Гумифика́ция — это процесс образования специфических гумусовых веществ в результате трансформации органических остатков.
В широком смысле слова под гумификацией понимают совокупность процессов превращения исходных органических веществ в гуминовые кислоты и вфульвокислоты и процессов, определяющих уровень накопления и соотношения этих кислот в почве.
Было предложено несколько гипотез образования гумусовых кислот, или механизмов гумификации. Наибольшее значение из них имеют конденсационные (полимеризационные) гипотезы и гипотезы окислительного кислотообразования.
Степень гумификации органического вещества — отношение количества углерода гумусовых кислот к общему количеству органического углерода почвы, выраженное в массовых долях.
Процесс гумификации изучается давно. Начиная с прошлого века о нем писали Я. Берцелиус, Р. Герман, П.А. Костычев, В.В. Докучаев, В.И. Вернадский и другие исследователи.
Д.С. Орловым предложено следующее его определение: "Гумификация - это всеобщий процесс постмортального превращения органических остатков; он может протекать в почвах, природных водах, илах, торфах, при углеобразовании и образовании горючих сланцев, любых каустобиолитов... его нельзя ограничивать только почвенной средой".
Гумификация органических остатков является одним из глобальных почвенных процессов, свойственных любой почве - от примитивных почв арктических пустынь до хорошо развитых почв степей, включая самые молодые почвы на техногенных отвалах или вулканических пеплах, или на древних корах выветривания в тропиках. Имеется ряд гипотез и предположений относительно механизма этого процесса, основанных на изучении физико-химических свойств и строения гумусовых веществ без учета их возраста и эволюционных изменений в процессе развития почвы.
В настоящее время существуют следующие гипотезы образования органического вещества почвы.
|
|
1. Гипотеза М.М. Кононовой, по которой сначала происходит разложение растительных остатков почвенной мезофауной, микроорганизмами, ферментами до мономерных продуктов распада -таких, как фенолы и другие ароматические соединения, аминокислоты, простые сахара и т.д., а затем - конденсация продуктов распада с образованием гумусовых веществ. Конденсация основных структурных единиц осуществляется путем окисления фенолов типа фенолоксида через семихиноны до хинонов и взаимодействия последних с аминокислотами. Причем, по мнению автора, поликонденсация - химический процесс.
Аналогичным образом выглядит схема В. Флайга. Однако он указывает на многообразие источников мономерных продуктов, участвующих в построении молекул гумусовых веществ. В формировании молекул, по Флайгу, участвуют продукты распада лигнина и азотсодержащие вещества микроорганизмов и растений, а также фенолы, являющиеся продуктами жизнедеятельности микроорганизмов или содержащиеся в растениях.
Данные поликонденсационные схемы не могут полностью объяснить механизма образования гумусовых кислот и формирования центральной и периферической частей молекул.
Согласно рассматриваемым гипотезам, радиоуглеродный возраст гумуса должен нарастать по мере увеличения молекулярной массы как при переходе от фульвокислот к гуминовым кислотам, так и в группе самих гуминовых кислот, так как кислоты с большей молекулярной массой должны быть наиболее химически зрелыми и дольше участвовать в процессах почвенного метаболизма. Однако это плохо согласуется с результатами радиоуглеродного датирования. По данным Г. Шарпенсила, радиоуглеродный возраст фракции гуминовых кислот с большей молекулярной массой (проходящая фракция на сефадексе G-50) из горизонта Bh (40-55 CM) подзола равен 2230±70 лет, а фракции с меньшей молекулярной массой - 5440±90 лет. Аналогичная картина получена этим автором для ГК из горизонта Ah (40-50 см) лесного чернозема, где радиоуглеродный возраст составил для высокомолекулярной фракции 1430±60 лет, а для низкомолекулярной -2940±90 лет. Таким образом, радиоуглеродный возраст фракции с молекулярной массой меньше 30000 Д почти в 2 раза больше в обеих почвах, чем у высокомолекулярной фракции.
|
|
Нами были определены радиоуглеродный возраст и молекулярно-массовое распределение в гумусовом профиле современного чернозема. Оказалось, что в верхней части профиля, где гумусовые кислоты имеют минимальный радиоуглеродный возраст, в их составе довольно велика доля высокомолекулярных фракций и меньше содержание относительно низкомолекулярных.
2. По гипотезе Л.Н. Александровой, "гумификация представляет собой сложный биофизико-химический процесс трансформации промежуточных высокомолекулярных продувов разложения органических остатков в особый класс органических соединений - гумусовых кислот. Основными элементарными звеньями ее являются окислительное кислотообразование, формирование азотистой части молекул, фракционирование и дальнейшая трансформация новообразованных гумусовых кислот (их дальнейшая ароматизация и гидролитическое расщепление, сорбция, конденсация), а также процессы взаимодействия с минеральной частью почвы".
|
|
Сначала происходит биохимическое окислительное кислотообразование, т.е. формирование системы гумусовых кислот, подвергающихся в дальнейшем длительным и сложным процессам трансформации. Эти процессы, по мнению автора, осуществляются при непосредственном участии оксидаз микроорганизмов, роль которых показана М.М. Кононовой и др. Ho, согласно, Л.Н. Александровой, процессу окислительного кислотообразования подвергаются не мономеры, а высокомолекулярные продукты разложения растительных остатков, и поэтому гуминовые кислоты с первых этапов своего существования представляют собой высокомолекулярные соединения. Азотистая часть молекул формируется не в результате конденсации фенолов с аминокислотами, а при гумификации растительных остатков, содержащих белки.