Органическое вещество почвы является основой формирования и поддержания статуса и качества почвы. Значению органического вещества в жизни самих почв и экосистем, а также биосферы в целом, посвящено большое количество исследований, показавших, что органическое вещество является одним из наиболее важных компонентов почвы, обеспечивающим ее жизнедеятельность и способность к саморегуляции.
Роль органических веществ в почвообразовании имеет много сторон, так как значительная часть элементарных почвенных процессов происходит с участием гумусовых веществ: биогенно-аккумулятивные, элювиальные, иллювиально-аккумулятивные и другие. Процессы взаимодействия органических веществ с минеральной частью почв лежат в основе почвообразования. Режим органических веществ, их содержание, запасы и состав входят в число главных показателей почвенного плодородия.
Все органическое вещество почвы по происхождению, характеру и функциям подразделяется на две большие группы:
1) органическое вещество индивидуальной природы – углеводы, аминокислоты, белки, жиры, лигнин;
2) органическое вещество специфической природы – гумус. Гумус – сложный динамический комплекс гетерогенных, азотсодержащих, высокомолекулярных органических соединений, образующихся в результате минерализации и гумификации органических остатков. Функции органического вещества и его агрономическая оценка
Органическое вещество в целом и его отдельные группы разносторонне влияют на формирование почвенного плодородия и выполняют множество функций. Содержание и состав гуминовых веществ обуславливают продукционно-воспроизводящие функции, обеспечивающие функционирование природных и сельскохозяйственных экосистем, техногенно-защитные функции, уменьшают неблагоприятные последствия различного рода техногенных, токсилогических и других нагрузок на природные и сельскохозяйственные экосистемы.
К функциям органического вещества в почвах и биосфере относятся:
1. Формирование органопрофиля (в зависимости от типа растительно-
сти). Материнская порода содержит незначительное количество органического вещества. Исходным веществом для образования гумуса служит опад растений. Количество последнего возрастает медленно, по мере развития растительности и почвы. Ежегодно образуется определенное количество гумуса, а часть его минерализуется, но при этом в почвенном профиле накапливается значительное содержание гумуса, так как он обладает слабой миграционной способностью. Запасы и содержание гумуса в профиле почв обусловлены почвенными зонами и характером и составом растительности. Так, количество ежегодно поступающих в почву источников гумуса (растительного опада) в зоне целинных дерново-подзолистых почв составляет 3-7 т/га, в луговых степях - 15-20 т/га. Лесные сообщества южной тайги, обладающие огромной биомассой (более 3000 ц/га сухого вещества), вносят в почву ежегодно около 50 ц/га сухого вещества, в то время как у растительности луговых степей, имеющей значительно меньшую биомассу (250 ц/га), количество опада почти в 3 раза больше. В пахотных почвах по сравнению с целинными источники гумуса представлены корневыми и пожнивными остатками, а также органическими удобрениями. Количество послеуборочных остатков зависит от вида сельскохозяйственных культур и составляет примерно 1-2 т/га у пропашных культур, 3-4 у зерновых и 4-8 т/га у многолетних трав. Значительная часть растительных остатков располагается на поверхности почвы в виде лесной подстилки в лесах, травянистого войлока в травянистых сообществах, торфа - в заболоченных ландшафтах.
2. Участие органического вещества в формировании почвенного профиля почв подзолистого типа (таежно-лесная зона). При временном переувлажнении почв (промывной тип водного режима) проявляется активное участие фульвокислот, которые взаимодействуют с минеральной частью почвы, разрушая первичные и вторичные минералы, и образуя подвижные гетерополярные и комплексно-гетерополярные соли, способные к миграции вниз по профилю. Результатом взаимодействия фульвокислот с минеральной частью почвы является образование дифференцированного профиля подзолистых почв.
3. Участие органического вещества в формировании почвенного профиля почв болотного типа (таежно-лесная зона). При постоянном увлажнении процессы минерализации органического вещества резко тормозятся из-за недостатка кислорода и господства анаэробных процессов. Растительные остатки разной степени разложения накапливаются в виде торфа, образуя органопрофиль болотных почв.
4. Оптимизация физико-химических свойств почв. Поглотительная способность почв от 20 до 70% обусловлена органическими коллоидами, которые увеличивают водоудерживающую способность почв, так как способны поглощать значительное количество воды. Считается, что органическое вещество может удерживать вес воды, в 20 раз превосходящий свой собственный. Гумусовые вещества обладают высокой обменной поглотительной способностью. Биофильные элементы одновременно удерживаются коллоидами от вымывания за пределы почвы, и в то же время легко доступны корневым системам растений.
5. Увеличение буферной способности по отношению к кислотно-основным воздействиям, окислению и восстановлению. Поглощенные органическими и органоминеральными коллоидами катионы являются более доступными для растений и активно участвуют в питании. Высокая поглотительная способность гумусовых веществ обеспечивает почвам буферность, т.е. способность противостоять воздействию кислотных и щелочных растворов и поддерживать плодородие почвы на определенном уровне рН. Это обстоятельство имеет особое значение на легких почвах, отличающихся низкой емкостью поглощения и буферностью их минеральной части.
6. Формирование физических и физико-механических свойств почвы (структура, плотность, пористость и др.) и оптимизации водных свойств почв. Здесь особенно велика роль гуминовой части органического вещества как важнейшего фактора образования водопрочной структуры.
7. Формирование питательного режима. Органическое вещество выступает как источник элементов питания, особенно азота. В органическом веществе
заключено 98 % почвенного азота, около 80 – серы и 40-50 % фосфора. Велика роль органического вещества как фактора трансформации элементов питания, т.е. превращения их из одних форм в другие, часто из менее доступных в более доступные
8. Биохимическая трансформация органического вещества. Под воздействием микроорганизмов процесс продолжается до полного разложения органического вещества с образованием СО2. На образование специфических органических почвенных соединений расходуется всего лишь от 0,6 до 4,8 % массы углерода, поступившего в почву с опадом, а остальная часть углерода трансформируется в углекислый газ. Выделение СО2 из почвы в приземный слой атмосферы называют дыханием почвы.
9. Влияние органического вещества на урожайность растений. Эта функция наиболее сильно проявляется в экстремальных условиях (недостаточное или избыточное увлажнение, загрязнение почвенной среды) и при использовании невысоких доз удобрений (или их полном отсутствии), когда органическое вещество, в том числе гумус, является основным источником питательных элементов.
10. Санитарно-защитная роль органического вещества. Она заключается в детоксикации (разложении) пестицидов, закреплении в малоподвижные формы загрязняющих почву веществ в результате сорбции и комплексообразрования. Поэтому допустимые уровни антропогенной нагрузки при поступлении в почву токсикантов значительно выше на хорошо гумусированных почвах.
Непосредственным источником элементов питания в почве является легкоразлагаемое органическое вещество (ЛОВ) – растительные и животные остатки, поступающие в почву, а также детрит – промежуточные продукты разложения и гумификации источников гумуса, не связанные с минеральной частью почвы. Значение ЛОВ для свойств и функционирования почвы определяется биологической и химической активностью, высокими скоростями любых процессов, протекающих с их участием, очень быстрой реакцией почвенной биоты, высших растений на изменения состояния данной группы органического вещества. По химическому составу ЛОВ включает лигнин, низко - и среднемолекулярные углеводы, аминокислоты, пептиды и другие неспецифические соединения, а также новообразованные гумусовые кислоты, непрочно связанные с минеральной частью почвы. Легкоразлагаемое органическое вещество почв является одним из основных источников питательных веществ растений. В составе ЛОВ может содержаться 0,4-1,0 % фосфора, 0,5-1,2 % калия, 0,2-1,0 % кальция, 0,04-0,2 % железа, а также повышенное количество микроэлементов.