Гумусное состояние почв Красноярского края

- гуминовые кислоты (с подгруппами черных (серых) и бурых ГК);

- гиматомелановые кислоты;

- фульвокислоты;

- гумин (условное наименование);

- группы неспецифических соединений.

 Неспецифические (индивидуальные) соединения представлены различными группами веществ, но в ходе анализа их обычно определяют совместно (за исключением специальных исследований). В составе неспецифических соединений выделяется группа липидов, все представители которой отличаются общим свойством - растворимостью в органических растворителях. Групповой состав гумуса - функция биохимической активности почв - отражает специфику процесса гумификации в различных типах почв.

 Фракционный состав гумуса характеризует распределение веществ, входящих в те или иные группы почвенного гумуса по формам их соединений с минеральными компонентами почвы. Согласно определению, фракционный состав является функцией содержания и состава солей, минералогического состава почв и условий протекания реакции взаимодействия, среди которых наиболее важна степень кислотности или щелочности почв. Те же факторы влияют на формирование группового состава, поэтому часто наблюдается корреляция между групповым и фракционным составом. Например, накопление в почвах черных ГК обычно сопровождается увеличением их доли, связанной с кальцием. Это происходит потому, что, повышенная концентрация Са2+ в почвенном растворе способствует по закону действия масс образованию гуматов кальция. В то же время в богатых кальцием почвах создаются благоприятные условия для гумификации и, следовательно, преобладания черных ГК. Этот случай характерен для черноземов. В подзолистых почвах преобладают бурые ГК и почти нет гуматов кальция. Но в почвах сухих степей и полупустынь, насыщенных ионами Са2+, преобладают гуматы кальция, хотя процесс гумификации заканчивается формированием преимущественно бурых ГК.

Термин «фракция» применительно к гумусовый веществам употребляют в двух значениях. В узком смысле (по И.В. Тюрину и В.В. Пономаревой) фракцией называют часть группы, отличающуюся от других частей той же группы гуминовых веществ формой связи с минеральными компонентами почвы. И.В. Тюрин и В.В. Пономарева различают следующие фракции гуминовых веществ:

- свободные (не связанные с минеральными компонентами);

- связанные с подвижными формами полуторных оксидов;

- связанные с кальцием;

- связанные с устойчивыми полуторными оксидами и глинистыми минералами;

- вещества нерастворимого остатка (условно «гумин»).

В более общем смысле фракцией называют любую часть группы, отличающуюся от остальных частей по какому-либо условно выбранному признаку. Например, черные ГК можно разделить на более узкие фракции по молекулярным массам. 

Согласно номенклатурной схеме, в состав органического вещества (ОВ) почвы включают собственно гумус, не утратившие анатомического строения остатки растений и животных, а также часть живых организмов, поскольку в ходе анализа отделить некоторых микроскопических животных не представляется возможным и их органические составляющие входят в показатель общего содержания ОВ. В ходе обработок составляющие плазму и клеточные стенки компоненты могут составить некоторую часть неспецифических соединений. Таким образом, уже на этапе разделения и фракционирования органических соединений возникают элементы неопределенности  (Орлов,  Садовникова,  Суханова, 2005).

По методу И.В. Тюрина определяют содержание в почве следующих групп органических соединений:

1. Вещества, растворимые в спиртобензольной смеси (различные смолы и воска - липиды).
2. Неспецифические органические соединения и часть гуминовых веществ, растворяющиеся при обработке почвы 0,05 н. НСl или H2SO4 (вещества декальцината).
3. Свободные гуминовые кислоты и кислоты, связанные с подвижными полуторными оксидами. Извлекают при непосредственной обработке почвы 0,1 н. NaOH без предварительного декальцирования (фракция I). 
4. Гуминовые кислоты и фульвокислоты, предположительно  связанные с кальцием. Извлекают обработкой почвы 0,1 н. NaOH после декальцирования (фракция II; вычисляют по разности).
5. Гуминовые кислоты и фульвокислоты, прочно связанные с минеральной частью почвы. Для их извлечения остаток почвы от предыдущей операции попеременно обрабатывают 0,1 н. H2S04 и 0,1 н. NaOH (фракция III).

6. Гумин — нерастворимый остаток органических веществ почвы (Орлов,  Садовникова,  Суханова, 2005).

 

3. Биохимические правила гумусообразования

Закономерности, согласно которым формируется гумусное состояние почв. Они основаны на трех основных положениях:

- биокосный характер формирования гумуса как особого природного образования; 

- биотермодинамическая направленность трансформации органического материала;

- ведущая роль доминирующего фактора при конкретной реализации отдельных этапов или механизмов процесса гумусообразования.

Изложенные принципы можно сформулировать в виде следующих правил. 

1. Направление процесса гумификации обусловлено отбором наиболее устойчивых в почвенной биотермодинамической обстановке органических веществ и их соединений с минеральными компонента, ми. Это правило объясняет причину однотипности строения гуминовых веществ из различных почв и подсказывает, что независимо от состава гумифицируемого материала его трансформация всегда идет в одном направлении - образования гуминовых веществ.
2. . Глубина гумификации, или степень превращения растительных остатков в гуминовые вещества, а также отношение СГК:СФК зависят от скорости (кинетики) и длительности процесса гумификации. Это правило формулирует, по сути дела, условия реализации первого правила. Кинетика гумификации обусловлена, с одной стороны, почвенно-химическими и климатическими характеристиками, стимулирующими или тормозящими деятельность микроорганизмов (элементы питания, энергетические материалы, pH, влажность и т. п.). С другой стороны, она зависит от податливости растительных остатков трансформации, зависящей от молекулярного строения вещества (легче преобразуются моносахариды, протеины, труднее - лигнин, полисахариды).
3. В гумусных горизонтах автоморфных почв континентальной фации умеренного климата тип гумуса, или глубина гумификации, выражаемая отношением СГК:СФК, с высокой надежностью коррелирует с продолжительностью периода биологической активности и может быть прогнозирована по величине ПБА.
4. При равной продолжительности периода биологической активности доминирующим фактором формирования гумуса становится химический и минералогический состав почв, или степень гидроморфизма.
5. Фракционный состав гумуса является функцией кислотности (щелочности) почв, степени минерализованности почвенного раствора, преобладания в составе солей ионов натрия или кальция, гранулометрического состава и минералогического состава илистой фракции почв (Орлов,  Садовникова,  Суханова, 2005). 

 

 

4. Показатели гумусного состояния почв

Гумусное состояние почв - совокупность показателей, характеризующих содержание гумуса, его распределение по профилю, качественный состав и запасы. Для оценки количества гумуса используют: содержание гумуса в верхнем горизонте (%), его изменение по профилю почв и запасы (т/га). Основными показателями качественного состава являются: отношение Сгк:Сфк (тип гумуса), содержание отдельных групп (групповой состав) и фракций (фракционный состав), обогащенность гумуса азотом (в %) и ряд других. По отношению Сгк:Сфк различают следующие типы гумуса: гуматный (>1,5), фульватно-гуматный (1-4,5), гуматно-фульватный (1-0,5) и фульватный (< 0,5)  (Крупкин, 2007).

Гумусное состояние почв характеризуется совокупностью показателей, отражающих уровни накопления гумуса в почве, его профильное распределение, качественный состав, образование органоминеральных производных и миграционную способность гумусовых веществ. Набор определяемых показателей гумусного состояния почв может меняться в зависимости от задачи исследования.

Наиболее разнообразен и сложен набор показателей при изучении химии почвенного гумуса; для агрономической и мелиоративной характеристик почв используют ограниченный набор признаков.

Важнейшие показатели гумусного состояния почв, используемые в генетических, агрономических целях, приведены в таблице 1. Те же параметры в числе других определяются и в почвенно-химических исследованиях.

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Показатели гумусного состояния почв (Орлов,  Садовникова,  Суханова, 2005).

Показатель, единица измерения	Уровень, характер проявления	Значение
Мощность подстилки (для лесных почв), см	Очень мощная Мощная Средней мощности маломощная	>10 5-10 2-5 <2
Отношение запасов органического вещества в подстилке и в минеральном профиле	Эктоморфное распределение Мезоморфное распределение Эндоморфное распределение	>1 =1 <1
Содержание гумуса в гумусовых горизонтах	Очень высокое Высокое Среднее Низкое Очень низкое	>10 6-10 4-6 2-4 <2
Запас гумуса в слоях 0-20см (0-100 см), т/га	Очень высокий Высокий Средний Низкий Очень низкий	>200 (>600) 150-200 (400-600) 100-150 (200-400) 50-100 (100-200) <50(<100)
Профильное распределение гумуса в метровой толще	Резко убывающее Постепенно убывающее Равномерное Нарастающее Бимодальное	- - - - -
Обогащенность гумуса азотом C:N	Очень высокая Высокая Средняя Низкая Очень низкая	<5 5-8 8-11 11-14 >14
Степень гумификации органического вещества, СГК/Собщ*100%	Очень высокая Высокая Средняя Слабая Очень слабая	>40 30-40 20-30 10-20 <10
Тип гумуса, СГК:СФК	Гуматный Фульвато-гуматный Гумато-фульватный Фульватный	>2 2-1 1-0,5 <0,5
Содержание  «свободных» гуминовых кислот, % к сумме ГК	Очень высокое Высокое Среднее Низкое Очень низкое	>80 60-80 40-60 20-40 <20
Содержание гуминовых кислот, связанных с Са+2, % к сумме ГК	Очень высокое Высокое Среднее Низкое Очень низкое	>80 60-80 40-60 20-40 <20
Содержание прочно связанных гуминовых кислот, % к сумме ГК	Высокое Среднее Низкое	>20 10-20 <10
Оптическая плотность гуминовых кислот, Е0,001%гк465нм, 1см	Очень высокая Высокая Средняя Низкая Очень низкая	>0,20 0,10-0,20 0,06-0,10 0,03-0,06 <0,03
Присутствие пигментов  в гумусе	Да Нет	- -
Присутствие хлорофилла в спиртобензольной вытяжке	Да Нет	- -

 

5. Гумусное состояние почв Красноярского края

Для характеристики качественных особенностей гумусного состояния почв земледельческой зоны Красноярского края были обобщены многочисленные опубликованные и неопубликованные материалы кафедры почвоведения КрасГАУ. Содержание гумуса в почвах отражает их генетические возможности гумусонакопления. Оно возрастает от дерново-подзолистых почв к черноземам и снижается от черноземов к каштановым почвам (Бугаков, Чупрова, 1995).

 Гумусное состояние  дерново-подзолистых почв Красноярского края формируется при недостатке тепла, избыточном увлажнении, длительном и глубоком промерзании. Мощность гумусово-аккумулятивного горизонта небольшая, запасы гумуса в метровой толще низкие, 150-180 т/га, профильное распределение гумуса резко убывающее. Тип гумуса фульватный или гуматно-фульватный, превалируют подвижные фракции гумусовых кислот. Гумус дерново-подзолистой почвы отличается неблагоприятными для сельского хозяйства свойствами. Основными причинами неудовлетворительного состояния органического вещества этих почв можно считать небольшое  количество  поступающих в почву исходных гумусообразователей, плохие физико-химические показатели, являющиеся результатом развития подзолообразовательного процесса, и неблагоприятный для гумификации органических остатков биоклиматический  режим.

В серых лесных почвах складываются более благоприятные гидротермические условия, они богаты микроорганизмами, характеризуются довольно высокой биологической активностью в течение летнего сезона.

Это обусловливает высокую глубину гумификации органического вещества серых лесных почв, что приводит к большему образованию гуминовых кислот, чем в дерново-подзолистой почве. В серых лесных почвах уже фульватно-гуматный тип гумуса. Запасы гумуса в слое 0-20 см достигают 150 т/га, в слое 0-100 см - 380 т/га. Гумусовый профиль серой лесной почвы более сложен по сравнению с дерново-подзолистой почвой. Он имеет потечный характер с заметно выраженным гумусово-аккумулятивным процессом.

В гумусе серых лесных почв практически отсутствует фракция бурых гуминовых кислот (ГК-1), преобладает фракция ГК-2, называемая В.В. Понамарерой (1980) фракцией черных гумусовых кислот. Присутствие в почве ГК-2 придает ей темную окраску. В зависимости от окраски горизонта A1 его мощности, в лесостепных районах края выделяются темно-серые, серые и светло-серые лесные почвы. Это подразделение связано с соотношением в гумусе горизонта А1 черных и бурых гуминовых кислот. Из результатов фракционирования гумуса следует, что в темно-серой лесной почве содержание фракции ГК-2 заметно больше, а фракции ГК-1 меньше, чем в серых и светло-серых лесных почвах. Вследствие этого горизонт А1 светло-серых лесных почв, имея самую меньшую часть интенсивного красителя почв (черных гуминовых кислот), приобретает более светлую окраску.