Увійти  \/  Зареєструватися  \/ 

Вхід на сайт

Зареєструватися

Введене Вами ім'я недійсне.
Будь-ласка, введіть допустиме ім'я користувача. Без пробілів, у всякому випадку 2 , НЕ повинно бути символів: < > " ' % ; ( ) &
Пароль недійсний.
Ваші паролі не збігаються. Будь-ласка, введіть Ваш пароль в поле пароля та повторно введіть його в полі підтвердження.
Недійсна адреса електронної пошти
Адреси електронної пошти не збігаються. Будь-ласка, введіть Вашу адресу електронної пошти в поле адреси електронної пошти та повторно введіть адресу у полі підтвердження.
* * Обов'язкове поле

Перетворення органічних залишків у грунтах та процес гумусоутворення

Відмерлі частини рослин (листя, хвоя, стебла, корені) утворюють на поверхні і в товщі грунту опад. У присутності різної кількості кисню, вуглекислоти, води і мінеральних часток грунту опад (лісові підстилки, трав'яна повсть, кореневий опад дернин і мінеральної частини грунту) починає розкладатися під впливом власних ферментів окислення - оксиду азоту, що знаходяться в клітинах відмерлих рослин. Процеси окислення призводять спочатку до побуріння, а потім до почорніння рослинних залишків. Листочки рослин ламаються, втрачаючи свій вигляд. Первісному процесу розкладання сприяють фізичні умови - нагрівання, замерзання, удари крапель тощо, а також вплив численного населення грунту. Амеби, багатоніжки, личинки комах, кліщі, мурашки, жуки, дощові черв'яки беруть участь в поздрібненні, перемішуванні і споживанні органічної речовини. Ферменти клітин в кінці кінців руйнуються і, якщо немає мікроорганізмів, процеси розкладання практично закінчуються.

Найчастіше одночасно відбувається мікробне і грибне розкладання органічних залишків. Мікроорганізми піддають розкладанню всю або майже всю частину щорічного опаду рослин. Виділяючи ферменти в зовнішнє середовище, вони розкладають органічну речовину на більш прості і часто водорозчинні сполуки (так, клітковина розкладається на цукри, білки та амінокислоти) з одночасним вивільненням елементів живлення, частина яких йде на утворення тіл мікроорганізмів і їх життєдіяльність, а частина надходить в біологічний кругообіг. Деякі органічні сполуки вступають у взаємодію між собою, полімеризуються, конденсуються, утворюючи гумусові речовини, які з плином часу також мінералізуються, перетворюючись на воду, вуглекислоту і мінеральні солі.

Процеси розкладання в залежності від хімічного складу органічної речовини і умов середовища (02, Н20, С02) викликаються різними групами мікроорганізмів та нерідко змінюють один одного; вони протікають поступово, поетапно виділяючи дві великі групи ферментів. Одна з них - гідролази, що здійснюють процеси гідролізу всіх органічних і гумусових речовин, інша викликає процеси гниття і бродіння в анаеробних умовах розкладання. У грунтах також існують ферменти перенесення і синтезу окремих форм сполук. Інтенсивність процесів розкладання і перетворення органічних речовин визначається водно-повітряним режимом, аеробними або анаеробними умовами, які в залежності від факторів грунтоутворення можуть змінювати один одного в часі і в товщі грунту.

Швидкість розкладання органічної речовини залежить від кількості мікроорганізмів та їх видових груп. Кількість мікроорганізмів у грунтах величезна: ув підзолі (в шарі потужністю 25 см) їх міститься в середньому 0,6 т/га, в дерново-підзолистих грунтах - 0,9-3,5 т/га, в чорноземах - від 3,7 до 7 т/га, сіроземах - до 2,5 т/га. У грунтах мікроорганізми розподілені нерівномірно. Особливо велика кількість зосереджена у верхній частині грунту і в прикореневій зоні, або ризосфері.

Аеробні бактерії розкладають органічну речовину грунту в присутності кисню повітря; наприклад, вуглеводи розкладаються бактеріями до води і вуглекислоти. При впливі ферментів групи гідролаз відбувається гідроліз клітковини з утворенням глюкози, яка під дією бактерій розпадається на вуглекислоту і воду. Так само повно, але набагато швидше розкладаються геміцелюлози до води і вуглекислоти. Найповільніше схильний до розкладання лігнін, який при окисленні і дегідратації (втраті води) здатний перетворюватися на гумусоподібні речовини, а потім на гумус. В якості проміжних продуктів можуть утворитися органічні кислоти (щавлева, оцтова, янтарна). Білки спочатку розпадаються до амінокислот, частина яких йде на побудову тіла мікроорганізмів, а частина розкладається до вуглекислоти та аміаку, з подальшим окисленням до азотистої і азотної кислот. При аеробному розкладанні речовина мінералізується швидко, і кількість елементів живлення, доступних для рослин, стає більшою. В аеробних умовах досить легко і швидко розкладаються жири, воски і смоли, утворюючи кислоти та продукти мінералізації.

За відсутності кисню повітря розкладання органічної речовини здійснюється анаеробними бактеріями. При анаеробному розкладанні протікають процеси бродіння, денітрифікації, відновлення сульфатів. Наприклад, бактерії Clostridium felsincum і Clostridium Pasterianum викликають маслянокисле бродіння вуглеводів, з утворенням масляної кислоти, вуглекислого газу і водню, тобто відбувається неповне розкладання, і частина початкової органічної речовини залишається у формі органічної кислоти. При розкладанні геміцеллюлоз утворюються масляна, оцтова, мурашина кислоти, водень і метан. Білкові сполуки спочатку розкладаються на амінокислоти. В результаті реакції зберігається частина органічних речовин, після розкладання яких утворюються органічні кислоти або спирти, вуглекислота та аміак. Для повного розкладання органічної речовини потрібно більше часу, ніж при аеробному розкладанні. В анаеробних умовах лігнін, воски та смоли майже не розкладаються. З плином часу органічна речовина під впливом різних груп анаеробних бактерій повільно розкладається на воду, вуглекислоту, аміак і мінеральні сполуки. Одночасно вивільняються сполуки сірки і фосфору. При анаеробних умовах утворюються недоокислені сполуки (сірководень, метан тощо) з одночасним накопиченням значної кількості органічних речовин.

Мікроскопічні гриби розкладають органічну речовину грунту в аеробних умовах, поселяючись найчастіше в лісових підстилках. Під дією грибів клітковина розкладається до води і вуглекислоти, а білки - до вуглекислоти і амінокислот. Гриби самостійно виділяють органічні кислоти і ферменти.

У природних умовах аеробні та анаеробні процеси розкладання можуть чергуватися у часі або протікати в різних частинах грунту. Наприклад, аеробне розкладання може протікати на поверхні, а анаеробне - на деякій глибині. У добре оструктуренних і зволожених грунтах аеробне розкладання протікає на поверхні грудочок, а анаеробне - всередині них.

Особливо велике значення в створенні грунтової родючості мають бактерії, що забезпечують накопичення доступних для рослин азоту, фосфору і сірки.

При аеробному і анаеробному розкладанні білків відбувається процес аммоніфікації з утворенням аміаку, а пізніше - солей амонію. В аеробних умовах бактеріями Nitrobacter і Nitrosomonas здійснюється процес нітрифікації, тобто процес окислення аміаку до азотної кислоти. Процес нітрифікації відкритий С. В. Виноградским. За рік в результаті процесу нітрифікації може накопичитися до 0,3 т/га азотної кислоти. При великій кількості органічних речовин та води, тобто за анаеробних умов, відбувається процес денітрифікації під впливом Вас. Denitrificans. Бактерії використовують кисень азотних або азотистих сполук для окислення вуглецю безазотистих органічних речовин. В результаті цього процесу газоподібний азот випаровується в повітря, а грунт збіднюється азотом. У грунтах існують групи бактерій, що використовують для своєї життєдіяльності атмосферний азот. Найбільше значення мають бульбочкові бактерії Вас. radicicola, що живуть на коренях бобових рослин: конюшини, люцерни, люпину, акації білої. Аеробний, вільно живе мікроб Azotobacter найбільш поширений в орних грунтах, а анаеробний азотофіксатор Clostridium Pasterianum - в необроблюваних грунтах. Вільно живуть бактерії фіксують від 20 до 70 кг/га азоту, клубенькові - 160 - 180 кг/га за вегетаційний період. В даний час люди штучно вирощують культури азотофіксаторів і виготовляють бактеріальні добрива: азотобактерин і нітрагін.

Фосфор вивільняється з органічної речовини у вигляді фосфорної кислоти, яка утворює водорозчинні солі. Дослідженнями встановлено, що легкорозчинного фосфору утворюється більше в аеробних умовах, ніж в анаеробних. Частина важкорозчинних сполук переходить в доступні для рослин при впливі на органічні речовини, наприклад, Вас. mycoides, які, викликаючи амоніфікацію з виділенням великої кількості вуглекислоти, сприяють розчиненню фосфатів. В даний час в якості добрив застосовують культури фосфоробактерій, завдяки яким фосфорні сполуки стають доступними для рослин.

Сірка потрапляє в грунт одночасно з розкладанням білків та інших органічних речовин у формі сірководню - отруйного для рослин газу. Це з'єднання переходить у два етапи в сірчану кислоту під впливом бактерій роду Sulfomonas, Tiobacterium. Спочатку сірководень окислюється і утворюється вільна сірка, потім в присутності кисню і води утворюється сірчана кислота, яка сприяє розчиненню основ. Кількість сірчаної кислоти, що утворюється за вегетаційний період, може становити 200-250 кг/га. В анаеробних умовах солі сірчаної кислоти знову відновлюються до сірководню.

Під впливом бактерій відбувається поступове розкладання органічних речовин до мінеральних сполук, вивільнення елементів живлення і енергії для побудови тіл нових мікроорганізмів і для повернення їх в біологічний кругообіг. Суттєвою рисою перетворення органічних речовин є утворення в якості проміжних продуктів значної кількості органічних кислот, що вступають в реакцію з основами та мінеральною частиною грунту. Особливу групу перетворення органічних речовин у грунті представляють високомолекулярні, переважно циклічної будови проміжні продукти окислення, гідролізу і бродіння білків, дубильних речовин, лігніну, частково смол і воску, здатних до реакцій полімеризації, конденсації і в цілому до синтезу нових органічних речовин, більш стійких до розкладання, ніж вихідні сполуки.

Процес біохімічних реакцій синтезу називається гумусоутворенням; стійкість до розкладання сприяє накопиченню гумусу в грунті. Вік гумусових речовин в чорноземі обчислюється сотнями і навіть тисячами років (1700 років). Гумус грунту містить 10-20% негумусових речовин. Процеси гумусоутворення протікають, наприклад, при окисленні білків, дубильних речовин, лігніну, циклічних амінокислот, при реакціях між моносахаридами і амінокислотами. Гумусоподібні речовини виникають при взаємному осадженні білків і дубильних речовин, взаємодії білків і лігніну, які також піддаються окисленню. При окисних і окислювально-відновних реакціях збільшується кількість карбоксильних (СООН) і фенолгідроксільних груп (ОН ~), що сприяє синтезу органічних речовин, що мають властивості кислот. Таким чином, гумусоутвореня - це повільне біохімічне (ферментативне) окислення високомолекулярних, переважно циклічних органічних речовин з утворенням високомолекулярних гумусових кислот.

Останні матеріали розділу "Грунтознавство"

Родючість грунтів та її види

Під родючістю розуміють здатність грунтів задовольняти потребу рослин у воді і поживних речовинах. В...

Механічний склад грунтів та їх структура

Механічним складом називають співвідношення часток різного розміру, виражене у відсотках від маси гр...

Включення та новоутворення в грунтах

Включення - це тіла, що механічно втягнуті в товщу грунту, які не беруть участь в активних грунтоутв...

Колір грунту як морфологічна ознака

Колір грунту - найважливіша морфологічна ознака. Нерідко назва грунту дається за кольором верхніх го...

Позначення та опис грунтових горизонтів

Кожному з грунтових горизонтів дається буквенне позначення. Найбільш широко застосовується система б...

Морфологія грунтів. Грунтові горизонти

Морфологія грунтів - це вчення про зовнішні ознаки грунтів, що визначаються найчастіше за допомогою ...

Водний баланс грунту. Типи водного режиму грунтів

Водний баланс - це сукупність всіх видів надходження вологи в грунт і її витрачання з певного шару з...

Теплові властивості грунтів

Джерелом тепла в грунті є тепло променистої енергії Сонця. Середня кількість тепла, що надходить на ...

Географічна наука