Превращение растительных остатков в гумус

Органические остатки, поступающие в почву, под воздействием почвенной микрофлоры подвергаются процессам минерализации и гумификации.

Минерализация — окисление органического вещества до конечных продуктов разложения — СO₂, Н₂O и простых минеральных солей.

Гумификация — это совокупность биохимических и физико-химических процессов превращения органических остатков в специфические гумусовые вещества (гумус).

Процессы минерализации и гумификации органических веществ в почве идут одновременно. Элементы питания после минерализации органических остатков потребляются новыми поколениями растений. Большая часть органического вещества минерализуется, а меньшая, пройдя сложные превращения, включается в состав гумуса.

Гумус представляет собой специфическое темноокрашенное высокомолекулярное органическое вещество почвы кислотной природы, образовавшееся в результате превращения органических остатков.

Процесс гумусообразования происходит под воздействием гетеротрофных микроорганизмов, которые разлагают органические остатки растений и образуют в своих телах вторичные белки, углеводы, жиры и другие органические вещества. После отмирания гетеротрофные микроорганизмы также подвергаются разложению. Продукты разложения гетеротрофов соединяются с промежуточными продуктами разложения растительных остатков и образуют гумусовые вещества.

Процессы превращения органических остатков в гумус можно разделить на три группы.

В первую группу входят химические процессы, происходящие под влиянием ферментов, или энзимов, оставшихся в органических остатках, и при участии минеральных катализаторов. Они обусловлены тем, что ферменты (энзимы), имеющиеся в живых организмах, после смерти последних не сразу теряют активность и участвуют в разложении растительных остатков. Так, при участии окислительных ферментов — оксидаз — происходит окисление дубильных веществ, лигнина аминокислот с образованием гуминовой кислоты и гумусоподобных веществ. С энзимами связаны также реакции соединения Сахаров с аминокислотами, дубильных веществ с белками, белков с лигнином, которые способствуют образованию темноокрашенных продуктов, входящих в состав гумуса.

Во вторую группу входят процессы, происходящие под влиянием различных почвообитающих животных (от простейших до млекопитающих). На процессы превращения органических остатков наиболее сильное влияние оказывают дождевые черви и различные насекомые (жуки, муравьи, многоножки и др.). Их число на 1 м² почвы может достигать нескольких тысяч. Почвенные животные измельчают растительные остатки, поедают и возвращают их в почву в виде экскрементов, обогащенных кишечной микрофлорой. Экскременты перемешиваются с минеральной частью почвы, улучшая ее химические и физические свойства. В переработке растительных остатков особенно велика роль дождевых червей, которые ежегодно пропускают через пищеварительный канал до 25 т/га почвенной массы или до 1 т/га органического вещества. Установлено, что возрастание численности червей сопровождается повышением содержания гумуса в почве.

В третью группу входят биохимические процессы, связанные с деятельностью микроорганизмов. Деятельность микроорганизмов — один из важнейших факторов превращения органических остатков в гумус. Масса живых бактерий в слое 0...25 см может доходить до 5...7 т/га. В почве широко распространены и другие микроорганизмы: бактерии, грибы, водоросли, простейшие.

Процесс гумусообразования зависит от условий увлажнения, воздушного и теплового режимов, состава растительных остатков и жизнедеятельности микроорганизмов. В аэробных условиях при достаточном увлажнении органические остатки интенсивно разлагаются. Однако образовавшийся гумус в этих условиях быстро минерализуется, поэтому в почве накапливается мало гумуса, но много доступных для растений элементов питания. В засушливых условиях в почву поступает мало растительных остатков, процессы гумификации протекают медленно, гумуса накапливается мало. При постоянном избыточном увлажнении создаются анаэробные условия, угнетающие жизнедеятельность микроорганизмов. Процессы разложения и гумификации затухают, органические остатки превращаются в торф, представляющий собой массу полуразложившихся остатков растений.

Больше всего гумуса накапливается в зоне луговых степей, в черноземных почвах. Здесь весной и ранним летом высокая активность микроорганизмов, разлагающих органические остатки, обусловлена оптимальным увлажнением и благоприятными температурными условиями. В дальнейшем период интенсивного гумусообразования сменяется иссушением почвы, и в результате затухания биохимических процессов происходят как бы консервация и сохранение гумуса от минерализации.