Экологическая роль гумуса доклад

Обновлено: 17.05.2024

Велика и многогранна экологическая роль почвенного гумуса. Она заключается, прежде всего, в том, что гумус содержит многие питательные элементы, является источником углекислоты и, следовательно, определяет в значительной мере уровень почвенного плодородия. Все это влияет на условия произрастания естественной и культурной растительности, на интенсивность прироста биомассы, определяя условия жизни животных и человека. Кроме того, значительное содержание в гуминовых кислотах функциональных групп определяет их высокую поглотительнуо способность; гуминовые кислоты образуют с тяжелыми металлами комплексные соединения, исключая их на длительный период из биологического круговорота веществ и значительно снижая в почве концентрацию подвижных форм тяжелых металлов. В этом также заключается важная экологическая роль почвенного гумуса.

При решении вопросов оптимизации гумусного состояния почв важно достигнуть не только оптимального содержания гумуса, но и сохранить в общих чертах соотношение в почве различных групп и фракций гумуса, характерное для целинных почв. К основным мероприятиям, направленным на оптимизацию гумусного состояния почв, следует отнести мероприятия по борьбе с водной и ветровой эрозией почв, внесение достаточных доз органических и минеральных удобрений, введение в севообороты культур, наиболее обогащающих почву органическим веществом: зернобобовых и многолетних трав.

Лесная подстилка - напочвенное образование, формирующееся под пологом леса из продуктов опада надземных ярусов лесного биоценоза. Это не только продукт леса и его компонентов, но и фактор, влияющий на них и на лес в целом. От мощности лесной подстилки, ее состава, влажности, особенностей разложения и гумификации зависит возобновление леса. Она влияет на рост и продуктивность древостоя, а также на др. компоненты лесного биогеоценоза: физические, химические и биологические свойства и водный режим почвы, предохраняет от эрозии почв. Лесная подстилка обеспечивает жизнедеятельность некоторых видов почвенной фауны, многочисленных микроорганизмов. Это один из основных источников углекислоты, азотного питания, важное звено в биологическом круговороте веществ и энергии.

Природа подстилки, ее накопление, формирование, последующие превращения зависят от количества опада, его состава, времени поступления; климатических, почвенных и биотических факторов. Лесная подстилка накапливается постепенно, по мере увеличения опада она достигает большой мощности. В сформировавшейся лесной подстилке различают несколько слоев: верхний - свежий опад, не затронутый процессами разложения и гумификации; средний - состоит из полуразложившихся остатков, во влажных и сырых сомкнутых лесах он пронизан мицелием грибов; нижний - аморфная гумифицированная масса, органические вещества темно-серого, бурого или черного цвета. При активной деятельности роющей фауны нижний слой лесной подстилки может быть смешан с минеральными частицами нижележащей почвы. В верхнем слое идет образование С02, в среднем - накопление азота, в нижнем - остаточных продуктов.

Запас лесной подстилки зависит от географических условий, видового состава лесообразующих пород, возраста и ярусно-сти насаждения, сомкнутости лесного полога, развития живого напочвенного покрова. Наибольшие запасы накапливаются в таежной зоне, особенно в северной и средней подзонах тайги. В заболоченных лесах при пониженном разложении лесной подстилки запас ее может достигать 100 т/га. Наиболее интенсивно процессы разложения происходят в лесостепных районах, где запасы лесной подстилки не превышают 20 т/га. Эти процессы зависят от состава опада. Хвоя ели, пихты, иногда листья осины, дуба, а также растения из мохового покрова (особенно сфагнум и кукушкин лен) замедляют разложение подстилки и затрудняют образование гумуса. Так, хвоинки ели плотно прилегают друг к другу и образуют плотный слой с затрудненной аэрацией. В грубой подстилке еловых лесов процессы нитрификации отсутствуют или протекают крайне медленно. В опаде из хвои сосны остаются промежутки для воздуха, что ускоряет процесс разложения. Разложение хвойной подстилки (за исключением лиственницы) затрудняется смолистостью хвои, наличием воскового налета. Березовые листья, скручивающиеся при опадании, создают аэробные условия, благоприятствующие разложению опада. Примесь березы в ельниках или липы в сосняках усиливает нитрификацию, которой способствуют также многие травянистые растения (за исключением злаков). Способствуют разложению опада листья липы, лещины, березы, букаильмовых, ольхи, граба, ясеня, рябины, дуба, можжевельника и др. Одна и та же порода в разных условиях может оказывать неодинаковое влияние, т. к. процесс формирования подстилки и гумуса зависит от взаимодействия многих факторов. Так, под сомкнутым буковым древостоем образуется мощный слой т. н. мертвого напочвенного покрова. Бук в таких условиях затрудняет нитрификацию. Но в разреженном буковом древостое с живым напочвенным покровом из травянистых растений бук - почвоулучшающая порода, способствующая нитрификации.




Характер подстилки связан с типами леса. Выделяют следующие типы лесной подстилки: в ельниках - слабогрубогумусные, грубогумусные, торфяные; в сосняках - сухогру-богумусные, сухоторфянистые, торфяные. Каждый тип отличается содержанием общего углерода и азота, а также содержанием их в различных углеродных соединениях. Наибольшими запасами общего углерода и азота отличаются торфяные (углерод - до 24-36 т/га, азот - до 1,4 т/га), торфянистые и некоторые грубогумусные лесная подстилка п., формирующиеся из елового и соснового опада в условиях избытка влаги и затрудненного доступа кислорода. Однако азот здесь находится в малодоступной для растений форме. Регулируя состав лесообразующих пород, подлеска и напочвенного покрова, можно направленно изменять свойства, химический состав лесной подстилки и интенсивность процессов ее минерализации, улучшая плодородие почвы. Сбор лесной подстилки и вывоз ее наносит лесу вред, нарушая естественный круговорот веществ и энергии в лесном биогеоценозе. Лесные пожары, рубки, очистка мест рубок изменяют мощность и качественные особенности лесной подстилки.

Ежегодно поступающий опад формирует лесную подстилку. Ее запасы зависят от количества опада и скорости разложения подстилки. Естественно, чем быстрее разлагается подстилка, тем ее запасы меньше. В подстилке сосредоточено большое количество азота и зольных элементов.

Вследствие того, что лесная подстилка гниет при достаточном количестве воздуха, гниение в ней не может происходить так, как в болотах, и, стало быть, лесной перегной не может бить одинаков с болотным перегноем. лесной подстилка почвообразование.

Экологическая роль гумуса

Велика и многогранна экологическая роль почвенного гумуса. Она заключается, прежде всего, в том, что гумус содержит многие питательные элементы, является источником углекислоты и, следовательно, определяет в значительной мере уровень почвенного плодородия. Все это влияет на условия произрастания естественной и культурной растительности, на интенсивность прироста биомассы, определяя условия жизни животных и человека. Кроме того, значительное содержание в гуминовых кислотах функциональных групп определяет их высокую поглотительнуо способность; гуминовые кислоты образуют с тяжелыми металлами комплексные соединения, исключая их на длительный период из биологического круговорота веществ и значительно снижая в почве концентрацию подвижных форм тяжелых металлов. В этом также заключается важная экологическая роль почвенного гумуса.

При решении вопросов оптимизации гумусного состояния почв важно достигнуть не только оптимального содержания гумуса, но и сохранить в общих чертах соотношение в почве различных групп и фракций гумуса, характерное для целинных почв. К основным мероприятиям, направленным на оптимизацию гумусного состояния почв, следует отнести мероприятия по борьбе с водной и ветровой эрозией почв, внесение достаточных доз органических и минеральных удобрений, введение в севообороты культур, наиболее обогащающих почву органическим веществом: зернобобовых и многолетних трав.

Лесная подстилка - напочвенное образование, формирующееся под пологом леса из продуктов опада надземных ярусов лесного биоценоза. Это не только продукт леса и его компонентов, но и фактор, влияющий на них и на лес в целом. От мощности лесной подстилки, ее состава, влажности, особенностей разложения и гумификации зависит возобновление леса. Она влияет на рост и продуктивность древостоя, а также на др. компоненты лесного биогеоценоза: физические, химические и биологические свойства и водный режим почвы, предохраняет от эрозии почв. Лесная подстилка обеспечивает жизнедеятельность некоторых видов почвенной фауны, многочисленных микроорганизмов. Это один из основных источников углекислоты, азотного питания, важное звено в биологическом круговороте веществ и энергии.

Природа подстилки, ее накопление, формирование, последующие превращения зависят от количества опада, его состава, времени поступления; климатических, почвенных и биотических факторов. Лесная подстилка накапливается постепенно, по мере увеличения опада она достигает большой мощности. В сформировавшейся лесной подстилке различают несколько слоев: верхний - свежий опад, не затронутый процессами разложения и гумификации; средний - состоит из полуразложившихся остатков, во влажных и сырых сомкнутых лесах он пронизан мицелием грибов; нижний - аморфная гумифицированная масса, органические вещества темно-серого, бурого или черного цвета. При активной деятельности роющей фауны нижний слой лесной подстилки может быть смешан с минеральными частицами нижележащей почвы. В верхнем слое идет образование С02, в среднем - накопление азота, в нижнем - остаточных продуктов.

Запас лесной подстилки зависит от географических условий, видового состава лесообразующих пород, возраста и ярусно-сти насаждения, сомкнутости лесного полога, развития живого напочвенного покрова. Наибольшие запасы накапливаются в таежной зоне, особенно в северной и средней подзонах тайги. В заболоченных лесах при пониженном разложении лесной подстилки запас ее может достигать 100 т/га. Наиболее интенсивно процессы разложения происходят в лесостепных районах, где запасы лесной подстилки не превышают 20 т/га. Эти процессы зависят от состава опада. Хвоя ели, пихты, иногда листья осины, дуба, а также растения из мохового покрова (особенно сфагнум и кукушкин лен) замедляют разложение подстилки и затрудняют образование гумуса. Так, хвоинки ели плотно прилегают друг к другу и образуют плотный слой с затрудненной аэрацией. В грубой подстилке еловых лесов процессы нитрификации отсутствуют или протекают крайне медленно. В опаде из хвои сосны остаются промежутки для воздуха, что ускоряет процесс разложения. Разложение хвойной подстилки (за исключением лиственницы) затрудняется смолистостью хвои, наличием воскового налета. Березовые листья, скручивающиеся при опадании, создают аэробные условия, благоприятствующие разложению опада. Примесь березы в ельниках или липы в сосняках усиливает нитрификацию, которой способствуют также многие травянистые растения (за исключением злаков). Способствуют разложению опада листья липы, лещины, березы, букаильмовых, ольхи, граба, ясеня, рябины, дуба, можжевельника и др. Одна и та же порода в разных условиях может оказывать неодинаковое влияние, т. к. процесс формирования подстилки и гумуса зависит от взаимодействия многих факторов. Так, под сомкнутым буковым древостоем образуется мощный слой т. н. мертвого напочвенного покрова. Бук в таких условиях затрудняет нитрификацию. Но в разреженном буковом древостое с живым напочвенным покровом из травянистых растений бук - почвоулучшающая порода, способствующая нитрификации.

Характер подстилки связан с типами леса. Выделяют следующие типы лесной подстилки: в ельниках - слабогрубогумусные, грубогумусные, торфяные; в сосняках - сухогру-богумусные, сухоторфянистые, торфяные. Каждый тип отличается содержанием общего углерода и азота, а также содержанием их в различных углеродных соединениях. Наибольшими запасами общего углерода и азота отличаются торфяные (углерод - до 24-36 т/га, азот - до 1,4 т/га), торфянистые и некоторые грубогумусные лесная подстилка п., формирующиеся из елового и соснового опада в условиях избытка влаги и затрудненного доступа кислорода. Однако азот здесь находится в малодоступной для растений форме. Регулируя состав лесообразующих пород, подлеска и напочвенного покрова, можно направленно изменять свойства, химический состав лесной подстилки и интенсивность процессов ее минерализации, улучшая плодородие почвы. Сбор лесной подстилки и вывоз ее наносит лесу вред, нарушая естественный круговорот веществ и энергии в лесном биогеоценозе. Лесные пожары, рубки, очистка мест рубок изменяют мощность и качественные особенности лесной подстилки.

Ежегодно поступающий опад формирует лесную подстилку. Ее запасы зависят от количества опада и скорости разложения подстилки. Естественно, чем быстрее разлагается подстилка, тем ее запасы меньше. В подстилке сосредоточено большое количество азота и зольных элементов.

Вследствие того, что лесная подстилка гниет при достаточном количестве воздуха, гниение в ней не может происходить так, как в болотах, и, стало быть, лесной перегной не может бить одинаков с болотным перегноем. лесной подстилка почвообразование.

Гумус — это совокупность органических соединений, находящихся в почве, но не входящих в состав живых организмов или их остатков, сохраняющих анатомическое строение. Гумус составляет 85-90 % органического вещества почвы и является важным критерием при оценке её плодородности.

Гумус составляют индивидуальные (в том числе специфические) органические соединения, продукты их взаимодействия, а также органические соединения, находящиеся в форме органо-минеральных образований.

Огромное многообразие специфических гумусовых веществ делят условно (по их свойствам) на три большие группы - гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумин - или, иначе, это - гуминовые соединения. По-другому гуминовые соединения называют по аналогии с солями (от производных кислот): гуматы и фульваты, подчеркивая тем их происхождение. Но все их можно объединить - у них сходные свойства, все они соли кислот. Основное отличие фульвокислот от гуминовых - их резко выраженная кислая реакция (рН 2,6 -2,8). При такой реакции фульвокислоты растворяют большинство минералов, связывая их, и выносят питательные вещества в нижележащие слои, чем снижают почвенное плодородие для растений; их соли практически не доступны для растений. Но это частности.

Образование гумуса - очень сложный процесс биологических и биохимических превращений остатков растительного (а также животного) происхождения в почве, главным образом в третьем, заключительном слое листового и травяного опада - гумусовом горизонте.

Таким образом, гумус - это термин, объединяющий огромный комплекс или группу химических веществ, в состав которых входит как органическая часть (гуминовые и фульвокислоты), так и неорганическая составляющая - химические элементы неорганического происхождения, или проще сказать, минералы (входящие в состав гуматов и фульватов).

Однако, состав гумуса, а по-другому сказать - гуминовых кислот и их солей, гуматов - будет зависеть в большей степени не от того, какой вид микробов их "производит" благодаря своей ферментативной деятельности, а от состава детрита (разлагающихся органических остатков) и той минеральной части почвы, где эти процессы происходят.

2 Гумусовые кислоты

Гуминовые и фульвокислоты, объединяемые под названием гумусовые кислоты, нередко составляют значительную долю органического вещества природных вод и представляют собой сложные смеси биохимически устойчивых высокомолекулярных соединений.

Главным источником поступления гумусовых кислот в природные воды являются почвы и торфяники, из которых они вымываются дождевыми и болотными водами. Значительная часть гумусовых кислот вносится в водоемы вместе с пылью и образуется непосредственно в водоеме в процессе трансформации "живого органического вещества".

Наличие в структуре фульво- и гуминовых кислот карбоксильных и фенолгидроксильных групп, аминогрупп способствует образованию прочных комплексных соединений гумусовых кислот с металлами. Некоторая часть гумусовых кислот находится в виде малодиссоциированных солей - гуматов и фульватов. В кислых водах возможно существование свободных форм гуминовых и фульвокислот.

Гуминовые кислоты содержат циклические структуры и различные функциональные группы (гидроксильные, карбонильные, карбоксильные, аминогруппы и др.). Молекулярная масса их колеблется в широком интервале (от 500 до 200 000 и более). Относительная молекулярная масса условно принимается равной 1300-1500.

Фульвокислоты являются частью гумусовых кислот, не осаждающихся при нейтрализации из раствора органических веществ, извлеченных из торфов и бурых углей обработкой щелочью. Фульвокислоты представляют соединения типа оксикарбоновых кислот с меньшим относительным содержанием углерода и более выраженными кислотными свойствами. Хорошая растворимость фульвокислот по сравнению с гуминовыми кислотами является причиной их более высоких концентраций и распространения в поверхностных водах. Содержание фульвокислот, как правило, превышает содержание гуминовых кислот в 10 раз и более.

3 Гумификация

Растительный опад, продукты метаболизма и останки животных становятся пищей для разнообразных организмов, обитающих в почве.

Со временем гумусовые вещества преобразуются, окисляясь, в конечном итоге, до углекислого газа и воды. Вместе с тем это процесс весьма длительный, вещества гумусовой природы демонстрируют высокую устойчивость к биохимической и термической деструкции. Гумусовые вещества в растворах не претерпевают заметных изменений в течение нескольких лет, а микроорганизмам требуется больше месяца, чтобы уменьшить вдвое их концентрацию.

Как результат, они способны довольно долго сохраняться и накапливаться в естественных условиях. Так, данные радиоуглеродного анализа, свидетельствуют, что возраст гумусовых кислот в почвах колеблется от 500 до 5000 лет, а во взвесях речных осадков – от 1500 до 6500 лет, а их доля в органическом веществе почв и поверхностных вод составляет 60–90%.

Важно отметить, что путь преобразования отмершей биоты – минерализация или гумификация – зависит преимущественно от почвенно-климатических условий. В теплом и влажном климате процессы окисления происходят очень быстро и почти весь растительный опад минерализуется, а гумус в почве не накапливается. В холодном климате трансформация опада замедлена, да и количество его невелико, и содержание гумуса в почве мало. Оптимальные условия для гумификации и сохранения гумусовых веществ в почвах – умеренный климат без переувлажнения.

• Гумификация – процесс, который происходит всюду, где есть органические остатки и микроорганизмы;

• ежегодная продукция гумусовых кислот достигает миллиардов тонн;

• гумусовые кислоты в высоких концентрациях присутствуют в природных водах и почвах.

Роль гумусовых кислот определяется особенностями их химического строения. В результате гумификации в молекулах гумусовых кислот появляются группировки, обладающие свойствами слабых кислот. Эти группы диссоциируют, давая ионы водорода и отрицательно заряженные ионы (анионы). Анионы же, реагируя с положительно заряженными ионами металлов, образуют особый тип веществ – координационные соединения (комплексы), причем комплексы большинства металлов с гумусовыми кислотами отличаются высокой прочностью.

В присутствии гумусовых кислот концентрация ионов металлов, существующих в виде комплексов, намного превышает концентрацию свободных ионов, и без учета комплексообразующей роли гумусовых кислот невозможно понять процессы, происходящие в природных системах.

В процессах комплексообразования проявляется противоположная геохимическая роль различных фракций гумусовых кислот.

Образование гуминовых веществ, или гумификация, — это второй по масштабности процесс превращения органического вещества после фотосинтеза. В результате фотосинтеза ежегодно связывается около 50·109 т атмосферного углерода, а при отмирании живых организмов на земной поверхности оказывается около 40·109 т углерода. Часть отмерших остатков минерализуется до СO2 и Н2O, остальное превращается в гуминовые вещества. По разным источникам, ежегодно в процесс гумификации вовлекается 0,6–2,5·109 т углерода.

В отличие от синтеза в живом организме, образование гуминовых веществ не направляется генетическим кодом, а идет по принципу естественного отбора — остаются самые устойчивые к биоразложению структуры. В результате получается стохастическая, вероятностная смесь молекул, в которой ни одно из соединений не тождественно другому. Таким образом, гуминовые вещества — это очень сложная смесь природных соединений, не существующая в живых организмах.

4 Свойства гуминовых веществ

4) Свойства гуминовых веществ

5) Химическая структура гуминовых веществ

Гумус — это совокупность органических соединений, находящихся в почве, но не входящих в состав живых организмов или их остатков, сохраняющих анатомическое строение. Гумус составляет 85-90 % органического вещества почвы и является важным критерием при оценке её плодородности.

Гумус составляют индивидуальные (в том числе специфические) органические соединения, продукты их взаимодействия, а также органические соединения, находящиеся в форме органо-минеральных образований.

Огромное многообразие специфических гумусовых веществ делят условно (по их свойствам) на три большие группы - гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумин - или, иначе, это - гуминовые соединения. По-другому гуминовые соединения называют по аналогии с солями (от производных кислот): гуматы и фульваты, подчеркивая тем их происхождение. Но все их можно объединить - у них сходные свойства, все они соли кислот. Основное отличие фульвокислот от гуминовых - их резко выраженная кислая реакция (рН 2,6 -2,8). При такой реакции фульвокислоты растворяют большинство минералов, связывая их, и выносят питательные вещества в нижележащие слои, чем снижают почвенное плодородие для растений; их соли практически не доступны для растений. Но это частности.

Образование гумуса - очень сложный процесс биологических и биохимических превращений остатков растительного (а также животного) происхождения в почве, главным образом в третьем, заключительном слое листового и травяного опада - гумусовом горизонте.

Таким образом, гумус - это термин, объединяющий огромный комплекс или группу химических веществ, в состав которых входит как органическая часть (гуминовые и фульвокислоты), так и неорганическая составляющая - химические элементы неорганического происхождения, или проще сказать, минералы (входящие в состав гуматов и фульватов).

Однако, состав гумуса, а по-другому сказать - гуминовых кислот и их солей, гуматов - будет зависеть в большей степени не от того, какой вид микробов их "производит" благодаря своей ферментативной деятельности, а от состава детрита (разлагающихся органических остатков) и той минеральной части почвы, где эти процессы происходят.

2 Гумусовые кислоты

Гуминовые и фульвокислоты, объединяемые под названием гумусовые кислоты, нередко составляют значительную долю органического вещества природных вод и представляют собой сложные смеси биохимически устойчивых высокомолекулярных соединений.

Главным источником поступления гумусовых кислот в природные воды являются почвы и торфяники, из которых они вымываются дождевыми и болотными водами. Значительная часть гумусовых кислот вносится в водоемы вместе с пылью и образуется непосредственно в водоеме в процессе трансформации "живого органического вещества".

Наличие в структуре фульво- и гуминовых кислот карбоксильных и фенолгидроксильных групп, аминогрупп способствует образованию прочных комплексных соединений гумусовых кислот с металлами. Некоторая часть гумусовых кислот находится в виде малодиссоциированных солей - гуматов и фульватов. В кислых водах возможно существование свободных форм гуминовых и фульвокислот.

Гуминовые кислоты содержат циклические структуры и различные функциональные группы (гидроксильные, карбонильные, карбоксильные, аминогруппы и др.). Молекулярная масса их колеблется в широком интервале (от 500 до 200 000 и более). Относительная молекулярная масса условно принимается равной 1300-1500.

Фульвокислоты являются частью гумусовых кислот, не осаждающихся при нейтрализации из раствора органических веществ, извлеченных из торфов и бурых углей обработкой щелочью. Фульвокислоты представляют соединения типа оксикарбоновых кислот с меньшим относительным содержанием углерода и более выраженными кислотными свойствами. Хорошая растворимость фульвокислот по сравнению с гуминовыми кислотами является причиной их более высоких концентраций и распространения в поверхностных водах. Содержание фульвокислот, как правило, превышает содержание гуминовых кислот в 10 раз и более.

3 Гумификация

Растительный опад, продукты метаболизма и останки животных становятся пищей для разнообразных организмов, обитающих в почве.

Со временем гумусовые вещества преобразуются, окисляясь, в конечном итоге, до углекислого газа и воды. Вместе с тем это процесс весьма длительный, вещества гумусовой природы демонстрируют высокую устойчивость к биохимической и термической деструкции. Гумусовые вещества в растворах не претерпевают заметных изменений в течение нескольких лет, а микроорганизмам требуется больше месяца, чтобы уменьшить вдвое их концентрацию.

Как результат, они способны довольно долго сохраняться и накапливаться в естественных условиях. Так, данные радиоуглеродного анализа, свидетельствуют, что возраст гумусовых кислот в почвах колеблется от 500 до 5000 лет, а во взвесях речных осадков – от 1500 до 6500 лет, а их доля в органическом веществе почв и поверхностных вод составляет 60–90%.

Важно отметить, что путь преобразования отмершей биоты – минерализация или гумификация – зависит преимущественно от почвенно-климатических условий. В теплом и влажном климате процессы окисления происходят очень быстро и почти весь растительный опад минерализуется, а гумус в почве не накапливается. В холодном климате трансформация опада замедлена, да и количество его невелико, и содержание гумуса в почве мало. Оптимальные условия для гумификации и сохранения гумусовых веществ в почвах – умеренный климат без переувлажнения.

• Гумификация – процесс, который происходит всюду, где есть органические остатки и микроорганизмы;

• ежегодная продукция гумусовых кислот достигает миллиардов тонн;

• гумусовые кислоты в высоких концентрациях присутствуют в природных водах и почвах.

Роль гумусовых кислот определяется особенностями их химического строения. В результате гумификации в молекулах гумусовых кислот появляются группировки, обладающие свойствами слабых кислот. Эти группы диссоциируют, давая ионы водорода и отрицательно заряженные ионы (анионы). Анионы же, реагируя с положительно заряженными ионами металлов, образуют особый тип веществ – координационные соединения (комплексы), причем комплексы большинства металлов с гумусовыми кислотами отличаются высокой прочностью.

В присутствии гумусовых кислот концентрация ионов металлов, существующих в виде комплексов, намного превышает концентрацию свободных ионов, и без учета комплексообразующей роли гумусовых кислот невозможно понять процессы, происходящие в природных системах.

В процессах комплексообразования проявляется противоположная геохимическая роль различных фракций гумусовых кислот.

Образование гуминовых веществ, или гумификация, — это второй по масштабности процесс превращения органического вещества после фотосинтеза. В результате фотосинтеза ежегодно связывается около 50·109 т атмосферного углерода, а при отмирании живых организмов на земной поверхности оказывается около 40·109 т углерода. Часть отмерших остатков минерализуется до СO2 и Н2O, остальное превращается в гуминовые вещества. По разным источникам, ежегодно в процесс гумификации вовлекается 0,6–2,5·109 т углерода.

В отличие от синтеза в живом организме, образование гуминовых веществ не направляется генетическим кодом, а идет по принципу естественного отбора — остаются самые устойчивые к биоразложению структуры. В результате получается стохастическая, вероятностная смесь молекул, в которой ни одно из соединений не тождественно другому. Таким образом, гуминовые вещества — это очень сложная смесь природных соединений, не существующая в живых организмах.

4 Свойства гуминовых веществ

14) Гришина Л.А. Гумусообразование и гумусное состояние почв. М., 1986. 242 с.

15) Орлов Д.С., Щербенко О.В. Гуминовые вещества. -Киев: Наук. думка, 1995. - 304 с.

Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Органическое вещество почв. Теории гумификации. Экологическая роль гумуса. Презентация на заданную тему содержит 24 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!

500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500

Органическое вещество почв – это совокупность живой биомассы, органических остатков растений, животных, микроорганизмов, продуктов их метаболизма и гумуса

Биомасса (фитомасса) – общее количество живого органического вещества растительного сообщества Опад – количество ежегодно отмирающего органического вещества на единицу площади (ц/га, т/га) Опад/биомасса – отношение, указывающее на прочность удержания органического вещества растительным сообществом Мертвое органическое вещество – количество органического вещества, содержащееся в отмерших частях растений и накопившиеся в почве продукты опада (лесная подстилка, степной войлок, торфяной горизонт) Подстилка – поверхностный органогенный горизонт мощностью до 10 см, состоящий из растительных и животных остатков, полностью или частично сохранивших анатомическое строение

Показатели, определяющие формирование и накопление почвенного органического вещества Количество биомассы и опада Структура биомассы Динамика биомассы Локализация биомассы и опада - надземная - подземная Химический состав биомассы и опада - зольность - соотношение основных классов органических веществ - доля медленно и трудноразлагаемых соединений (лигнин, целлюлоза, пектин, дубильные и др. в-ва)

Зольные элементы – минеральные элементы, остающиеся после сжигания растений и животных в золе, не образующие газов (не улетучиваются при горении и гниении): Зольные элементы – минеральные элементы, остающиеся после сжигания растений и животных в золе, не образующие газов (не улетучиваются при горении и гниении): кремний, алюминий, железо, марганец, кальций, магний, фосфор, сера, калий, натрий и ряд микроэлементов.

Гумусовые вещества – это гетерогенная система полимеров разной степени конденсации (n> 1000), имеющих общие черты строения и варьирующие свойства (относительную молекулярную массу, различный химический состав и степень растворимости) Гумус - группа химических соединений, свойственная только почвенному покрову Земли и играющая для ее биосферы роль аккумулятора солнечной энергии

Общие черты строения гумусовых кислот Наличие ароматического ядра или ароматических фрагментов в составе молекулы (с гидрофобными свойствами) Наличие периферических боковых радикалов из углеводных, аминокислотных и углеводородных фрагментов Азот- и фосфорсодержащие компоненты (большая часть в составе аминокислот) Наличие разнообразных функциональных групп (карбоксильные СООН, карбонильные С-О, спиртовые и фенольные гидроксилы ОН, метоксильные ОСН3, хинонные С=О, аминогруппы) – за счет них осуществляется взаимодействие молекул кислот с катионами почвенного раствора

Свойства гуминовых кислот (Гк) Растворимы в щелочах, нерастворимы в минеральных кислотах и воде Цвет от бурого до черного В молекуле преобладает ядро, состоящее преимущественно из гетероциклических и ароматических соединений Периферическую часть молекулы формируют боковые радикалы, состоящие из углеводных, аминокислотных и углеводородных фрагментов Наличие разнообразных функциональных групп Молекула гуминовой кислоты имеет губчатую структуру Элементный состав Гк колеблется в узких пределах: С 52-62%, Н 3-6%, N 2-6%, О 31-39% (более конденсированы в сравнении с Фк)

Свойства фульвокислот (Фк) Растворимы в воде, кислотах, щелочах, органических растворителях Цвет от соломенно-желтого до оранжево-вишневого Более развита периферическая часть молекулы, поэтому более реакционноспособны, гидрофильны и подвижны Наличие разнообразных функциональных групп Элементный состав Фк: С 36-45%, Н 3-6%, N 2-6%, О 40-50% (более окислены в сравнении с Гк)

Минерализация – распад органических остатков до конечных продуктов (воды, С02, простых солей) Гумификация – совокупность биохимических и физико-химических процессов трансформации продуктов разложения органических остатков в гумусовые кислоты

Факторы минерализации Температура и влажность Химический состав растительных остатков Минералогический и гранулометрический состав почвы Кислотность среды Наличие поливалентных ионов Количество гумуса в почве

Концепции гумификации Конденсационная – А.Г. Трусов - М.М. Кононова (В. Фляйг, Г. Фелбек, Д. Мартин, К. Хейдер) Биохимического окисления – И.В. Тюрин – Л.Н. Александрова Биологическая – С.П. Костычев, В.Р. Вильямс, С.Н. Виноградский, Е.С. Лукошко, В.Е. Раковский Кинетическая – Д.С. Орлов, А.Д. Фокин

Основные положения конденсационной гипотезы гумификации Гумификация растительных остатков сопровождается минерализацией входящих в них компонентов до СО2, Н2О, аммиака и др. Все компоненты растительных тканей могут быть первоисточниками структурных единиц гумусовых кислот (фенольных соединений, аминокислот и пептидов) Конденсация относительно простых структурных единиц идет путем окисления фенолов ферментами типа фенолоксидаз (через семихиноны до хинонов) и взаимодействия хинонов с аминокислотами и пептидами Поликонденсация соединений в более сложные молекулы

Основные положения гипотезы биохимического окисления Биохимическое окислительное кислотообразование: из высокомолекулярных продуктов разложения растительных остатков под воздействием оксидаз микроорганизмов образуются гуминовые кислоты Формирование азотистой части гумусовых кислот за счет внутримолекулярных перегруппировок , сорбции аммиака, белков и аминокислот; непрерывная трансформация азотсодержащих фрагментов из алифатических в ароматические Возрастание степени ароматизации молекулы вцелом и консервация гумуса на почвенном мелкоземе – самая длительная стадия ( сотни и тысячи лет) Постепенное медленное разрушение гумусовых кислот

Основные положения биологических гипотез гумусообразования Почвенные микроорганизмы (грибы и бактерии) продуцируют пигменты меланоидного типа, которые являются основой для формирования гумусовых веществ (П.А. Костычев, С.Н. Виноградский и др.) Гумусовые кислоты – энзимы микроорганизмов, выделенные ими во внешнюю среду и преобразованные (В.Р. Вильямс) Образование гуминовых кислот начинается в клетках зеленых растений (глюкоза + уроновая кислота = циклический мономер); после отмирания клеток идет ароматизация образовавшихся циклов, их конденсация и образование гумусовых молекул (Е.С. Лукошко, В.Е. Раковский)

Кинетическая теория гумификации Процессы гумусообразования идут как по конденсационному пути, так и по пути биохимического окисления, скорость и глубина процессов зависит от климатической составляющей: - высокая биохимическая активность почв способствует глубокому расщеплению органики (черноземы), - при ослабленной микробиологической активности идет медленное биохимическое окисление (почвы тайги) (Д.С. Орлов) В почвах с уже сформированным гумусовым профилем идет фрагментарное обновление гумуса : продукты разложения не формируют новую молекулу целиком, а включаются сначала в ее периферическую часть, а затем и в циклические структуры (разновозрастность ядра и боковых фрагментов) (А.Д. Фокин)

Экологическое значение органических веществ почвы Минерализация органических веществ (опада и гумуса) – важнейший источник поступления в почвы элементов-биофилов. Гумус – резервуар для выведения СО2 из атмосферы и аккумулятор солнечной энергии. Cоли гумусовых кислот (гуматы) обладают стимулирующим действием на растения. Гумус оптимизирует физические свойства почв (создает структуру и пористость). Гумус является источником органики для гетеротрофных микроорганизмов почвы (грибов и бактерий). Гумусированность почв – важнейший показатель количественной оценки плодородия почвы. Гумус способствует увеличению эффективности минеральных удобрений.

Роль полевых культур, удобрений в регулировании баланса органического вещества в бессменном пару. Влияние фона питания и чередования культур на накопление растительных остатков. Влияние удобрений, извести на накопление растительных остатков в севообороте.

Рубрика Биология и естествознание
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 21.06.2018
Размер файла 380,7 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Экологические функции гумуса в оптимизации плодородия дерново-подзолистой почвы

Матюк Н.С., Мазиров М.А.

Экологические функции гумуса определяются его влиянием на направленность и скорость трансформации органических веществ, поступающих в почву с растительными остатками возделываемых культур, а также с органическими удобрениями. Теоретической основой установления критических уровней содержания гумуса является динамика изменения его запасов в чистом пару в течение длительного (98 лет) периода. Установлено, что культуры из разных биологических групп не только обеспечивают разновеликое поступление растительных остатков в почву, но и определяют скорость и направленность их трансформации. Зерновые культуры снижают скорость распада органического вещества, а пропашные его усиливают. Возделывание многолетних трав обеспечивает гумусонакопительный эффект.

Ключевые слова: ГУМУС, РАСТИТЕЛЬНЫЕ ОСТАТКИ, БЕССМЕННЫЕ ПОСЕВЫ, СЕВООБОРОТ, МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ, БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ГУМУСА

Органическому веществу в системе агрофитоценозов принадлежит главная роль. Растительные остатки, сидераты, а также основная и побочная продукция урожая, частично используемого в животноводстве и возвращающегося в почву в виде органических удобрений, сужают замкнутость цикла круговорота органических веществ и потока энергии в конкретной системе земледелия.

Минеральные системы удобрений, включающие как отдельные элементы питания (N, P, K), так и их различные сочетания, приводят к снижению содержания органического вещества почвы, так как они приводят к повышению сбора основной продукции и уменьшению доли растительных остатков. Современный путь интенсификации и экологизации земледелия предусматривает максимальное использование, в первую очередь, легковозобновляемых биоресурсов (сидеральных культур, соломы и другой побочной продукции возделываемых культур), обеспечивая устойчивость определенной экосистемы, восстановление и расширение воспроизводства плодородия, положительный баланс энергопотоков в данном агробиоценозе. Чем меньше разомкнутость круговорота органического вещества, тем выше эффективность данной системы земледелия и производительность агроландшафта в целом. удобрение растительный севооборот

Бессменное возделывание сельскохозяйственных культур из одной агробиологической группы и их периодическая смена определяют массу растительных остатков, оставляемых ими после уборки, а также направленность и интенсивность их превращения [1].

Вследствие большой сорбционной способности и буферных свойств органическое вещество во многом определяет характер миграций и обменных процессов в почве. В высокогумусных почвах прямое действие удобрений менее выражено, но более длительно во времени. Потери элементов питания на таких почвах существенно ниже и, следовательно, меньше загрязнение окружающей среды.

Внесение органических и минеральных удобрений в сочетании с известью на дерново-подзолистых почвах, повышая уровень гумусированности почв, оказывает заметное воздействие на улучшение физико-химических, биологических и других свойств почв.

Достаточно хорошо исследована акцепторная роль гумуса в закреплении избыточного количества вносимых в почву минеральных и органических веществ. Эта функция гумуса наиболее заметна при использовании высоких доз минеральных удобрений. Временно закрепленные элементы питания постепенно переходят в доступную для растений форму равномерно на всем протяжении периода вегетации, обеспечивая растения необходимыми для их питания соединениями [2].

С интенсификацией земледелия возрастает роль гумуса как одного из важнейших факторов повышения культуры земледелия, обеспечения экологической устойчивости агроценозов, основы плодородия и высоких урожаев. Поэтому неслучайно ныне в качестве основной задачи в обеспечении расширенного воспроизводства плодородия выдвигается увеличение темпов накопления свежего активного гумуса в почве: не просто роста его содержания в пахотных горизонтах, а обновление гумусовых веществ с тем, чтобы они были надежным средством улучшения всех свойств пахотных, луговых и пастбищных земель.

Объекты и методы исследования

Исследования проводились в 2010-2011 гг. в длительном полевом опыте РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, заложенном в 1912 г. проф. А.Г.Дояренко (рис. 1). Почва опытного участка - дерново-средне- и слабоподзолистая, старопахотная (более 200 лет под пашней), от природы кислая и заплывающая (по классификации ФАО - Podsolluvisol). Почвенная характеристика опытного участка представлена в таблице 1.

Рис. 1. Фактическое размещение полевых культур в длительном опыте

Таблица 1. Свойства слоя почвы 0. 20 см опытного участка через 60 лет после закладки опыта [3]

Читайте также: