Определение содержания гумуса в почве кратко

Обновлено: 05.07.2024

Глава 4. ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВЫ И ЕГО СОСТАВ

§1. Источники органического вещества и его состав

Важнейшей составляющей частью почвы является органическое вещество, которое представляет собой сложное сочетание растительных и животных остатков, находящихся на различных стадиях разложения, и специфических почвенных органических веществ, называемых гумусом.

Потенциальным источником органического вещества считают все компоненты биоценоза, которые попадают на или в почву (отмирающие микроорганизмы, мхи, лишайники, животные и т.д.), но основным источником накопления гумуса в почвах служат зеленые растения, которые ежегодно оставляют в почве и на ее поверхности большое количество органического вещества. Биологическая продуктивность растений широко варьирует и находится в пределах от 1– 2 т/год сухого органического вещества (тундра) до 30 – 35 т/год (влажные субтропики).

Растительный опад различается не только количественно, но и качественно (см. главу 2). Химический состав органических веществ, поступающих в почву, очень разнообразен и во многом зависит от типа отмерших растений. Большую часть их массы составляет вода (75 – 90 %). В состав сухого вещества входят углеводы, белки, жиры, воски, смолы, липиды, дубильные вещества и другие соединения. Подавляющее большинство этих соединений – высокомолекулярные вещества. Основная часть растительных остатков состоит главным образом из целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и дубильных веществ, при этом наиболее богаты ими древесные породы. Белка больше всего содержится в бактериях и бобовых растениях, наименьшее его количество обнаружено в древесине.

Кроме того, органические остатки всегда содержат некоторое количество зольных элементов. Основную массу золы составляют кальций, магний, кремний, калий, натрий, фосфор, сера, железо, алюминий, марганец, образующие в составе гумуса органоминеральные комплексонаты. Содержание кремнезема (SiO₂) колеблется от 10 до 70 %, фосфора – от 2 до 10 % массы золы. Название зольных элементов связано с тем, что при сжигании растений они остаются в золе, а не улетучиваются, как это происходит с углеродом, водородом, кислородом и азотом.

В весьма малом количестве в золе встречаются микроэлементы – бор, цинк, йод, фтор, молибден, кобальт, никель, медь и др. Наиболее высокой зольностью обладают водоросли, злаковые и бобовые растения, меньше всего золы содержится в древесине хвойных пород. Состав органического вещества можно представить следующим образом (рис.6).

§2. Трансформация органического вещества в почве

Превращение органических остатков в гумус – сложный биохимический процесс, совершающийся в почве при непосредственном участии микроорганизмов, животных, кислорода воздуха и воды. В этом процессе главная и решающая роль принадлежит микроорганизмам, которые участвуют во всех этапах образования гумуса, чему способствует огромная населенность почв микрофлорой. Животные, населяющие почву, тоже активно участвуют в превращении органических остатков в гумус. Насекомые и их личинки, дождевые черви измельчают и перетирают растительные остатки, перемешивают их с почвой, заглатывают, перерабатывают и выбрасывают неиспользованную часть в виде экскрементов в толщу почвы.

Отмирая, все растительные и животные организмы подвергаются процессам разложения до более простых соединений, конечной стадией которых является полная минерализация органического вещества. Образовавшиеся неорганические вещества используются растениями как элементы питания. Скорость процессов разложения и минерализации различных соединений неодинакова. Интенсивно минерализуются растворимые сахара, крахмал; достаточно хорошо разлагаются белки, гемицеллюлозы и целлюлоза; устойчивы – лигнин, смолы, воски. Другая часть продуктов разложения потребляется самими микроорганизмами (гетеротрофными) для синтеза вторичных белков, жиров, углеводов, образующих плазму новых поколений микроорганизмов, а после отмирания последних снова подвергается процессу разложения. Процесс временного удержания органического вещества в микробной клетке называется микробным синтезом. Часть продуктов разложения превращается в специфические сложные высокомолекулярные вещества – гумусовые вещества. Совокупность сложных биохимических и физико-химических процессов превращения органического вещества, в результате которых образуется специфическое органические вещество почвы – гумус, называется гумификацией. Все три процесса идут в почве одновременно и взаимосвязаны друг с другом. Трансформация органического вещества происходит при участии ферментов, выделяемых микроорганизмами, корнями растений, под влиянием которых осуществляются биохимические реакции гидролиза, окисления, восстановления, брожения и т.д. и образуется гумус.

Существует несколько теорий гумусообразования. Первой в 1952 году появилась конденсационная теория, разработанная М.М.Кононовой. В соответствии с этой теорией образование гумуса идет как постепенный процесс поликонденсации (полимеризации) промежуточных продуктов разложения органических веществ (сначала образуются фульвокислоты, а из них – гуминовые). Концепция биохимического окисления разработана Л.Н.Александровой в 70-е годы XX в. Согласно ей, ведущее значение в процессе гумификации имеют реакции медленного биохимического окисления продуктов разложения, в результате которых образуется система высокомолекулярных гумусовых кислот переменного элементного состава. Гумусовые кислоты вступают во взаимодействие с зольными элементами растительных остатков, освобождающимися в процессе минерализации последних, а также с минеральной частью почвы, образуя различные органо-минеральные производные гумусовых кислот. При этом происходит расщепление единой системы кислот на ряд фракций, различных по степени растворимости и строению молекулы. Менее дисперсная часть, образующая с кальцием и полуторными оксидами нерастворимые в воде соли, формируется как группа гуминовых кислот. Более дисперсная фракция, дающая преимущественно растворимые соли, образует группу фульвокислот. Биологические концепции гумусообразовапия предполагают, что гумусовые вещества – продукты синтеза различных микроорганизмов. Данная точка зрения была высказана В.Р.Вильямсом, она получила развитие в работах Ф.Ю.Гельцера, С.П.Ляха, Д.Г.Звягинцева и др.

В различных природных условиях характер и скорость гумусообразования неодинаковы и зависят от взаимосвязанных условий почвообразования: водно-воздушного и теплового режимов почвы, её гранулометрического состава и физико-химических свойств, состава и характера поступления растительных остатков, видового состава и интенсивности жизнедеятельности микроорганизмов.

Трансформация остатков происходит в аэробных или анаэробных условиях в зависимости от водно-воздушного режима. В аэробных условиях при достаточном количестве влаги в почве, благоприятной температуре и свободном доступе О₂ процесс разложения органических остатков развивается интенсивно при участии аэробных микроорганизмов. Наиболее оптимальными условиями являются температура 25 – 30 °С и влажность – 60 % от полной влагоемкости почвы. Но в этих же условиях быстро идет минерализация как промежуточных продуктов разложения, так и гумусовых веществ, поэтому в почве накапливается относительно мало гумуса, но много элементов зольного и азотного питания растений (в сероземах и других почвах субтропиков).

В анаэробных условиях (при постоянном избытке влаги, а также при низких температурах, недостатке О₂) процессы гумусообразования идут медленно при участии, главным образом, анаэробных микроорганизмов. При этом образуются много низкомолекулярных органических кислот и восстановленные газообразные продукты (СН₄, H₂S), угнетающие жизнедеятельность микроорганизмов. Процесс разложения постепенно затухает, и органические остатки превращаются в торф – массу слаборазложившихся и неразложившихся растительных остатков, частично сохранивших анатомическую структуру. Наиболее благоприятны для накопления гумуса сочетание в почве аэробных и анаэробных условий с чередованием периодов иссушение и увлажнения. Такой режим характерен для черноземов.

Видовой состав почвенных микроорганизмов и интенсивность их жизнедеятельности также влияют на образование гумуса. Северные подзолистые почвы в результате специфических гидротермических условий характеризуются наименьшим содержанием микроорганизмов с небольшим видовым разнообразием и низкой жизнедеятельностью. Следствием этого является медленное разложение растительных остатков и накопление слаборазложенного торфа. Во влажных субтропиках и тропиках отмечаются интенсивное развитие микробиологической деятельности и в связи с этим активная минерализация остатков. Сопоставление запасов гумуса в различных почвах с разным количеством микроорганизмов в них свидетельствует о том, что как очень слабая, так и высокая биогенность почвы не способствует накоплению гумуса. Наибольшее количество гумуса накапливается в почвах со средним содержанием микроорганизмов (черноземы).

Гранулометрический состав и физико-химические свойства почвы имеют не менее значительное влияние. В песчаных и супесчаных хорошо прогреваемых и аэрируемых почвах разложение органических остатков идет быстро, значительная часть их минерализуется, гумусовые веществ мало и они плохо закрепляются на поверхности песчаных частиц. В глинистых и суглинистых почвах процесс разложения органических остатков при равных условиях происходит медленнее (из-за недостатка О₂), гумусовых вещества закрепляются на поверхности минеральных частиц и накапливаются в почве.

Химический и минералогический состав почвы определяет количество питательных веществ, необходимых для микроорганизмов, реакцию среды, в которой идет образование гумуса, и условия для закрепления гумусовых веществ в почве. Так, почвы, насыщенные кальцием, имеют нейтральную реакцию, которая благоприятна для развития бактерий и закрепления гуминовых кислот в виде нерастворимых в воде гуматов кальция, что обогащает ее гумусом. В кислой среде при насыщенности почв водородом и алюминием образуются растворимые фульвокислоты, которые имеют повышенную подвижность и ведут к большому накоплению гумуса. Закреплению гумуса в почве способствуют также глинистые минералы типа монтмориллонита и вермикулита.

В связи с различием в факторах, влияющих на образование гумуса, в разных почвах количество, качество и запасы гумуса неодинаковы. Так, в верхних горизонтах черноземов типичных содержится 10 – 14 % гумуса, серых темных лесных – 4 – 9 %, дерново-подзолистых – 2 – 3 %, темных каштановых, желтоземах – 4 – 5 %, бурых и серо-бурых полупустынных – 1 – 2 %. Запасы органического вещества в природных зонах также различны. Наибольшие запасы, по данным И.В.Тюрина, имеют различные подтипы черноземов, торфяники, серые лесные, средние – темно-каштановые, красноземы, низкие – подзолистые, дерново-подзолистые, сероземы типичные. В пахотных почвах Республики Беларусь содержится гумуса: в глинистых – 65 т/га, в суглинистых – 52 т/га, в супесчаных – 47 т/га, в песчаных – 35 т/га. Почвы Республики Беларусь в зависимости от содержания гумуса в пахотном слое делятся на 6 групп (табл. 3). В почвах других природных зон существуют свои градации в зависимости от содержания гумуса.

Гумусовые вещества представляют собой смесь различных по составу и свойствам высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений, объединенных общностью происхождения и рядом свойств.

Гумусовые вещества по растворимости и экстрагируемости делят на большие группы: фульфокислоты, гумусовые кислоты, гумин, иногда выделяют группу гиматомелановых кислот.

В структуре гумусовых веществ условно выделяют ядерную и периферическую части. Ядерные фрагменты представлены преимущественно циклическими соединениями. Периферические части молекул представляют собой фрагменты, легко расщепляемые при гидролизе (имеют пептидные, сложноэфирные связи и др.). Периферические части относительно обогащены функциональными группами. Это прежде всего карбоксильные, аминогруппы, спиртовые и фенольные группы, карбонильные и др. Наличие этих функциональных групп определяет многие физико-химические свойства почв в целом: поглотительную способность почв, ее катионообменные свойства, способность связывать и аккумулировать в себе тяжелые металлы, регулировать содержание в почвенном растворе многих компонентов и др. Именно гумусовые соединения способны поддерживать определенное значение рН почвы, проявляя при этом буферные свойства.

Следует отметить, что в почвах до определенных пределов сохраняется постоянство состава гумусовых веществ. Изменение содержания какого-либо соединения с течением времени компенсируется тем, что данное соединение создается в таком же количестве за счет других гумусовых веществ или за счет поступающих в почву органических соединений.

Общее количество гумуса в почве определяют косвенно по количеству углерода в почве путем окисления гумусовых компонентов двухромовокислым калием.

Цель работы: познакомиться с органическими составляющими почвы, свойствами гумусовых соединений, научиться определять содержание гумусовых веществ в почве.

Оборудование и реактивы: образцы почвы, конические колбы на 100 мл, электроплитка, технические и аналитические весы, химические стаканы на 500 и 1000 мл, колба мерная на 1 л, 0,4 н. раствор хромовой смеси (40 г K₂Cr₂O₇ растворяют в 600 … 800 мл дистиллированной воды в колбе на 1000 мл; после растворения объем раствора доводят до метки водой; затем раствор выливают в колбу из термостойкого стекла на 2…3 л и осторожно, при помешивании, вливают туда 1 л концентрированной H₂SO₄), 0,2 н. раствор соли Мора [(NH₄)₂SO₄ . FeSO₄ . 6H₂O], раствор дефиниламина C₁₂H₁₁N (5 г дефиниламина помещают в химический стакан и приливают, при помешивании, 100 мл H₂SO₄; затем осторожно приливают 20 г воды), концентрированная серная кислота (H₂SO₄, плотность 1,84), 85 %-ный раствор фосфорной кислоты (Н₃РО₄, плотность 1,7).

Гумус образуется в почве в результате преобразования растительных и животных органических остатков — гумификации.

Сущность оксидометрического метода определения гумуса в почве, заключается в том, что органическое вещество окисляют двухромовокислым калием в сильнокислой среде до образования углекислоты, затем оттитровать избыток двухромовокислого калия раствором соли Мора и определяют содержание органического углерода в грунте по разности объемов соли Мора, израсходованных на титрование двухромовокислого калия в опыте без грунта и в опыте с грунтом. Величину навески почвы берут в зависимости от ориентировочного содержания гумуса:0,05-1грамм для черноземов, около 1 грамма для светло-серых почв.

Основные термины и определения по ГОСТу: 27593-88 Почвы. Термины и определения.

Гумусовые кислоты — класс высокомолекулярных органических азотсодержащих оксикислот с бензоидным ядром, входящих в состав гумуса и образующихся в процессе гумификации.

Гуминовые кислоты (ГК) — группа тёмноокрашенных гумусовых кислот, растворимых в щелочах и нерастворимых в кислотах.

Гиматомелановые кислоты (ГМК) — группа гумусовых кислот, растворимых в этаноле. Фульвокислоты(ФК) — группа гумусовых кислот, растворимых в воде, щелочах и кислотах.

Гумин— органическое вещество, входящее в состав почвы, нерастворимое в кислотах, щелочах, органических растворителях.

Степень гумификации органического вещества — отношение количества углерода гумусовых кислот к общему количеству органического углерода почвы, выраженное в массовых долях.

Плодородность почвы и богатый урожай напрямую зависит от ее состава. Правильно понимая, что такое гумус, садовод сможет достичь прекрасных результатов в своем деле. Некоторые ошибочно полагают, что это навоз или компост. Безусловно, без этих компонентов невозможен процесс роста и развития растений. Все же назвать их полноценным гумусом нельзя. В этом вопросе следует разобраться более подробно, чтобы знать, как действовать дальше.

Что такое гумус с точки зрения агрономии

бактерии;
всевозможные насекомые;
грибковые споры;
лишайники;
кольчатые черви и другие беспозвоночные.

Как определить содержание гумуса в почве? В лабораториях используют метод Тюрина, однако в обычных условиях цвет грунта свидетельствует о его наличии. Чем темнее субстрат, тем больше в нем питательных элементов.

Богатые гумусом земли содержат до 90% азотистых соединений. Также в их состав входят:

фульвокислоты;
фосфорные и серные вещества;
гуминовые кислоты.

Все эти компоненты создают ценную структуру грунта, обеспечивая растениям надлежащий кислотно-щелочной баланс. Вдобавок они стимулируют рост зеленой массы и развитие корневой системы культур.

Классификация почв по содержанию гумуса: учимся различать состав грунта

Условно их можно разделить на 4-6 категорий:

Черноземы имеют необычайно темный оттенок. Поэтому их поверхность лучше прогревается на солнце, а также длительное время сохраняет тепло.

Подзолистые грунты одни из самых бедных. Они встречаются в хвойных лесах, где верхний слой земли представлен в виде мульчи. Растительности в этих местах практически нет, поэтому микроорганизмам нечего перерабатывать. Наибольшее количество гумуса содержат почвы, относящиеся к черноземам. Они находятся в основном в южных регионах России.

Как повысить содержание гумуса на своем огороде

Перечисленные выше примеры классификации питательности почвенного субстрата являются относительными. Однако точно зная, что такое гумус, можно самостоятельно создать благоприятные условия для выращивания многих культур. В большинстве случаев его концентрация зависит от достаточного количества растительности, а также органики в грунте.

Поэтому на огород рекомендуют систематически вносить:

навоз (коровий, конный);
торф;
птичий помет;
компост;
дерн.

На сотку площади каждого удобрения понадобится 150-200 кг. Для таких целей выбирают медленно разлагающуюся органику: навоз либо компост. Это способствует повышению уровня питательных веществ почти на 30%. Быстро расщепляющиеся удобрения (навозная жижа, коровяк или помет птиц) используют только в качестве подкормок. В то же время многие земледельцы самостоятельно создают такой компостный состав.

На одну кучу они сбрасывают:

сорняки;
пищевые отходы;
использованную подстилку для скота;
опавшие листья;
ботву и другие остатки урожая.

Стоит понимать, что для образования качественного компоста понадобится достаточно времени. Чтобы ускорить этот процесс, аграрии заселяют в образованную массу червей. В итоге через 3-6 месяцев субстрат будет готов к использованию.

Навоз или перегной рекомендуют смешивать с измельченной соломой. Это позволит увеличить объем гумуса до 700 кг/га.

Секреты обработки огорода

Также на участке совеют создать благоприятные условия, позволяющие растениям полноценно усваивать питательные элементы.

Для этого учитывают основные правила перекопки огорода:

удобрения заделывают в почву равномерно;
при выращивании многолетних кустарников либо деревьев органику размещают в лунку на глубине 50-80 см;
овощи высаживают после заделки перегноя на глубину 40-60 см.

К тому же грядки очень часто рыхлят, чтобы обеспечить доступ кислорода и влаги почвенным микроорганизмам. Для поддержания такого микроклимата земледельцы мульчируют междурядья.

Зачастую они делают его из:

пленки;
хвойного опада;
опилок;
травы.

Ведущую роль в плодородии играет техника правильного севооборота. Если чередовать посадку разных культур на одном и том же месте, то количество гумуса практически не меняется. В противном случае культуры одного семейства начинают поглощать с грунта весь запас полезных компонентов, тем самым истощая землю. Это способствует созданию благоприятной среды для развития всевозможных вредителей и болезней.

Знание того, что такое гумус, позволяет контролировать его уровень на своем участке. Рациональное использование органических удобрений, а также правильное возделывание грядок поможет сохранить все полезные микроэлементы и повысить урожайность культур.

Плодородие и гумус — видео

Читайте также: