big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Состав и свойства почвенного перегноя

В зависимости от характера растительности, типа почв и климатических условий почвенный перегной обладает различным химическим составом и свойствами.

В отношении состава почвенного перегноя выполнено огромное количество исследований, тем не менее этот вопрос до настоящего времени не получил полного разрешения.

В. Р. Вильяме полагал, что в состав перегноя входят в основном, 3 категории соединений, названных перегнойными кислотами, поскольку они имеют кислую реакцию и дают соединения с металлами. Кислоты эти следующие: ульминовая, гуминовая и креновая.

Образование этих перегнойных кислот в природе всегда приурочено к трем типам разложения органического вещества.

Ульминовая кислота образуется в процессе бактериального анаэробного разложения травянистых растительных остатков. Она имеет темно-бурый цвет и растворима в воде. При высыхании, замерзании и от времени легко переходит в нерастворимую модификацию, которая носит название ульмина. Соли ульминовой кислоты и щелочных металлов — К, Na, а также соли с NH4 растворимы в воде. Соли же этой кислоты и щелочноземельных металлов — Са и Mg, а также полуторных окислов Fe и А1 — не растворимы в воде.

Ульмин и соли ульминовой кислоты разрушаются как аэробными бактериями, так и грибами.

Гуминовая кислота выделяется в процессе бактериального аэробного разложения травянистых остатков, имеет черный цвет и растворима в воде, но значительно слабее, чем ульминовая кислота.

Гуминовая кислота при высушивании и замерзании переход дит в гумин— клейкое коллоидальное вещество, не растворимое в воде.

Соли гуминовой кислоты с К, Na и NH4 растворимы в воде; соли же Са, Mg, Fe и А1 в воде не растворимы.

Гумин и соли гуминовой кислоты разрушаются аэробными бактериями и грибами. Ульминовая и гуминовая кислоты, превращаясь от замерзания и высушивания в ульмин и гумин, а также переходя в нерастворимые соединения с разными металлами, кроме щелочных, накапливаются в почве и придают ей бурый и черный цвет. Чем богаче та или иная почва Тумановыми соединениями, тем более черную окраску она приобретает.

Креновая кислота образуется в процессе аэробного грибного разложения деревянистых растительных остатков. Она обладает сильнокислой реакцией, бесцветна и легко растворима в воде.

Креновая кислота не денатурируется ни при каких условиях, т. е. не переходит без изменения состава в не растворимое в воде состояние. Все соли креновой кислоты легко растворимы в воде, что имеет большое значение в развитии дерново-подзолистых почв, формирующихся при участии креновой кислоты.

При восстановлении креновой кислоты анаэробными бактериями образуется апокреновая, или осадочноключевая, кислота; она несколько менее растворима в воде, чем креновая.

Согласно новейшим исследованиям И. В. Тюрина, М. М. Кононовой, Л. Н. Александровой, С. С. Драгунова, В. В. Пономаревой и других, в настоящее время в составе почвенного перегноя различают 3 группы соединений: 1) гуминовые кислоты (включающие и ульминовые кислоты), 2) креновые кислоты (включающие и апокреновые кислоты), или фульвокислоты, и 3) почвенные гумины (негидролизуемый остаток)—при сравнительно небольшом содержании воско-смол, или битумов, и других сопутствующих веществ, близких по своей природе к веществам растительного и микробного происхождения.

Эти основные компоненты почвенного перегноя не являются, однако, индивидуальными соединениями постоянного химического состава, а представляют собой компоненты многих высокомолекулярных азотсодержащих кислот циклического строения, элементарный состав которых заметно варьирует в зависимости от типа почв.

Наибольшее значение в почвообразовании имеют гуминовые кислоты и фульвокислоты, составляющие в сумме около 60—70% от гумуса.

По Л. Н. Александровой, «гуминовые кислоты являются группой высокомолекулярных азотсодержащих кислот циклического строения. В зависимости от типа почвы и способа выделения гуминовых кислот элементарный состав последних колеблется в следующих пределах: С — от 52 до 62%, Н— от 2,8 до5,8%, О — от 31,4 до 39,0%, N — от 2,6 до 5,1%. Колебания элементарного состава — характерная особенность группы гуминовых кислот, свидетельствующая о высокомолекулярной природе их и являющаяся следствием непрерывности процессов их синтеза в почве.

Все гуминовые кислоты перегноя являются азотсодержащими соединениями. Азот нужно рассматривать как конституционный элемент, и при вычислении любых эмпирических формул он должен включаться в состав молекул».

Изучение химических реакций гуминовых кислот дало возможность установить присутствие в них органических функциональных групп — карбоксильной  гидроксильиой (—О—Н) и метоксильной (СН3—О—).

Наличие карбоксильной и гидроксильной групп в гуминовых кислотах имеет большое значение в почвообразовании: они обусловливают величину поглотительной способности почв по отношению к катионам, а также процессы взаимодействия гуминовых кислот с другими компонентами перегноя, минеральными веществами и вносимыми удобрениями.

Следует отметить, что «гуминовые кислоты образуют в почве сложную систему соединений различной степени уплотненности и конденсации, тесно связанную с другими компонентами перегноя -и минеральными веществами. Эта система непрерывно обновляется в почве благодаря жизнедеятельности микроорганизмов, участвующих в синтезе и минерализации гуминовых кислот. Непрерывность процессов синтеза и разрушения, протекающих в различных условиях почвообразования, предопределяет несколько различный состав и свойства отдельных фракций гуминовых кислот как в каждой почве, так и при сопоставлении препаратов из различных почв» (Л. Н. Александрова).

По И. В. Тюрину, группа гуминовых кислот может быть разделена на 3 фракции, не считая гуминовых кислот, входящих в состав группы почвенных гуминов.

Фракция 1—гуминовые кислоты, растворимые непосредственно в разведенных щелочах, т. е. без предварительного удаления обменного кальция. Эта фракция представлена большей частью бурыми гуминовыми, т. е. ульминовыми, кислотами (точнее — их полимерными комплексами с фульвокислотами), находящимися как в свободном состоянии, так и в виде гуматов А1, Fe, Ca и Mg, растворимых в 0,1 н. NaOH.

Фракция 2 — гуминовые кислоты, растворимые в разведенных щелочах только после удаления из почвы обменного кальция. Эта фракция представлена черными гуминовыми кислотами или собственно гуминовыми кислотами (их полимерными комплексами с участием фульвокислот), находящимися в форме гуматов Са, растворимых в 0,1 н. NaOH.

Фракция 3 — гуминовые кислоты, растворимые в разведенных щелочах при попеременной обработке почвы кислотой (0,5—1,0 н. H2SO4 на холоду и при нагревании) и щелочью. Сюда относятся гуминовые и ульминовые кислоты полимерных комплексов с фульвокислотами, связанные с относительно устойчивыми гидратами полутораокисей.

Таким образом, гуминовые кислоты не являются химически индивидуальными веществами, а представляют систему веществ, имеющих общие черты строения, но не вполне идентичных между собой.

Соотношение указанных фракций в гуминовых кислотах в разных почвах значительно варьирует, но в большинстве случаев преобладающее место занимают фракции 1 и 2 (табл. 7).

Фракция 1 (бурых гуминовых кислот) преобладает в почвах лесных областей, в оподзоленных почвах лесостепи, в бурых лесных почвах, а также в горно-подзолистых, горно-луговых и Горно-тундровых почвах. В почвах черноземного типа (за исключением солонцеватых), в каштановых почвах и сероземах преобладают гуминовые кислоты, входящие в состав второй фракции.

Из приведенных в табл. 8 данных видно, что химический состав гуминовых кислот в различных почвах неодинаков, причем обнаруживаются возрастание процента углерода и уменьшение процента водорода и кислорода в ряде почв от подзолистых к черноземам и далее к каштановым. Вместе с тем водород уменьшается сильнее, чем кислород, в связи с чем соотношение О к Н становится шире. Это указывает на большее количество гидроксильных групп и на меньшую окисленность гуминовых кислот из подзолистых почв по сравнению с кислотами из чернозема, где процессы дегидратации и окисления идут значительно Дальше. В результате гуминовые кислоты по мере перехода от подзолистых почв к черноземам становятся более сложными па природе (М. М. Кононова).

Почвенные гуминовые кислоты содержат азот, количество которого примерно равно 3,5—5%; заключенный в гуминовых кислотах азот имеет микробиологическое и растительное происхождение.

По сравнению со средним элементарным составом растительных остатков группа гуминовых кислот отличается более высоким процентным содержанием углерода, азота и меньшим содержанием воды при несколько более высокой степени окисленности. Очевидно, образование в почве гуминовых кислот из растительных остатков характеризуется процессами дегидратации (обуглероживания) и частичным окислением при одновременном значительном обогащении азотом (И. В. Тюрин).

Гуминовые вещества заключают в себе некоторое количество Р, S, Fe, К, Са и других элементов зольного питания растений.

Являясь высокомолекулярными соединениями, гуминовые кислоты имеют средний молекулярный вес, равный 1400.

При взаимодействии с катионами щелочных и щелочноземельных металлов гуминовые кислоты образуют соли, называемые гуматами. Образование гуматов происходит в результате обменно-химической реакции между катионами металла и ионами водорода карбоксильных и гидроксильных функциональных групп гуминовых кислот. При этом гуматы щелочных металлов — Na и К, а также гуматы NH4 хорошо растворимы в воде и легко вымываются из почвы под влиянием атмосферных осадков; что же касается гуматов щелочноземельных металлов, главным образом Са, то они не растворимы в воде, образуют водопрочные гели и хорошо закрепляются в почве.

Фульвокислоты почвенного перегноя представляют собой высокомолекулярные оксикарбоновые (и содержащие азот) кислоты синтетической природы, отличающиеся от группы гуминовых кислот значительно более низким содержанием углерода, легкой растворимостью в воде, спирте и щелочи и более значительной способностью к кислому гидролизу. При низких концентрациях эти вещества имеют слабо-желтый цвет, в концентрированных растворах — оранжево-желтый, из-за чего они и получили название «фульвокислоты» (fulvus — желтый).

Вместе с тем термин «фульвокислота» не равнозначен терминам «креновые» и «апокреновые» кислоты; он может применяться условно как групповое понятие, объединяющее разнообразные вещества кислого раствора после осаждения гуминовых кислот в щелочной вытяжке (М. М. Кононова).

Состав и свойства фульвокислот изучены слабо. По данным И. В. Тюрина, В. В. Пономаревой и Л. Н. Александровой, химический состав фульвокислот отличается от гуминовых кислот более высоким содержанием карбоксильных и гидроксильных групп, способных к обменным реакциям, активность которых зависит от реакции среды. Фульвокислоты находятся в почве в свободном состоянии и в виде комплексов с гуминовыми кислотами, поэтому степень их активности предопределяется не только абсолютным содержанием, но и относительным количеством той части, которая не связана с гуминовыми кислотами.

Чем меньше в почве гуминовых кислот, тем сильнее разрушительное действие фульвокислот.

Группа фульвокислот может быть подразделена на 4 фракции.

Фракция 1а — фульвокислоты, растворимые при непосредственной обработке почвы разведенными минеральными кислотами (0,1—0,5 н.) на холоду. Сюда относится часть свободных фульвокислот (обычно в незначительном количестве), а главным образом — фульвокислоты, находящиеся в соединениях (комплексах или солях) с подвижными гидратами полутораокисей, преимущественно алюминия.

Фракция 1 — фульвокислоты, растворимые при непосредственной обработке разведенными щелочами (за вычетом предыдущей фракции). Это — фульвокислоты, входящие в состав полимерных комплексов с первой фракцией бурых гуминовых кислот, комплексов, легко гидролизуемых щелочами при непосредственной обработке.

Фракция 2 — фульвокислоты, извлекаемые разведенными щелочами вместе с гуминовыми кислотами фракции 2. Следовательно, это фульвокислоты, входящие в состав полимерных комплексов с черными гуминовыми кислотами, находящимися в форме гуматов кальция, не разлагаемых разведенными щелочами.

Фракция 3 — фульвокислоты полимерных комплексов с гуминовыми и ульминовыми кислотами, связанных с относительно устойчивыми гидратами полутораокисей; извлекаются щелочами вместе с фракцией 3 гуминовых кислот (табл. 9).

Наиболее значительные различия наблюдаются в отношении фракции 1а, а также фракций I и 2. Фракция, растворимая непосредственно в кислотах и представленная фульвокислотами, связанными с подвижными гидроокисями Аl и отчасти Fe весьма характерна и является преобладающей в гумусо-иллювиальных горизонтах подзолистых, субальпийских и горно-тундровых почв, а также в перегнойных горизонтах бурых лесных и некоторых дерново-подзолистых почв. В почвах черноземного типа, каштановых, сероземах и коричневых почвах эта фракция фульвокислот отсутствует.

Группа фульвокислот отличается от гуминовых кислот низким содержанием углерода, значительно более высоким содержанием элементов воды и более высокой степенью окисленности. Элементарный химический состав их характеризуется следующими показателями: С —44—50%, О — 42—48%, Н — 4,6-6%, N-2,5-5,5%.

Эквивалентный вес фульвокислот при определении его по их кальциевым солям равен 160. Образование фульвокислот в почвах может происходить в условиях, благоприятных для гидролитического и окислительного разложения органических остатков, т. е. при наличии достаточного увлажнения (особенно сквозного) и аэрации. Накопление фульвокислот в почвах происходит в результате связывания их с гидратами полутораокисей, главным образом с гидроокисью алюминия, или же в форме сложных полимерных комплексов с гуминовыми кислотами, если для образования последних имеются необходимые условия (И. В. Тюрин).

Фульвокислоты обладают резкокислой реакцией и хорошей растворимостью в воде, поэтому они энергично разрушают минеральную часть почвы, играя существенную роль в развитии подзолообразовательных процессов.

При взаимодействии с катионами щелочных и щелочноземельных металлов фульвокислоты образуют соли, растворимые в воде при любой реакции раствора и способные вымываться нисходящими токами воды из верхней части почвы вниз.

Гумины являются наименее доступной для выделения и исследования группой гумусовых веществ; гуминовые вещества представляют собой комплексы, состоящие в основном (на 60—70%) из не растворимых в щелочах гуминовых кислот. Согласно исследованиям И. В. Тюрина и Е. Л. Гуткиной, гумины, по-видимому, являются не особой группой гумусовых веществ, а гуминовыми кислотами, находящимися в прочной связи с минеральной частью почвы, особенно с частицами глинных минералов. Поэтому гумины представляют собой самую инертную часть почвенного перегноя.

Кроме этих соединений, в состав почвенного перегноя могут входить битумы, представляющие собой совокупность жиров, высокомолекулярных жирных кислот, восков и смол. Содержание битумов в гумусе незначительное и обычно не превышает 2—4% от общего веса перегноя и только в заболоченных почвах повышается до 10—20%.

Таким образом, перегной, или гумус, представляет собой весьма сложный комплекс высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений кислотной природы, все составные части которых находятся в тесном взаимодействии одна с другой и с минеральной частью почвы. Главная масса перегнойных веществ находится в коллоидальном состоянии (Л. Н. Александрова).

Качественный состав перегноя в различных почвах неодинаков и в значительной степени зависит от типа почвы, характера растительности и климата (табл. 10).

Из приведенных данных видно, что по мере перехода от подзолистых почв к черноземам происходит увеличение общего содержания почвенного перегноя и вместе с тем постепенное увеличение в его составе гуминовых кислот; содержание же фульвокислот несколько уменьшается, вследствие чего отношение между этими двумя группами гумусовых веществ становится шире. Очевидно, условия, необходимые для образования и накопления гуминовых кислот, являются одновременно благоприятными и для накопления общего перегноя.

Такого рода природные условия наиболее резко выражены в черноземной зоне. К северу и югу от черноземной полосы содержание гуминовых кислот уменьшается, а количество фульвокислот возрастает.

В дерново-подзолистых и серых лесных почвах, а в особенности в красноземах, содержание гуминовых кислот понижено и в составе гумуса преобладает группа фульвокислот; поэтому отношение гуминовые кислоты — фульвокислоты в этих почвах всегда меньше единицы.

Химический состав перегноя непосредственно сказывается на качестве почв. Наиболее благоприятными свойствами обладают почвы в том случае, когда в составе перегноя гуминовые кислоты занимают значительное место и отношение гуминовых кислот к фульвокислотам приближается к единице.

Наряду с перегноем в почве всегда содержатся неразложившиеся и слабо разложившиеся растительные и животные остатки, тела живых и мертвых микроорганизмов, трудно разлагающиеся составные части растений, например лигнин, дубильные вещества, смолы, воск и вещества, образовавшиеся в результате химического взаимодействия между продуктами разложения и синтеза органических веществ и минеральными соединениями почвы.

Отсюда становится очевидным, что перегной, или гумус, как определенная и наиболее характерная категория устойчивых органических соединений, составляет лишь часть органического вещества почвы. Однако главную и специфическую часть органических соединений почвы составляют гумусовые вещества, на долю которых в большинстве случаев приходится 80—90% всей органической массы почвы.

Вот почему в вопросе об органическом веществе в почвах основное значение имеет перегной как важнейшая составная часть почвы.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.