Запасы гумуса в почвах разных типов. Состав и свойства гумуса

Гумус, состав - Гумус - это сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении органических остатков. Содержание гумуса в почвах определяется условиями и характером почвообразовательного процесса; оно колеблется в верхних горизонтах от 1 - 2 до 12 - 15%, резко или постепенно уменьшаясь с глубиной.

В составе почвенного гумуса выделяют специфическую часть (85 - 90 % всего гумуса), представленную гумусовыми веществами, и неспецифическую часть (10 - 15%), представленную негумифицированными органическими веществами. Последние по своему составу могут, быть весьма разнообразны и включать: азотистые соединения (белки, ферменты, аминокислоты), углеводы (моносахариды, олигосахариды, полисахариды), липиды (жиры, воски, фосфолипиды), дубильные вещества (таннины, галловая кислота, флобафены и другие полифенолы), органические кислоты; кроме того, лигнины, смолы, спирты, альдегиды.

Гумусовые вещества почвы представлены гуминовыми и фульвокислотами, а также гуминами.

Гуминовые кислоты - это высокомолекулярные азотсодержащие (до 3 - 6%) органические кислоты, имеющие циклическое строение, не растворимые в воде и минеральных кислотах, но растворимые в слабых щелочах и некоторых органических растворителях.

Гуминовые кислоты состоят из углерода (50 - 62%), водорода (3 - 7%), кислорода (31 - 40%) и азота (2 - 6%). Их элементный состав зависит от типа почвы, химического состава разлагающихся остатков, условий гумификации. Так, гуминовые кислоты в подзолистых почвах в отличие от черноземов и каштановых почв содержат меньшее углерода, но больше водорода.

В составе гуминовых кислот может содержаться от 1 до 10 % зольных элементов, однако они не являются постоянными компонентами молекулы, а присоединяются в результате химических реакций.

Молекулы гуминовых кислот неодинаковы по размерам и химическому составу. Молекулярная масса их колеблется от 4000 до 100 000, поэтому они легко разделяются на фракции. Гуминовые кислоты в почвах находятся преимущественно в виде гелей, которые под действием минеральных кислот слабо гидролизуются, а под действием щелочей переходят в раствор.

Взаимодействуя с минеральной частью почвы, гуминовые кислоты образуют соли - гуматы, сложные органо - минеральные комплексы, которые могут устойчиво и прочно адсорбироваться поверхностью глинистых минералов.

Гуматы щелочей (натрия, калия, аммония) хорошо растворимы в воде, образуют истинные и коллоидные растворы, могут вымываться из верхних горизонтов почв, а при соответствующих условиях - иллювироваться в глубину почвенного профиля и там осаждаться и накапливаться. Это хорошо выражено в осолоделых солонцах и солонцеватых почвах.

Гуматы кальция и магния нерастворимы в воде и закрепляются в почве в виде гелей. Они способны склеивать и цементировать механические элементы в агрегаты и способствуют образованию водопрочной структуры. Это наблюдается в черноземных, лугово - черноземных и дерново - карбонатных почвах.

Фульвокислоты, как и гуминовые кислоты, представляют собой высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Они растворяются в воде, кислотах, слабых растворах щелочей, пирофосфата натрия и водном растворе аммиака, образуя водорастворимые соли - фульваты. Кроме того, они растворяются во многих органических растворителях. Их растворы в зависимости от концентрации имеют окраску от соломенно - желтой до оранжевой. Водные растворы их обладают сильнокислой реакцией (рН 2,2 - 2,8). Фульвокислоты состоят из углерода, водорода, кислорода и азота, но меньше, чем гуминовые кислоты, содержат углерода и больше кислорода. В среднем в фульвокислотах содержится углерода 40 - 52 %, водорода 4 - 6 %, кислорода 40 - 48 % и азота 2 - 6 %

Фульвокислоты благодаря сильнокислой реакции и хорошей растворимости в воде энергично разрушают минеральную часть почвы.

Фулызатные соли (фульваты) щелочных и щелочно - земельных металлов хорошо растворимы. Комплексные соединения фульвокислот с железом и алюминием также частично растворимы, причем фульватно - железистые сильнее, чем комплексы с алюминием. Степень подвижности таких комплексных соединений зависит от насыщенности их металлом. При высокой насыщенности комплекс становится нерастворимым и выпадает в осадок.

Гумины представляют ту часть гумуса, которая не извлекается из декальцинированной почвы щелочами. Они почти полностью извлекаются при попеременном воздействии на остаток почвы с гуминами различных кислот и щелочей. Исследования показали, что в большинстве случаев гумины состоят из тех же групп гуминовых и фульвокислот, что и извлекаемые щелочью из гумуса. Эти кислоты в гуминах находятся в сложных и проч ных связях как между собой, так и с минеральной частью почвы.

В группу гуминов входят также инертные карбонизированные углистые частицы и неполностью гумифицированные органические остатки. Содержание гуминов в гумусе составляет 15 - 20%, а в некоторых почвах даже 40 - 48 %.

11.Массивно – кристаллические породы, условия формирования почв.(6)

Массивно-кристаллические почвообразующие породы представля­ют собой охлажденную и затвердевшую магму, которая вышла на по­верхность земли. Они имеют очень плотную массивную структуру, кристаллическое или скрытокристаллическое строение. В зависимости от содержания и соотношения соединений кремния и щелочей, с одной стороны, железа, кальция и магния - с другой, различают магматиче­ские породы кислые и основные.

К кислым магматическим породам относится гранит, широко рас­пространенный в горных массивах Бурятии. Для него характерно высокое содержание кремнезема, заметное количество натрия и калия, небольшое содержание железа, ничтожное - кальция и магния, относи­тельно повышенное - фтора и бора. Кислые магматические породы обычно окрашены в светлые и буроватые тона; в них отчетливо разли­чаются кристаллы кварца, полевых шпатов и слюд. Эти породы со­держат большое количество газов, таких, как СО, СО 2 , Н 2 S, СНз, Н, N, С1, которые при нагревании могут быть выделены. Продукты вывет­ривания и почвы, образующиеся из кислых магматических пород, наранних стадиях выветривания отличаются рыхлостью, песчанистостью и гравийным характером материала, более или менее достаточным содержанием калия, связанного с минералами группы слюд.

Из основных магматических пород известны базальты. Они ха­рактеризуются низким содержанием кремнезема (40-60 % массы). Большая часть кремнезема связана в алюмосиликатных минералах. Свободный кремнезем в виде кварца содержится лишь в небольшом количестве. Основные магматические породы, в отличие от кислых, в основном богаты соединениями марганца, железа, хрома, кобальта, цинка, титана, никеля и меди. Горные породы щелочной магмы отличаются очень темной,иногда черной окраской, что объясняется отсутствием кварца и преобладанием минералов, окрашенных в темные тона. Продукты выветривания и почвообразования на горных породах щелочноймагмы обычно быстро приобретают глинистый характер, длительное время сохраняют щелочную и нейтральную реакцию, отличаются повышенным содержанием почвенного гумуса и глинистых минералов типа монтмориллонита.

Между двумя основными группами массивно-кристаллических пород - кислыми и основными - существует ряд переходных групп.

Метаморфические породы образуются под воздействием высокого давления итемператур из осадочных пород. К метаморфическим породам относятся кварциты, сланцы, конгломераты и по химическому составу близкиек гранитам гнейсы.

Почвы на таких породах имеют неполноразвитый профиль.

Неполноразвитый - формируется на плотных массивно-кристаллических породах или на крутых склонах. Характеризуется полным набором горизонтов, характерных для данного типа почвы, которые, однако, имеют малую мощность и могут быть прерывистыми

Задание к данному разделу: построение графика распределения содержания гумуса по профилю почв и его описание; определение вида по степени гумусированности данной почвы, исходя из количества гумуса в верхнем горизонте; определение мощности гумусового горизонта (он заканчивается там, где содержание гумуса менее 1%).

Гумус -- основное органическое вещество почвы, содержащее питательные вещества, необходимые высшим растениям. Гумус составляет 85--90 % органического вещества почвы и является важным критерием при оценке её плодородности.

Гумус осуществляет в почве тройственную функцию: физическую, химическую и биологическую. Физическая функция - это создание водопрочной почвенной структуры, что обеспечивает благоприятную циркуляцию воды, воздуха, нужную температуру и предопределяет хороший рост корней в почве. Химическая функция заключается в том, что гумус является хранилищем элементов питания. В результате деятельности микроорганизмов гумус постепенно разлагается (минерализуется), освобождая заключенный в нем азот, фосфор, калий и другие элементы. Биологическая функция гумуса - это создание благоприятных условий для развития и деятельности микроорганизмов.

Содержание гумуса в верхнем горизонте разных типов почв колеблется в широких пределах: от 1% в серо-бурых пустынных почвах до 12-15% в черноземах. Разные типы почв отличаются характером изменения количества гумуса с глубиной. На процесс образования гумуса влияют следующие факторы: водно-воздушный режим, температурный режим, состав органических остатков, механический состав и физико-химические свойства почв.

По степени содержания гумуса (перегноя) почвы подразделяются: очень низко гумусированные (<2%), низкогумусированные (2-4%), среднегумусированные (4-6%), высокогумусные (6-10%) и очень высокогумусные (>10%) .

Исходные данные:

Горизонт	Мощность, см

Можно сказать, что с увеличением глубины количество гумуса сначала увеличивается до значения 2,00 % в горизонте В 1, затем уменьшается до значения 1,01% в горизонте ВС. Среднее значение гумуса 1,3-1,7 %. В горизонте В 1, В 2 содержится большое количество органического вещества в форме остатков зелёных растений. В гумусовом горизонте много обменного кальция, он накапливается в горизонтах В 1, В 2, тем самым способствуя закреплению гумуса в минеральной части, созданию почвенной структуры. Горизонт ВС беден гумусом, что связано с ограниченной биологической активностью, в нем действует меньше живых почвенных организмов, следовательно, уменьшается и количество органического вещества. Гумус полностью выносится в нижнем горизонте С. Почва малогумусированная.

Дана оценка содержания гумуса в минеральных почвах России, основанная на теоретическом, расчетном и экспертном подходах. Представлен обзор и проведен анализ градаций почв по содержанию гумуса, разработанных Почвенным институтом им. В.В. Докучаева (1977, 1985, 1997, 2001, 2003, 2004) и Д.С. Орловым с соавторами (1978, 2004). Дано теоретическое обоснование и предложена шкала почв России по степени гумусированности, где в качестве точки отсчета представлены значения минимального содержания гумуса, а объективные интервалы шкалы значений содержания гумуса основаны на величинах межлабораторных допустимых расхождений. Введено понятие глобальной оценки, охватывающей широкий спектр почв России и отражающей различия между типами почв по содержанию гумуса, и дифференцированной оценки, характеризующей различия внутри типа (подтипа) почв по величинам этого показателя. Изложены методические приемы по определению минимально допустимых, оптимальных и максимально допустимых значений содержания гумуса в пахотных горизонтах почв.
Химический состав почв представлен тремя группами компонентов. Это вещества, ранее входившие в состав материнских пород; вещества, поступающие в почву с атмосферными и пылевыми осадками и, наконец, органические вещества, принадлежащие к различным классам соединений и накапливающиеся в первую очередь за счет остатков высших растений и микроорганизмов, а в почвах преобразуемые в гумус. Наиболее актуальна третья группа, являющаяся практически чуть ли не единственным источником самых различных органических соединений, которыми теоретически и практически обусловлено как формирование гумусовых горизонтов фактически любых почв, так и образование, и накопление в почвах специфических органических соединений — гумусовых веществ. Именно эти вещества придают почвам своеобразные облик и свойства, отличающие их от других природных тел .
Согласно Александровой, гумусо-образование, то есть формирование гумуса, это процесс специфичный для почв, в отличие от гумификации, протекающей во многих природных средах — торфах, илах, сапропелях, углях и др. (в том числе и в почвах) и приводящей к образованию гумусовых веществ.
В Большой Российской энциклопедии дано следующее определение гумуса: “Гумус — динамичная система, состоящая из совокупности растительных и животных остатков, утративших черты анатомического строения и претерпевающих различные этапы разложения и синтеза; основная и важнейшая составляющая часть органического вещества почвы”.
В словаре почвенных терминов США приведено иное определение: “Гумус — это более или менее стабильная фракция почвенного органического вещества, остающаяся после того, как главная часть попавших в почву растительных или животных остатков разложилась”.
Гумус является одним из важнейших показателей, определяющих генезис и плодородие почв.
В “Классификации и диагностике почв СССР” содержание гумуса рассматривается на видовом уровне. Видовые характеристики по содержанию гумуса соответствуют определенным типам почв (табл. 1).
В “Классификации почв России” , “Классификации и диагностике почв России” , в отличие от предыдущей классификационной системы, предложены более общие критерии идентификации почв по содержанию гумуса на видовом уровне:
Виды по содержанию гумуса в аккумулятивно-гумусовом горизонте, % от массы почвы (по ).

Для почв с темно-гумусовым и агро-темно-гумусовым горизонтом
Вид Гумус, %
1. Слабо-гумусированные <3
2. Мало-гумусированные 3-5
3. Средне-гумусированные 5-7
4. Много-гумусированные 7-9
5. Тучные >9

Таблица 1. Разделение типов почв СССР на виды по содержанию гумуса

В системе показателей Гришиной и Орлова приведены обобщенные для всех типов почв градации по содержанию гумуса (табл. 2). По их мнению, небольшое число уровней показателя выделено для облегчения группировок почв. Эту же цель преследуют и целочисленные пределы для каждого Уровня. Как считают авторы, хотя такой подход несколько упрощает характеристику природной обстановки, но все же каждый из уровней с некоторым приближением отвечает реальным свойствам почв конкретных типов. Так, высокое содержание гумуса 6—10% действительно свойственно черноземам, а низкое и очень низкое (2—4 и <2%) — дерново-подзолистым почвам и подзолам.
В 2004 г. Орловым с соавторами была предложена система “Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов” . Авторы считают, что ранее приведенных степеней градаций содержания гумуса явно недостаточно, если принять во внимание особенности однотипных ночв со сравнительно близкими уровнями накопления органического вещества. Для показателя “содержание гумуса” ранее было использовано пять градаций, что является явно недостаточным. Особенно когда речь идет об описании сходных по генезису почв. Ими предложено ввести более дробную градацию, которая точнее охватывает реальные почвенные типы. Эти предполагаемые уровни различного содержания гумуса представлены в табл. 3. Они, по мнению авторов, значительно превышают и даже расширяют ранее приведенные уровни, но больше отвечают реальным свойствам почв и представляются значительно более удобными для большинства российских, а, может быть, и многих мировых почв.
Следует отметить, что предложенные в мировой коррелятивной базе почвенных ресурсов (WRB) для почвенных единиц квалификаторы по содержанию органического углерода — гумик и гипергумик, основаны только на экспертной оценке .

Таблица 2. Уровни содержания гумуса для группировки почв (по )

Оценочные шкалы Гришиной, Орлова , Орлова с соавторами и приведенную в “Классификации и диагностике почв России” по степени гумусированности почв можно рассматривать как глобальные, отражающие в определенной степени генетическую принадлежность почв. В то же время в работе Стокозова с соавторами было показано, что система Гришиной, Орлова не может быть использована для объективной оценки гумусового состояния почв пашни, так как предложенные градации не были увязаны с конкретным типом почвы и его гранулометрическим составом.
На основе массового материала ВНИПТИХИМ разработал предварительные градации для пахотных почв России по степени гумусированности, в основу которых положены тип (подтип) почвы и три группы по гранулометрическому составу. Следует отметить, что ранее в “Классификации и диагностике почв СССР” три подтипа каштановых почв по содержанию гумуса разделяли на две группы с учетом гранулометрического состава.
В отмеченных выше “Временных рекомендациях по отбору почвенных проб для определения гумуса при агрохимическом обследовании пахотных земель России” , предложенных коллективом авторов от ВНИПТИХИМа, Почвенного института им. В.В. Докучаева, ВПНО “Рос-сельхоз-химия”, почвы по степени гумусированности подразделены на пять групп — очень низкая, низ-
кая, средняя, повышенная, высокая. Для черноземных почв группы выделяются с шагом в 1 % по содержанию гумуса, а для остальных почв, за некоторым исключением, в первых группах интервал составляет 0.5%, а в последних (трех) — 1%.
По-нашему мнению, несмотря на имеющиеся косвенные экспресс-методы установления значений С min, для более точной оценки величин минимального содержания гумуса его следует определять в длительных опытах с бессменными чистыми парами.

Таблица 4. Градации пахотных почв по содержанию гумуса, %

Учитывая, что в абсолютном большинстве многолетних стационарных полевых опытов России варианты с бессменным чистым паром не предусмотрены, считаем целесообразным их незамедлительную закладку. Варианты с бессменным чистым паром могут быть заложены на старопахотной почве, находящейся вблизи стационара с многолетними опытами. Через 10—15 лет парования на этой почве произойдет потеря основных запасов органического вещества, и содержание гумуса в ней установится на уровне, достаточно близком к минимальному.
Было предложено при оценке степени выпаханности черноземов с позиций их гумусового состояния использовать в качестве точки отсчета значения минимального содержания гумуса, а объективные интервалы шкалы значений содержания гумуса согласно строить на основании величин межлабораторных допустимых расхождений.
Межлабораторные допустимые расхождения рассчитаны на основании данных бесповторност-ного анализа С орг, определяемого способом сухого сжигания. D = 2.8S для разности двух единичных измерений, где D — абсолютное межлабораторное допустимое расхождение, S — среднее квадратическое отклонение. D — наименьший возможный размер класса в шкале данного почвенного признака.
В качестве примера приведем шкалу градаций выпаханности для типичных и выщелоченных черноземов Среднерусской возвышенности по содержанию гумуса (%): тяжелосуглинистые — эродированные — <5; сильно-выпаханные — 5.0—5.9; средне-выпаханные — 5.9—6.9; слабо-выпаханные - >6.9; среднесуглинистые — эродированные — <4.5; сильно-выпаханные — 4.5—5.4; средне-выпаханные — 5.4— 6.3; слабо-выпаханные — >6.3.
С учетом вышеизложенного составлена шкала градаций пахотных почв России по степени гумусированности пахотного слоя, состоящая из четырех классов (табл. 5). Для данной таблицы величина D взята из работы по материалам межлабораторного аттестационного эксперимента, проведенного в СССР на стандартных образцах при определении органического углерода по методу Тюрина. В случае внедрения в системе аналитических лабораторий агро. хим. службы России вместо методик определения содержания органического углерода в почвах способом сухого сжигания на автоматических анализаторах можно использовать информацию по межлабораторному эксперименту, приведенную в работе , с целью построения шкал на этой основе.
Первый класс — содержание гумуса меньше минимального — включает почвы, частично утратившие инертную компоненту гумуса в результате эрозионного выноса почвенных частиц, перемешивания гумусового горизонта с нижележащими, механического выноса тонкодисперсных частиц при уборке пропашных культур и т.д. Второй — слабо-гумусированные, третий — средне-гумусированные — включает почвы, в той или иной степени утратившие трансформируемое органическое вещество по отношению к его содержанию в целине в результате биологической минерализации. Четвертый — сильно-гумусированные — включает пахотные почвы, близкие по содержанию гумуса к целинным.
В предложенной шкале градаций пахотных почв России дана дифференцированная оценка содержания гумуса, учитывающая его трансформируемый компонент, который в определенной степени характеризует эффективное плодородие почв.
Здесь следует отметить весьма важное обстоятельство. Формирование и преобразование гумуса является совокупностью протекающих в почве физических, физико-химических, химических, биохимических и биологических процессов. Однако используемое в настоящее время его разделение на лабильные, активные, легкоразлагаемые, с одной стороны, и устойчивые, инертные, стабильные группы фракций, с другой стороны, носит весьма условный характер. Так, например, если речь идет о гумусовых веществах черноземов, извлекаемых непосредственно 0.1 н. раствором NaOH, то следует говорить о лабильности с позиций химического фракционирования. Если проводится биокинетическое фракционирование органического вещества почвы согласно схеме Семенова с соавторами, то оно в определенной степени характеризует биологические почвенные процессы. Трансформируемое органическое вещество, рассчитанное на основе формулы С trans = С tot — С min , наиболее адекватно отражает нативную лабильность органического вещества почвы, которая является результирующей различных процессов.
Проблема необходимого и достаточного обеспечения пахотных почв органическим веществом приобретает все большую актуальность в связи с нарушением естественных процессов в биосфере и задачей оптимизации его управления для достижения устойчивого и экологически безопасного земледелия .
В пределах допустимого диапазона изменений содержания гумуса вполне реальна задача его регулирования на нормативной основе.

Таблица 5. Градации пахотных почв РФ по степени гумусированности (содержание гумуса в пахотном слое, % от массы почвы)

Таблица 6. Предварительные диапазоны изменения содержания гумуса (% от массы почвы) в типичных черноземах (пахотный слой)

С позиций агроэкологии стратегия внесения органических удобрений при условии их ограниченных ресурсов должна быть направлена на удобрение наиболее выпаханных почв. В то же время слишком высокое содержание гумуса может быть экологически и экономически невыгодным, поскольку неизбежно связано с активным высвобождением азота, особенно в периоды, когда он не может быть использован растениями и, следовательно, с загрязнением окружающей среды. По этой причине нормативы обеспеченности органическим веществом имеют верхнюю границу.
В настоящее время предложены предварительные допустимые диапазоны изменения содержания гумуса в основных типах пахотных почв России . В табл. 6 в качестве примера рассмотрены диапазоны изменений содержания гумуса в типичных черноземах, подверженных агро-генным воздействиям.
В основу определения значений оптимального содержания гумуса положены предложения Кершенса и Шульц , учитывающие количества легкоразлагаемого органического вещества в почвах Германии и скорректированные для условий России. Согласно этим авторам содержание органического углерода и азота в почвах имеет относительно узкие экологические пределы, которые составляют для условий Германии в обычных для практики системах землепользования 0.2— 0.6% разлагаемого органического углерода и
0.02—0.06% разлагаемого азота. При содержании ниже этих пределов плодородие почвы, урожайность сельскохозяйственных культур и ассимиляция С02 в фито-массе являются недостаточными, выше этих пределов наблюдаются потери органического вещества и загрязнение окружающей среды.

Заключение
Российскими учеными Гришиной, Орловым, Бирюковой, Розановой и в “Классификации и диагностике почв России” предложены шкалы гумусированности почв, которые могут оцениваться как глобальные, отражающие генетическую принадлежность почв.
В отличие от глобальной, генетической оценки степени гумусированности почв, разработаны дифференцированные оценки, отражающие различия по содержанию гумуса внутри типа (подтипа) почв, в том числе и агроэкологические. Составлена шкала градации пахотных почв России по степени гумусированности, состоящая из четырех классов: содержание гумуса меньше минимального, слабогумусированные, среднегумусированные, сильногумусированные. В предложенной шкале отражена агроэкологическая оценка содержания гумуса, учитывающая его трансформируемую компоненту, которая в определенной степени характеризует эффективное плодородие почв.
Разработаны подходы и приведены примеры допустимых нормативных значений содержания гумуса в пахотном горизонте почв, в основу которых положены предложения различных авторов по минимальным, максимальным (сильно-гумусированным) и оптимальным уровням содержания гумуса.
Здесь прежде всего следует отметить, что в России до сих пор отсутствует информация, позволяющая определить количество оптимального трансформируемого С орг в условиях длительных полевых опытов, заложенных на различных типах почв. Для определения оптимальных значений содержания гумуса был использован экспертный подход с экстраполяцией данных других авторов. Согласно Кершенсу, Шульц оптимальное количество трансформируемого С орг лежит в интервале 0.2—0.6% от массы почвы. Имеется априорная информация, что с возрастанием валового содержания гумуса несколько нарастает содержание трансформируемого С орг; однако зависимость не носит четко выраженного характера. Диапазон по содержанию гумуса в почвах России значительно шире, чем таковой в Германии. Поэтому на почвах с содержанием С орг > 3—4% от массы почвы для определения величин оптимального содержания гумуса количество трансформируемого С орг составляло >0.6% от массы почвы. В случае близости почв России и Германии по содержанию гумуса для определения его оптимальных значений применяли указанный выше диапазон по содержанию трансформируемого С орг.

Содержание гумуса в почвах, его типы, роль в почвообразовании и плодородии (расчёты запасов гумуса в почвах и их оценка по Орлову)

Каждая почва состоит из органических, минеральных и органоминеральных комплексных соединений. Органические соединения почвы формируются в результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. Неразложившиеся остатки растений и животных, которые видны в образце почвы невооруженным глазом или под лупой, составляют 5-10% общего содержания органического вещества неживой фазы большинства почв. Часть их полностью распадается до углекислоты, воды и простых солей в процессах минерализации. Другая часть преобразуется в сложные специфические органические вещества, называемые гумусовыми веществами. Совокупность специфических и неспецифических органических веществ, растительных и животных остатков разной степени разложения, кроме тех, которые еще не утратили тканевого строения, получило название гумуса или перегноя.

Гумус - основная часть органического вещества почвы, полностью утратившая черты анатомического строения организмов. Гумус определяет плодородие почвы, причем важно не только его количественное содержание в почве, но и его качественный состав.

Гумус состоит из 2 больших групп веществ:

1) неспецифические органические соединения, которые могут быть выделены из почвы, идентифицированы и количественно определены (сахара, аминокислоты, белки, органические основания, дубильные вещества, органические кислоты и т. п.). В большинстве минеральных почв составляют единицы процентов общего содержания органического вещества;

2) специфические гумусовые соединения - наиболее характерная специфическая часть, составляющая приблизительно 80-90 % общего содержании органического вещества в большинстве минеральных почв.

Гумусовые вещества представляют собой смесь различных по составу и свойствам высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений, объединенных общностью происхождения, некоторых свойств и чертами строения. Гумусовые вещества по растворимости и экстрагируемости делят на большие группы: фульвокислоты (ФК), гуминовые кислоты (ГК) и гумин; иногда выделяют особую группу гиматомелановых кислот.

Фульвокислоты - наиболее растворимая группа гумусовых соединений, обладающая, высокой подвижностью, значительно более низкими молекулярными массами, чем средневзвешенные молекулярные массы гумусовых веществ в целом. Фульвокислоты имеют более светлую окраску, чем вещества других групп. Преобладают в почвах подзолистого типа, красноземах, некоторых почвах тропиков, сероземах.

Гуминовые кислоты - нерастворимая в минеральных и органических кислотах группа гумусовых соединений. Имеют в среднем более высокие молекулярные массы, повышенное содержание углерода (до 62 %), менее выраженный кислотный характер. Преобладают в черноземах, каштановых почвах, иногда в серых лесных и хорошо окультуренных дерново-подзолистых.

Гумин - неэкстрагируемая часть гумуса. Представлена двумя типами соединений: гумусовыми веществами, наиболее прочно связанными с глинистыми минералами (глиногумусовый гумин); частично разложившимися растительными остатками, утратившими анатомическое строение и обогащенными наиболее устойчивыми компонентами, прежде всего лигнином (детритный гумин)

Гиматомелановые кислоты - группа гумусовых веществ с промежуточными свойствами между фульвокислотами и гуминовыми кислотами. Ранее включались в группу гуминовых кислот. Отличаются от последних растворимостью в полярных органических растворителях и другими свойствами.

Содержание гумуса в верхних горизонтах разных почв варьирует в широких пределах - от 0,5-1 до 10-12 % и более. Сельскохозяйственное использование в условиях низкой культуры земледелия приводит к снижению уровня гумусированности. Соотношение между гуминовыми и фульвокислотами определяет качественную характеристику гумуса разных типов почв. Обычно учитывается, прежде всего, отношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот. В том случае, когда это отношение меньше 1, гумус называют фульватным, а когда отношение больше 1 - гуматным. В природном почвообразовании складывается закономерность, согласно которой при наиболее благоприятных условиях гумусонакопления формируется гумус, относительно обогащенный гуминовыми кислотами (черноземы, перегнойные почвы). Освоение и окультуривание почв в ряде случаев оказывают обычно неоднозначное влияние и на тип гумуса, изменяя его качественный состав.

Запасы гумуса в почве определяют уровень её потенциального и эффективного плодородия. Запасы гумуса в почве принято выражать в тоннах на гектар (т/га) и рассчитывать в слое 0-20 (пахотный) и 0-100 см.

ЗГ (т/га) = гумус (%) h d,

где гумус (%) - содержание гумуса в слое почвы, %;

h - мощность (толщина) слоя почвы, см;

d - плотность слоя почвы, г/см 3 .

Таблица 15. Оценка запасов гумуса в почве (по Д.С. Орлову, Л.А. Гришиной)

I. Лугово-черноземные почвы:

Таблица 16. Расчет запасов гумуса в лугово-черноземных почвах

Горизонт	Глубина, см

Запасы гумуса в пахотном слое (0-20 см) очень высокие.

Запасы гумуса в метровом слое (0-100 см) высокие.

Лугово-черноземные почвы являются высокогумусными. Характеризуются глубоким проникновением гумуса по профилю, содержание которого постепенно снижается.

II. Черноземы оподзоленные:

Таблица 17. Расчет запасов гумуса в черноземах оподзоленных

Горизонт	Глубина, см

Запасы гумуса в пахотном слое (0-20 см) высокие.

Запасы гумуса в метровом слое (0-100 см) средние.

Оподзоленные черноземы являются высоко- и среднегумусными. Изменение содержания гумуса по профилю происходит в них более плавно, чем в лугово-черноземных почвах.

Гумус почвы — это многокомпонентный комплекс, который состоит из различных органических веществ, полученных в результате разложения и переработки органических частиц. Состав гумуса не является постоянным — он находится в состоянии постоянных трансформаций.

Количество гумуса в почве напрямую зависит от происхождения грунтовой породы и от особенностей почвообразующих процессов.

Гумус не является основой почвы — содержание гумуса в грунте может составлять от 1% до 15%, при этом наиболее значительная его часть находится в верхних горизонтах, и постепенно, по мере углубления на более низкие горизонты, количество гумуса снижается.

Плодородные качества почвы напрямую связаны с количеством гумуса, который в ней содержится. Чем этот процент выше, тем выше и плодородность. Содержащий большое количества гумуса грунт обладает большей ценностью. Наиболее высокое содержание гумуса в почве наблюдается среди черноземов.

Какой состав у гумуса почвы?

1) Основная часть гумусовой массы (от 85% до 90%) приходится на непосредственно гумусовые вещества.

2) Остаток (10-15%) является сборником самых разнообразных органических веществ, которые можно назвать негумифицированными (ферменты, белковые соединения, аминокислоты, моно- олиго- и полисахариды, жиры, фосфолипиды, разновидности воска, органические кислоты, таннины, полифенолы, галловая кислота, смолы, альдегиды, спирты и др.

Какой состав имеют гумусовые вещества?

Гумусовые вещества состоят из трех основных компонентов:

• гуминовые кислоты.
• фульвокислоты.
• гумины.

1) Гуминовые кислоты.

Это ряд органических кислот, высокомолекулярных, содержащих азот, с циклическим строением. Гуминовые кислоты не растворяются в воде, в минеральных кислотах, однако могут растворяться в щелочах низкой концентрации и определенных органических растворителях.

В процентном содержании гуминовые кислоты представляют из себя комплекс из четырех основных элементов:

• углерод — 50-62%
• кислород — 31-40%
• водород — 3-7%
• азот — 2-6%

Соотношение компонентов гуминовых кислот зависит от разновидности почвы, условий, в которых протекает гумификация, и состава органических остатков, подлежащих разложению.

Например, подзолистые почвы имеют в составе своих гуминовых кислот много водорода и меньшее количество углерода, по сравнению с черноземами.

Некоторый процент (1-10%) в составе гуминовых кислот может принадлежать зольным элементам, которые могут прикрепляться в качестве временных молекулярных компонентов.

Гуминовые кислоты достаточно свободно подлежат разделению на фракции. Форма содержания гуминовых кислот в почве — гели.

Вступая в химические реакции с минеральными почвенными компонентами, гуминовые кислоты могут образовывать соли, которые называются гуматами.

2) Фульвокислоты.

Фульвокислоты являются высокомолекулярными органическими кислотами, в состав которых входит азот. Растворяются в водной среде, растворах щелочей, кислотах, в аммиачном растворе (водном) и различных органических растворителях.

Примерный состав фульвокислот следующий:

• углерод — 40-52%
• кислород — 40-48%
• азот — 2-6%

Фульвокислоты имеют кислую реакцию, что в сочетании с высокой степенью растворимости в воде приводит к разрушению минеральных компонентов почвы.

Соли фульвокислот (фульваты) тоже хорошо растворяются.

3) Гумины.

Гуминами принято называть ту составную часть гумуса, что нельзя извлечь из лишенного кальция грунта с помощью щелочей.

Преимущественно гумины состоят из таких же групп фульвокислот и гуминовых кислот, как и те, которые можно извлечь с применением щелочи из гумуса.

Гумины прочно связаны с минеральными компонентами почвы.

Гумины составляют от 15 до 48 процентов от количества гумуса, в зависимости от типа почвы.