Гумус и его значение

Значение гумуса в плодородии и питании растений
Целенаправленное изучение природы гумуса и показателей, характеризующих его качество было начато почти двести лет тому назад. За это время сформировалось четкое представление об источниках пополнения гумусовых веществ в почве, их трансформации, механизме образования, составе, строении и свойствах. Дана подробная характеристика гумуса как специфического почвенного новообразования - продукта превращения мертвых органических остатков. Показана его роль в развитии свойств и режимов почвы, дифференциации почвенных профилей на генетические горизонты. Выявлено значение гумуса в формировании почвенного плодородия, накоплении элементов питания растений и микроорганизмов. Изучена взаимосвязь урожайности сельскохозяйственных культур с содержанием и качественным составом гумуса, исследовано влияние природных и антропогенных факторов на характер и скорость гумусообразования.
Более ранние представления о роли гумуса в питании растений.
Питание растений рассматривалось в древние и средние века как явление, аналогичное питанию животных; считали, что питательные вещества поглощаются корнями из почвы в готовом состоянии и затем изменяются в тканях растений. Земля рассматривалась как один из существенных «элементов» питания растений в добавлении к трем другим элементам: воде, воздуху и огню. Не представляя себе ясно роли гумуса в почве и в протекающих в ней процессах, древние придавали большое значение его обилию. Об этом можно судить по тому факту, что римляне определяли качество почвы по ее цвету, хотя, впрочем, еще Колумелла (Columella) указывал на неблагоприятное действие на растения кислого гумуса - торфа. Физиологи XVII столетия, включая таких выдающихся ученых как Мальпиги (Malpighi), считали, что растения поглощают органические питательные вещества из почвы. Согласно концепции Аристотеля, поглощенные органические комплексы подвергаются различным химическим изменениям в тканях растений прежде, чем они станут частью живого растения.
Кюльбель (Ktilbel) в своей книге о плодородии почвы выразил мысль, что «magma unguinosum» («мазеобразная масса»), под которой теперь понимают гумус, является основой питания растений и главным виновником плодородия почвы. Валериус (Wallerius) в своей знаменитой книге «Принципы агрохимии» писал, что гумус почвы является для растений существенным питательным элементом (nutritiva), в то время как другие составные части почвы только помогают в процессе питания, перемешивая пищу или растворяя ее, и тем самым приводя ее в состояние, более соответствующее для поглощения корневой системой (instrumentalia). Гумус рассматривался как важнейший источник питания растений.
Тэер (Thaer) может считаться наиболее выдающимся представителем теории о роли гумуса в питании растений в тот период. Факт, что навоз со-стоит, главным образом, из органических соединений и при своем разложении дает гумус, привел Тэера в 1797 г. к предположению, что растения развиваются бурно, главным образом, на растворе из гумуса. В 1808 г. он высказал мысль, что «плодородие почвы в значительной мере зависит от него (гумуса) так как, за исключением воды, гумус является единственным материалом, доставляющим питательные вещества растениям». Благоприятное влияние некоторых неорганических веществ объяснялось усилением ими процесса образования гумуса в почве.
Либих рассматривал обилие гумуса в почве скорее как результат, чем как причину плодородия. Он считал, что для всех зеленых растений элементами питания являются только неорганические, или минерализованные вещества. Растения питаются углекислым газом, аммиаком, нитратами, водой, фосфорной, серной и кремневой кислотами, известью, калием и железом. Некоторые растения нуждаются еще в поваренной соли. По мнению Либиха, гумус в силу своей нерастворимости не поглощается непосредственно растениями и поэтому не может удовлетворять нужду растений в углероде. Количество гумуса в почве не уменьшается на занятых растениями почвах, а наоборот, увеличивается. Однако позже Либих признал, что гумус оказывает благоприятное действие па питание растений вследствие наличия медленного, но постоянного выделения углекислого газа, который является растворителем для тех веществ почвы, которые необходимы для растений. Кроме того, часть его диффундирует из почвы в воздух, и растения, покрывающие почву, усваивают листьями больше углекислого газа, чем те растения, которые питаются исключительно газом, находящемся в атмосфере углерода. Углекислый газ, аммиак и вода по Либиху составляют три основных вещества для питания растений. Нет никакого сомнения в огромной важности для почвы органического вещества, но не потому, что некоторые его составные части могут быть непосредственно ассимилированы растениями, а главным образом, потому, что гумус оказывает значительное влияние на физические и химические свойства почвы, содержит значительное количество питательных веществ и представляет благоприятную среду для деятельности микроорганизмов. Либих имел чисто химическое представление о процессах разложения органического вещества в почвах и в компостах. Он полагал, что органические тела соединяются с кислородом воздуха и путем «разложения» дают простые соединения; в отсутствии кислорода органические тела распадаются вследствие «гниения», в результате которого получается в остатке больше органических веществ, чем при аэробном процессе. Оба процесса представлялись исключающими друг друга. При таких упрощенных взглядах на разложение органического вещества в природе и при отсутствии точных знаний о деятельности живых организмов в этом процессе неудивительно, что Либихом была недооценена роль гумуса. Влияние Либиха па последующее развитие учения о питании растений было так велико, что даже в настоящее время многие химики не освободились от некоторых его взглядов на этот предмет.
Развитие микробиологических знаний, объяснивших многочисленные функции микроорганизмов в почве, компостах, болотах и морях, пролило новый свет не только на происхождение и состав гумуса, но и на его роль в питании растений. Хотя некоторые микробиологи еще раньше, в особенности Митчерлих (Mitscherlich) в 1850 г. и Пастер (Pasteur) в 1852—1860 гг., указывали на важное значение микроорганизмов как химических агентов при различных процессах в почве (как, например, при разложении целлюлозы и органических азотистых соединений), но только Кетте (Kette) в 1865 г. обратил внимание на то значение, которое имеет гумус как источник питания не непосредственно, а именно в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Вслед за этим вскоре последовали исследования Шлезинга и Мюнтца, Мюнтца и Кудона, Маршала, Бейеринка, Конинга (Schloesing и Muntz, Muntz и Condon, Marshal, Beijerinck, Koning) и др., которые показали, что различные группы микроорганизмов способны обеспечить в процессе разложения органических веществ почвы постоянное выделение углекислого газа, аммиака, нитратов, фосфатов, сульфатов и других минеральных веществ, без которых развитие растений не может происходить. Почва представляет собой систему не мертвую, но полную жизни. Большинство микроорганизмов, живущих в ней, зависит от наличия растительных и животных остатков и гумуса. Благодаря активности почвенных микробов вступают в круговорот элементы, наиболее важные для питания растений, как углерод и азот. Идея о том, что неизменный гумус составляет источник питания для растений, в настоящее время уже отброшена, и гумус признается как источник питания для растений только через посредство микроорганизмов .
Имеющийся в литературе научный материал однозначно отводит гумусу роль основы почвенного плодородия. Это не случайно. Практически любое свойство почвы, какое бы мы не взяли, в той или иной степени зависит от содержания в ней гумусовых веществ. Именно поэтому В.В. Пономарева и Т.А. Плотникова охарактеризовали гумус, как квинтэссенцию почвенного плодородия. В.А Ковда и И.В. Якушевская предложили даже ввести в науку понятие об особой сфере нашей планеты – гумосфере, рассматриваемую как гигантский аккумулятор солнечной энергии в земной коре.
Таким образом, гумус является универсальной системой, определяющей и регулирующей практически все факторы, влияющие на формирование почвенного профиля и рост плодородия.
1. Взаимодействуя с минеральной частью почвы, гумусовые вещества и их производные участвуют в трансформации минера¬лов. Разрушение их фульвокислотами сопровождается миграци¬ей растворимых продуктов, что приводит к образованию элювиальных и иллювиальных горизонтов, в то время как гумусовый горизонт характеризуется малой мощностью. При преобладании гуминовых кислот в почвах формируется хорошо выраженный гумусовый горизонт, обладающий высоким уровнем плодородия. Одновременно в пределах каждого конкретного горизонта формируются такие свойства, как структура, влагоемкость, ем¬кость поглощения, буферная способность и др.
2. Гумус – основной источник энергии в самых разнообразных почвенных процессах. В гумусовой оболочке земли его на¬капливается 5,33 • 1019 кДж, а в целом в биомассе земли — 6,15 • 1019 кДж .
3. Гумус является аккумулятором азота, в нем содержится 80 - 95% почвенного азота. Этот азот имеет особое значение в решении экологических и экономических задач.
4. Гумус – источник СО2, который выделяется при его разложении и обогащает приземный слой воздуха, что повышает продуктивность фотосинтеза, и таких элементов питания растений, как Р, К, Са, Mg, S, микроэлементов, которые накапливаются в составе гумуса в результате взаимодействия гумусовых кислот с минеральной частью почвы и освобождаются при его минерализации. Аккумуляция погребенных форм гумуса (торфа, углей) приводит к концентрации Сu, Ni, Со, Мо и других элементов.
5. Высокогумусовые почвы характеризуются высокой биологической активностью и оптимальным, экологически сбалансированным, составом микробных ассоциаций.
6. Гумус – физиологически активное вещество. Продукты гумификации играют большую роль в регулировании состава при¬родных вод, почвенного раствора, атмосферы, являются регуляторами и стимуляторами роста и развития растений.
7. Гумус выполняет санитарно-защитные функции. Благодаря высокой биологической активности он разрушает остатки пестицидов, других токсических веществ и загрязнителей, снимает негативное влияние избыточных доз минеральных удобрений. Во всех этих процессах участвуют все группы органических веществ, присутствующих в почве, в том числе исходные и промежуточные продукты разложения.
Роль гумуса возрастает с усилением интенсификации земледелия, и сущность проблемы в этих условиях сводится к обеспечению бездефицитного баланса гумуса в почвах с оптимальным его содержанием и положительного баланса на малогумусовых почвах с целью довести содержание гумуса до пороговых значений. При интенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур дегумификация усиливается, что требует четких представлений о балансе гумуса в каждом конкретном случае. Эти задачи можно решить лишь при постоянном дополнении запасов органического вещества и создании условий, способствующих его гумификации.
Накоплению гумуса в почвах способствуют растительные остатки и органические удобрения. Количество растительных остатков зависит от структуры посевных площадей, включения промежуточных и пожнивных культур, долевого участия много¬летних трав.
Значительную роль в регулировании гумусового баланса играют минеральные удобрения, известкование, мелиорация, система об¬работки почвы. Каждый из этих составляющих увеличивает урожайность, а значит, и количество растительных остатков, создает хорошие условия для накопления органических веществ в почве.
#гумус #ПлодородиеПочвы