Биоудобрение Байкал ЭМ-1 в каталоге >>
З.Н. Сидорова
ПОЧВОВЕДЕНИЕ - наука молодая, как отдельная научная дисциплина она сформировалась в конце XIX века. Создателем теории образования почв, мировой карты почв и их классификации был петербургский профессор В. Докучаев. Он определил почву как природное тело, сформированное под влиянием климата и живых организмов из поверхностных слоев горных пород. Почвенный покров - это тонкая пленка на поверхности суши. Ее толщина не превышает 1-1,5 метра.
Почва совмещает в себе мир живых существ и мир минеральных веществ. В ней сосредоточено до 90 % всех видов живых организмов.
Хотя история земледелия насчитывает не одно тысячелетие, до Докучаева почву воспринимали только как прикладной объект хозяйствования. Работы В. Вернадского, ученика Докучаева, дали толчок к исследованию одной из самых важных и загадочных составных частей почвы - гумуса.
Гумус (humus) - земля, почва (перегной). В результате разложения органических материалов растительного происхождения (навоза, соломы, торфа, опилок и древесной коры, послеуборочных остатков урожая) под влиянием микроорганизмов образуются органические вещества бурого и темного цвета, называемые гумусом. В процессе его минерализации постепенно освобождаются необходимые растениям элементы питания. Гумус объединяет почвенные частицы в агрегаты, улучшает структуру почвы, циркуляцию воздуха и обеспечивает рост корневой системы растений. Структурные частицы почвы образуются в результате склеивания гумусом частичек пыли, песка, глины. Помогают этому также окислы железа, известь, споры грибов (тонкие нити, на которых формируется грибница, и плодовые тела грибов), корни растений и некоторые водоросли. Чем прочнее и пористее структурные частицы, тем рыхлее почва. Она лучше пропускает воду и воздух, необходимые для жизни растений, а также для грибов, водорослей, бактерий и других микро- и макроорганизмов в почве, почва начинает разлагаться под действием микроорганизмов: грибов, дрожжей, бактерий, а также дождевых червей и мелких животных, обитающих в ней. Эти организмы-гумификаторы превращают органическое вещество в простые продукты. В первую очередь разлагается более подвижная часть, сильно изменяющаяся под влиянием воды, воздуха и микроорганизмов. Механические частицы склеиваются перегноем, образуя прочные зернышки, которые быстро впитывают воду и не распадаются, почва постепенно приобретает прочную структуру.
Наибольшую роль в структурировании почвы играет навоз (за счет протекающего в нем процесса ферментации). Ферментированный навоз повышает ионообменную способность почвы, т.е. ее химические свойства. Он является источником и хранителем элементов питания. Во время роста растения берут из почвы вместе с водой необходимые элементы минерального питания, а затем они возвращаются в почву с навозом.
Увеличение содержания перегноя в почве поддерживает жизнедеятельность многих микроорганизмов: их будет больше и они будут более активными. Внесение перегноя повышает поглощение азота, фосфора, активизирует деятельность корневой системы, которая обеспечивает более полноценное минеральное питание растений.
Бедные перегноем почвы имеют мало структурных частиц, они легко распадаются в воде. После дождей на таких почвах образуется корка, препятствующая проникновению внутрь воздуха и воды. Растения на них могут сгнить или задохнуться.
В таких почвах не могут «работать» бактерии и грибы, превращающие органические остатки в доступную для питания растений форму. В этом случае начинают работать анаэробные микроорганизмы (т. е. живущие без доступа кислорода). При этом в почве преобладают процессы гниения, пагубные для растений и самой почвы. Вредные бактерии особенно сильно размножаются в переувлажненных почвах при внесении свежего соломистого навоза, соломы, зеленых удобрений.
Внесение гумусовых веществ создает благоприятную обстановку для жизни полезных бактерий. Установлено многостороннее влияние гумуса на агрохимические, водно-физические, тепловые, технологические свойства и микробиологическую активность почвы. В гумусе аккумулировано 98 % запасов почвенного азота, 60 % фосфора, 80 % серы, большое количество макро- и микроэлементов: калия, кальция, железа, меди, магния, кислорода, водорода, молибдена, бора, окиси кремния, алюминия.
Однако не всегда наблюдается прямая взаимозависимость между содержанием перегноя и плодородием почвы. Болотистые почвы содержат много органических веществ, но при избытке и застое воды образуется торф, который медленно разлагается и медленно освобождает питательные вещества. Такие почвы без предварительного окультуривания непригодны для земледелия.
Органическое вещество перегноя является энергетическим материалом для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. При его разложении выделяется диоксид углерода (CO2), азот, фосфор и другие макро- и микроэлементы. Органический азот превращается в аммиачный. Процесс аммонификации обусловлен деятельностью прежде всего аэробных бактерий. Затем аммиачный азот превращается в нитратный - это процесс нитрификации. Это конечная фаза разложения органического вещества.
Нитрификация осуществляется двумя группами микроорганизмов, действующими как окислители. Сначала аммиак превращается в азотную кислоту, а затем аммиачные соли - в нитриты. В результате дальнейшего окисления нитриты превращаются в азотную кислоту и нитраты.
Аммонификация и нитрификация значительно лучше осуществляются в нейтральной или щелочной среде и существенно замедляются в сильно щелочной или кислой среде и при низкой температуре. Для нитрификации нужна хорошая аэрация и достаточная влажность почвы.
Поскольку гумус - образование стохастическое (вероятностное), которое состоит из нерегулярных гигантских молекул, классифицировать гумусовые соединения по их происхождению и составу отдельных фракций очень трудно. Главным признаком при предварительной классификации гумусовых соединений был сначала их элементный состав. Канадская школа М. Шницера применила все известные химические методы для анализа этих соединений. Большой вклад внес В. Цихман с сотрудниками (Геттингенский университет, 1 980 г.). Но в конце XX века наиболее заметную роль сыграла советская школа почвоведения (итоговая монография проф. МГУ Д. Орлова (1990 г.)). Новые методы работы с веществами стохастического характера «пробили брешь» в понимании химии гумуса.
Немалая часть открытий в этой области за последние 10 лет сделана доктором химических наук И. Перминовой с коллективом химического факультета МГУ. Они совершили важный шаг от элементного анализа макромолекул гумуса к фрагментарному анализу, описали количественные взаимодействия гуминовых веществ с тяжелыми углеводородами, гербицидами и гидрофобными соединениями (неспособными смачиваться водой): металлами, жирами, воском, полимерами. Эти показатели могут достоверно прогнозировать опасность загрязнения почвы и воды. Оказалось, что гумус в почве и особенно в воде - основной природный фактор, который связывает и обезвреживает пестициды, тяжелые металлы и углеводороды. Поэтому при изучении загрязнения почвы и воды стало необходимым учитывать влияние соединений гумуса, которые очищают среду, активно взаимодействуя с загрязняющими веществами. Гумус в океанических водах является основным поглотителем углерода, он регулирует содержание углекислого газа в атмосфере. По его концентрации в природных водах ученые могут предугадывать глобальные экологические и климатические изменения. Поэтому российские ученые подошли к комплексному решению этой проблемы, охватывая исследования гумусовых веществ от воды до угля.
Целительные свойства гумуса известны человеку давно (например, лечебные грязи), но их эффект почти не изучен. Сейчас делается попытка выделить те фракции гумуса, которые обеспечивают лечебный эффект, и установить молекулярные механизмы действия гумусовых веществ.
Уже разработаны «гуминовые удобрения», повышающие иммунитет растений, получены пищевые добавки к корму для животных, действие которых можно сравнить с действием витаминов. На подходе разработка лекарств на основе гумусовых соединений.
Изучение взаимодействия комплексов гумусовых кислот с минеральными веществами и их влияния на растения дает возможность моделировать почву на химическом уровне в лабораторных условиях. Перспективой этого направления может стать «сельскохозяйственный конвейер без почвы» на основе искусственной питательной среды для растений - более совершенный, чем применяемая сейчас гидропоника.
Образовавшаяся в дореволюционной России мощная научная школа почвоведения на протяжении столетия удерживает лидирующее положение в мире.
Именно сейчас в почвоведении накоплено такое количество открытий, которое может привести к новой научно-технологической революции.