Образование и накопление гумусовых веществ

Гумификацию растительных остатков, образование гумусовых веществ в черноземах можно рассматривать как естественную часть дернового процесса. Но гумификация вообще явление столь глобальное и специфично общепочвенное, что ее выделяют в самостоятельный почвообразующий процесс, неодинаково проявляющийся в различных почвах. Органические вещества, образующиеся в результате фотосинтеза и появляющиеся за счет потребления животными и микроорганизмами растительной органики, поступают в почву как продукты жизнедеятельности компонентов биоценоза. Вместе с растительными и животными остатками почвы получают энергию, консервированную фотосинтетическим путем, биогенные элементы, аккумулированные телами растений, а также исходные вещества для образования гумуса.

Вещества органических остатков в сложнейших процессах превращения претерпевают изменения по двум главным направлениям — минерализации и гумификации. В ходе минерализации сложные органические соединения при участии различных групп микроорганизмов превращаются в простые химические вещества — воду, углекислый газ, катионы и анионы солей. В минерализацию вовлекается большая часть органических остатков — до 80−90%. Продукты минерализации попадают в почвенные растворы и в значительной степени становятся источником питания растений, т. е. вновь включаются в биологический круговорот веществ.

Скорость минерализации и характер образующихся при этом продуктов зависит от химического состава растительных остатков и условий, в которых происходит разложение. Основной причиной, обусловливающей влияние химического состава растительных остатков на скорость их разложения, является неодинаковая устойчивость органических веществ растительного опада к ферментативному расщеплению. Наиболее быстро минерализуются легкорастворимые соединения — сахара, аминокислоты, белки, крахмал. Значительно медленнее разлагается лигнинфицированный материал и вещества типа гемицеллюлоз. Замечено, что растительные остатки с широким отношением C: N (более 20) разлагаются очень медленно. Наконец, в состав растительных остатков входят трудноразлагаемые соединения, подавляющие жизнедеятельность бактериальной и грибной микрофлоры (ингибиторы). Это воски, смолы, дубильные вещества. Процесс минерализации видимых следов в почве не оставляет. Совершенно иной результат характерен для гумификации. Гумусовые вещества образуются из частей биологических макромолекул или их мономеров, которые оказываются в почве благодаря метаболизму его живого населения. Это те же сахара, аминокислоты, белки, целлюлоза, лигнин и другие химические соединения растительных остатков, а также корневые выделения живых растений, которые, попадая в почву, могут стать источником синтеза гумуса.

Минерализация и гумификация — два противоположно направленных явления. При высокой биологической активности, которая характерна, например, для тропических стран, в почвах не остается шансов для накопления гумуса. И вновь образующиеся гумусовые вещества, и органические остатки живых организмов — все это поглощает минерализация. Чернозем — один из немногих географически зональных типов почв, в котором сбалансированный процесс гумификации и минерализации приводит к относительно стабильному обогащению почвы гумусовым веществом.

Основные продукты гумификации, от которых непосредственно зависит формирование разных свойств почв и типов почвообразования, представлены гуминовыми кислотами (ГК) и фульвокислотами (ФК). Гумусовый потенциал почв — главный показатель их плодородия. Чем выше содержание и запасы гумуса в почве, тем, как правило, выше урожайность культур. Показатели гумусового состояния оцениваются по содержанию гумуса, его запасам и соотношению между гуминовыми и фульвокислотами.