44. Понятие о процессах минерализации и гумификации.

Минерализация органических веществ. Этот процесс обеспечивает поступление в почвы доступных растениям элементов-биофилов в концентрациях, близких к экологическим потребностям организмов. При минерализации сложные органические соединения при участии различных групп микроорганизмов превращаются в простые химические вещества: воду, углекислый газ, соли различных анионов и катионов. В процессе минерализации участвует большая часть органических остатков (до 80-90 %). Продукты минерализации попадают в почвенные растворы и в значительной степени становятся объектом питания растений, т.е. вновь включаются в биологический круговорот. Минерализации подвергаются и гумусовые вещества, но значительно медленнее, что обеспечивает регулярность и стабильность минерального азотного и фосфорного питания живых организмов почвы.

Гумификация. В результате сложных биохимических, физико-химических и химических процессов органические остатки преобразуются в гумусовые вещества. Гумусовые кислоты, вступая во взаимодействие с зольными элементами растительных остатков и минеральной частью почвы, образуют органоминеральные соединения (рис.3).

Обязательным условием гумусообразования является разрушение и измельчение растительной массы и мертвого животного вещества вначале преимущественно позвоночными, а затем беспозвоночными (всегда с участием грибов и бактерий). При этом энергия и часть органогенных элементов удерживаются в малом биологическом круговороте.

Интенсивность и качественная направленность процесса гумификации и накопления образующегося гумуса в почве зависят от количества и качества поступающих в почву органических остатков, гидротермических условий их превращения, биологической активности почвы, ее физико-химических свойств, химического, гранулометрического и минералогического состава. Содержание гумуса в почве тесно связано с гранулометрическим составом: чем тяжелее почва и выше количество илистой фракции в ней, тем выше доля гумуса.

В современной научной литературе различают четыре типа разрушения органического вещества, отражающих сочетание совершенно различных условий и последствий:

1. Консервирование растительных органических остатков в малоизмененном виде с образованием кислотных и стерилизующих веществ в условиях пересыщения водой и крайней бедности фауны, флоры и микроорганизмов (торфообразование).

2. Гниение органических веществ в условиях недостаточного притока воздуха (особенно кислорода) и при высокой влажности (анаэробная среда) при участии мезофауны, низших грибов, специфических бактерий (анаэробов). Восстановительные процессы, господствующие в подобной обстановке, сопровождаются образованием токсичных соединений; нитраты восстанавливаются до аммиака и газообразного азота. Эти явления типичны для болотного почвообразования. Они могут возникать и при сезонном переувлажнении почв.

3. Аэробное разложение (гумификация) органических веществ позвоночными и беспозвоночными животными, грибами, микроорганизмами, происходящее при благоприятном сочетании условий увлажнения и аэрации. Разложение белков сопровождается аммонификацией и нитрификацией с образованием азотной кислоты и ее солей. Одновременно происходит окисление белковой серы и фосфора с образованием сульфатов и фосфатов. Углерод в большей части окисляется до углекислоты. Минеральные вещества органических остатков переходят в форму простых солей. Однако значительная часть углерода, азота, фосфора, калия и т.д. накапливается при этом в виде гумуса. Процесс аэробной гумификации органических веществ характерен для большинства почв, обладающих высоким природным плодородием и гумусностью (черноземы, почвы прерий, черные почвы тропиков, луговые, бурые лесные почвы).

4. Сухое «тление» органических веществ при почвообразовании в условиях сухого климата при хорошем доступе кислорода, низкой влажности и пониженной активности почвенных организмов, ответственных за механическое и биохимическое разрушение органического вещества. Грибы и бактерии завершают окислительные процессы с образованием простых окисленных минеральных солей, газов, воды. Накопление гумуса ограничено, поэтому почвы сухих теплых областей обычно малогумусные и светлоокрашенные.

Важнейшим звеном почвообразовательного процесса является ежегодное разложение вновь образованного органического вещества в результате жизнедеятельности животных, грибов и бактерий. Свежие массы органического вещества и почвенный гумус – лишь различные промежуточные стадии в направлении к их полной минерализации. На этих путях постоянно образуются специфические чисто почвенные органические и органоминеральные соединения, гуминовые кислоты и их соли, фульвокислоты и их соли, имеющие различные свойства и значение в почвообразовании.

Скорость процессов минерализации опада и подстилок, состав образующихся при этом органических и минеральных соединений, а также их биогеохимическая судьба зависят от типа растительности, условий географической обстановки и характера почвообразовательного процесса.

Ежегодно химические элементы из корнеобитаемых толщ горных пород проникают в верхние горизонты почвы. Из рассеянного состояния эти элементы переводятся в концентрированное состояние и в более доступные для усвоения растениями формы. Ежегодный синтез и разложение растительного органического вещества создают круговорот зольных веществ, углерода и азота, названный В.Р. Вильямсом малым биологическим круговоротом.