Содержание гумуса и его качественный состав в почвах СССР

Содержание гумуса и его качественный состав в почвах СССР

Разнообразие условий почвообразования в различных зонах нашей страны отчетливо отражается в количестве гумуса и его распределении по почвенному профилю, которые характерны для каждого почвенного типа. Из табл. 14 видно, что наибольшим содержанием гумуса в верхнем горизонте и медленным снижением его по профилю отличается мощный чернозем, который даже на глубине 100 см содержит еще значительное количество органического вещества. Чем дальше на север или на юг расположены почвы от зоны мощных черноземов, тем меньшее количество гумуса они содержат и тем меньше мощность гумусового слоя. В связи с этим почвы отличаются между собой и по общему запасу гумуса (табл. 15), причем особенно резкие различия существуют между запасами гумуса в 100-сантиметровом слое: если запас гумуса в этом слое мощного чернозема принять за 100, то в подзолистых почвах он равен 13, в сероземах—11; исключением среди южных почв являются красноземы — почвы влажных субтропиков, содержащие относительно много гумуса.

Таблица 15

Запасы гумуса в почвах СССР (по Тюрину и Кононовой, 1963)

Таблица 16
Количество биомассы и отмирающих элементов (надземной массы и корней) в различных почвенно-растительных зонах СССР (по Кононовой, 1963, по данным Базилевич)

Рис. 22. Запас гумуса (F) в почвах до глубины 100—120 см и климатические условия (5) основных почвенных типов СССР (по Тюрину
и Кононовой): I — средняя годовая температура, II — средняя годовая сумма осадков

Размеры накопления гумуса в почве определяются сочетанием таких факторов, как растительность, климат, рельеф, физические, химические и физико-химические свойства почв, связанные с характером материнской породы, деятельность микроорганизмов, а также возраст почв. Важнейшим фактором накопления гумуса в почве является основной источник органических веществ — растительность, точнее — количество ежегодно поступающих в почву отмерших надземных частей и отмерших корней растений и их состав. Данные обширных исследований показывают (табл. 16), что поступление в почву растительных остатков достигает наибольших размеров под многолетней луговой и степной растительностью (60—130 ц/га в год), превышая поступление органических веществ в почву в зоне сухих и пустынных степей с их бедной растительностью (40— 80 ц/га в год) и даже в лесах, несмотря на их огромную биомассу (20—64 ц/га в год).

Сопоставление данных по запасу гумуса с гидротермическим режимом для основных почвенных типов показывает (рис. 22),

что накопление гумуса в наибольших размерах происходит при умеренных условиях температуры и влажности, обеспечивающих хорошее развитие растительности и умеренную деятельность микроорганизмов. Большое количество осадков при низких температурах в северных зонах приводит к вымыванию продуктов разложения. Малое количество осадков при повышенных температурах в южных зонах является причиной слабого развития растительности и бурной деятельности микроорганизмов в отдельные периоды. И то и другое приводит к меньшему накоплению гумуса в северных и южных почвах по сравнению с черноземами. Сочетание высоких температур с большим количеством осадков (не нашедшее отражения в рис. 22), характерное для влажных субтропиков, соответствует относительно большому накоплению гумуса в красноземах (см. табл. 14 и 15).

Комплекс факторов почвообразования не в меньшей, а пожалуй, в еще большей степени, чем на величину запасов гумуса и их распределение по почвенному профилю, влияет на качественный состав гумуса в разных почвах.

Главные формы гумусовых веществ — гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумин составляют 80—90% почвенного гумуса, причем на долю гуминовых кислот и фульвокислот, являющихся наиболее характерными и активными формами, приходится 40— 60% гумуса.

Изменение в содержании гуминовых кислот по почвенным типам связано с изменением в содержании гумуса: больше всего гуминовых кислот и относительно (в процентах от общего содержания гумуса в почве) и особенно абсолютно (в процентах от веса почвы) в черноземах. К северу и к югу от черноземов содержание гумино-вых кислот в почвах и их роль среди других гумусовых веществ уменьшаются (табл. 17).

Что касается фульвокислот, то процент их содержания в гумусе разных почв изменяется слабее и менее закономерно; можно лишь отметить относительно высокое содержание фульвокислот в гумусе подзолистых почв и красноземов. Можно сказать, что условия, благоприятствующие накоплению гумуса в почвах, способствуют и накоплению устойчивой и наиболее агрономически ценной его части — гуминовых кислот. Отношение С гуминовых кислот: С фульвокислот в гумусе черноземов имеет наибольшее значение: 1,5—2,5, снижаясь к северу и к югу от зоны этих почв (см. табл. 17). Величина этого соотношения является важной качественной характеристикой почв.

К настоящему времени накоплен уже значительный материал (Тищенко и Рыдалевская, 1936; Наткина, 1940; Л. Н. Александрова, 1955; Кононова, 1956), устанавливающий, что отдельные группы почв отличаются не только по процентному содержанию гуминовых кислот в их гумусе, но и по природе этих кислот. Из табл. 18, где приведен элементарный состав гумусовых веществ различных почв, видно, что процент С в гуминовых кислотах возрастает от подзолистых почв к черноземам и снова уменьшается у почв более южных; процент Н меняется в обратном направлении.

Отношение С : Н является косвенным показателем степени конденсированности частиц гумусовых веществ; оно имеет наибольшее значение для гуминовых кислот чернозема (21,4); менее конденсированы частицы гуминовых кислот серой лесной почвы, каштановой почвы и серозема, С : Н которых соответственно равны: 17,0; 16,7 и 15,9; наименьшей конденсацией отличаются частицы гуминовой кислоты в сильноподзолистой почве (С : Н = 14,9) и в красноземе (С : Н = 13,6).

Для фульвокислот различия в элементарном составе, а следовательно, и в степени конденсированности частиц — слабее. Несколько более высокий процент С и более широкое отношение С : Н в фульвокислотах сильноподзолистой почвы и краснозема, возможно, объясняются примесью к ним гуминовых кислот, которые вследствие своей слабой конденсированности в этих почвах могут частично выделяться в процессе анализа вместе с фульвокислотами.

Таблица 18
Углерод и водород в составе гумусовых веществ различных почв (в % на абсолютно сухое беззольное вещество) (по М. М. Кононовой, 1956)

Таблица 17 Содержание и соотношение гуминовых кислот и фульвокислот в составе гумуса (верхний слой почв)
(по Тюрину и Кононовой) 1963)

Рис. 23. Оптическая плотность гумусовых веществ:

Разная степень конденсированности ядра гуминовых кислот различных почв сказывается в их различном цвете: в ряду почв — сильноподзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные, черноземы — окраска гуминовых кислот постепенно изменяется от светло-бурой с оранжевым оттенком до темно-бурой, почти черной. Увеличение степени конденсированности соответствует увеличению оптической плотности (рис. 23).

Другим показателем степени конденсированности частиц гумусовых веществ является их устойчивость к коагулирующему действию электролитов, определяемая порогом коагуляции. По этому показателю наиболее конденсированной является так-же гуминовая кислота черноземов (табл. 19).

Выше уже отмечалось, что фульвокислоты можно рассматривать как начальные формы (или продукты деструкции) гуминовых кислот. Очевидно, в условиях одних почв (подзолистые, красноземы) гумусообразование задерживается на стадии фулъвокислот, в других (черноземы, каштановые почвы) происходит, по выражению М. М. Кононовой, дозревание гумусовых веществ, накопляются гуминовые кислоты, имеющие высококонденсированное ароматическое ядро.

Таблица 19 Пороги коагуляции гумусовых веществ различных почв (в мг-экв на 1 л гумата или фульвата Na, содержащего 0,136 г С) (по Тюрину и Кононовой, 1963)1

1 Данные Н. П. Бельчиковой.

Остановимся коротенько на условиях гумусообразования в основных почвенных типах.

Как уже отмечалось выше, накоплению гумуса в черноземах, образующихся под степной растительностью, способствует значительное количество органических остатков, ежегодно обогащающих почву. Благодаря умеренному режиму влажности и температуры сквозное промачивание здесь отсутствует или весьма ограничено. Катионы, освобождающиеся в процессе выветривания, не вымываются, а сохраняются на месте и связывают образующиеся гуминовые кислоты в виде устойчивых нерастворимых гуматов Са. Этому способствует и нейтральная реакция почвы. Смена весеннего максимума влаги, во время которого происходит усиленное разложение органических остатков, периодами относительной сухости благоприятствует явлениям конденсации вновь синтезированных гумусовых веществ и накоплению преимущественно высококонден-сированных гуминовых кислот (см. табл. 17). Отношение С гуминовых кислот к С фульвокислот высоко (1,5—2,5 и выше) и мало изменяется по почвенному профилю.

Каштановые почвы расположены в климатической зоне, которая характеризуется ограниченным годовым количеством осадков, резкими суточными и сезонными колебаниями температуры и высоким коэффициентом испарения. Количество органических остатков и глубина проникновения корней в почву здесь меньше, чем в зоне черноземов. Соответственно этому каштановые почвы содержат гумуса меньше, чем черноземы, и мощность гумусового слоя здесь меньше. В гумусе каштановых почв отношение гуминовых кислот к фульвокислотам несколько уже, чем в гумусе черноземов (см. табл. 17).

г Сероземы — почвы сухих субтропиков, образуются в условиях слабого увлажнения и высоких температур (см. табл. 17). Растительность здесь состоит из эфемеров, ежегодное поступление органических остатков в почву очень мало. В то же время сероземные почвы характеризуются интенсивной микробиологической деятельностью (в те периоды, когда она не ограничивается сухостью почвы). В короткий весенний период бурно протекают и процессы образования гумусовых веществ и их распад. Соответственно этому здесь подавлено и накопление гумуса, и конденсация образующихся гумусовых веществ.

Отношение С гуминовых кислот и С фульвокислот в составе гумуса близко к единице или ниже ее.

По-иному протекает процесс гумусообразования в почвах зон значительного увлажнения: подзолистых, дерново-подзолистых, красноземных. Превышение количества выпадающих за год осадков над количеством потребляемой растениями и испаряющейся с поверхности почвы воды приводит к образованию нисходящего тока воды через почву, при котором подвижные продукты выветривания (среди них такие основания, как Са, Mg, К, Na) постепенно выносятся из почвы в глуболежащие слои. В результате гумусообразование протекает при недостатке оснований и кислой реакции среды, что значительно ослабляет микробиологическую активность этих почв. В подзолистых почвах, формирующихся под хвойными лесами с моховым покровом, которые возвращают в почву очень мало оснований, кислая реакция задерживает гумусообразование на стадии фульвокислот. Количество гуминовых кислот незначительно и степень их конденсации мала. Фульвокислоты в основном связаны с R2О3, образуя кислые, хорошо растворимые комплексные соединения. Передвигаясь с нисходящим током воды, фульвокислоты оказывают разлагающее действие на минералы и способствуют дифференциации почвенного профиля. Элювиальный подзолистый горизонт (А2) резко обедней органическим веществом и полуторными окислами. По мере вертикальной фильтрации фульвокислоты связывают в комплекс новые количества R2O3 и вследствие этого постепенно теряют свою агрессивность и подвижность. По достижении известной степени насыщения фульвокислот полуторными окислами (и некоторого повышения pH) происходит выпадение осадка {Пономарева, 1964).

Образуется иллювиальный горизонт (В), обогащенный полуторными окислами и в некоторых почвах гумусовыми веществами (но сравнению с горизонтом А2).

В дерново-подзолистых почвах процесс подзолообразования сочетается с дерновым процессом, связанным с участием в растительности лиственных древесных пород и травянистого покрова, содержащих в составе золы большее количество оснований по сравнению с хвойными деревьями и мхами. Реакция дерново-подзолистых почв менее кислая, чем подзолистых, содержание гумуса больше и в составе его большее значение приобретают гуминовые кислоты, хотя и мало конденсированные.

Своеобразны условия гумусообразования в красноземах, почвах влажных субтропиков. Благодаря большому количеству осадков (более 2000 мм в год) и высоким температурам, здесь интенсивно протекают процессы распада минеральной части почвы и выноса его растворимых продуктов. В результате почвы сильно обеднены основаниями и имеют кислую реакцию. Богатая лесная растительность дает огромное количество органических остатков в виде опада и корней. Разложение органических остатков в большой мере происходит на поверхности почвы и продукты его вмываются в почву. Гумусовые вещества в красноземе находятся в свободном виде или в связи с полуторными окислами. Избыточное увлажнение красноземов и их кислая реакция препятствуют процессам конденсации ядра гуминовых кислот, которые имеют здесь упрощенное строение; в составе гумуса преобладают фульвокислоты (Сr : Сф < 1).

содержание .. 5 6 7 8 ..