Гумусообразование

Гумусообразование - В современном понимании процесс превращения органических остатков в гумус (гумусообразование) представляет собой совокупность одновременно протекающих процессов разложения исходных органических остатков, синтеза вторичных форм (развитие микроорганизмов) и их гумификации. Растительные остатки, попадая в почву или на ее поверхность, разлагаются микроорганизмами, в результате возникают более простые подвижные соединения. Часть этих соединений полностью минерализуется микроорганизмами и усваивается новыми поколениями растительности, другая часть используется микроорганизмами для синтеза органических веществ, которые в дальнейшем вновь разлагаются. Некоторые продукты разложения превращаются в сложные высокомолекулярные вещества - гуминовые кислоты. Этот процесс, протекающий под воздействием кислорода воздуха, воды и ферментов микроорганизмов, называется гумификацией, или гумусообразованием. Активное участие в превращении органических остатков в гумус принимают живые организмы (бактерии, грибы, почвенные животные), которые перемешивая с почвой всю массу органических остатков, а также продуктов их разложения и гумификации, перерабатывают все и выбрасывают неиспользованную часть в виде экскрементов в толщу почвы.

Процессы разложения и минерализации различных органических соединений протекают по - разному. Быстрее всех минерализуются растворимые сахара, крахмал; достаточно хорошо разлагаются белки, гемицеллюлозы и целлюлоза; устойчивы к разложению и минерализации лигнин, смолы, воски.

Разложение белков, углеводов, липидов начинается с гидролитического расщепления их сложных молекул на более простые промежуточные продукты. Белки расщепляются на пептиды, а затем на аминокислоты. При гидролизе сложных белков (нуклеопротеидов) наряду с аминокислотами образуются углеводы, фосфорная кислота, азотсодержащие гетероциклические основания (пуриновые и пиримидиновые). При гидролизе жиров возникают глицерин и различные жирные кислоты, а при гидролизе углеводов (целлюлозы, гемицеллюлозы, крахмала, полиуронидов, камедей) - моносахариды, аминосахара, уроновые кислоты. Одновременно с гидролизом развиваются разнообразные окислительно-восстановительные процессы, катализируемые ферментами. В аэробных условиях преобладают процессы окисления, в анаэробных - восстановления.

Углеводы в аэробных условиях окисляются до органических кислот, альдегидов, спиртов и далее - до углекислого газа и воды. В анаэробных условиях развиваются различные типы брожения, в процессе которых образуются недоокисленные продукты (метан, спирты, органические кислоты), а в конечном итоге - углекислота, вода, метан, водород. Продукты гидролиза лигнина и других ароматических соединений в результате окислительно - восстановительных реакций дают сложную систему соединений: оксихиноны, ароматические альдегиды и кислоты. Продуктами: полной минерализации являются вода и углекислый газ.

Параллельно с разложением и минерализацией органических остатков в почве идут процессы их гумификации, в результате образуются относительно устойчивые против разложения гумусовые вещества.

Процессы образования гумусовых веществ изучены еще недостаточно. Существует ряд гипотез образования гумусовых веществ. Основное положение наиболее ранних гипотез - представление о гумификации как о системе реакций конденсации или полимеризации относительно простых промежуточных продуктов разложения - аминокислот, фенолов, хинонов И т. д. Не подвергаясь дальнейшей минерализации, эти соединения вне живых клеток микроорганизмов синтезируются в высокомолекулярные гумусовые вещества.

Иная гипотеза гумификации была предложена в 30 - х годах этого столетия И. В. Тюриным. Согласно этой гипотезе, основой гумификации являются реакции медленного биохимического окисления высокомолекулярных веществ, имеющих циклическое строение. К ним относятся белки, лигнин, дубильные вещества. Эта гипотеза получила подтверждение и дальнейшее развитие в работах Л. Н. Александровой и др.

Образующиеся гуминовые кислоты, вступая во взаимодействие с зольными элементами растительных остатков, освобождающихся в процессе их минерализации, а также с минеральной частью почвы, образуют ряд органо-минеральных производных. При этом единая система постепенно расщепляется на несколько фракций, различных по степени растворимости и деталям строения молекул. Менее дисперсная часть системы, образующая нерастворимые в воде соли с кальцием и полуторными окислами, формируется как группа гуминовых кислот. Более дисперсная фракция, дающая растворимые соли, образует фульвокислоты.

В переувлажненных почвах фульвокислот образуется больше, вследствие более интенсивного гидролитического расщепления всей системы гумусовых кислот.

Гумификация развивается не только в почвах, но и на дне водоемов, в компостах, при формировании торфа, угля, т. е. везде, где накапливаются растительные остатки и создаются условия, благоприятные для жизнедеятельности микроорганизмов и развития этого процесса, широко распространенного в природе.