Влияние химических и физических свойств почвы
25.08.2012
Растительные остатки, поступающие в минеральные горизонты почвы непосредственно при отмирании корневой системы (либо попадающие в эти горизонты с поверхности почвы в результате деятельности почвенной фауны, либо при запахивании зеленого удобрения и пожнивных остатков), разлагаются в существенно других условиях по сравнению с надземным опадом благодаря влиянию химического и механического состава почвы, наличию азотистых соединений почвенного гумуса, другим условиям аэрации и реакции и особому составу микрофлоры. Кроме того, минеральная часть почвы, особенно Са и глинистая фракция, играют решающую роль в закреплении образующихся гумусовых веществ.
Значение перечисленных условий может быть весьма различным в зависимости от типа почвы, от стадии ее развития и от степени культурного воздействия. На протяжении длительной истории развития любой почвы эти условия, особенно в отношении химического состава, наличия азотистых соединений, реакции и микрофлоры, несомненно изменялись в соответствии с эволюцией почвообразовательного процесса;
Влияние химического состава почвы на процессы разложения поступающих остатков может быть обязано прежде всего наличию растворимых или легко доступных минеральных веществ, необходимых для развития микроорганизмов, т. е. минеральных форм азота, фосфора, калия и других элементов. Значение этого фактора тем больше, чем беднее азотом и зольными элементами поступающие в почву растительные остатки. В этих случаях разложение и микробный синтез должны усиливаться при наличии перечисленных веществ в почве. Косвенное подтверждение этому мы имеем в результатах опытов по разложению растительных остатков с прибавкой небольших доз солей азота, фосфора и калия, произведенных Вольни и Раманном, и особенно многочисленных опытов Ваксмана и сотрудников.
На усиление процессов разложения гумуса в почве внесение питательных солей оказывает влияние только при широком соотношении С : N.
Другим важным фактором, зависящим от химического состава почв, является реакция почвы. Первые экспериментальные данные о влиянии реакции на энергию разложения были получены Вольни, который, применяя вместо воды поливку 0,1 н. растворами кислот или едкого кали, нашел, что кислая реакция заметно задерживала разложение, тогда как щелочная реакция несколько повышала его.
В природных условиях различная реакция почв в большинстве случаев (за исключением солонцов и солонцеватых почв) обусловливается наличием или отсутствием углекислой извести и степенью насыщенности почвы кальцием. Поэтому вопрос о влиянии реакции почвы на процессы разложения в значительной мере сводится к влиянию поглощенного (обменного) и углекислого кальция. Присутствие кальция, однако, не ограничивается влиянием на реакцию почвы, так как кальций играет крупную роль в физических свойствах почвы и в свойствах гумуса благодаря образованию нерастворимых гуматов.
Вопрос о роли кальция изучался с двух точек зрения: с точки зрения роли углекислой извести в процессах накопления гумуса в естественных почвах и с точки зрения влияния известкования на процессы разложения органического вещества в навозе, компостах и в почвах.
Наблюдения в природе приводят к довольно согласным выводам о крупной роли углекислой извести как фактора, способствующего накоплению гумуса в почвах, особенно во влажных (гумидных) и гумидно-аридных областях.
Кроме хорошо известного примера накопления гумуса в перегнойно-карбонатных почвах подзолистой зоны, образование наиболее богатых гумусом почв - черноземов - ставится в тесную связь с карбонатностью материнских пород.
В более сухих (аридных) областях, по мнению Гильгарда, углекислая известь способствует накоплению гумуса только в глинистых почвах, тогда как в песчаных она, наоборот, ускоряет разложение гумуса. Наличие углекислой извести, по Гильгарду, ускоряя процессы окисления углерода и водорода, в то же время способствует быстрому превращению растительных остатков в черный нейтральный гумус, а в аридных областях ведет к концентрации в последнем азота.
Что же касается экспериментальных исследований по вопросу о влиянии извести на процессы разложения, то здесь наблюдаются большие расхождения в выводах различных авторов. Старые опыты Вольфа с разложением навоза показали, что прибавка кальция в виде едкой извести замедляла разложение, тогда как в опытах Петерсена с разложением материалов, содержавших кислые гумусовые вещества, при внесении углекислой извести наблюдалось более интенсивное выделение СО2 (за вычетом углекислоты от разложения углекислой извести).
Опыты Вольни с разложением ржаной соломы и торфа привели его к выводу, что едкая известь понижает энергию разложения свежих растительных остатков и, наоборот, ускоряет разложение органического вещества торфов и почв. Объяснение этого влияния Вольни видел в нейтрализующем действии извести на гуминовые кислоты, так как по его опытам гумат кальция разлагается энергичнее, чем свободная гуминовая кислота. Слезкин, однако, указал на спорность выводов Вольни. По опытам Костычева и Опритова с разложением древесных листьев и гумуса чернозема оказалось, что углекислая известь почти не влияет на процесс выделения СО2 или слабо замедляет его. Более определенные результаты, противоположные выводам Вольни, были получены Коссовичем и Третьяковым в опытах, с влиянием углекислой извести на разложение свежих растительных остатков (степного сена и древесных листьев); оказалось, что, «если свежие остатки растений и разлагаются в присутствии углекислого кальция в некоторых случаях, благодаря нейтрализации образующихся перегнойных кислот, сперва несколько быстрее, чем без него, то по некотором разложении вещества углекислый кальций начинает проявлять замедляющее действие на дальнейший процесс разложения, и в конечном итоге общее влияние СаСО3 выражается в задержке разложения органических веществ», что можно объяснить образованием продуктов, трудно поддающихся дальнейшему разложению. «А поэтому, - говорит Коссович, - мы можем полагать, что углекислый кальций, содержащийся в почвах, может содействовать накоплению в них перегноя».
Этот вывод, казалось, правильно разрешал противоречия результатов предыдущих исследований, однако некоторые работы последнего времени снова укрепили мнение, что углекислый кальций ускоряет разложение не только свежих растительных остатков, но и гумуса в почвах.
К выводу, сходному с выводом Коссовича, пришел Роде, произведя опыты по влиянию углекислой извести на разложение гумуса в торфянисто-подзолистой почве и черноземе, предварительно лишенных оснований путем промывания 0,05 н. НСl и водой. В этих опытах известь вызывала увеличение выделения углекислоты в начале опыта, которое в дальнейшем сменялось задерживающим действием. Наибольшее увеличение наблюдалось при двойной дозе СaСО3 по сравнению с величиной ненасыщенности; при тройной дозе выделение (CO2 уменьшалось. Более значительное выделение СO2 сопровождалось увеличением количества воднорастворимого гумуса.
В опытах М.Г. Чижевского гумус чернозема, насыщенного Са, разлагался, наоборот, медленнее, чем того же чернозема при более кислой реакции.
Попытка более углубленного подхода к сложному вопросу о влиянии кальция на процессы разложения в экспериментальных условиях была сделана в последнее время Кононовой. Объектами исследования послужили чернозем и подзолистая почва, которые были предварительно насыщены водородом путем промывания 0,03 н. НСl и последующего диализа водой, а затем насыщены кальцием до различных значений рН путем нейтрализации раствором Са(ОН)2. Опыты велись с внесением небольших количеств свежего растительного материала и прибавкой 1 г чернозема.
Учет СО2, выделившейся при разложении, показал, что интенсивность последнего находится в прямой зависимости от реакции среды, обусловленной различными количествами внесенного Са(ОН)2. В изученных пределах от рН 3,8 до рН 8,4 наиболее интенсивное разложение наблюдалось при рН 8,4. При кислой реакции (рН 3,8-5,8) происходило накопление аммиачного азота и отсутствовала нитрификация; при нейтральной и слабощелочной реакции (рН 7,0-8,4) имело место накопление нитратов и уменьшение аммиака.
Состав микрофлоры оказался резко различным в зависимости от рН: при кислой реакции наблюдалось интенсивное развитие плесневых грибов, при слабокислой и нейтральной - развивалась бактериальная микрофлора, а при рН 8,4 получали большое развитие актиномицеты.
Наибольшую потерю при разложении показали фракции целлюлозы и гемицеллюлоз. В отношении более устойчивых гуминовых веществ было обнаружено, что в зависимости от степени насыщенности почвы кальцием и водородом изменяется соотношение между гуминовой кислотой, растворимой в 0,1 н. NaOH, и группой гумина, не растворимой в NaOH. Именно, при насыщении кальцием количество гумина увеличивается за счет гуминовой кислоты; следовательно, кальций вызывал переход гуминовых веществ в более трудно пептизируемую и более устойчивую форму.
Если попытаться суммировать изложенные данные о влиянии кальция на процессы разложения и на накопление гумуса, то можно, как нам кажется, прийти к следующим выводам.
Кальций оказывает большое влияние как на процессы разложения, так и на накопление гумуса, причем это влияние частью косвенное - как фактора, обусловливающего реакцию почвы (и физические свойства последней), а частью прямое - благодаря образованию нерастворимых гуматов.
Влияние кальция как фактора, обусловливающего реакцию почвы, выражается в усилении процессов разложения при переходе от кислой реакции в щелочную по мере увеличения содержания обменного кальция, причем, начиная с нейтральной реакции, процессы разложения приобретают более резко выраженный окислительный характер. Такое усиление разложения имеет место при известковании кислых почв, и оно происходит главным образом за счет веществ, легко поддающихся разложению микробами (гемицеллюлез и целлюлезы), и в меньшей степени за счет гуминовых веществ и лигнина. Одновременно с этим усиление окислительных процессов при нейтральной и щелочной реакции должно способствовать гумификации таких веществ, как лигнин, дубильные вещества и циклические продукты распада белков. Возникающие гуминовые вещества образуют с кальцием нерастворимые гуматы. Образование их может явиться причиной постепенного общего накопления гумуса, несмотря на более энергичное разложение значительной части поступающего в почву свежего органического материала.
Это накопление, по-видимому, более вероятно при нейтральной, чем при щелочной реакции, следовательно, в отсутствие избытка углекислой извести, так как при этом окислительные процессы разложения протекают менее интенсивно, а поступление растительных остатков увеличивается благодаря лучшему развитию растений. Кроме того, на величину накопления оказывают влияние температура, влажность и аэрация. При резко выраженных аэробных условиях, особенно при высокой температуре, окислительные процессы протекают настолько интенсивно, что ведут к сильному разрушению и гуминовых веществ.
Одним из важных почвенных факторов накопления гумуса является механический состав почв. Значение этого фактора установлено уже давно, так как общеизвестно, что глинистые почвы при прочих равных условиях имеют более высокое содержание гумуса, чем легкосуглинистые и особенно песчаные. Влияние механического состава на процессы разложения объясняется прежде различными физическими свойствами глинистых и песчаных почв, создающими различные условия аэрации. При легком механическом составе в силу лучшей аэрации процессы разложения идут более интенсивно; кроме того, в песчаных почвах часть органического вещества может теряться вследствие вымывания. Существенной причиной малого накопления гумуса в песчаных и вообще легких по механическому составу почвах является также бедность их кальцием и глинистой фракцией, которые играют большую роль в закреплении гумуса. Влияние механического состава сказывается также и на ходе процессов разложения органических остатков, что отражается на химическом составе образующегося гумуса.
