Гумусное состояние почв Красноярского края

Содержание

Введение…………………………………………………………………….…3

1. Гумус как специфическое органическое вещество почвы, его коллойдно-химическая природа…………………………………………………………..5

2. Групповой и фракционный состав гумуса……………………………….10

3. Биохимические правила гумусообразования…………………………….13

4. Показатели гумусного состояния почв…………………………………...15

5. Гумусное состояние почв Красноярского края…………………………..18

Заключение…………………………………………………………………….23

Библиографический список…………………………………………………..26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Цель курсовой работы изучить гумусное состояние почв, на примере  Красноярского края.

Содержание гумуса в почве является важнейшим показателем ее плодородия. Гумус оказывает большое влияние на пищевой режим, физические, водные, воздушные и тепловые свойства почв, снабжает растения азотом, фосфором, кальцием, магнием, серой и макроэлементами. От гумусного состояния зависит биологическая активность и биогенность почвы, интенсивность процессов минерализации и гумификации, реакция среды, динамика питательных элементов и трансформация загрязняющих почву веществ.

Органическое вещество почвы является регулятором расходования элементов питания и предотвращает непроизводительные потери питательных веществ от вымывания, образования газообразных продуктов и труднорастворимых минеральных соединений, повышает эффективность минеральных удобрений. Особенно возрастает роль гумусированности почв при неблагоприятных погодных условиях (Волошин, Едимеичев, 2008).

Химия отдельных соединений и даже групп органических и органоминеральных веществ, входящих в состав почвы, не дает целостного представления об особенностях гумуса различных типов и групп почв. Для решения генетических проблем почвоведения и производственных задач необходима обобщенная характеристика гумуса, основанная на сравнительно небольшом числе показателей и выражаемая простыми, удобными для группирования величинами (Орлов, Садовникова, Суханова, 2005).

В числе органических веществ, формирующих гумус, наиболее специфичны гумусовые кислоты и их органоминеральные производные. Они и лежат в основе обобщенных характеристик гумусного состояния почв.

Гумуснос состояние почв - совокупность морфологических признаков, общих запасов, свойств органического вещества и процессов его создания, трансформации и миграции в почвенном профиле (Гришина, 1986). Это фундаментальное свойство почвы, поскольку обусловливает все многообразие факторов плодородия и в итоге - само плодородие. Отдельные параметры гумусного состояния почв служат объектом мониторинга окружающей среды (Бугаков, Чупрова, 1995).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Гумус как специфическое органическое вещество почвы, его коллойдно-химическая природа

Органическое вещество почвы - это совокупность живой (биомассы, мертвых остатков животных и растений, продуктов  их метаболизма и гумусовых веществ (Чупрова, Кураченко, Белоусов и др., 2007). Органическое вещество является второй вещественной составляющей твердой фазы почвы (Крупкин, 2007).

Гумус – основная часть органического вещества почвы, полностью утратившая черты анатомического строения организмов (Кауричев, Панов, Розов, 1989). Гумус - совокупность специфических и неспецифических органических веществ. Специфические гумусовые вещества представляет собой систему высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений циклического строения и кислотной природы. Неспецифические гумусовые вещества представляют собой совокупность азотистых соединений, углеводов, лигнина, липидов, смол, дубильных веществ и органических кислот. Неспецифических органических соединений в гумусе не более 10-15% (Чупрова, Кураченко, Белоусов и др., 2007).

Отмершие органические остатки поступают на поверхность почвы или в почву и там подвергаются различным процессам превращения. Эти процессы направлены на минерализацию органических остатков до образования углекислоты и воды. Однако часть их (10-30 %) минерализуется не сразу, превращаясь в относительно устойчивые гумусовые вещества. Процессы превращения органических остатков можно объединить в 3 группы.

1.Химические процессы, совершающиеся  вне клеток живых организмов, преимущественно под влиянием  ферментов, или энзимов, оставшихся в органических остатках, и при участии минеральных катализаторов.

2. Процессы, протекающие при участии живущих в почве животных.

3. Процессы, происходящие под влиянием микроорганизмов.

Все эти процессы протекают параллельно, тесно переплетаясь и взаимно влияя друг на друга. Поэтому определить степень участия каждого из них в превращении органических остатков довольно трудно.

Химические превращения, совершающиеся вне клеток живых организмов. В живых организмах имеются различные энзимы. После смерти организма энзимы не сразу теряют активность и являются причиной различных изменений, происходящих в разлагающихся растительных остатках. К числу таких изменений можно отнести окисление некоторых ароматических соединений. Оно происходит при участии окислительных ферментов - оксидаз и вызывает побурение и почернение растительных остатков. Окисляются дубильные вещества, переходя в флобафены, имеющие красный цвет, которые могут быть источником образования гуминовой кислоты, относящейся к группе гумусовых веществ. Примерно такие же процессы наблюдаются при окислении лигнина и ароматических аминокислот с образованием гуминовой кислоты и гумусоподобных веществ и т. д.

С энзимами связаны и реакции соединения сахаров с аминокислотами, дубильных веществ с белками, белков с лигнином. Так, реакция соединения между моносахаридами и аминокислотами приводит к образованию черных, нерастворимых в воде соединений коллоидной природы, весьма похожих на естественные гумусовые вещества. Существенной частью этой реакции является взаимодействие между сахаром и амидной группой. Реакция между белками и дубильными веществами приводит к образованию нерастворимых продуктов, устойчивых к разложению микроорганизмами.

Реакция белков с лигнином заключается во взаимном осаждении белков и лигнина. Образующийся при этом лигнопротеиновый комплекс имеет сходство с гуминовой кислотой. Однако считать эту реакцию единственным источником гумуса в почве ошибочно.

Все перечисленные реакции способствуют образованию темно- окрашенных продуктов полимеризации, возникающих в результате ферментативного окисления различных соединений.

Процессы превращения органических остатков при участии почвенных животных. Почва служит средой обитания для большого числа различных животных - от простейших до млекопитающих. В ней наиболее распространены дождевые черви, многоножки, личинки двукрылых и жуков, взрослые жуки, моллюски, муравьи. Число их на 1 м2 лесной почвы может достигать нескольких тысяч.

Воздействие живущих в почве животных на растительные остатки заключается в измельчении, способствующем более быстрому разложению, и в перемешивании растительных остатков с минеральной частью почвы, а также в биохимической переработке остатков, которые являются для почвенных животных пищей. Не усвоенная животными часть остатков выбрасывается ими в виде  экскрементов, обогащенных кишечной бактериальной флорой. В экскрементах органические вещества тесно перемешаны с минеральными частицами пищи. Экскременты почвенных животных обогащены также доступными формами азотной и зольной пищи, биогенным кальцитом, что улучшает ее структурность и уменьшает кислотность.

Особенно велико значение дождевых червей в превращении органических остатков. Важную роль в гумусообразовании играют почвенные беспозвоночные животные. Возрастание численности беспозвоночных сопровождается повышением содержания гумуса.

Процессы превращения органических остатков при участии микроорганизмов. Деятельность микроорганизмов - один из важнейших факторов разложения и превращения органических остатков в почве.

Количество микроорганизмов в почве велико. Масса живых бактерий в слое 0-25 см доходит до 5-7 т/га. Наибольшее количество их концентрируется в ризосфере, т. е. в прикорневой части почвы.

В почве встречаются следующие группы микроорганизмов: бактерии, грибы, водоросли, простейшие и ультрамикробы. Большая часть бактерий принадлежит к гетеротрофным, т. е. требующим для своего существования готовое органическое вещество.

По отношению к кислороду бактерии разделяют на две группы: аэробные, требующие для своего существования свободный кислород, и анаэробные, не требующие его.

Для разложения и превращения растительных остатков необходимы грибы и бактерии. У этих организмов нет органов пищеварения. Питательные вещества поступают в них осмотически через всю поверхность тела, поэтому источником пищи для бактерий и грибов могут быть только водорастворимые органические соединения, такие, как сахара и аминокислоты. Однако основная масса поступающих в почву органических остатков состоит из нерастворимых в воде веществ: клетчатки, лигнина, гемицеллюлоз, белков и др.

Микробы могут использовать для своего питания нерастворимые в воде соединения, переводя их в растворимое состояние. Микроорганизмы осуществляют этот процесс с помощью экзоэнзимов, выделяемых ими в окружающую среду, происходит гидролиз нерастворимых органических соединений. Например, клетчатка в процессе гидролиза распадается на молекулы глюкозы, белки - на аминокислоты, гемицеллюлозы - на пяти-шестиатомные сахара и т. д. Продукты гидролиза растворимы в воде и могут использоваться микробами.

Часть (до 25 %) продуктов распада расходуется микроорганизмами на построение их тел. Этот процесс называют микробным синтезом. Другая часть продуктов гидролиза (75-80 %) расходуется микроорганизмами как энергетический материал, при окислении которого выделяется необходимая для их жизни энергия. Небольшую часть этой энергии микробы используют в процессе микробного синтеза, остальная — рассеивается в пространстве.

Процесс разложения отдельных органических соединений состоит в следующем: клетчатка легко разлагается под влиянием микробов в аэробных условиях до полной минерализации с образованием углекислоты и воды. В анаэробных условиях клетчатка разлагается также довольно быстро, причем продуктами распада являются, с одной стороны, масляная и уксусная кислоты, с другой — водород и метан.

Гемицеллюлозы разлагаются микроорганизмами легче и быстрее, чем клетчатка. В аэробных условиях они подвергаются полному окислению до углекислоты и воды. При этом наряду с разложением гемицеллюлоз, находящихся в отмерших растительных остатках, происходит их синтез в теле микробов. При анаэробных условиях гемицеллюлозы разлагаются не до конца. При их разложении в большом количестве образуются органические кислоты — муравьиная, уксусная, масляная.

Лигнин более устойчив к разложению микроорганизмами. Часть лигнина претерпевает ряд изменений, в результате которых образуются гуминовые вещества. Эти изменения заключаются главным образом в окислении и дегидратации (потере воды). При атом уменьшается число метоксильных групп и, наоборот, увеличивается число фенольных, появляются карбоксильные группы. Совокупность этих изменений — гумификация приводит к превращению лигнина в гуминовую кислоту. Однако это не единственный путь образования гуминовой кислоты в почве, так как но весь лигнин превращается в гуминовую кислоту.

Таким образом, превращение органических остатков представляет собой совокупность различных процессов. Эти процессы разложения до полной минирализации с образованием углекислоты и воды,  и синтез более сложных органических соединений из более простых. Кроме того, в почве идут иные синтетические процессы, в результате которых продукты разложения подвергаются частичному окислению, полимеризации, уплотнению, соединению друг с другом. В итоге в почве образуются  совершенно новые вещества, не содержащиеся ни в исходных органических остатках, ни в продуктах микробного синтеза. Совокупность явлений, относящихся к последней категории, и носит по преимуществу название процесса гумификации.

В анаэробных условиях может развиваться процесс, близкий к процессу гумификации. Он приводит к образованию битумов и называется процессом битумизации (Муха,  Картамышев, Муха, 2003).

 

2. Групповой и фракционный состав гумуса

Одна из крупнейших заслуг академика И.В. Тюрина заключается в разработке и внедрении в практику почвенных исследований метода определения группового и фракционного состава гумуса. Большой вклад в эту проблему был внесен трудами В.В. Пономаревой и М.М. Кононовой.

В сложной системе органических веществ, формирующих почвенный гумус, И.В. Тюрин выявил две главные черты, которые характеризуют наиболее существенные стороны почвообразования. Первая - формирование и накопление специфических гуминовых веществ - гуминовых кислот и фульвокислот, являющихся конечными продуктами гумификации. Вторая черта - взаимодействие органических веществ с минеральными компонентами почвы, отражающее специфику групп и типов почв и влияющее на растворимость и подвижность как отдельных групп гуминовых веществ, так и минеральных компонентов.

По И.В. Тюрину, качественные особенности гумуса различных типов почв, или его фракционно-групповой состав, характеризуются количественным соотношением групп и фракций важнейших составных частей почвенного гумуса.

Групповой состав гумуса — это набор и количественное содержание групп специфических и неспецифических веществ, входящих в состав гумуса. Под группой веществ понимается совокупность родственных по строению и свойствам соединений. Важнейшими группами являются: