Органическое вещество почвы, его состав и значение

Органическое  вещество почвы, его состав и значение

Почва –  это уникальное образование по сложности  вещественного состава. Эта сложность обусловлена наличием многих тысяч разнообразных органических соединений и продуктов их взаимодействия с минеральной частью почвы (Фокин А.Д.,1994).

Наличие органического вещества является характерной  особенностью почв, отличающей их от материнских  пород. Порода становиться почвой тогда, когда в ней появляется органическое вещество. Первоначальное накопление органического вещества происходит в результате жизнедеятельности низших организмов. С поселением высших растений значительно ускоряется накопление образующегося органического вещества. После отмирания организмов входящие в их состав вещества подвергаются в почве процессам разложения и вторичного синтеза, образуя то, что принято называть почвенным гумусом (Возбуцкая А.Е., 1968).

Органическое  вещество почв является основным компонентом, обеспечивающим продуктивность и экологическую устойчивость не только почв и экосистемы, но и биосферы. Органическое вещество почвы - ключевой компонент, контролирующий большую часть ее биогеоценотических и эколого-биосферных функций. Стабильность эволюционно-генетических свойств и устойчивость почвы к внешним воздействиям, минерализационно-иммобилизационная оборачиваемость биогенных элементов и состояние питательного режима, сорбционная емкость почвенного поглощающего комплекса и эффективность дезактивации токсических веществ, структура и биоразнообразие микробного сообщества прямо или косвенно связаны с запасами и качеством органического вещества (В. М. Семенов, И. К. Кравченко, 2006).

Запас органического вещества является характерным свойством почвы, как  материального тела и компонента ландшафта. Отображение пространственной изменчивости этого свойства и определяющих его факторов содействует пониманию физических основ почвообразовательных процессов (Костычев П.А., 1937).

Гумусовое состояние почв существенно влияет на их генезис, плодородие и протекторные функции при использовании почв для различных функциональных целей. Для оптимизации гумусного состояния почв необходимы большая масса опада, рН опада – 6-7, преобладание в нем белков, отсутствие дубильных веществ, восков, значительная доля корневого опада, большая емкость почв, нейтральная реакция, разложение в контакте с почвой, чередование периодов увлажнения и иссушения (Ю.А. Духанин, В.И. Савич, 2006). Органическое вещество в целом и отдельные его группы разносторонне  влияют на формирование  почвенного плодородия и выполняют множество функций (Кирюшин В.И.,1996).

Понятием  «гумус» объединяются весьма разнокачественные  вещества, полностью утратившие черты  анатомического строения организмов. Основную массу гумуса составляют гумусовые  вещества. Некоторая часть его (единицы  и десятки процентов) всегда представлены детритом (промежуточными продуктами разложения) и неспецифическими веществами. Разнокачественность включаемых в гумус веществ создает затруднения в интерпретации ряда свойств гумуса (Ганжара Н.Ф., 2001).

 По  мнению Возбуцкой А.Е. (1968), органическое вещество почвы может быть разделено на следующие группы: свежие и неполностью разложившиеся растительные  животные остатки и гумус, который в свою очередь состоит из: а) собственно гумусовых веществ; б) продуктов глубокого распада органических остатков и продуктов ресинтеза микроорганизмов. Согласно Тейту (1991) органическое вещество можно разделить на 2 основные категории: легко разлагаемая (активная) и более устойчивая к биодеградации (пассивная) фракции.

Гумусовое вещество представляет собой  гетерогенную, полидисперсную систему  высокомолекулярных, азотсодержащих, ароматических органических соединений кислотной природы. В их составе  выделяют три группы: гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумин. Качественное соотношение этих групп характеризует групповой и фракционный состав гумуса. Оно основано на различиях свойств гумусовых веществ и форм их связи с минеральными компонентами почв (Орлов Д. С., 1974).  

Исходя  из функциональных свойств и способности  к трансформации, вполне логично  в одну группу объединять две части  – источники гумуса и детрит. Гумусовые вещества, как наиболее устойчивые к разложению, следует относить к стабильной (трудноразлагаемой) части органического вещества (Ганжара  Н.Ф., 2001).

К подвижному почвенному органическому  веществу,  по мнению Лаврентьева В.В. (1972),  относятся легко мобилизуемые органические вещества неспецифической природы, так называемый детрит или легкогидролизуемое органическое вещество (ЛОВ), которому принадлежит ведущая роль в формировании почвенного плодородия (Зезюков Н.И., Дедов А.В., 1994). Детрит характеризуется менее прочной связью с минеральной частью и более подвержен разлагающему действию почвенной микрофлоры (Гамалей В.И. и др., 1994). Данная группа органического вещества изучена намного меньше, чем собственно гумусовые кислоты и общее их содержание в большинстве почв на порядок ниже, чем содержание соединений гумусовой природы. Однако их значение для свойств и функционирования почвы определяется не массой, а биологической и химической активностью, высокими скоростями любых процессов, протекающих с их участием, очень быстрой реакцией почвенной биоты, высших растений на изменения их состояния (Фокин А.Д.,1996).

Время практически полного разложения лабильных форм органических веществ  исчисляется днями, месяцами, годами, стабильной части – десятками, сотнями  и даже тысячами лет (Кирюшин В.И.,1996). Хотя оба пула органического вещества вносят свой вклад в функционирование и стабилизирование экосистемы, реакции, в которых задействованы легкоразлагаемые вещества, имеют очень большое влияние на цикл биогенных элементов внутри экосистемы; т.е. круговорот именно этих соединений обеспечивает преобладающую часть тех элементов минерального питания растений, происхождение которых связано с органическим веществом (Тейт Роберт III, 1999). Иногда, даже при относительно высоком наличии общего гумуса, недостаток в его составе лабильной части сдерживает рост продуктивности растений (Гамалей В.И. и др. 1994). Определено, что использование существующих запасов азота ЛОВ происходит в течение ряда лет,  и ежегодно растения потребляют примерно 20% азота ЛОВ от имеющихся запасов (Зезюков Н.И. Дедов А.В., 1994).

Некоторые авторы выделяют детрит как генетически относительно самостоятельный компонент органопрофиля и содержание его в почвах находится в пределах 0,1-4,0% от массы целинных или окультуренных почв (Чернянский С.С., 2001). Исследованиями Ганжары Н.Ф.и Борисова Б.А. (1997) году было установлено, что оптимальное содержание ЛОВ составляет 0,4- 1,2%, или 12-36т/га в пахотном слое. При таком содержании в составе ЛОВ содержится достаточно азота, чтобы обеспечить получение 50% урожая.

Все мобилизуемые органические вещества неспецифической природы   в  наименьшей степени, чем гумусовые  вещества,  участвуют в реализации выше перечисленных функций гумусовых  веществ, а именно аккумулятивной, транспортной, регуляторной, протекторной и физиологической, каждая из которых многогранна (Фокин А.Д., 1996). В связи с этим следует  подчеркнуть необходимость изучения лабильной части органического вещества, а также, потому что оно является непосредственным источником гумусовых веществ (Багаутдинов Ф.Я. и др.,1997). Это подтверждается концептуальной моделью гумусообразования Ганжары Н.Ф.(1997), согласно которой детрит содержит в своем составе новообразованные гумусовые вещества.

Теоретические исследования и многовековая практика земледелия показывают, что стабильность урожаев неразрывно связаны с количеством и качеством гумуса. К настоящему времени накоплен обширный материал по влиянию окультуривания почв на содержание и состав гумуса (Пупков А.М., 1989).

Природе и значению органического  вещества в жизни самих почв и  экосистем, а также биосферы в целом посвящено большое количество исследований, показавших, что органическое вещество является одним из наиболее важных компонентов почвы,  обеспечивающим ее жизнедеятельность и способность к саморегуляции (Маслова И.Я. и др.,2004).

Органическое вещество участвует в формировании почвы  на всех его этапах. Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что взаимодействие органического вещества в любых формах с материнской горной породой вызывает резкое изменение состава и свойств коры выветривания. Особенности образования и режима гумусовых веществ определяют формирование гумусового профиля. Органическое вещество почвы, аккумулируя огромное количество углерода, способствует большей устойчивости круговорота углерода в природе. Новейшими исследованиями установлена особая роль органического вещества почвы в энергетическом обеспечении многообразных почвенных процессов, функционирование которых осуществляется затратной энергией (Лыков А.М., 2004).

В настоящее время предметом  пристального внимания является направленность изменений органического вещества почв в процессе их освоения и окультуривания. Количественное описание процессов трансформации органического вещества почв привлекало внимание исследователей в первой половине ХХ века. Основной акцент делался тогда на процессы минерализации органического вещества. Кинетика гумусообразования оставалась за рамками интересов исследователей. Было известно только, что гумусообразование идет интенсивно с самых первых дней трансформации опада (Александрова Л.Н., 1980; Кононова М.М., 1963).Процессы трансформации органического вещества почвы лежат в основе биохимического круговорота всех биогенных элементов (Кирюшин В.И., 2000).

Велика  роль органического вещества почвы  в мобилизации минеральных элементов  питания из инертных форм, в частности  биологической фиксацией атмосферного азота, переводу труднодоступных форм фосфора в доступные. Эти процессы требуют больших энергетических затрат, проходят при прямом или косвенном участии почвенной биоты и возможны лишь при поступлении в почву органических веществ в качестве энергетического материала. Практически все элементы систем земледелия от структуры использования пашни до отдельных технологических приемов оказывают влияние на режим органического вещества в агроценозах. Влияние сельскохозяйственных культур в данном отношении зависит как от их биологических особенностей, так и от технологий возделывания (Кирюшин В.И., 2000).

Значение  органического вещества почвы многообразно. Его содержание в почве является одним из показателей плодородия. Основным источником органического вещества пахотных почв служат пожнивные и корневые остатки возделываемых растений и органические удобрения. Баланс гумуса зависит от возделываемых культур, почвенных и климатических условий. В исследованиях Заикина В.П., Поляковой Н.В. (1983) по динамике гумуса в светло-серых лесных почвах в полевых опытах со звеньями севооборотов (ячмень, овес, картофель, кукуруза) за три года почти во всех вариантах опыта содержание гумуса снизилось на 0,06 – 0,24 %, за исключением залежи, где, наоборот, произошло его повышение. В тех звеньях севооборота, где ячмень чередуется с овсом, содержание гумуса практически не изменялось. Тем не менее на вариантах, где бессменно выращивали ячмень и овес, снижение содержание гумуса довольно заметно, что объясняется их меньшей урожайностью, следовательно, меньшим поступлением органического вещества в почву в этих звеньях севооборота.

  Органическое  вещество является основным носителем  плодородия почвы. В органической форме содержится основная часть азота почвы – 99% и более, от 20 до 50 % фосфора и некоторая часть калия (С.А. Воробьев, 1979). Поэтому органическое вещество почвы является, прежде всего, источником питательных веществ, которые образуются при его минерализации. Однако в современных условиях органическое вещество все больше играет роль как одно из условий рационального использования минеральных удобрений и как средство для улучшения коллоидно-физических, агрофизических, биологических и других агрономически важных свойств почвы. Органическое вещество почвы обеспечивает создание оптимальных для возделываемых растений воздушно-теплового, пищевого, водного и санитарного режимов почвы и сохранения не только как средства производства в земледелии, но и как экологически важного элемента биосферы (Лошаков В.Г., 1982). Поэтому повышение содержания органического вещества является основным условием окультуривания малоплодородных серых лесных почв.

Известно, что органическое вещество в почве  находится в форме гумуса и  растительных остатков. Гумус почвы  является относительно более стабильным органическим веществом, тогда как  растительные остатки быстро разлагаются  в почве с образованием небольшого количества гумуса (В.П. Заикин, В.В. Ивенин и др., 2004). По данным Ивенина В.В. (1995), динамика содержания гумуса в пахотном слое светло-серых лесных почв за ротацию 8-польного полевого севооборота по годам подвергается значительным колебаниям – до 0,25-0,34% по отношению к уровню предшествующего года (1,46-1,84%).

Установлено, что на серых лесных почвах разного  уровня плодородия для поддержания  бездефицитного баланса гумуса необходимо использовать севообороты со структурой посевных площадей, включающей значительную долю культур, обогащающих почву органических веществом – два поля многолетних трав и не менее 50% зерновых культур. При наличии в севообороте более 50% пропашных культур бездефицитный баланс гумуса в пахотном слое лесных почв возможен лишь при внесении 20-25 т навоза на 1 га севооборотной площади (В.В. Ивенин, 1995).

Большие потери гумуса требуют постоянной его  компенсации за счет внесения большого количества органических удобрений. Внесение высоких доз органических удобрений  при высоком уровне агротехники  способствует увеличению содержания гумуса. В пахотном горизонте сильноокультуренных почв его количество в 1,3 – 1,6 раза выше по сравнению со слабоокультуренными вариантами. Наиболее гумусированными являются высокоокультуренные почвы. Содержание гумуса в светло-серых лесных увеличивается до 7 % выше по сравнению со слабоокультуренными (Полякова Н.В., 1984).