- Гумификация – совокупность биохимических и физико-химических процессов трансформации продуктов разложения органических остатков в особый класс органических соединений - гумусовые кислоты почвы.

Итог гумификации – закрепление органического вещества в почве в форме новых, устойчивых к микробиологическому разложению продуктов, служащих аккумуляторами огромных запасов элементов питания и энергии.

Согласно этой схеме, гумусообразование включает все характерные процессы формирования и эволюции органопрофиля почв:

Разложение (распад) поступающих в почву свежих органических веществ (процесс, предшествующий минерализации и гумификации) осуществляется микрофлорой и микрофауной при участии химических реакций гидролиза, дезаминирования, декарбоксилирования, окисления-восстановления и др. В результате этого процесса образуются промежуточные продукты разложения: аминокислоты, пуриновые и пиридиновые основания, моносахариды, олигосахариды, уроновые кислоты и другие. Промежуточные продукты разложения частично подвергаются полной минерализации до простых солей, газов и воды, частично гумифицируются. Скорость разложения и минерализации зависит от биохимического состава источников гумуса, соотношения С: N в их составе и гидротермических условий. В течение первого года разложения минерализационные потери углерода растительных остатков составляют 30-70% от исходной массы. На поверхности почвы скорость минерализации нарастает с севера на юг от подзолистых почв к каштановым, а на глубине более 20 см закономерность обратная, что связано с особенностями гидротермических условий почв зонального ряда. Гумификация — образование высокомолекулярных гумусовых веществ специфической природы из промежуточных продуктов распада свежих органических веществ. Существует ряд концепций гумификации, которые дополняют одна другую. Они все в той или иной степени подтверждены экспериментально. Концепция биохимического окисления. Предложена в 30-х годах И.В. Тюриным, затем детально разрабатывалась и экспериментально подтверждена в работах Л.Н. Александровой и ее учеников.

22. Основные группы органических веществ почвы и их характеристика.

Вся совокупность органических компонентов в пределах почвенного профиля называется органическим веществом почвы.

Источники гумуса – свежие, неразложившиеся вещества растительного и животного происхождения, ежегодно поступающие в почву в виде наземного и корневого опада растений, остатков животного происхождения, в том числе микроорганизмов, состоят из веществ неспецифической природы (белки, углеводы, лигнин и др.).

Детрит — промежуточные продукты разложения и гумификации источников гумуса, не связанные с минеральной частью почвы. Содержат много неспецифических веществ.

Гумусовые вещества специфической природы: гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумин связанные в различной степени прочности с минеральной частью

Исходя из функциональных свойств и способности к трансформации, в одну группу объединяют две первые части — источники гумуса и детрит — под общим названием легкоразлагаемое (лабильное) органическое вещество.

В эту же группу входят и практически все виды внесенных в почву органических удобрений (различные виды навоза, компосты и др.).

23. Характеристика гумусовых кислот. Для отнесения органических соединений к классу гумусовых кислот необходимо сочетание следующих важнейших признаков:

Содержание углерода (С) в пределах 36-62 %, при обязательном содержании азота (N) от 2 до 6 %.

Наличие циклических фрагментов, содержащих 3-6 % гетероциклического азота.

Наличие негидролизуемого азота в количестве 25-55 % от общего.

В составе гумусовых кислот различают

• гуминовые кислоты (Гк), • фульвокислоты (Фк) и • гиматомелановые кислоты (Гмк)

Гумусом называют сложный динамический комплекс органических соединений образующихся при разложении и гумификации органических остатков и продуктов жизнедеятельности живых организмов.

В составе гумуса различают промежуточные продукты распада и гумификации, неспецифические органические соединения и специфические гумусовые вещества.

24. Гумус. Особенности строения гумусовых веществ.

Гумусом называют сложный динамический комплекс органических соединений образующихся при разложении и гумификации органических остатков и продуктов жизнедеятельности живых организмов.

Гумусовые вещества представляют собой гетерогенную, полидисперсную систему высокомолекулярных, азотсодержащих, ароматических органических соединений кислотной природы.

В их составе выделяют три группы:

• гуминовые кислоты,

• фульвокислоты и

• гумин, или негидролизуемый остаток.

• Качественное соотношение этих групп характеризует групповой состав гумуса.

Гумусовые вещества, как наиболее устойчивые к разложению, следует относить к стабильной (трудноразлагаемой) части органического вещества.

Строение молекулы гуминовой кислоты • Ядро молекулы состоит преимущественно из ароматических и гетероциклических соединений типа бензола, фурана, пиридина, нафталина и др.

• Периферическую часть формируют цепочки боковых радикалов, состоящие из углеводных, аминокислотных и углеводородных фрагментов, соединенных между собой углеродными, аминокислотными и другими цепочками и мостиками (-О-, -N-, -СН2-, -С-С-) и образуют рыхлое сетчатое строение.

• Функциональные группы: карбоксильные (СООН), метоксильные (ОСН3), карбонильные (СО), аминогруппы (NH2), спиртовые и фенольные гидроксилы (ОН)

Сравнительная характеристика гумусовых кислот

Состав и свойства гуминовых кислот

• Значительная часть азота находится в труднодоступной для растений форме.

• Кроме того, в составе препаратов всегда содержится 1-5% зольных элементов (Si, Al, Fe, P и др.), даже после тщательной их очистки.

• Наличие функциональных групп обусловливает очень высокую емкость поглощения катионов (300-700 мг-экв на 100 г до 800-1000 мг-экв).

• По современным представлениям молекула Гк представляет собой подобие “рыхлой сетки” такое своеобразное строение, наличие пор в ассоциатах, обусловливает способность Гк к адсорбции воды и набуханию, которое может достигать 300–400 %.

• Водород функциональных групп способен замещаться на металлы. При этом образуются соли гуминовых кислот — гуматы.

• Условно принимается, что ядро молекул обладает гидрофобными свойствами, а периферическая часть - гидрофильными.

Строение молекулы гуминовой кислоты (по С.С. Драгунову и др., 1948)

Фульвокислоты

• — группа светло-окрашенных (от желтой до бурой) гумусовых кислот (креновые, апокреновые), сходных по составу и строению с гуминовыми кислотами.

• обладают большей подвижностью в почвенном профиле и агрессивностью по отношению к минеральной части почв.

• При взаимодействии фульвокислот с катионами образуются соли — фульваты.

Водные растворы фульвокислот обладают очень кислой реакцией (рН 2,6–2,8).

• Гумины (негидролизуемый остаток) — совокупность соединений гуминовых и фульвокислот, очень прочно связанных с минеральной частью почв.

25. Факторы минерализации и гумификации.

- Минерализация – распад органических остатков до конечных продуктов – воды, углекислого газа и простых солей. В результате минерализации происходит сравнительно быстрый переход закрепленных в органических остатках различных элементов ( N P, S, Ca, Mg, K, Fe и др. ) в минеральные формы и потребление их новыми поколениями живых организмов.

- Гумификация – совокупность биохимических и физико-химических процессов трансформации продуктов разложения органических остатков в особый класс органических соединений - гумусовые кислоты почвы.

К числу основных факторов, регулирующих протекание гумификации, следует отнести

• количество и химический состав поступающих в почву органических остатков

• и их локализацию (Преимущественное накопление их на поверхности почвы снижает степень гумификации из-за преобладания минерализационных процессов. Более благоприятные условия для гумификации создаются при разложении остатков в тесном контакте с почвенной массой, что характерно для корневого опада),

• режим влажности и аэрации,

• реакцию среды и окислительно-восстановительные условия (В почвах с кислой и щелочной реакцией среды, почвенно-поглощающий комплекс которых содержит повышенное количество ионов водорода или натрия, а также при высоком содержании легкорастворимых солей новообразование гумусовых веществ тормозится, при этом больше образуется фульвокислот)

• микробиологическую активность,

• гранулометрический, минералогический и химический состав почвы.

Факторы минерализации.

• Наиболее интенсивно распад органических остатков до конечных продуктов идет при оптимальной влажности почвы (60…80% от полной влагоемкости) и температуре (20-25⁰С). При увеличении влажности и температуры или их снижении уменьшается скорость разложения остатков. При постоянном и резком недостатке влаги и высоких температурах в почву поступает мало растительных остатков, разложение их замедлено и осуществляется в виде процессов «тления». Темп разложения растительных остатков в значительной степени зависят от типа биогеоценоза и типа почвы.

• Значительное влияние на скорость минерализации оказывают минералогический и гранулометрический составы почвы. При оптимальных условиях разложения в почвах тяжелого гранулометрического состава, богатых высокодисперсными глинистыми минералами, минерализационные процессы тормозятся. Это обусловлено высокими величинами свободной поверхности минералов, благодаря чему на них сорбируются промежуточные продукты разложения и новообразованные гумусовые вещества, что предохраняет их дальнейшей минерализации. В почвах с преобладанием первичных минералов, сорбция практически не выражена, поэтому процесс минерализации протекает очень активно. Это свойственно почвам легкого гранулометрического состава, в связи с чем они всегда содержат мало гумуса.

• В почвах с кислой реакцией среды процессы разложения остатков тормозятся вследствие угнетения бактериальной микрофлоры.

Большое влияние на интенсивность разложения опада оказывает и химический состав растительных остатков. При высоком содержании в составе растительных остатков соединений, устойчивых к микробиологическому воздействию, они накапливаются на поверхности почвы в количествах, значительно превышающих масштабы ежегодного опада (почвы тундры и таежно-лесной зоны).

Важно учитывать особенности климатических условий, которые определяют характер функционирования почвенной фауны и микроорганизмов.

26. Роль органического вещества в почвообразовании и плодородии почв.

Роль органических веществ в почвообразовании очень многосторонняя.

• Значительная часть элементарных почвенных процессов (ЭПП) происходит с участием гумусовых веществ. К ним относятся биогенно-аккумулятивные, элювиальные, иллювиально-аккумулятивные, метаморфические и другие.

Процессы взаимодействия органических веществ с минеральной частью почв лежат в основе почвообразования. Состав и свойства почв, в том числе агрономические, являются результатом этих процессов.

Плодородие

Органическое вещество является источником азота и зольных элементов питания для растений. В нем содержится 98% валового азота, с ним связано 40-60% фосфора, 80-90% — серы, значительные количества кальция, магния, калия и других макро- и микроэлементов. Часть этих элементов находится в поглощенном состоянии и усваивается растениями в результате ионно-обменных реакций. Другая часть высвобождается и становится доступной для растений после минерализации органических веществ. 

• Органическое вещество оптимизирует физико-химические свойства почв.

• Поглотительная способность органических коллоидов значительно выше, чем минеральных, и достигает 1000 и более мг-экв на 100 г препарата гумусовых веществ.

• Более гумусированные почвы обладают более высокой буферностью по отношению к кислотно-основным воздействиям, окислению-восстановлению и действию токсикантов.

• Поглощенные органическими и органо-минеральными коллоидами катионы являются доступными для растений и активно участвуют в их питании.

• С увеличением гумусированности

• снижается плотность,

• увеличивается общая пористость,