Роль органического вещества в почвообразовании и плодородии почв

Содержание

   Введениe………………………………………………………………….....3

1. Природа органического вещества почвы …………………………...........5
1. Органические вещества почвы индивидуальной природы…………6
2. Гумусовые вещества почвы…………………………………………...8
2. Источники органического вещества почвы…………………………….....10
1. Биомасса растительного, микробного и животного происхождения, поступающая в почву ……………………………………………….....10
2. Химический состав органических остатков……………………….....14
3. Процессы превращения органических остатков в почве…………...........18
1. Общая схема процессов трансформации…………………………….18
2. Процессы разложения-минерализации органических остатков в     почве…………………………………………………………………….19
3. Процессы гумификации органических остатков…………………....20
4. Условия накопления органического вещества в почвах………………...21
5. Роль органического вещества в образовании почвы и создании ее плодородия………………………………………………………………....26
1. Участие органических веществ в процессе выветривания и

   начальных  стадиях почвообразования……………………………...26                                                                       

2. Роль органического вещества в формировании почвенного

       профиля; формы связи органических веществ с минеральной

       частью почвы………………………………………………………….29

3. Органическое вещество и структура почвы………………………...34
4. Органическое вещество почвы как источник углекислоты для                   растений………………………………………………………………..37
5. Органическое вещество почвы как источник элементов питания

      для растений…………………………………………………………...38

6. Физиологически активные вещества в составе органической части почвы…………………………………………………………………...40

Выводы …………………………………………………………………….4 
 

Библиографический список……………………………………………….

1. Природа органического вещества почвы

     Органическая  часть почвы представляет собой  сложную систему разнообразных  веществ, все разнообразие которых можно систематизировать в две основные группы:

1. Органические вещества почвы индивидуальной природы:

 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.

  В сумме  органические соединения индивидуальной природы составляют в минеральных  почвах примерно 10-15 % от общего запаса органических веществ.

2. Гумусовые вещества специфической природы: гуминовые кислоты,

фульвокислоты, гумин, связанные в различной степени прочности с минеральной частью почвы. Эта группа веществ составляет в минеральных почвах до 85-90% от общего запаса гумуса.

Главная доля в  органической части почвы представлена собственно гумусовыми веществами, образование  которых осуществляется в процессах сложных превращений исходных растительных и животных остатков.

 Система органических  веществ почвы представлена на  рис.1 
 
 
 
 
 

 

 
 
 
 

 
 

 Рис. 1. Система органических веществ почвы (Орлов Д. С., 1996). 

1.1. Органические вещества почвы индивидуальной природы

     Из  почвы было выделено и идентифицировано несколько десятков органических соединений. Они представлены различными группами углеводородов, жиров, органических кислот, углеводов, фосфоро- и азотсодержащих производных. Список органических веществ почвы индивидуальной природы включает следующие соединения:

1. Углеводы: пентозы, пентозаны, гексозы, целлюлоза и начальные продукты ее расщепления;
2. Углеводороды: парафин;
3. Органические кислоты жирного ряда и их эфиры: щавелевая, янтарная, сахарная, кротоновая, лигноцериновая,

 

монооксистеариновая, диоксистеариновая, акриловая, бензойная  кислоты;

4. Спирты: маннит;
5. Эфиры: глицериды капроновой и олеиновой кислот;
6. Альдегиды: салициловый альдегид, ванилин;
7. Смолы: смоляне кислоты и их производные;
8. Азотсодержащие соединения: триметиламин, холин, гистидин, аргинин, лизин, цитозин, гипоксантин, ксантин, креатинин, производные пиридина, ряд моноаминокислот (лейцин и изолейцин, валин, аланин, аспарагиновая).

     Разнообразие  представителей группы органических соединений индивидуальной природы подкрепляло распространенное в начале XX в. взгляды многих исследователей, рассматривавших гумус почвы как смесь этих соединений. В дальнейшем исследователи переключились на изучение собственно гумусовых веществ; интерес к группе органических соединений индивидуальной природы упал, чему способствовали также далеко не полные представления о роли их в почве - вещества этой группы рассматривались лишь как источник элементов питания растений (азота, фосфора, серы и др.) и как источник углекислоты почвенного воздуха.

Существенным  затруднением в изучении органических соединений индивидуальной природы  являлось то, что они присутствуют в почве в малых количествах.

      Однако  в настоящее время вновь отмечается интерес к изучению органических веществ почвы индивидуальной природы; этому способствует применение новых методов исследования, позволяющих обнаруживать и идентифицировать вещества в малых количествах, а также новые факты, говорящие о разнообразных функциях представителей этой группы. 
 
 

1.2. Собственно гумусовые вещества почвы

     Комплекс  органических соединений коричневого, бурого и желтого цвета, выделяемых из почвы растворами щелочей, нейтральных  солей или органическими растворителями, носит название гумусовых веществ.

     Гумусовые вещества  - система высокомолекулярных азотсодержащих соединений циклического строения и кислотной природы. Это предопределяет их взаимодействие с минеральной частью почвы и возможность прочного закрепления в ней. Гумусовые вещества гетерогенны по составу т.е. содержат различные по стадии гумификации компоненты, поэтому их можно разделить на фракции с однородным типом строения, но с различающейся по составу, размеру частиц, степени подвижности и роли в почвообразовании. В основу классификации гумусовых веществ положены отношение к растворителям и экстрагируемость. Среди гумусовых веществ выделяют три главные группы соединений: гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумины (негидролизуемый остаток).

      Гуминовые кислоты

   Имеют темно-коричневый или черный цвет. Слаборастворимы в воде, нерастворимы в минеральных и органических кислотах, хорошо растворяются в щелочах. Из щелочных растворов хорошо осаждаются водородом минеральных кислот, а также двух- и трехвалентными катионами. 

   Содержание  углерода в гуминовых кислотах 52-58 %, водорода 3,3-4,8%, азота 3,6-4,1 и кислорода 34-39 %. Молекулярная масса может достигать десятков и сотен тысяч единиц. Основными компонентами молекулы являются ядро, периферические боковые цепи и функциональные группы.

   В группе гуминовых кислот выделяют бурые (ульминовые) гуминовые кислоты, находящиеся в почве преимущественно в свободном состоянии, и черные, которые образуют соли с кальцием и магнием.

   Гуминовые кислоты в свободном виде представляют собой черный блестящий порошок  игольчатого или зернистого строения. При обработке водой они дают слабые коллоидные растворы буроватого цвета. Со щелочными катионами – натрием, калием, аммонием, литием гуминовые кислот дают соли, малорастворимые в воде с образованием молекулярных растворов – в тонком слое прозрачны, бурого цвета, в тостом непрозрачны и  черного цвета. С двухвалентными катионами кальция, бария, магния и другими, а также с трехвалентными катионами железа и алюминия гуминовые кислот дают соли, нерастворимые в воде.

   Фульвокислоты

   Хорошо растворимы в воде, минеральных кислотах и щелочах с образованием растворов соломенно-желтого и оранжевого цвета.

   Относятся к группе оксикарбоновых кислот, содержат азот 2,4%, углерод 45,3 % , водород 5%, кислород 47,3%. Содержание углерода и азота в фульвокислотах значительно ниже, а кислорода значительно выше, чем в гуминовых кислотах. Имеют более низкую молекулярную массу.

   Водные  растворы фульвокислот обладают очень  кислой реакцией           (pH  2,6 -2,8). Обладают большой подвижностью в почвенном профиле и агрессивностью по отношению к минеральной части почвы - способны разрушать минералы, образовывать комплексные и внутрикомплексные соединения с гидроксидами. Играют существенную роль в подзолообразовании. Свободные фульвокислоты имеют коллоидный характер. Соли фульвокислот со щелочными и щелочноземельными металлами растворимы в воде. С алюминием и железом фульвокислоты дают соединения, нерастворимые в воде при нейтральной реакции, но растворяющиеся при кислой или щелочной реакции раствора.

   Гумины(негидролизуемый остаток)

   Самая инертная часть почвенного гумуса, не переходит в раствор при  обычных методах воздействия (слабые растворы углекислых или едких щелочей). Нерастворимый остаток, представляющий собой совокупность гуминовых и  фульвокислот, прочно связанных с минеральной частью почвы, а также полугумифицированные остатки лигнина, целлюлозы, смол, восков и других соединений.

2. Источники органической части почвы

    Источники органической части почвы – органические остатки, поступающие в нее. В  целинных почвах это растительные остатки, отмирающие микроорганизмы и почвенная фауна, являющаяся как исходным материалом для образования гумуса, так и возбудителем самого процесса гумусообразования. В пахотных почвах существенное значение в качестве источника гумуса имеют органические удобрения. 

    2.1. Биомасса растительного, микробного и животного происхождения, поступающая в почву

      Как показывают данные Александровой Л. Н. (таблица 1), наибольшую биомассу и годичный прирост в наземных биоценозах имеют зеленые растения (автотрофы), способные синтезировать органические вещества из минеральных соединений. Биомасса почвенных микроорганизмов и  представителей животного мира в несколько десятков, сотен и даже тысяч раз уступает биомассе зеленых растений. Новых запасов органического вещества они не вносят, а перерабатывают растительные остатки, образуя вторичные формы органических веществ почвы.