Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Таким образом,термодинамически (или биотермодинамически) процесс гумификациивсегда имеет одно принципиальное направление, а именно отбор устойчивых продуктов, независимо от факторов почвообразования и типапочвы. Поэтому гумификация — явление глобальное, а гумусовые вещества всех почв имеют общий принцип строения. Однако толькоодного понятия — направленности процесса — еще недостаточно дляпонимания характера гумуса конкретных почв и его зависимости отфакторов почвообразования. Второе важнейшее понятие — глубинагумификации, которая зависит уже главным образом от кинетическихпараметров. Глубина гумификации — это степень преобразования органических остатков в гумусовые вещества. Глубина гумификации увеличивается по мере накопления гуминовых кислот и нарастания их«зрелости».Рассмотрим условную реакцию А + В + С...->ГВ + ПМ, в которойиз исходных веществ (А, В, С .
) формируются гумусовые вещества(ГВ) и получаются продукты минерализации (ПМ). Эта реакция возможна и энергетически (термодинамически) оправдана. Однако самапо себе направленность процесса, его принципиальная возможность,еще не гарантирует, что процесс фактически реализуется в сколько-нибудь заметных размерах. Если скорость реакции в целом или одной изее стадий слишком мала, то в системе нельзя будет заметить никаких242изменений даже за длительный промежуток времени. Отсюда следует,.,что скорость преобразования органических остатков в гумусовые вещества будет зависеть от скорости отдельных стадий процесса, и главным образом от наиболее медленной, лимитирующей стадии. Скоростьбиохимической реакции очень сильно зависит от условий среды: концентрации реагирующих компонентов, влажности, температуры, реакции почвенного раствора, окислительно-восстановительного потенциалаи т.
п. По Д. С. Орлову, зависимость скорости гумификации и ее стадий от перечисленных параметров характеризует кинетику реакции, аоснованная на этом принципе теория может быть названа кинетической теорией гумификации.Количественно мы можем оценить глубину гумификации (Я) спомощью одного из широко используемых признаков: содержания гуминовых кислот в составе гумуса, отношения СГк:СфК, оптической плотности гумусовых веществ.
Эти признаки, как правило, скоррелированы,и поэтому можно воспользоваться только одним из них, произвольновыбранным показателем. Если выбрать мерой глубины гумификацииотношение Сгк'.СфК, то для зонально-генетического ряда почв значенияН образуют характерную кривую с максимумом в области черноземН =СГК'С<РКЛБА,дниhue. 55. Гумусное состояние почв зонально-генетического ряда.Типы гумуса: Ф — фульватный, ГФ — гуматно-фульватный, ФГ — фульватно-гуматный, Г — гуматныйПочвы: Т — тундровые, П г — глее-подзолистые,П — подзолистые, П д — дерновоподзолистые, Л — серые лесные, Ч в — черноземывыщелоченные, Ч — черноземы;типичные, 4° —0 черноземы обыкновенные, 4 ю — черноземы южные, К — каштановые, С — бурые полупустынные, СБ — серо-бурые, С — сероземыных почв (рис.
55). Аналогичную графическую картину можно получить, использовав и другие показатели.Аналитически глубину гумификации можно выразить уравнением:H=f(Q,I,x),где Q — общий объем ежегодно поступающих в почвуи подвергаю243щихся гумификации растительных остатков; / — интенсивность ихтрансформации, зависящая от скоростей отдельных стадий процесса и,вероятно, пропорциональная биохимической активности почв, т. — время воздействия почвы на поступившие остатки, близкое к длительности вегетационного периода. Каждый из перечисленных аргументовимеет сложный и не вполне однозначный характер.
Так, величина Qне включает ту часть растительных остатков, которые потребляютсяпочвенными животными, но она обязательно учитывает остатки самихживотных и их экскременты. Величина Н должна находиться в прямой, но не обязательно прямолинейной зависимости от Q.Глубину гумификации в первом приближении можно связать собщим уровнем биохимической (или биологической) активности почв,полагая, что с возрастанием / увеличивается и величина Н. Опыт показывает, что нарастание биохимической активности почв и длительности вегетационного периода в зональном ряду почв способствует формированию гуматного гумуса и наиболее зрелых гуминовых кислот.В условиях, которым ближе всего отвечают черноземы, отбор устойчивых продуктов гумификации («зрелые» гуминовые кислоты, наиболеебогатые бензольными циклами, с наибольшей оптической плотностью)происходит наиболее активно.
В этих почвах неспецифические органические вещества, фульвокислоты, периферическая часть гуминовых кислот быстрее минерализуются и вовлекаются в реакции трансформации,чем в других почвах. В противоположность этому в кислых подзолистых почвах при сравнительно холодной погоде летом, а также в южных засушливых почвах, где период трансформации органических остатков т сокращен за счет летнего иссушения, появляется возможностьотносительно более длительного сохранения слабогумифицированныхкомпонентов и неспецифических соединений. Поэтому в таких почвахв составе гумуса преобладают фульвокислоты, обнаруживается довольно много неспецифических соединений (липиды, углеводы и даже хлорофилл), а сами гуминовые кислоты слабо обуглерожены, содержатдовольно много азота и в них велика доля периферических алифатических цепей.В конкретной обстановке скорости отдельных стадий гумификациизависят от условий, в которых они осуществляются.1.
Условия, или факторы, повышающие (понижающие) активностьпочвенной микрофлоры: температура, влажность, значение рН, окислительно-восстановительный потенциал, содержание подвижного алюминия, пищевой режим.2. Условия, или факторы, повышающие (понижающие) устойчивость самих трансформируемых соединений: структура преобразуемыхвеществ, минералогический состав почв, обогащенность почв кальцием,карбонатами или полуторными окислами.Одни и те же условия могут иногда оказывать противоположноевлияние на глубину гумификации.
Например, обогащение почв кальцием при благоприятной реакции Среды активизирует микрофлору иускоряет трансформацию органических остатков, но одновременноповышается устойчивость органических соединений за счет их взаимодействия с кальцием или консервации тонкими карбонатными оболочками, что может снизить темпы гумификации.Уравнение глубины гумификации H=f(Q, I, т) можно решить разными способами в зависимости от типа почвы и факторов почвообразования. Если рассматривать только гумусные горизонты автоморфныхпочв умеренного климата, то это решение дается с помощью длительности периода биологической активности почв.244По О.
Н. Бирюковой, период биологической активности почв(ПБА) — это отрезок времени, в течение которого создаются благоприятные условия для нормальной вегетации растений, активной микробиологической деятельности, когда активны микробиологические и биохимические процессы. Продолжительность ПБА определяется как длительность периода, в течение которого температура воздуха устойчивопревышает 10°С, а запас продуктивной влаги составляет не менее1—2%. Понятие ПБА довольно близко к характеристике возможнойинтенсивности биологической деятельности, по М.
М. Кононовой, нопреимущество ПБА заключается в том, что ПБА дает простую иконкретную меру напряженности процесса гумификации, а не условные градации по соотношению коэффициента увлажнения и температуры почвы.Способ расчета ПБА и его связь с глубиной гумификации показаны в табл. 59. Глубина гумификации прямо (хотя и не прямолинейно)Т а б л и ц а 59Глубина гумификации Я=С г к :Сф К и длительность периода биологическойактивности (ПБА) главнейших типов почв (средние значения)Расчет длительности ПБАСобщСгк :С фкв том числедней с запасомпродуктивнойпериода стемпературойвлаги менее>10°С, дни (а*1-2% (б)продолжи-Почвы1 WlbrHJV, 1 Одля гор А,Тундровые1,7Глее- и болотно-подзолистые1,9Подзолистые, подзолы0,4Дерново-подзолистые1,7Серые лесные3,1Черноземы:выщелоченные4,2типичные4,9обыкновенные4,2южные2,7Каштановые1,5Бурые полупустынные0,7Серо-бурые0,3Сероземы северные малокарбо 0,4натныеПБА, дни(а—б)0,480,540,700,751,10507092ПО130нетнетнетнетнет507092ПО1302,292,402,902,201,630,590,440,53144154170175190215210210нетнетнет550125137137144154170170140907373зависит от длительности периода биологической активности, по крайней мере для того набора почв, который приведен в таблице.
Междувеличиной # = Сгк:СфК и длительностью ПБА установлена очень теснаякорреляционная связь. Соответствующий коэффициент корреляцииблизок к +0,95.В широком зонально-генетическом ряду почв величина отношенияСгк:СфК (для верхних гумусовых горизонтов) непосредственно следуетза величиной длительности ПБА (см. рис. 55).Ни один из отдельно взятых климатических показателей, как иих сочетания (температура, влажность, коэффициент увлажнения,гидрофактор), не дают столь ясной и однозначной корреляционнойсвязи с гумусным состоянием почв, как ПБА.
Любой из перечисленных показателей обнаруживает положительную или отрицательнуюкорреляцию с глубиной гумификации только в пределах южной (черноземы — сероземы) или северной (черноземы—подзолы) ветви зо245нально-генетического ряда, но только длительность ПБА охватываетвсю совокупность почв.
Рассмотрение этой связи показывает также, чтов почвах северной ветви ряда ограничивающим гумификацию факторомявляется главным образом длительность вегетационного периода, тогдакак в почвах южной ветви лимитирующим фактором является недостаток влаги.Однако не все почвы, развивающиеся в областях с равными подлительности периодами биологической активности, имеют одинаковыйтип гумуса. Об этом предупреждает функция H=f(Q, I, т), согласнокоторой в пределах почвенного ряда с одинаковым по длительностиПБА состав гумуса должен изменяться, если изменяются какие-либофакторы, влияющие на интенсивность деятельности микрофлоры (реакция почв, насыщенность основаниями, минералогический, состав,характер растительности и растительных остатков, особенностифауны).Примером иного решения уравнения глубины гумификации могутслужить некоторые тропические почвы. Например, в тропических лесах и на аллювиальных низменностях северной части Вьетнама длительность ПБА сравнительно постоянна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
