Органическое вещество почв. Теории гумификации. Экологическая роль гумуса презентация

Волкова

органических остатков растений, животных, микроорганизмов, продуктов их метаболизма и гумуса

почва

Органическое
вещество
почвы

Неорганическое
вещество
почвы

Живые
организмы

Остатки организмов,
не утратившие
анатомического строения

гумус

Гумус - группа химических
соединений, свойственная только
почвенному покрову Земли и
играющая для ее биосферы
роль аккумулятора солнечной энергии

количество ежегодно отмирающего органического вещества на единицу площади (ц/га, т/га) Опад/биомасса – отношение, указывающее на прочность удержания органического вещества растительным сообществом Мертвое органическое вещество – количество органического вещества, содержащееся в отмерших частях растений и накопившиеся в почве продукты опада (лесная подстилка, степной войлок, торфяной горизонт) Подстилка – поверхностный органогенный горизонт мощностью до 10 см, состоящий из растительных и животных остатков, полностью или частично сохранивших анатомическое строение

опада
Структура биомассы
Динамика биомассы
Локализация биомассы и опада
- надземная
- подземная
Химический состав биомассы и опада
- зольность
- соотношение основных классов органических веществ
- доля медленно и трудноразлагаемых соединений (лигнин, целлюлоза, пектин, дубильные и др. в-ва)

и животных в золе, не образующие газов (не улетучиваются при горении и гниении):
кремний, алюминий, железо, марганец, кальций, магний, фосфор, сера, калий, натрий и ряд микроэлементов.

(гумин)

Гуминовые к-ты

Фульвокислоты

Гиматомелановые
к-ты

черные

бурые

Целлюлоза,
лигнин и др.

Сахара,
белки

Фенольные
соединения

Ферменты

Ингибиторы:
смолы, воски,
дубильные в-ва

Органические в-ва почвы

Остатки, не утратившие
анатомического строения

1000), имеющих общие черты строения и варьирующие свойства (относительную молекулярную массу, различный химический состав и степень растворимости)

Гумус - группа химических соединений, свойственная только почвенному покрову Земли и играющая для ее биосферы роль аккумулятора солнечной энергии

в составе молекулы (с гидрофобными свойствами)

Наличие периферических боковых радикалов из углеводных, аминокислотных и углеводородных фрагментов

Азот- и фосфорсодержащие компоненты (большая часть в составе аминокислот)

Наличие разнообразных функциональных групп (карбоксильные СООН, карбонильные С-О, спиртовые и фенольные гидроксилы ОН, метоксильные ОСН3, хинонные С=О, аминогруппы) – за счет них осуществляется взаимодействие молекул кислот
с катионами почвенного раствора

Вероятная схема строения структурной ячейки гуминовых кислот
по И.Д. Комиссарову

Вероятная схема строения структурной ячейки гуминовых кислот
по Д.С. Орлову

в щелочах, нерастворимы в минеральных кислотах и воде
Цвет от бурого до черного
В молекуле преобладает ядро, состоящее преимущественно из гетероциклических и ароматических соединений
Периферическую часть молекулы формируют боковые радикалы, состоящие из углеводных, аминокислотных и углеводородных фрагментов
Наличие разнообразных функциональных групп
Молекула гуминовой кислоты имеет губчатую структуру
Элементный состав Гк колеблется в узких пределах:
С 52-62%, Н 3-6%, N 2-6%, О 31-39% (более конденсированы в сравнении с Фк)

соломенно-желтого до оранжево-вишневого
Более развита периферическая часть молекулы, поэтому более реакционноспособны, гидрофильны и подвижны
Наличие разнообразных функциональных групп
Элементный состав Фк: С 36-45%, Н 3-6%, N 2-6%,
О 40-50% (более окислены в сравнении с Гк)

в органических растворителях (спирте, бензоле)
Большую роль в молекуле играют алифатические компоненты
Элементный состав С 58-64%, Н 5-8%, N 2-2,5%, О 25-35%
Гиматомелановые кислоты по набору свойств занимают промежуточное положение между Гк и Фк

Гумин – негидролизуемый остаток, нерастворим в кислотах, щелочах, делится на детритный и глиногумусовый.

солей) Гумификация – совокупность биохимических и физико-химических процессов трансформации продуктов разложения органических остатков в гумусовые кислоты

Разложение
органических остатков

Минерализация

Гумификация

среды
Наличие поливалентных ионов
Количество гумуса в почве

Конденсационная – А.Г. Трусов - М.М. Кононова
(В. Фляйг, Г. Фелбек, Д. Мартин, К. Хейдер)

Биохимического окисления – И.В. Тюрин –
Л.Н. Александрова

Биологическая – С.П. Костычев, В.Р. Вильямс, С.Н. Виноградский, Е.С. Лукошко, В.Е. Раковский

Кинетическая – Д.С. Орлов, А.Д. Фокин

них компонентов до СО2, Н2О, аммиака и др.

Все компоненты растительных тканей могут быть первоисточниками структурных единиц гумусовых кислот (фенольных соединений, аминокислот и пептидов)

Конденсация относительно простых структурных единиц идет путем окисления фенолов ферментами типа фенолоксидаз (через семихиноны до хинонов) и взаимодействия хинонов с аминокислотами и пептидами

Поликонденсация соединений в более сложные молекулы

растительных остатков под воздействием оксидаз микроорганизмов образуются гуминовые кислоты

Формирование азотистой части гумусовых кислот за счет внутримолекулярных перегруппировок , сорбции аммиака, белков и аминокислот; непрерывная трансформация азотсодержащих фрагментов из алифатических в ароматические

Возрастание степени ароматизации молекулы вцелом и консервация гумуса на почвенном мелкоземе – самая длительная стадия ( сотни и тысячи лет)

Постепенное медленное разрушение гумусовых кислот

меланоидного типа, которые являются основой для формирования гумусовых веществ (П.А. Костычев, С.Н. Виноградский и др.)

Гумусовые кислоты – энзимы микроорганизмов, выделенные ими во внешнюю среду и преобразованные (В.Р. Вильямс)

Образование гуминовых кислот начинается в клетках зеленых растений (глюкоза + уроновая кислота = циклический мономер); после отмирания клеток идет ароматизация образовавшихся циклов, их конденсация и образование гумусовых молекул (Е.С. Лукошко,
В.Е. Раковский)

по пути биохимического окисления, скорость и глубина процессов зависит от климатической составляющей:
- высокая биохимическая активность почв способствует глубокому расщеплению органики (черноземы),
- при ослабленной микробиологической активности идет медленное биохимическое окисление (почвы тайги)
(Д.С. Орлов)

В почвах с уже сформированным гумусовым профилем идет фрагментарное обновление гумуса : продукты разложения не формируют новую молекулу целиком, а включаются сначала в ее периферическую часть, а затем и в циклические структуры (разновозрастность ядра и боковых фрагментов)
(А.Д. Фокин)

– важнейший источник поступления в почвы элементов-биофилов.
Гумус – резервуар для выведения СО2 из атмосферы и аккумулятор солнечной энергии.
Cоли гумусовых кислот (гуматы) обладают стимулирующим действием на растения.
Гумус оптимизирует физические свойства почв (создает структуру и пористость).
Гумус является источником органики для гетеротрофных микроорганизмов почвы (грибов и бактерий).
Гумусированность почв – важнейший показатель количественной оценки плодородия почвы.
Гумус способствует увеличению эффективности минеральных удобрений.