Сучасні уявлення про процес гуміфікації.

Значний внесок у розробку теорії і практики синтезу та ролі гумусних речовин зробили І.В. Торін, М.М. Конова, В.В. Пономарьова, Л.М. Александрова та інші. В їх працях розкрита величезна роль гумусу в біосфері як акумулятора органічної речовини і сонячної енергії на нашій планеті. З гумусом зв’язано формування родючості ґрунту, ріст і розвиток рослин. Л.М. Александрова розробила логічну схему гумусоутворення і мінералізації гумусних речовин (рис.3.4.). За її визначенням гуміфікація – складний біофізико-хімічний процес трансформації проміжних високомолекулярних продуктів розкладання органічних решток в особливий клас органічних сполук – гумусні кислоти.

Вона встановила, що швидкість і спрямованість гуміфікації залежать від багатьох факторів. Основними серед них є кількість і хімічний склад рослинних решток, водний і повітряний режими, склад ґрунтових мікроорганізмів, реакція ґрунтового розчину, механічний склад ґрунту тощо. Певне співвідношення даних факторів і їх взаємодія зумовлюють певний тип гуміфікації органічних решток: фульватний, гуматно-фульватний, фульватно-гуматний і гуматний.

Рис.3.4. Схема утворення гумусних речовин у ґрунті

(за Л. М. Александровою, 1980).

Органічні речовини, які утворюються в результаті фотосинтезу та життєдіяльності грибів, тварин та мікроорганізмів, надходять у ґрунт як продукти біогеоценозів і агроценозів. Разом з органічними рештками рослинного походження ґрунт одержує енергію, законсервовану шляхом фотосинтезу, біогенні елементи, акумульовані рослинами, та різноманітні органічні речовини – вихідний матеріал для утворення гумусу.

Органічні рештки тваринних організмів надходять у ґрунт у невеликій кількості. Об’єм їх маси становить 0,5-3,0 % від об’єму фітомаси. Вони не йдуть на утворення гумусу, а повністю мінералізуються. Значну кількість органічної маси залишають у ґрунті мікроорганізми.

Хімічний склад органічних решток, які надходять у ґрунт, дуже різноманітний і в їх розкладанні беруть участь різні групи мікроорганізмів. Процес розкладання йде у двох напрямках – мінералізації і гуміфікації.

При мінералізації складні органічні сполуки в результаті життєдіяльності різних груп мікроорганізмів перетворюються у прості сполуки – воду, вуглекислий газ, різноманітні солі. Мінералізації піддається більша частина органічних решток (70-80 %). Продукти мінералізації надходять у ґрунт і знов включаються у біологічний колообіг.

Гуміфікація – глобальні процес, який відбувається у всіх ґрунтах планети. Це складний процес, при якому целюлоза, геміцелюлоза, лігнін, пектини, білки, ліпіди та інші сполуки рослинних решток перетворюються в різні речовини гумусу. У цьому процесі беруть участь кореневі виділення рослин та продукти життєдіяльності інших організмів. Не всі органічні речовини розкладаються мікроорганізмами з однаковою швидкістю. Швидко розкладаються моноцукри і білки; повільно розкладаються (під дією сильних ензимів) целюлоза, геміцелюлоза, лігнін, пектини, які є основним джерелом сполук для ґрунтоутворення; дубильні речовини, смоли, воск пригнічують мікробіологічну діяльність і розкладаються дуже повільно.

У результаті гумусоутворення формуються перегнійно-акумулятивні горизонти різного типу і потужності.

Шляхи гуміфікації вивчають як вчені нашої країни, так і за кордоном. Найбільш визнаними схемами гуміфікації є схеми запропоновані М.М. Кононовою (1972) і Л.Н. Александровою (1980). М.М. Кононова вважає, що специфічною реакцією гуміфікації є конденсація ароматичних сполук фенольного типу з амінокислотами і протеїнами. Джерелами структурних одиниць конденсації є: продукти розкладу лігнінів, танінів, фенольні сполуки, амінокислоти і пептиди.

Л.Н. Александрова вказує на тривалість і різноманітність окремих ланок гуміфікації. На першій стадії, в результаті біохімічного окислення продуктів розкладання органічних решток, відбувається синтез органічних кислот. За ступенем розчинності формується дві групи сполук – гумінові кислоти і фульвокислоти. Одночасно формуються їх органо-мінеральні похідні та азотиста частина.

На другій стадії гуміфікації внаслідок часткового відходження білкових алімфатичних ланцюгів, дезамінування та внутрішньомолекулярних перегрупувань у гумінових кислот поступово зростає ступінь ароматизації. Ця стадія дуже тривала.

Третя стадія – стадія трансформації гумусних речовин до повної мінералізації.

Особливості гуміфікації і її кінцеві продукти залежить від умов навколишнього середовища, від факторів гуміфікації. До основних факторів гуміфікації Л.Н. Александрова (1980) відносить: масу рослинних решток, хімічний склад речовин, які піддаються гуміфікації, водний і повітряний режим ґрунту, реакцію середовища та окисно-відновні умови, інтенсивність діяльності мікроорганізмів, механічний склад та інші особливості мінеральної частини ґрунту.

Головними продуктами гуміфікації є фульвокислоти (ФК) і гумінові кислоти (ГК).

5.2 .Склад і властивості гумусу.

Гумус – це гетерогенна полідисперсна система високомолекулярних азотистих ароматичних сполук кислотної природи. За забарвленням і відношенням до розчинників гумусні речовини поділяють на три групи сполук: гумінові кислоти, фульвокислоти, гуміни.

Гумінові кислоти (ГК) темно-коричневого або чорного забарвлення, розчинні в слабких лугах і слабкорозчинні у воді. До їх складу входять вуглець (50—62%), водень (2,8—6,6%), кисень (31—40%), азот (2—6%) і зольні елементи. Залежно від вмісту вуглецю ГК поділяють на дві групи: сірі або чорні (високий вміст С₂) і бурі. Елементарний склад молекул гумінових кислот непостійний. Хімічні властивості, ємкість вбирання, взаємодія з мінералами ґрунту зумовлені наявністю в молекулі ГК функціональних груп (карбоксильної, фенолгідроксильної, амідної, карбонільної тощо).

Фульвокислоти(ФК) світло-жовтого забарвлення, розчинні у воді і лугах, їх елементарний склад відрізняється від складу гумінових кислот. Вони містять вуглець (41—46%), водень (4—5), азот (3—4), кисень (44—48%). Отже, фульвокислоти містять менше вуглецю і більше кисню, ніж гумінові.

Гуміни тепер прийнято називати рештками, що не гідролізуються. Це сукупність гумінових і фульвокислот, які міцно зв’язані з мінеральною частиною ґрунту. До їх складу входять також компненти рослинних решток, що важко розкладаються мікроорганізмами: целюлоза, лігнін, вуглинки. Гуміни не розчиняються в жодному розчиннику, тому їх називають інертним гумусом.

Крім гумусних речовин в ґрунтах містяться органо-мінеральні сполуки. Здебільшого це солі неспецифічних кислот (щавлевої, лимонної, оцтової, мурашиної та ін.), комплексні солі неспецифічних і гумусних кислот та адсорбційні органо-мінеральні сполуки. Солі гумінових кислот називають гуматами, фульвокислот – фульватами. Більшість фульватів є легкорозчинні сполуки.

ФК мають високу катіонну обмінну ємність. 100 г сухої речовини ФК здатні прореагувати з катіонами в кількості 600-800 мг-екв. З катіонами К⁺, Na⁺, NH₄⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ вони утворюють водорозчинні солі. З полуторними оксидами ФК утворюють сполуки, які знаходяться в розчині, або випадають в осад. Чим більше в розчині ФК на одиницю таких оксидів і чим менша концентрація розчину тим вища рухомість цих сполук. Такі умови створюються в ґрунтах підзолистого типу, що зумовлює формування елювіального горизонту (Е). При підвищенні концентрації та при наявності в ґрунтовому розчині сполук заліза та алюмінію спостерігається випадання сполук в осад. Це відбувається в ілювіяльному горизонті (І), де скупчуються залізо-марганцеві новоутворення.

Серед гумінових кислот виділяють дві фракції, які відрізняються між собою забарвленням та іншими властивостями і тому неоднаково впливають на ґрунтоутворення та живлення рослин. Це фракціях чорних (ЧКГ) і фракція бурих (БГК) гумінових кислот.

Чорні гумінові кислоти мають інтенсивно-чорний колір і не розчинні у воді. Проте, тільки що утворенні („свіжі”) ЧГК повільно розчиняються у воді і мігрують в глиб ґрунту. Цим пояснюється формування потужних гумусних горизонтів у чорноземних ґрунтів.

Чорні гумінові кислоти активно реагують з кальцієм. Гумати кальцію важкорозчинні у воді і мають нейтральну реакцію. При взаємодії з натрієм утворюються золі гуматів натрію, які є дуже рухливими у солонців.

Чорні ГК стійкіші до розкладання мікроорганізмами. З мінералами монтморилонітової групи утворюють стійкі чорні комплекси, які надають інтенсивне чорне забарвлення (антрацитове) ґрунтам групи злитоземів, а вміст гумусу в них незначний.

Бурі ГК характерні для ґрунтів буроземно-лісових областей суббореального поясу. Свіжо-утворені гелі бурих ГК слабкорозчинні у воді і тому їх рухливість у ґрунтах незначна. Бурі ГК слабко взаємодіють з кальцієм і легко віддають його в ґрунтовий розчин. Це важлива екологічна властивість бурих кислот. Цим самим забезпечується кальцієве живлення лісу. Одночасно бурі ГК активно взаємодіють з катіонами заліза і алюмінію, утворюють при цьому комплексні сполуки. Ці сполуки мають кислу реакцію, є стійкими до мікробіологічного розкладання.

Таким чином, процеси накопичення і перетворення гумусу в ґрунтах різних зон неоднакові. Широко змінюється якісний склад, інтенсивність гумусоутворення і гумусонакопичення, швидкість мінералізації, тривалість циклів перетворення гумуса та інші властивості. Це і зумовлює формування великого різноманіття ґрунтів.

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
	\|	Екологічна роль гумусу.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.013 сек.