самые древние торфяные месторождения, как правило, занимают озерные котловины с возрастом сапропелевых отложений до 12 тыс. лет. Начальное отложение торфа в таких болотах происходило примерно 9-10 тыс. лет назад. Наиболее активно торф начал откладываться в период около 8-9 тыс. лет назад. Встречаются иногда торфяные отложения возрастом около 11 тыс. лет. Содержание ГК в торфе колеблется от 5 до 52 %, увеличиваясь при переходе от верхового торфа к низинному.

С содержанием гумуса связано многообразие экологических функций почвы. Гумусовый слой образует особую энергетическую оболочку планеты, называемую гумосферой . Энергия, накапливаемая в гумосфере, является основой существования и эволюции жизни на Земле. Гумосфера выполняет следующие важные функции: аккумулятивную, транспортную, регуляторную, протекторную, физиологическую.

Аккумулятивная функция характерна для гуминовых кислот (ГК). Ее сущность заключается в накоплении в составе гуминовых веществ важнейших элементов питания живых организмов. В форме Аминовых веществ в почвах накапливается до 90-99 % всего азота более половины фосфора и серы. В этой форме аккумулируются и сохраняются длительное время калий, кальций, магний, желе — 30 и практически все необходимые растениям и микроорганизмам и микроэлементы.

Транспортная функция связана с тем, что гуминовые вещества Могут образовывать с катионами металлов устойчивые, но растворимые и способные к геохимической миграции комплексные органоминеральные соединения. Активно мигрируют в такой форме большинство микроэлементов, значительная часть соединений фосфора и серы.

Регуляторная функция обусловлена тем, что гуминовые веществ принимают участие в регулировании практически всех важнейшие почвенных свойств. Они формируют окраску гумусовых горизонтов и на этой основе их тепловой режим. Гумусированные почвы всея да значительно теплее почв, содержащих мало гуминовых веществ. Гуминовые вещества играют важную роль в образовании почвенной структуры. Они участвуют в регулировании минерального питания растений. Органическое вещество почвы используется ее обитателями в качестве основного источника пищи. Около 50 % азота растения берут из почвенных запасов.

Гуминовые вещества могут растворять многие почвенные минералы, что приводит к мобилизации некоторых труднодоступных растениям элементов минерального питания. От количества свойств гуминовых веществ в почвах зависят емкость катионного обмена, ионно-солевая и кислотно-основная буферность почв окислительно-восстановительный режим. С содержанием гумуса его групповым составом тесно связаны физические, водно-физические и физико-механические свойства почв. Хорошо гумусированные почвы лучше оструктурены, в них разнообразнее видовой состав микрофлоры, больше численность беспозвоночных животных. Такие почвы более водопроницаемы, легче поддаются механической обработке, лучше удерживают элементы пищевого режима растений, обладают высокой емкостью поглощения и буферностью, в них выше эффективность минеральных удобрений.

Протекторная функция связана с тем, что гуминовые вещества почвы защищают или сохраняют почвенную биоту, растительный покров в случае возникновения различного рода неблагоприятных экстремальных ситуаций. Гумусированные почвы лучше противостоят засухе или переувлажнению, они меньше подвержены эрозии дефляции, дольше сохраняют удовлетворительные свойства при орошении повышенными дозами или минерализованными водами.

Богатые гуминовыми веществами почвы выдерживают более высокие техногенные нагрузки. При равных условиях загрязнения почв тяжелыми металлами их токсическое действие на растений на чернозёмах проявляется в меньшей мере, чем на дерновое подзолистых почвах. Гуминовые вещества довольно прочно связывают многие радионуклиды, пестициды, предупреждая тем самый их поступление в растения или другое отрицательное воздействие.

Физиологическая функция состоит в том, что гуминовые кислоты и их соли могут стимулировать прорастание семян, активизировать дыхание растений, повышать продуктивность крупного рогатого скота, птицы.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Почва - это сложная система, состоящая из минерального и органического компонентов. Она служит субстратом для развития растений. Для успешного земледелия необходимо знать особенности и пути формирования почвы - это помогает повысить ее плодородие, т. е. имеет большое экономическое значение.

В состав почвы входят четыре основных компонента:
1) минеральное вещество;
2) органическое вещество;
3) воздух;
4) вода, которую правильнее называть почвенным раствором, поскольку в ней всегда растворены те или иные вещества.

Минеральное вещество почвы

По чва состоит из минеральных компонентов разного размера: камней, щебня и «мелкозема». Последний принято подразделять в порядке укрупнения частиц на глину, ил и песок. Механический состав почвы определяется относительным содержанием в ней песка, ила и глины.

Механический состав почвы сильно влияет на дренаж, содержание питательных веществ и температурный режим почвы, иными словами, структуру почвы с агрономической точки зрения. Средне- и мелкоструктурные почвы, такие как глины, суглинки и алевриты, обычно более пригодны для роста растений, так как содержат достаточно питательных веществ и способны лучше удерживать воду с растворенными в ней солями. Песчанистые почвы быстрее дренируются и теряют питательные вещества в результате выщелачивания, но их выгодно использовать для получения ранних урожаев; весной они быстрее, чем глинистые, просыхают и прогреваются. Присутствие камней, т. е. частиц диаметром более 2 мм, важно с точки зрения износа сельскохозяйственных орудий и влияния на дренаж. Обычно с увеличением содержания камней в почве уменьшается ее способность удерживать воду.

Органическое вещество почвы

Органическое вещество , как правило, составляет лишь небольшую объемную долю почвы, однако оно очень важно, поскольку определяет многие ее свойства. Это главный источник таких элементов питания растений, как фосфор, азот и сера; оно способствует формированию почвенных агрегатов, т. е. мелкокомковатой структуры, особенно важной для тяжелых почв, поскольку в результате повышаются водопроницаемость и аэрация; оно служит пищей для микроорганизмов. Органическое вещество почвы подразделяют на детрит, или мертвое органическое вещество (MOB) и биоту.

Гумус (перегной) - это органический материал, образующийся при неполном разложении MOB. Значительная часть его существует не в свободном виде, а связана с неорганическими молекулами, прежде всего с глинистыми частицами почвы. Вместе с ними гумус составляет так называемый поглощающий комплекс почвы, крайне важный почти для всех протекающих в ней физических, химических и биологических процессов, в частности для удерживания воды и питательных веществ.

Среди почвенных организмов особое место занимают дождевые черви. Эти детритофаги вместе с MOB заглатывают большое количество минеральных частиц. Перемещаясь между разными слоями почвы, черви постоянно ее перемешивают. Кроме того, они оставляют ходы, облегчающие ее аэрацию и дренаж, улучшая тем самым ее структуру и связанные с ней свойства. Лучше всего дождевые черви чувствуют себя в нейтральной и слабокислой среде, редко встречаясь при рН ниже 4,5.

Органическая часть почвы представлена живыми орга­низмами (живая фаза, или биофаза), неразложившимися, органическими остатками и гумусовыми веществами (рис. 1)

Органическая часть почвы

Рис. 1. Органическая часть почвы

Живые организмы были рассмотрены выше. Теперь необходимо дать определение органическим остаткам.

Органические остатки - это органические вещества, тка­ни растений и животных, частично сохранившие исходную форму и строение. При этом следует отметить разный хими­ческий состав различных остатков.

Гумусовые вещества представляют собой все органиче­ские вещества почвы, за исключением живых организмов и их остатков, не утративших тканевое строение. Общеприня­то подразделять их на специфические собственно гумусовые вещества и неспецифические органические вещества индиви­дуальной природы.

Неспецифические гумусовые вещества содержат вещест­ва индивидуальной природы:

а) азотистые соединения, на­пример, простые и сложные, белки, аминокислоты, пептиды, пуриновые основания, пиримидиновые основания; углеводы; моносахариды, олигосахара, полисахариды;

б) лигнин;

в) липиды;

д) дубильные вещества;

е) органиче­ские кислоты;

ж) спирты;

з) альдегиды.

Таким образом, неспецифические органические вещества представляют собой индивидуальные органические соедине­ния и промежуточные продукты разложения органических остатков. Они составляют приблизительно 10-15% от обще­го содержания гумуса минеральных почв и могут достигать 50-80% от всей массы органических соединений в торфяных горизонтах и лесных подстилках.

Собственно гумусовые вещества представляют собой спе­цифическую систему высокомолекулярых азотсодержащих органических соединений циклического строения и кислой природы. По данным многих исследователей, строение моле­кулы гумусового соединения имеет сложный характер. Уста­новлено, что основными компонентами молекулы являются ядро, боковые (периферические) цепочки и функциональные группы.

Полагают, что ядро представляет собой ароматические и гетероциклические кольца, состоящие из пяти- и шестичленных соединений типа:

бензола фурана пиррола нафталина индола

От ядра к периферии молекулы отходят боковые цепочки. Они представлены в молекуле гумусовых соединений амино­кислотными, углеводными и другими цепочками.

В составе гумусовых веществ присутствуют карбоксиль­ные (-СООН), фенолгидроксильные (-ОН), метоксильные (-СН3О) и спиртовые гидроксильные. Эти функциональные группы определяют химические свойства гумусовых веществ. Характерной особенностью системы собственно гумусовых веществ является неоднородность, т.е. наличие в ней раз­личных по стадии гумификации компонентов. Из этой слож­ной системы выделяют три группы веществ:

а) гуминовые кислоты;

б) фульвокислоты;

в) гумины, или, точнее, негидролизуемый остаток.

Гуминовые кислоты (ГК) – темноокрашенная группа гу­мусовых веществ, экстрагируемая из почвы щелочными рас­творами и осаждаемая минеральными кислотами при рН = 1-2. Они характеризуются следующим элементным составом: содержание С от 48 до 68%, Н - 3,4-5,6%, N - 2,7-5,3%. Эти соединения практически не растворимы в воде и мине­ральных кислотах, из растворов ГК легко осаждаются кислотами Н+, Са2+, Fе3+, А13+. Это гумусовые соединения кис­лой природы, которая обусловлена карбоксильными и фенолгидроксильными функциональными группами. Водород этих групп может замещаться на другие катионы. Способ­ность к замещению зависит от природы катиона, рН среды и других условий. При нейтральной реакции замещаются ионы водорода только карбоксильных групп. Емкость погло­щения за счет этого свойства ГК составляет от 250 до 560 мг·экв на 100 г ГК. При щелочной реакции емкость погло­щения возрастает до 600-700 мг·экв/100 г ГК за счет спо­собности к замещению ионов водорода гидроксильных групп. Молекулярная масса ГК при определении различными мето­дами изменяется от 400 до сотен тысяч. В молекуле ГК наи­более четко представлена ароматичная часть, масса которой преобладает над массой боковых (периферических) цепочек.

Гуминовые кислоты не имеют кристаллической структуры, основная масса их находится в почве в виде гелей, которые легко пептизируются при действии щелочей и образуют мо­лекулярные и коллоидные растворы.

При взаимодействии ГК с ионами металлов образуются соли, которые получили название гуматов. Гуматы NН4+, Nа+, К+ хорошо растворимы в воде и могут образовывать кол­лоидные и молекулярные растворы. Роль этих соединений в почве огромна. Например, гуматы Са, Мg, Fe и А1 в основ­ном малорастворимы, могут образовывать водопрочные гели, при этом переходить в неподвижное состояние (аккумуляция), а также являются основой образования водопрочной структуры.

Фульвокислоты (ФК) - специфическая группа гумусовых веществ, растворимая в воде и в минеральных кислотах. Ха­рактеризуется следующим химическим составом: содержание С от 40 до 52%; Н - 5-4%, кислорода -40-48%, N - 2-6%. Фульвокислоты в отличие от ГК хорошо растворимы в воде, кислотах и щелочах. Растворы имеют желтый или соломен­но-желтый цвет. Отсюда эти соединения и получили свое название: по-латински fulvus - желтый. Водные растворы ФК имеют сильнокислую реакцию среды (рН 2,5). Молекулярная масса фульвокислот, определенная различными методами, имеет значение от 100 до нескольких сотен и даже тысяч условных единиц массы.

Молекула фульвокислоты имеет более простое строение по сравнению с гуминовыми кислотами. Ароматическая часть этих соединений менее четко выражена. В строении молеку­лы ФК преобладают боковые (периферические) цепочки. Активными функциональными группировками являются кар­боксильные и фенолгидроксильные группы, водород которых вступает в обменные реакции. Емкость обмена ФК может достигать 700-800 мг·экв на 100 г препаратов фульвокислот.

При взаимодействии с минеральной частью почвы фульвокислоты образуют органо-минеральные соединения с ионами металлов, а также минералами. Фульвокислоты, благодаря сильно-кислой реакции и хорошей растворимости в воде, активно разрушают минеральную часть почвы. При этом образуются соли фульвокислот, которые обладают большой подвижностью в профиле почв. Органо-минеральные соеди­нения фульвокислот активно участвуют в миграции вещества и энергии в профиле почв, в формировании, например, отдель­ных генетических горизонтов.

Негидролизуемый остаток (гумины) - группа гумусовых веществ, представляющая собой остаток не растворимых в щелочах органических соединений почвы. Эта группа со­стоит как из собственно гумусовых веществ, например, гумины состоят из гуминовых кислот, прочносвязанных с мине­ралами, так и из прочносвязанных индивидуальных веществ и органических остатков разной степени разложения с мине­ральной частью почвы.

Органическое вещество почвы - это фактор плодородия почвы, источник энергии для развития и формирования почвы, наконец, это то, что отличает плодородную почву от материнской породы.

Органическое вещество почвы представляет собой комплекс органических соединений, входящих в состав почвы. Эти вещества разделены на две группы:

• 1) преобладающая группа гумусовых веществ;
• 2) группа растительных и животных остатков разной степени разложения и промежуточных продуктов разложения (негумифицированные органические вещества).

Органическое вещество почвы представлено на 85-90% гумусовыми веществами (фульвокислоты, гуминовые кислоты и гумин). По своей природе это устойчивые к разложению, консервированные органические вещества, на 50-60% состоящие из углерода, 30-45 % кислорода и только на 2.5-5% из азота. Так же в их состав входят сера, фосфор и др. Гуминовые кислоты и фульвокислоты, а также образующаяся в почве при разложении органических веществ углекислота, оказывают растворяющее действие на минеральные соединения фосфора, калия, кальция, магния, в результате чего, эти элементы переходят в доступную для растений форму. Подвижные питательные элементы гумуса в меньшей степени участвуют в питании растений, чем негумифицированные вещества, так как медленно минерализуются, но создают для разложения органических остатков благоприятную среду. Однако при длительном возделывании сельскохозяйственных культур без внесения удобрений, может происходить постепенное разложение и использование гумусовых веществ, что приводит к значительному уменьшение общего количества органического вещества почвы и снижению её плодородия. Систематическое применение органических и минеральных удобрений, обеспечивая повышение урожайности сельскохозяйственных культур, способствует сохранению и накоплению запасов гумуса и азота в почве, так как с ростом урожая увеличивается количество поступающих в почву корневых и пожнивных остатков и усиливаются процессы гумусообразования.

В состав почвы входят четыре основных компонента:

• 1) минеральное вещество;
• 2) органическое вещество;
• 3) воздух;
• 4) вода, которую правильнее называть почвенным раствором, поскольку в ней всегда растворены те или иные вещества. Минеральное вещество почвы Почва состоит из минеральных компонентов разного размера: камней, щебня и «мелкозема». Последний принято подразделять в порядке укрупнения частиц на глину, ил и песок. Механический состав почвы определяется относительным содержанием в ней песка, ила и глины. Механический состав почвы сильно влияет на дренаж, содержание питательных веществ и температурный режим почвы, иными словами, структуру почвы с агрономической точки зрения. Средне- и мелкоструктурные почвы, такие как глины, суглинки и алевриты, обычно более пригодны для роста растений, так как содержат достаточно питательных веществ и способны лучше удерживать воду с растворенными в ней солями. Песчанистые почвы быстрее дренируются и теряют питательные вещества в результате выщелачивания, но их выгодно использовать для получения ранних урожаев; весной они быстрее, чем глинистые, просыхают и прогреваются. Присутствие камней, т. е. частиц диаметром более 2 мм, важно с точки зрения износа сельскохозяйственных орудий и влияния на дренаж. Обычно с увеличением содержания камней в почве уменьшается ее способность удерживать воду. Органическое вещество почвы Органическое вещество, как правило, составляет лишь небольшую объемную долю почвы, однако оно очень важно, поскольку определяет многие ее свойства. Это главный источник таких элементов питания растений, как фосфор, азот и сера; оно способствует формированию почвенных агрегатов, т. е. мелкокомковатой структуры, особенно важной для тяжелых почв, поскольку в результате повышаются водопроницаемость и аэрация; оно служит пищей для микроорганизмов. Органическое вещество почвы подразделяют на детрит, или мертвое органическое вещество (MOB) и биоту. Гумус (перегной) -- это органический материал, образующийся при неполном разложении MOB. Значительная часть его существует не в свободном виде, а связана с неорганическими молекулами, прежде всего с глинистыми частицами почвы. Вместе с ними гумус составляет так называемый поглощающий комплекс почвы, крайне важный почти для всех протекающих в ней физических, химических и биологических процессов, в частности для удерживания воды и питательных веществ. Среди почвенных организмов особое место занимают дождевые черви. Эти детритофаги вместе с MOB заглатывают большое количество минеральных частиц. Перемещаясь между разными слоями почвы, черви постоянно ее перемешивают. Кроме того, они оставляют ходы, облегчающие ее аэрацию и дренаж, улучшая тем самым ее структуру и связанные с ней свойства. Лучше всего дождевые черви чувствуют себя в нейтральной и слабокислой среде, редко встречаясь при рН ниже 4,5.

Органические вещества почвы: комплекс органических соединений, входящих в состав почвы. Их присутствие -- один из основных признаков, отличающих почву от материнской породы. Формируются в процессе разложения растительного и животного материалов и представляют собой важнейшее звено обмена веществ живой и неживой природы. Количество О. в. п. и их природа во многом определяют направление процесса почвообразования, биологические, физические, химические свойства почвы и её плодородие. В О. в. п. входят в том или ином количестве растительные и животные остатки в различной степени разложения при обязательном преобладании гумусовых веществ

Минеральные Компоненты Почвы

Большинство минеральных компонентов поступает в почву в результате выветривания и разрушения материнской породы. Иногда содержание минеральной основы может возрастать за счет частиц, приносимых ветром или водными потоками. Минеральные компоненты, составляющие, как правило, около 50% объема почвы, представляют собой частицы песчаной, алевритовой и глинистой (пелитовой) размерности. Структура и состав почвы зависят главным образом от количественных соотношений этих фракций.

Песчаные почвы -- рыхлые, легкие, хорошо проницаемые, легко выщелачиваются. Глинистые почвы -- тяжелые, вязкие в мокром состоянии и довольно твердые в сухом, слабопроницаемые, выщелачиваются медленно. Третья разновидность почв, для которой принят термин «пылеватые», развита большей частью на аллювиальных равнинах. В этих почвах песок, алеврит, ил и глина представлены приблизительно в равных количествах; они легкие, плодородные и хорошо поддаются обработке. Структура почв на возделанных землях изменяется после вспашки, в результате чего в почвах повышается пористость. Добавка гумуса и удобрений также изменяет структуру почвы

Главной функцией животных в биосфере и в почвообразовании является потребление и разрушение органического вещества зеленых растений. Биомасса почвенных животных составляет, по разным оценкам, от 0,5% до 5% фитомассы и может достигать в умеренных широтах 10-15 т/га сухого вещества.

В пищевых цепях организмов существует поток постоянно уменьшающейся энергии от растений к травоядным, от травоядных к хищникам, некрофагам, микроорганизмам.

Растительные и животные остатки разрушаются различными группами почвенных животных:

• - фитофаги (нематоды, грызуны и др.), питающиеся тканями живых растений;
• - хищники (простейшие, скорпионы, клещи) питаются живыми животными;
• - некрофаги (жуки, личинки мух и др.) поедают трупы животных;
• - сапрофаги (термиты, муравьи, многоножки и др.) питаются тканями мертвых растений;
• - капрофаги, разновидность сапрофагов (жуки, мухи и их личинки, простейшие, бактерии и др.) питаются экскрементами других животных;
• - детритофаги используют в пищу детрит. По размерам особей выделяют четыре группы:
• - микрофауна -- организмы, размер которых менее 0,2 мм (простейшие, нематоды);
• - мезофауна -- организмы размером от 0,2 до 4 мм (микроартроподы, насекомые, некоторые виды червей и др.);
• - макрофауна -- животные размером от 4 до 80 мм (земляные черви, моллюски, муравьи, термиты и др.);
• - мегафауна -- животные размером более 80 мм (крупные насекомые, скорпионы, кроты, грызуны, лисы, барсуки и др.) (

Микроорганизмы способствуют разложению органических остатков в почве.

По отношению к воздуху различают микроорганизмы аэроб-ные и анаэробные. Аэробные -- это организмы, которые в процес-се жизнедеятельности потребляют кислород; анаэробы -- живут и развиваются в бескислородной среде. Необходимую для жизне-деятельности энергию они получают в результате сопряженных окислительно-восстановительных реакций. На реакции разложе-ния и синтеза, идущие в почве, влияют различные ферменты, вы-рабатываемые микроорганизмами. В зависимости от типа почв, степени их окультуренности общее количество микроорганизмов в 1 г дерново-подзолистых почв может достигать 0,6--2,0 млрд., черноземов -- 2--3 млрд.

Бактерии -- наиболее распространенный вид почвенных микро-организмов. По способу питания они делятся на автотрофные, усваивающие углерод из углекислого газа, и гетеротрофные, использующие углерод органических соединений.

Бактерии-аэробы окисляют различные органические вещества в почве, в том числе осуществляют процесс аммонификации -- разложения азотистых органических веществ до аммиака, окис-ление клетчатки, лигнина и пр.

Разложение органических остатков гетеротрофными анаэроб-ными бактериями называется процессом брожения (брожение углеводов, пектиновых веществ и др.). Наряду с брожением в анаэробных условиях происходит денитрификация -- восстановле-ние нитратов до молекулярного азота, что может привести к зна-чительным потерям азота в почвах с плохой аэрацией.

Грибы и актиномицеты (лучистые грибы). Количество грибов в 1 г почвы может достигать 200--500 тыс. Грибы относятся к сапрофитам -- организмам, использующим углерод органических остатков. Грибы -- аэробные организмы, они хорошо развиваются при кислой реакции среды, разлагают углеводы, лигнин, клетчат-ку, жиры, белки и другие соединения.

Животные. Почва представляет собой благоприятную среду для обитания многих видов животных, в том числе червей, насе-комых, позвоночных животных. Большинство животных, исполь-зуя органические остатки для питания, измельчают их, перемещают и перемешивают с минеральной частью почвы.