7 років тому
Немає коментарів

Основною складовою частиною кожного грунту є органічна речовина, що утворюється з решток рослин, тварин та інших організмів за активною участю мікроорганізмів. Вивченню органічної частини грунту присвячено дуже багато праць, і було висунуто ряд гіпотез щодо походження гумусу в грунті.

Ще 200 років тому М. В. Ломоносов висловив думку про те, що перегній і торф являють собою продукти розкладу (гниття) органічних решток рослин і тварин. В 1836 р. шведський учений Берцеліус виділив з органічних речовин грунту ряд специфічних сполук, назвавши їх гумусовими кислотами (кренова, апокренова, гумінова й ульмінова). З того часу і до кінця першої чверті минулого століття панувала думка про те, що утворення гумусу — суто хімічний процес.

Основоположники наукового ґрунтознавства В. В. Докучаєв і П. А. Костичев, вивчаючи чорноземи, встановили, що. нагромадження гумусу в грунті пов’язане не тільки з розкладом кореневих систем багаторічних трав, а й із синтезом складних органічних сполук із простіших, який відбувається за безпосередньою участю бактерій, грибів та продуктів розкладу.

Так виник біологічний напрям вивчення природи гумусу і шляхів його утворення. Видатним представником цього напряму був П. А. Костичев (1886), який довів, що гумус у грунті утворюється бактеріями і грибами. Одночасно з розкладом органічних решток мікроорганізми синтезують складні сполуки, основою яких є білкові речовини. Так учений встановив, що гумус містить до 5,25% азоту.

В. Р. Вільямс та інші вчені вважали, що гумусові речовини утворюються всередині клітин мікроорганізмів і виділяються ними в грунт у процесі життєдіяльності їх або автолізу — розпаду клітин під впливом ферментів, які містяться в його тканинах. Але цю гіпотезу ні Вільямс, ні його послідовники не довели, бо експериментально не встановлено, що бактерії у процесі життєдіяльності в аеробних умовах виділяють гумінову кислоту, в анаеробних — ульмінову і грибки — кренову.

Таким чином, досі немає доказів про внутрішньоклітинний синтез гумусових речовин.

В останні десятиріччя з’явилися роботи Д. М. Новогрудського (1959), Л. М. Александрової (1962), М. М. Кононової (1963), в яких доведено, що у процесі життєдіяльності мікроорганізми виділяють у зовнішнє середовище речовини, які через певний період набувають ознак, властивих гумусу.

Так з’явилася нова гіпотеза про синтетичний процес утворення гумусу. Початок їй поклав А. Г. Трусов (1917), який передбачав, що гумінові кислоти утворюються в процесах окислення і конденсації продуктів розкладу білків, лігніну і дубильних речовин. Він вважав, що гумінові кислоти утворюються з бензольних і пірольних сполук, які в свою чергу є продуктами розкладу білків, а також фенольних і хінонних похідних лігніну і дубильних речовин. Кисень повітря, аміак і ферменти оксидази мікроорганізмів є агентами гуміфікації.

Питання механізму утворення гумусу вивчають радянські і зарубіжні вчені.

Тепер, за М. М. Кононовою (1972), загальновизнано, що гумусові речовини є сполуками типу полімерів (поліконденсати), молекули яких утворюються з фенольних сполук з вмістом азоту. Можливо також, що в утворенні беруть участь і деякі інші вуглеводи. Процес формування гумусових речовин досить складний — з органічних решток утворюються і конденсуються структурні одиниці з дальшою полімеризацією продуктів конденсації. Окремі стадії процесу, як зазначає М. М. Пономарьова (1972), скоординовані і можуть відбуватися одночасно.

Деякі вчені вважали, що основною ланкою в цьому процесі є конденсація фенольних груп з компонентами, які містять азот, а можливо й з іншими вуглеводами. Більшість з них додержувались думки, що фенольні групи беруть участь у цьому процесі у вигляді полімерів, окислюючись ферментами типу фенолоксидаз і перетворюючись на хінони. Потім хінони конденсуються з амінокислотами або пептидами. Проте останнім часом висловлюються думки про те, що в утворенні молекул гумусових речовин можуть брати участь і більш складні продукти розкладу лігніну.

Гуміфікація — це складний процес, який складається з біохімічних і фізико-хімічних реакцій перетворення органічних решток на гумусові речовини.

Характерною особливістю всієї системи гумусових речовин є її гетерогенність (неоднорідність), що зумовлює певне варіювання деяких властивостей.

Склад і властивості гумусу. Гумусові речовини грунту — це складна система високомолекулярних сполук. Характерною особливістю цієї системи, як зазначає Л. М. Александрова, є повільне і безперервне відновлення всіх її складових частин при відносній стабільності порівняно з вихідними органічними рештками. Швидкість розкладу їх та продукти цього перетворення залежать як від складу рослинних решток, які гуміфікуються, так і від зовнішніх умов. Тому різні ґрунти мають різний хімічний склад і містять неоднакову кількість гумусових речовин (табл. 18).

T_018

Гумусові кислоти. Дослідженнями вчених доведено, що гумусові речовини грунту складаються з трьох груп органічних сполук: гумінової і ульмінової кислот, кренової і апокренової, або фульвокислот, і ґрунтових гумінів з незначною кількістю воску, смол або бітумів та інших речовин.

Найбільш поширені в грунті і беруть активну участь гумінові і фульвокислоти. Елементарний склад усіх цих частин гумусу непостійний і залежить від типу грунту. Гумінова і фульвокислоти значно відрізняються за хімічним складом від тих речовин, з яких вони утворилися (табл. 19).

T_019

Гумінові кислоти є високомолекулярними азотовмісними сполуками циклічної будови. Залежно від типу грунту вони містять 52—62% вуглецю, 2,8—5,8% водню, 31—39% кисню і 2,6—5,1% азоту. Крім цих елементів, гумінові кислоти містять і інші зольні елементи, наприклад, алюміній, залізо, фосфор та ін.

Гумінова кислота створює в грунті складну систему різного ступеня ущільненості і конденсації, яка внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів, що беруть участь у процесах синтезу і руйнування, безперервно оновлюється. Гумінові кислоти з катіонами кальцію, натрію, калію, магнію утворюють солі, які називають гуматами.

Фульвокислоти відрізняються від гумінових меншим вмістом вуглецю і підвищеною кількістю води. Вони також більш окислені. Елементарний склад їх такий: С— 44—50%, 0 — 42—48, Н — 4,6—6,0 і N — 2; 5—5,5%.

За даними І. В. Тюріна, В. В. Пономарьової і Л. М. Александрової, фульвокислоти відрізняються від гумінових також вищим вмістом карбоксильних і гідроксильних груп, здатних до обмінних реакцій, активність яких залежить від реакції середовища. Водні розчини фульвокислот мають кислу реакцію (вони добре розчиняються у воді). У зв’язку з цим вони добре розчиняють мінеральну частину грунту, що сприяє підзолоутворювальному процесу.

Гуміни — найінертніша маса в грунті. Вони складаються в основному (60—70%) з нерозчинної (у лугах) гумінової кислоти і сполук гумусових речовин з мінеральною частиною грунту, особливо з окремими мінералами, що зумовлює інертність гумінів.

Крім вищезгаданих органічних сполук, до складу гумусу можуть входити бітуми (сукупність жирів, високомолекулярних жирних кислот, смол і восків), вміст яких у гумусі становить 2—4% (у болотних грунтах 10—20%).

Значення гумусу в грунті. Значення гумусу в процесах грунтотворення і в підвищенні родючості грунту дуже велике. Він є поживою для мікроорганізмів і джерелом нагромадження азоту і зольних елементів.

Як показали дослідження Л. А. Христевої, гумінова кислота сприяє диханню рослин, що активізує процеси синтезу в них.

Гумінова кислота разом з мінеральними сполуками утворює в грунті органо-мінеральні комплекси, які також сприяють нагромадженню азоту та інших поживних речовин.

Колоїди гумінової кислоти впливають на всі фізико-хімічні процеси, пов’язані з родючістю грунту. Колоїдна гумінова кислота разом з гуматами лужних і лужноземельних металів при взаємодії з колоїдами гідроокисів заліза та алюмінію, що вкривають поверхню мінеральних частинок грунту, утворює складні алюмо- і залі-зогумінові гелі, які не подрібнюються (не пептизуються) і, нагромаджуючись у грунті, збільшують його вбирну здатність. Отже, чим більше гумусу в грунті, тим більший його вбирний комплекс, сприятливіші фізичні властивості, активніші мікробіологічні процеси і більше в грунті доступних для рослин поживних речовин (табл. 20).

T_020

Гумусові речовини прискорюють також процеси вивітрювання мінералів і надають грунту темного кольору. Від вмісту органічної речовини в грунтах залежить і кількість вітамінів у них. В органічних речовинах грунту, за даними П. А. Власюка (1969), 100 г можуть містити до 980 мкг рибофлавіну, 15—30 мкг біотину і 15 мкг тіаміну. У грунтах, які містять мало органічної речовини, рибофлавіну було 10—15, тіаміну—1,5—2,0 та біотину— 0,06 мкг (1969).

Тепер відомо, за даними А. В. Манорик і В. Ф. Васильченко, що вітаміни В1 В2, В12, нікотинова, пантотенова і фолієва кислоти синтезуються і розкладаються під час компостування гною (1969) і торфу.

Вміст гумусу в грунтах СРСР. Як по зонах СРСР, так і в межах Української РСР вміст гумусу коливається у великих межах.

Грунти Української республіки розміщені переважно в лісостеповій і степовій зонах. Вміст гумусу в них зростає від дерново-підзолистих до буроземних грунтів Карпат, від сірих опідзолених грунтів Лісостепу до чорноземів глибоких звичайних середньогумусних. Південні чорноземи і каштанові ґрунти в зв’язку із зміною клімату, генезису, механічного складу ґрунтотворних порід містять менше гумусу.

Встановлено (І. В. Тюрін, 1949), що чим менше в грунті гумусу, тим більша його розчинність і навпаки. Відносний і абсолютний вміст групи гумінових кислот відповідає запасу гумусу і досягає найбільших величин у глибоких чорноземах і зменшується до опідзолених грунтів і сіроземів (ґрунти пустель).

Гумус у грунті нагромаджується і мінералізується досить повільно. Дослідні дані свідчать, що в орному шарі на площі 1 га середньорічна мінералізація його становить на дерново-підзолистих грунтах 6—7, а чорноземних — 9—10 ц/га (О. Т. Калачиков).

Мінералізація органічної маси у грунті залежить в першу чергу від його механічного складу та обробітку. Наприклад, близько 70% гною, внесеного в оброблений грунт, мінералізується, а 30% його перетворюється в гумус. При систематичному внесенні органічних добрив (30 т/га через 5 років) вміст гумусу в грунті за 30 років збільшився на 8% від попереднього вмісту його.

Основними заходами, які сприяють збільшенню вмісту гумусу в грунті, є систематичне внесення добрив, особливо органічних, правильна система обробітку грунту, лущення стерні, зяблева оранка, меліоративні та інші заходи, які поліпшують мікробіологічні процеси і умови біохімічного синтезу гумусу в грунті, висівання бобових культур тощо.

Вапнування кислих і гіпсування засолених грунтів поліпшує біохімічні та фізико-хімічні процеси, що сприяє збільшенню вмісту гумусу і запобігає вимиванню його з грунту.

Постійне збагачення грунту органічними речовинами — це боротьба за його окультуреність і високу продуктивність, за підвищення врожайності всіх сільськогосподарських культур.