56. Круговорот органического вещества в природных экосистемах и агроценозах

Органическое в-во и процессы его трансформации играют значительную роль в формировании почвы и ее важнейших свойств и признаков: относительно стабильного, способного к воспроизводству плодородия; различных форм буферности и санитарно-защитных функций, сорбционных свойств и др. Органические в-ва принимают участие в питании растений, создании благоприятных водно-физических свойств почвы, миграции различных элементов в почвах и биосфере. Все важнейшие почвенные процессы протекают при прямом или косвенном участии органического в-ва.

Процессы трансформации органического вещества почвы лежат в основе биохимического круговорота всех биогенных элементов.

Первичными источниками органических веществ почвы и биосферы являются автотрофы – организмы, способные к самостоятельному синтезу органических веществ из минеральных соединений(первичные продуценты, или автотрофы). В наземных экосистемах подавляющую часть первичной продукции производят зеленые растения.

В почву поступают не только органические остатки отмерших растений(первичное орг.вещество), но и продукты их микробиологической трансформации, а также остатки животных(вторичное орг.вещ-во). Первичная продуктивность различных наземных экосистем неодинакова и лежит в пределах от 1–2 т/га в год сухого органического вещества (тундры) до 30-35 т/га в год (тропики). В агроэкосистемах в почву поступает растительных остатков от 2-3 т/га в год (пропашные культуры) до 7-9 т/га в год (мн. травы). Практически все органическое вещество почвы перерабатывают микроорганизмы и представители почвенной фауны. Конечными продуктами этой переработки являются минерал-ные соединения. Конкретные пути трансформации первичных органических соединений и образование органических продуктов и их участие в почвообразовании и питании растений во многом остаются неисследованными.

Поступление вторичных органических веществ микробиологического происхождения должно быть в несколько раз ниже первичной продуктивности, но может достигать единиц тонн на га в год. Поступление органических веществ с почвенной фауной не превышает в большинстве типов почв 100-200 кг/га в год. В почвах различного типа характер распределения поступающих органических остатков по почвенному профилю не одинаков. В лесных ценозах основная часть первичной продукции поступает с наземным опадом, в то время как в травянистых в значительной степени с отмершими корнями. Это играет важную роль в последующей трансформации растительных остатков в почвообразовании. Химический состав поступающих в почву органических остатков во многом зависит от типа отмерших организмов.

Химический состав высших и низших организмов, % к сухому веществу (А.Е.Возбуцкая)

Таким образом, сложность и разнообразие органических веществ почвы уже заранее предопределены разнообразием поступающих в почву органических остатков и условиями их последующей трансформации. В составе органического вещества почвы находят все соединения растений, бактериальной и грибной плазмы, а также продуктов их последующего взаимодействия и трансформации. Отмершие органические остатки поступают на поверхность почвы или в почву, в разные ее горизонты, и там подвергаются различным процессам превращения. Эти процессы направлены на минерализацию органических остатков до образования углекислоты и воды. Однако часть их (10-30%) минерализуется не сразу, превращаясь сначала в относительно устойчивые гумусовые вещества. Процессы превращения органических остатков можно объединить в 3 группы:

1. Химические процессы, совершаются вне клеток живых организмов, преимущественно под влиянием ферментов, или энзимов, оставшихся в органических остатках, и при участии минеральных катализаторов.

2. Процессы, протекающие при участии живущих в почве животных (от простейших до млекопитающих). Животные и насекомые измельчают и перемешивают растительные остатки, также участвуют в биохимической обработке. Особый вклад вносят дождевые черви, общее количество поедаемого и перерабатываемого ими органического вещества доходит до 1 т/га.

3. Процессы, происходящие под влиянием микроорганизмов. С помощью экзоэнзимов микроорганизмы переводят органические соединения в растворимое состояние, происходит их гидролиз. Часть продуктов распада расходуется микроорганизмами на построение тел, а другая часть расходуется ими как энергетический материал.

Все процессы переработки органического вещества совершаются одновременно, тесно переплетаются и взаимно влияют друг на друга, поэтому определить степень участия каждого из них в превращении органических остатков довольно трудно.

Качественный состав органического вещества почв очень разнообразен, что определяется разнообразием растительных и животных остатков, ежегодно поступающих в почву, условиями их трансформации и взаимодействию с минеральной частью почв. По составу органическое вещество почв можно разделить на три части.

1. Источники гумуса – свежие, неразложившиеся вещества растительного и животного происхождения, ежегодно поступающие в почву в виде наземного и корневого опада растений, остатков животного происхождения, в том числе микроорганизмов, стоят из веществ неспецифической природы (белки, углеводы, лигнин и т.д.).

2. Детрит – промежуточные продукты разложения и гумификации источников гумуса, не связанные с минеральной частью почвы. Содержат много неспецифичных веществ.

3. Гумусовые вещества специфической природы: гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумин, связанные в различной степени прочности с минеральной частью.

Гумусовые вещества подвержены процессам разложения, обновления и минерализации. Скорость этих процессов значительно ниже, по сравнению со скоростью разложения и минерализации источников гумуса. Высокую устойчивость гумусовых веществ к разложению обусловливает особенности строения их молекул. Способность разлагать гумусовые вещества установлена для многих почвенных организмов – грибов, актиномицетов, бактерий.

Задача

Найти запас продуктивной влаги в мм в слое 0-40 см, если плотность почвы равна 1,34 г/см3, предельно-полевая влагоёмкость - 24 %, максимальная гигроскопическая влажность - 4 %, влажность разрыва капилляров 0,6 ППВ.

Решение:

ВЗ=1,5*МГ=1,5*4=6%

ЗПВ= (ППВ-ВЗ)* dv*h

ЗПВ=(24-6)*1,34*40=965м3 или 97мм

Ответ: запас продуктивной влаги = 97мм.