У межах ґрунтового профілю присутні різноманітні мінеральні та органічні речовини. Грунт в своєму складі має як живу біомасу, так і різноманітні хімічні сполуки. Без знання їх властивостей агроном не зможе ефективно управляти родючістю і збільшувати врожайність. Тому вивчення органічних і мінеральних речовин ґрунту здавна привертає увагу фахівців сільського господарства. В останні роки особливо зріс інтерес до дослідження рослинних і тварин залишків у складі верхнього шару суші. У нашій статті мова піде про це.

Визначення та джерела

Отже, органічна речовина ґрунту – це сукупність всієї живої біомаси у формі гумусу і залишків рослин і тварин. Воно відіграє ключову роль у формуванні властивостей ґрунтового шару, з якими пов'язані фітосанітарні функції і розвиток родючості. Головними джерелами органічної речовини в ґрунті виступають відмерлі рослини у вигляді кореневої та надземної мас. В меншій кількості надходять залишки фауни. Їх співвідношення залежить від місцевих умов та складу зональної рослинності. Так, для ґрунтів тундри характерна невелика частка органічних залишків. Потім до тайзі, лісам і лесостепям вона наростає. При переході в степову зону опад скорочується внаслідок сухого клімату, натомість зростає частка корнеопада. В пустельних областях частка органічних залишків мінімальна, а в лісах тропіків і субтропіків вона знову різко збільшується.

Характер надходження опаду в грунт

Органічні залишки проникають в ґрунтовий профіль неоднаково: в лісах їх основна кількість надходить на поверхню, а в трав'янистих місцевостях - безпосередньо всередину у формі відмерлих коренів. Від характеру потрапляння в грунт залежать подальші опаду процеси його перетворення. В хімічному складі сухих залишків присутні білки, вуглеводи, воски, смоли, лігнін та інші речовини. Також містяться зольні елементи: кремній, калій, магній, кальцій, сірка, фосфор, залізо та ряд інших.

Найбільш швидко гуміфікації та мінералізації піддається опад, який багатий підставами (магнієм, кальцієм) і речовинами, легкодоступними для мікроорганізмів (амінокислотами, білками, розчинними вуглеводами). Рослинні залишки, що містять багато смол, лігніну і дубильних речовин, що розкладаються повільно. Що стосується опаду культурних рослин, серед них найшвидше трансформації піддаються залишки бобових трав, а найповільніше — солома злакових трав.

Гуміфікація

Потрапляючи в грунт, органічні залишки зазнають різні перетворення, у тому числі біохімічні зміни під впливом мікроорганізмів і подрібнення ґрунтовою фауною. Основним напрямом таких перетворень виступає гуміфікація. В даний час виділяють три варіанти її процесу.

Конденсаційна (полімеризаційна) концепція виділяє три етапи гуміфікації. Спочатку з відмерлих мікроорганізмів і продуктів розпаду рослин утворюються структурні одиниці, службовці для формування гумусових речовин. Потім за допомогою окислення фенолів до хінонів здійснюється конденсація структурних одиниць. Завершується гуміфікація етапом поліконденсації.

Концепція біохімічного окислення розглядає процес перетворення органічних залишків як реакцію повільного ферментативного окислення, в результаті якої утворюються гумусові високомолекулярні кислоти, в подальшому піддаються ароматизації.

Біологічна концепція характеризує гумусові речовини як продукту синтезу різних мікроорганізмів і передбачає, що процес гуміфікації включає як реакції полімеризації і конденсації, так і реакції біохімічного окислення. Склад вже сформувався гумусу постійно оновлюється шляхом включення в його окремих фрагментів молекули органічних сполук.

Характеристики складу

Утворення органічної речовини грунту відбувається шляхом з'єднання органічних решток відмерлих організмів і продуктів їх гуміфікації. До першої групи належать видимі неозброєним оком частини рослин і тварин, а також невелика частка речовин тих чи інших класів органічних сполук (вуглеводів, амінокислот, білків, дубильних речовин, цукрів, ферментів).

Основним органічним речовиною ґрунту виступає гумус - суміш різних за властивостями і складом високомолекулярних азотовмісних органічних сполук. За екстрагуються з грунтового шару і розчинності гумусові речовини поділяються на фульвокислоти, роздратування їх ре і гумінові кислоти. Фульвокислоти є найбільш розчинної і менш складною за будовою групою. У них більш низькі молекулярні маси і висока міграційна здатність. Це сама светлоокрашенная частина гумусу, що переважає в підзолистих, червоноземні і сіроземних ґрунтах тропіків. Роздратування їх ре — речовина, неэкстрагируемое з ґрунтового шару лугами і кислотами. Найбільш міцно він пов'язаний з глинными мінералами. Гумінові кислоти — нерозчинна частина гумусу, характеризується більш складною будовою, високими молекулярними масами і підвищеним вмістом вуглецю. Вони переважають в каштанових, дернових, чорноземних і сірих лісових ґрунтах.

Лабільна і стабільна групи

Крім вищевикладених характеристик складу органічної речовини ґрунту, є його поділ на лабільну і стабільну частини. Першу складають рухомі форми гумусу (водорозчинні і слабо закріплені мінералами речовини), предгумусовая фракція і рослинні залишки. Лабільна група виступає в якості основного джерела їжі і енергії для грунтової біоти. Також встановлено, що залишки рослин покращують фізико-механічні властивості шару грунту.
Стабільну групу складають гумусові речовини, які міцно закріплені сполуками мінералів (гуміново-глинистими комплексами, гуматами кальцію і ін). Це повільно минерализующаяся, стійка частина органічної речовини ґрунту. Щоб вона повністю оновилася, потрібні тисячоліття. Стабільний гумус є потенційним резервом різних елементів живлення, але його найбільше агрономічне значення полягає у формуванні сприятливих фізико-механічних і водно-повітряних властивостей грунту, а також виконанні їй санітарно-захисних функцій.

Роль органічної речовини в ґрунті

Велике число елементарних ґрунтових процесів відбувається за участю гумусових речовин. Це елювіальні, биогенно-акумулятивні, метаморфічні та інші ЕПП. Запаси, склад і вміст органічної речовини в ґрунті служать головними показниками родючості і впливають на всі її властивості і режими. Жива біомаса є джерелом зольних елементів і азоту, необхідних для живлення рослин. Частина цих речовин засвоюється флорою у ході іонообмінних реакцій або знаходиться в поглощенном стані. Інша частина стає доступною рослинам після вивільнення і мінералізації органічних речовин.
У ґрунті гумус виступає як оптимізатор фізико-хімічних властивостей. Більш гумусированные шари мають високу буферність до окислення-відновлення, кислотно-основних впливів і дії токсикантів. Катіони, поглинені органо-мінеральними колоїдами, стають доступними для рослин і інтенсивно їх живлять. Також органічна речовина впливає на структуру, механічні та фізичні властивості ґрунтів. Чим вище гумусированность, тим нижче щільність, краще структура і водопрочность структурних агрегатів, більш оптимізовані твердість, пластичність, липкість і питомий опір. За рахунок гумусу ґрунт отримує темне забарвлення, що сприяє поглинанню тепла.

Вплив на родючість

Органічна речовина ґрунту відіграє провідну роль в її біологічному режимі, сприяє збереженню в ній мікроорганізмів і створює для їх функціонування комфортні умови. Висока біологічна активність ґрунтового шару веде до зниження патогенних мікроорганізмів і прискоренню мікробіологічної деградації пестицидів. У формуванні родючості головну роль відіграють гумусові речовини - кінцеві продукти гуміфікації. Опад надземних частин відмерлих рослин створює на поверхні ґрунту шар підстилки. Її річна кількість неоднаково в різних зонах і типи рослинності.

Переробка рослинного опаду

Запас підстилки залежить від швидкості розкладання. Якщо опад багата дубильними речовинами і сильно лигнифицирован, він розкладається набагато повільніше, ніж залишки листяних порід. В розкладанні підстилки беруть участь багато тваринні організми, що поглинають опад в якості їжі. У широколистяних лісах у справу вступають дощові черв'яки, а на кислих грунтах хвойного лісу рослинний опад переробляють головним чином гриби. Не менш важливі у формуванні гумусу відмираючі коріння. За їх масі на першому місці йдуть лучні степи і широколистяні ліси, потім – вологі субтропічні і тропічні ліси і, нарешті, пустелі. Високий запас відмерлих коренів під степовою трав'яною рослинністю обумовлений переважанням там тонких і легко розкладаються рослин. Цей гумус забезпечує високу родючість чорноземних степових ґрунтів.

Фактори, що впливають на гумусообразованія

Вміст органічної речовини в ґрунті багато в чому залежить від температури. Цим пояснюється брак гумусу в тропічних зонах, де при великій вологості і високих температурах сапротфоры потужно переробляють залишки. В тундрі, навпаки, активність гетеротрофних організмів дуже мала, і рослинні рештки майже не розкладаються.
Там, де мінералізація органічної речовини відбувається швидко, мінеральні елементи в короткі терміни вивільняються і знову стають доступні зеленим рослинам. Це обумовлює формування великої фітомаси, але і підвищений ризик вимивання з ґрунту мінеральних речовин.

Біологічний цикл

Родючість значною мірою залежить від того, наскільки швидко в ґрунт повертаються забрала у неї елементи. Деякі речовини втрачаються, йдучи через стік з дренірующіе водами або потрапляючи в атмосферу. Але такі процеси, як фіксація азоту, відкладення пилу, триваюче вивітрювання, частково відновлюють втрачені елементи. В цілому зелені рослини більше віддають грунті, ніж беруть від неї. Вони виводять відносно не багато розчинених сполук, а повертають значну масу органічних речовин: лігнін, жири, целюлозу, цукру, крохмаль, білки і так далі. Завдяки цьому можливість розвиватися в ґрунті отримують багато тварин і організми, що харчуються цими тваринами.

На закінчення

Отже, органічна речовина грунту, по суті, являє собою комплекс живої біомаси, що входить до її складу. Присутність органічних сполук відрізняє ґрунт від материнських порід. Жива біомаса формується в результаті розкладання тваринного і рослинного матеріалів і є найважливішою ланкою обміну речовин неживої і живої природи. Органічна речовина грунту багато в чому визначає її біологічні, хімічні і фізичні властивості, а також родючість.