Kapitola 4. PŮDNÍ ORGANICKÉ HMOTY A JEJÍ SLOŽENÍ
Nejdůležitější složkou půdy je organická hmota, což je složitá kombinace rostlinných a živočišných zbytků v různém stupni rozkladu, a specifická půdní organická hmota zvaná humus.
Za potenciální zdroj organické hmoty jsou považovány všechny složky biocenózy, které dopadají na půdu nebo do ní (umírající mikroorganismy, mechy, lišejníky, živočichové apod.), ale hlavním zdrojem akumulace humusu v půdách jsou zelené rostliny, které jsou každoročně ponechány v půdě a na jejím povrchu obsahuje velké množství organické hmoty. Biologická produktivita rostlin se velmi liší a pohybuje se od 1–2 t/rok sušiny organické hmoty (tundra) do 30–35 t/rok (vlhké subtropy).
Podestýlka rostlin se liší nejen kvantitativně, ale i kvalitativně (viz kapitola 2). Chemické složení organických látek vstupujících do půdy je velmi různorodé a do značné míry závisí na druhu odumřelých rostlin. Většina jejich hmoty je voda (75–90 %). Složení sušiny zahrnuje sacharidy, bílkoviny, tuky, vosky, pryskyřice, lipidy, třísloviny a další sloučeniny. Naprostá většina těchto sloučenin jsou vysokomolekulární látky. Převážnou část rostlinných zbytků tvoří především celulóza, hemicelulóza, lignin a třísloviny, na které jsou nejbohatší dřeviny. Bílkoviny nejvíce obsahují bakterie a luštěniny, nejmenší množství je ve dřevě.
Kromě toho organické zbytky vždy obsahují určité množství prvků popela. Převážnou část popela tvoří vápník, hořčík, křemík, draslík, sodík, fosfor, síra, železo, hliník, mangan, které v humusu tvoří organominerální komplexonáty. Obsah oxidu křemičitého (SiO2) se pohybuje od 10 do 70%, fosfor – od 2 do 10% hmoty popela. Název popelových prvků pochází ze skutečnosti, že když jsou rostliny spáleny, zůstávají spíše v popelu, než aby se vypařovaly, jako je tomu u uhlíku, vodíku, kyslíku a dusíku.
V popelu se ve velmi malém množství nacházejí mikroprvky – bór, zinek, jód, fluor, molybden, kobalt, nikl, měď aj. Nejvyšší obsah popela mají řasy, obiloviny a luštěniny, nejméně popela je obsaženo ve dřevě jehličnanů . Složení organické hmoty lze znázornit následovně (obr. 6).
§2. Transformace organické hmoty v půdě
Přeměna organických zbytků na humus je složitý biochemický proces, který probíhá v půdě za přímé účasti mikroorganismů, živočichů, vzdušného kyslíku a vody. V tomto procesu mají hlavní a rozhodující roli mikroorganismy, které se podílejí na všech fázích tvorby humusu, k čemuž přispívá obrovská populace půdní mikroflóry. Na přeměně organických zbytků na humus se aktivně podílejí i živočichové obývající půdu. Hmyz a jeho larvy, žížaly drtí a drtí zbytky rostlin, smíchají je se zeminou, polykají, zpracovávají a nevyužitou část vyhazují v podobě exkrementů do půdy.
Všechny rostlinné a živočišné organismy při umírání podléhají rozkladným procesům na jednodušší sloučeniny, jejichž konečná fáze je dokončena mineralizace organická hmota. Vzniklé anorganické látky jsou využívány rostlinami jako živiny. Rychlost rozkladných a mineralizačních procesů různých sloučenin není stejná. Rozpustné cukry a škrob jsou intenzivně mineralizovány; Proteiny, hemicelulózy a celulóza se rozkládají docela dobře; odolné – lignin, pryskyřice, vosky. Druhou část rozkladných produktů spotřebují samotné mikroorganismy (heterotrofní) k syntéze sekundárních bílkovin, tuků, sacharidů, které tvoří plazmu nových generací mikroorganismů, a po jejich smrti opět procházejí procesem rozkladu. Proces dočasného zadržování organické hmoty v mikrobiální buňce se nazývá mikrobiální syntéza. Některé z rozkladných produktů se mění na specifické komplexní vysokomolekulární látky – huminové látky. Soubor komplexních biochemických a fyzikálně chemických procesů přeměn organické hmoty, v jejichž důsledku vzniká specifická půdní organická hmota – humus, se nazývá humifikace. Všechny tři procesy probíhají v půdě současně a jsou vzájemně propojeny. K transformaci organické hmoty dochází za účasti enzymů vylučovaných mikroorganismy a kořeny rostlin, pod jejichž vlivem probíhají biochemické reakce hydrolýzy, oxidace, redukce, fermentace atd. a vzniká humus.
Existuje několik teorií tvorby humusu. Jako první se objevil v roce 1952kondenzace teorie vyvinutá M. M. Kononovou. V souladu s touto teorií dochází ke vzniku humusu jako postupný proces polykondenzace (polymerizace) meziproduktů rozkladu organických látek (nejprve vznikají fulvokyseliny az nich huminové kyseliny). Pojem biochemická oxidace vyvinula L.N. Alexandrova v 70. letech XX. Vedoucí roli v procesu humifikace podle ní hrají reakce pomalé biochemické oxidace produktů rozkladu, v jejichž důsledku vzniká systém vysokomolekulárních huminových kyselin různého elementárního složení. Huminové kyseliny interagují s popelovými prvky rostlinných zbytků, které se uvolňují při jejich mineralizaci, stejně jako s minerální částí půdy a tvoří různé organominerální deriváty huminových kyselin. V tomto případě je jediný systém kyselin rozdělen na řadu frakcí, které se liší stupněm rozpustnosti a molekulární strukturou. Méně rozptýlená část, která tvoří ve vodě nerozpustné soli s vápníkem a seskvioxidy, je tvořena jako skupina huminových kyselin. Více dispergovaná frakce, která produkuje převážně rozpustné soli, tvoří skupinu fulvokyselin. Biologické Koncepty tvorby humusu předpokládají, že huminové látky jsou produkty syntézy různých mikroorganismů. Tento názor vyjádřil V.R Williams, byl vyvinut v dílech F.Yu Geltsera, S.P. Lyakh, D.G.
V různých přírodních podmínkách charakter a rychlost tvorba humusu není totožná a závisí na vzájemně souvisejících podmínkách vzniku půdy: vodní-vzduchový a tepelný režim půdy, její granulometrické složení a fyzikálně-chemické vlastnosti, složení a charakter zásoby rostlinných zbytků, druhové složení a intenzita půdního prostředí. činnost mikroorganismů.
K transformaci reziduí dochází za aerobních nebo anaerobních podmínek v závislosti na režimu voda-vzduch. V aerobní podmínky s dostatečnou vlhkostí v půdě, příznivou teplotou a volným přístupem kyslíku2 intenzivně se rozvíjí proces rozkladu organických zbytků za účasti aerobních mikroorganismů. Nejoptimálnějšími podmínkami jsou teplota 25 – 30 °C a vlhkost – 60 % celkové vláhové kapacity půdy. Ale za stejných podmínek rychle dochází k mineralizaci jak meziproduktů rozkladu, tak huminových látek, takže se v půdě hromadí relativně málo humusu, ale mnoho prvků popílkové a dusíkaté výživy rostlin (v šedých půdách a jiných subtropických půdách).
Za anaerobních podmínek (při konstantním přebytku vlhkosti, stejně jako při nízkých teplotách nedostatek O2) procesy tvorby humusu probíhají pomalu za účasti převážně anaerobních mikroorganismů. V tomto případě mnoho organických kyselin s nízkou molekulovou hmotností a redukovaných plynných produktů (CH4H2S), inhibující životně důležitou aktivitu mikroorganismů. Proces rozkladu postupně odeznívá a organické zbytky se mění v rašelinu – hmotu slabě rozložených a nerozložených rostlinných zbytků, částečně zachovávajících anatomickou stavbu. Nejpříznivějšími podmínkami pro akumulaci humusu je kombinace aerobních a anaerobních podmínek v půdě se střídáním období vysychání a zamokření. Tento režim je typický pro černozemě.
Na tvorbu humusu má vliv i druhové složení půdních mikroorganismů a intenzita jejich životní činnosti. Půdy severního podzolu se v důsledku specifických hydrotermálních podmínek vyznačují nejnižším obsahem mikroorganismů s nízkou druhovou diverzitou a nízkou vitální aktivitou. Důsledkem toho je pomalý rozklad rostlinných zbytků a hromadění slabě rozložené rašeliny. Ve vlhkých subtropech a tropech je pozorován intenzivní rozvoj mikrobiologické aktivity a v souvislosti s tím i aktivní mineralizace zbytků. Srovnání zásob humusu v různých půdách s různým počtem mikroorganismů v nich ukazuje, že jak velmi slabá, tak vysoká půdní biogenicita nepřispívá k akumulaci humusu. Největší množství humusu se hromadí v půdách s průměrným obsahem mikroorganismů (černozemě).
Neméně významný vliv má distribuce velikosti částic a fyzikálně-chemické vlastnosti půdy. V písčitých a hlinitopísčitých půdách, které jsou dobře prohřáté a provzdušněné, probíhá rozklad organických zbytků rychle, jejich značná část je mineralizována, je málo huminových látek a špatně se fixují na povrchu částic písku. V jílovitých a hlinitých půdách probíhá proces rozkladu organických zbytků za stejných podmínek pomaleji (kvůli nedostatku O2), huminové látky se fixují na povrchu minerálních částic a hromadí se v půdě.
Chemické a mineralogické složení půdy určuje množství živin nezbytných pro mikroorganismy, reakci prostředí, ve kterém humus vzniká, a podmínky pro fixaci huminových látek v půdě. Půdy nasycené vápníkem tak mají neutrální reakci, která je příznivá pro rozvoj bakterií a fixaci huminových kyselin ve formě humátů vápníku nerozpustných ve vodě, které ji obohacují o humus. V kyselém prostředí, kdy jsou půdy nasyceny vodíkem a hliníkem, vznikají rozpustné fulvové kyseliny, které mají zvýšenou pohyblivost a vedou k velké akumulaci humusu. K fixaci humusu v půdě přispívají také jílové minerály jako montmorillonit a vermikulit.
Vzhledem k rozdílnosti faktorů ovlivňujících tvorbu humusu není množství, kvalita a zásoby humusu v různých půdách stejné. Horní horizonty typických černozemí tedy obsahují 10 – 14 % humusu, šedé tmavé lesní půdy – 4 – 9 %, sodno-podzolické půdy – 2 – 3 %, tmavé kaštanové, žluté půdy – 4 – 5 %, hnědé a šedo- hnědé polopouštní půdy – 1 – 2 %. Zásoby organické hmoty v přírodních oblastech se také liší. Největší zásoby mají podle I. V. Tyurina různé podtypy černozemí, rašeliniště, šedé lesní půdy, středně tmavé kaštanové, červené půdy, nízké – podzolické, drnově-podzolické, typické šedé půdy. Orná půda Běloruské republiky obsahuje humus: jílovitý – 65 t/ha, in hlinitý – 52 t/ha, in písčitá hlína – 47 t/ha, in písčitá – 35 t/ha. Půdy Běloruské republiky jsou v závislosti na obsahu humusu v orné vrstvě rozděleny do 6 skupin (tabulka 3). V půdách jiných přírodních zón jsou gradace závislé na obsahu humusu.
Seskupení půd Běloruské republiky podle obsahu humusu
% organické hmoty (podle hmotnosti půdy)