Консервация, минерализация и гумификация растительных остатков, факторы минерализации и гумификации.

Органические остатки, поступающие в почву, под воздействием почвенной микрофлоры подвергаются процессам минерализации и гумификации.

Минерализация — окисление органического вещества до конечных продуктов разложения — СO2, Н2O и простых минеральных солей.

Гумификация — это совокупность биохимических и физико-химических процессов превращения органических остатков в специфические гумусовые вещества (гумус).

Процессы минерализации и гумификации органических веществ в почве идут одновременно. Элементы питания после минерализации органических остатков потребляются новыми поколениями растений. Большая часть органического вещества минерализуется, а меньшая, пройдя сложные превращения, включается в состав гумуса.

Гумус представляет собой специфическое темноокрашенное высокомолекулярное органическое вещество почвы кислотной природы, образовавшееся в результате превращения органических остатков.

Процесс гумусообразования происходит под воздействием гетеротрофных микроорганизмов, которые разлагают органические остатки растений и образуют в своих телах вторичные белки, углеводы, жиры и другие органические вещества. После отмирания гетеротрофные микроорганизмы также подвергаются разложению. Продукты разложения гетеротрофов соединяются с промежуточными продуктами разложения растительных остатков и образуют гумусовые вещества.

55. Роль гумуса в почвообразовании, плодородии и питании растений. Пути регулирования количества и состава гумуса в почве.

Гумусовые вещества, образующиеся в почве, активно участвуют в процессах почвообразования. Гумус играет главную роль в формировании профиля почвы. В благоприятных для роста растений условиях формируется хорошо выраженный темноокрашенный гумусовый горизонт. Гумус склеивает почвенные частицы в агрегаты (комочки), способствуя созданию агрономически ценной структуры и благоприятных для жизни растений физических свойств почвы. В гумусе содержатся основные элементы питания растений (N, Р, К, S, Са, Mg) и различные микроэлементы. Эти элементы в процессе постепенной минерализации гумусовых веществ становятся доступными для растений.

Гумусовые вещества почвы служат пищей для гетеротрофных почвенных микроорганизмов. Отсодержания гумуса в почве зависит интенсивность биологических и биохимических процессов, обусловливающих накопление питательных веществ, необходимых растениям.

Почвенный гумус придает почве темную окраску и способствует поглощению солнечной энергии. Богатые гумусом почвы более теплые, в них создаются благоприятные условия для роста и развития культурных растений, а также для почвенных микроорганизмов.

Почвы с низким содержанием гумуса отличаются бесструктурностью, плохими водными, воздушными и тепловыми свойствами.

Почвы, богатые гумусом, характеризуются большей поглотительной способностью, лучшими водными и физическими свойствами. В этом отношении особая роль принадлежит гуминовым кислотам, которые образуют с катионами кальция и магния устойчивые соединения, предохраняют эти элементы от вымывания.

52.Современные представления о гумусообразовании.

Поступающие в почву органические остатки подвергаются различным биохимическим и физико-химическим превращениям, в результате которых большая часть органического вещества окисляется до конечных продуктов, преимущественно СО2, Н2О и простых солей (минерализация), а мень­шая, пройдя сложные превращения, называемые в совокуп­ности гумификацией, включается в состав специ­фических гумусовых веществ почвы. В самом общем виде понятие гумификации может быть определено как совокупность биохимических и физико-химических процессов, итогом которых является превращение органических веществ инди­видуальной природы в специфические гумусовые вещества, характеризуемые некоторыми общими свойствами и чертами строения. Эти общие свойства перечислены выше при определении понятия «гумусовые вещества».

При таком определении понятия «гумификация» и «гумусообразование» имеют одинаковый смысл.

Некоторые авторы (Л. Н. Александрова) понятие «гумификация» рассматривают более широко, включая в него не только процессы образования гумусовых веществ, но и их дальнейшую трансформацию и деградацию до полной минерализации.

Биохимия трансформации различных компонентов растительных остатков при гумусообразовании изучена недостаточно, поэтому существующие схемы этого процесса носят гипотетический характер. Рассмотрим кратко наиболее распространенные современные концепции гумусообразования.

Конденсационную (полимеризационную) концепцию разрабатывали в разные годы А. Г. Трусов, М. М. Кононова, В. Фляйг. М. М. Кононова следующим образом формулирует основные положения, составляющие сущность процесса гу­мификации: 1) процесс гумификации растительных остатков сопровождается минерализацией входящих в них компонен­тов до СО2, Н2О, NH3 и других продуктов; 2) все компонен­ы растительных тканей могут быть первоисточниками структурных единиц в формах продуктов распада, продук­тов микробного метаболизма и продуктов распада и ресинтеза; 3) ответственным звеном процесса формирования гумусовых веществ является конденсация струк­турных единиц, которая происходит путем окисления фе­нолов ферментами типа фенолоксидаз, через семихиноны до хинонов и взаимодействия последних с аминокислотами и пептидами; 4) заключительное звено формирования гуму­совых веществ — поликонденсация (полимеризация) яв­ляется химическим процессом. При гумификации органи­ческих остатков отдельные звенья процесса тесно скоорди­нированы и могут протекать одновременно.

Таким образом, согласно изложенным представлениям, собственно процесс гумификации начинается с простых мо­номеров — продуктов распада биологических макромолекул или метаболитов почвенных микроорганизмов. Как М. М. Кононова, так и В. Фляйг допускали возможность участия в реакциях конденсации наряду с мономерами и высокомолекулярных фрагментов лигнина, белков и др. Со­гласно конденсационной концепции гумусообразования, фульвокислоты являются предшественниками гуминовых кислот.

Концепция биохимического окисления предложена в 30-х годах И. В. Тюриным и развивалась в работах Л. Н. Александровой, согласно которой гумификация — сложный био-физико-химический процесс превращения вы­сокомолекулярных промежуточных продуктов разложения органических остатков в особый класс органических соеди­нений — гумусовые кислоты. Ведущее значение в процессе гумификации имеют реакции медленного биохимического окисления, в результате которых образуется система высо­комолекулярных органических кислот. Гумификация — длительный процесс, в течение которого происхо­дит постепенная ароматизация молекул гуминовых кислот не за счет конденсации, а путем частичного отщепления наи­менее устойчивой части макромолекулы новообразованных гуминовых кислот. Молекулярная масса новообразованных гуминовых кислот выше, чем гуминовых кислот почвы (чер­нозема), а элементный состав колеблется в зависимости от химического состава растительных остатков, подвергаю­щихся гумификации.

Биологические концепции гумусообразования предполагают, что гумусовые вещества — продукты синтеза различных микроорганизмов. Данная точка зрения была выска­зана В. Р. Вильямсом, который объяснял качественную не­однородность гумусовых веществ почв участием в их обра­зовании различных групп микроорганизмов — аэробных и анаэробных бактерий, грибов и рассматривал различные группы гумусовых веществ как экзоэнзимы разных групп микроорганизмов. В последующих исследованиях экспери­ментально была показана возможность синтеза темноокра-шенных гумусоподобных соединений различными группами микроорганизмов.