Теоретична частина. 1. Склад органічної частини ґрунту.

1. Склад органічної частини ґрунту.

2. Склад гумусу.

3. Роль гумусних речовин в ґрунтоутворенні та живленні рослин.

4. Вбирна здатність ґрунту та її типи.

 

Склад органічної частини ґрунту. Невід'ємною складовою частиною будь-якого ґрунту є органічна речовина — сукупність живої біомаси і органічних решток рослин, тварин, мікроорганізмів, продуктів їх метаболізму і специфічних новоутворених речовин — гумусу. Складний комплекс органічних сполук ґрунту зумовлений різним складом органічних решток, що надходять у грунт, неоднаковою спрямованістю мікробіологічного процесу, різноманітними гідротермічними умовами тощо. Нежива органічна маса перебуває в ґрунті в різних формах:

1. Скупчення нерозкладених та слабкорозкладених органічних решток, які утворюють лісову підстилку, степову повсть, торф. Це так званий грубий гумус або мор. Неозброєним оком видно шматочки органів рослин, під мікроскопом — клітини і тканини.

2. Глибоко перетворені органічні рештки у вигляді однорідної пухкої маси чорного забарвлення. Під мікроскопом можна побачити лише дрібні ділянки деяких тканин з залишками напівзруйнованих клітин. Вся маса просякнута новоутвореними сполуками. Цю форму органічної речовини називають модер. В народі її називають перегноєм.

3. Органічний мул, або власне гумус — комплекс органічних високо молекулярних сполук, специфічних для ґрунту. Це аморфна маса без залишків органічних решток (лат. Нumus — земля).

Гумусні речовини дифузно розташовані між мінеральними частками ґрунту, склеюють їх. Між наведеними формами органічної речовини існують поступові переходи. Джерелами органічної речовини можна вважати всі компоненти біоценозу, проте рослини є основним. Склад органічної речовини різних типів ґрунту неоднаковий.

Неспецифічні органічні речовини ґрунту. В процесі розкладання відмерлих решток рослин, тварин і мікроорганізмів ґрунт збагачується речовинами індивідуальної природи. Вони становлять 10-15% загальної маси органічних речовин ґрунту. Найпоширенішими в ґрунтах є такі. Азотисті сполуки — білки і амінокислоти. У процесі розкладання білків утворюються амінокислоти. Найчастіше в ґрунтах містяться аланін, гліцин, серин, цистеїн, треонін, валін, метіонін та ін. Вуглеводи — велика група органічних сполук, які є джерелом енергії для мікроорганізмів і багатьох видів безхребетних тварин, У ґрунтах містяться моносахариди (глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза та ін.), олігосахариди і полісахариди (крохмаль, целюлоза та ін.). Ліпіди — велика група органічних сполук, до якої входять жирні олії, фосфоліпіди, віск, кутин, суберин та ін.

Склад гумусу. Гумус — це гетерогенна полідисперсна система високомолекулярних азотистих ароматичних сполук кислотної природи. За забарвленням і відношенням до розчинників гумусні речовини поділяють на три групи сполук: гумінові кислоти, фульвокислоти, гуміни.

Гумінові кислоти (ГК) темно-коричневого або чорного забарвлення, розчинні в слабких лугах і слабкорозчинні у воді. До їх складу входять карбон (50-62%), гідроген (2,8-6,6%), оксиген (31-40%), нітроген (2-6%) і зольні елементи. Залежно від вмісту вуглецю ГК поділяють на дві групи: сірі або чорні (високий вміст С₂) і бурі. Елементарний склад молекул гумінових кислот непостійний. Хімічні властивості, ємкість вбирання, взаємодія з мінералами ґрунту зумовлені наявністю в молекулі ГК функціональних груп (карбоксильної, фенолгідроксильної, амідної, карбонільної тощо).

Фульвокислоти (ФК) світло-жовтого забарвлення, розчинні у воді і лугах. їх елементарний склад відрізняється від складу гумінових кислот. Вони містять карбон (41-46%), гідроген (4-5), вуглеводи, білки, рослинні рештки, лігнін, дубильні речовини, ліпоїди. Отже, фульвокислоти містять менше карбону і більше кисню, ніж гумінові.

Гуміни тепер прийнято називати рештками, що не гідролізуються. Це сукупність гумінових і фульвокислот, які міцно зв'язані з мінеральною частиною ґрунту. До їх складу входять також компоненти рослинних решток, що важко розкладаються мікроорганізмами: целюлоза, лігнін, вуглинки. Гуміни не розчиняються в жодному розчиннику, тому їх називають інертним гумусом.

Крім гумусних речовин в ґрунтах містяться органо-мінеральні сполуки. Здебільшого це солі неспецифічних кислот (щавлевої, лимонної, оцтової, мурашиної та ін.), комплексні солі неспецифічних і гумусних кислот та адсорбційні органо-мінеральні сполуки. Солі гумінових кислот називають гуматами, фульвокислот — фульватами. Більшість фульватів є легкорозчинні сполуки.

Роль гумусних речовин в ґрунтоутворенні та живленні рослин. Гумусні речовини мають дуже важливе значення в ґрунтоутворенні, формуванні родючості ґрунту, живленні рослин. Роль окремих компонентів гумусу в цих процесах неоднакова, оскільки вони мають різні властивості. В землеробстві з давніх-давен відомо — чим більше гумусу в ґрунті, тим він родючіший. Гумінові кислоти надають ґрунтам темного забарвлення навіть при незначному вмісті гумусу. Такі ґрунти, порівняно із світлими, краще поглинають сонячне проміння і тому мають кращий тепловий режим, що позитивно впливає на ріст і розвиток рослин. Через погану розчинність у воді вони накопичуються у верхньому шарі ґрунту і таким чином формують гумусний горизонт. Основна маса гумінових кислот перебуває в ґрунті в стані колоїдних міцел, що зумовлює підвищення ємкості вбирання даного ґрунту. А родючість, як відомо, залежить від величини ємкості вбирання. Чим більше у ґрунті міститься увібраних основ, тим більший запас поживних речовин для рослин. 100 г сухої маси гумінових кислот вбирає 400-600 мг/екв. Жоден глинистий мінерал у природі не має такої високої ємкості вбирання. На поверхні тонкодисперсних часток ґрунту гумінові кислоти реагують з залізом і алюмінієм, утворюючи органо-мінеральні дисперсні системи — гелі. Колоїди гумінових кислот цементують механічні частки ґрунту у процесі формування міцних, водостійких структурних агрегатів. Поліпшення структурного складу ґрунту також позитивно впливає на його родючість. Гумінові кислоти містять багато зольних елементів, які при мінералізації гумусу переходять у легкодоступну для рослин форму. Таким чином, гумусні речовини зумовлюють регулярне засвоєння поживних речовин рослинами. Саме цим пояснюється загальновідомий факт: чим більше в ґрунтах гумусу, тим вища біологічна продуктивність рослин. Отже, гумус є поживою для мікроорганізмів, а для вищих рослин — джерелом зольних елементів і азоту. Інакше на ґрунтоутворення впливають фульвокислоти та їх солі. Завдяки легкій розчинності вони швидко вимиваються в нижні горизонти ґрунту і навіть за межі ґрунтового профілю. В умовах, де переважає синтез фульвокислот, ґрунти, як правило, бідні на гумус. Крім того, фульвокислоти є агресивними сполуками і здатні руйнувати мінерали ґрунту (карбонати, гідроксиди, алюмосилікати), тобто здійснювати хімічне вивітрювання. Разом з неспецифічними кислотами вони є основним фактором процесу підзолоутворення в ґрунтах тайгово-лісових областей та інших регіонів з гумідним кліматом. Значна кількість фульвокислот синтезується також у ґрунтах, які погано провітрюються, наприклад у важких і перезволожених. За цих умов процеси розкладання органічних решток відбуваються повільно, тут нагромаджується багато нерозкладених органічних решток. Такі ґрунти мають кислу реакцію, що негативно впливає на його родючість. При наявності в ґрунтах дво- і тривалентних катіонів утворюються фульвати. Фульвокислоти при цьому нейтралізуються і процес підзолоутворення не проявляється. Це явище, зокрема, спостерігається на карбонатних породах. Таким чином, рівень родючості ґрунту залежить не лише від кількості гумусу, а й від його якості. В землеробстві слід дбати про накопичення в ґрунті гумусу, багатого на гумінові кислоти. Основними заходами щодо накопичення органічних речовин в ґрунті є: внесення органічних добрив, застосування зелених добрив, культура багаторічних трав, боротьба з ерозією, водна і хімічна меліорація, правильна система обробітку ґрунту, впровадження науково обґрунтованих сівозмін тощо.

Вбирна здатність ґрунту та її типи. Здатність твердої фази ґрунту вбирати тверді, рідкі і газоподібні речовини називають вбирною здатністю. Грунт вбирає речовини з ґрунтового розчину і ґрунтового повітря. Вбирну здатність ґрунту ґрунтовно вивчав відомий ґрунтознавець К.К. Гедройц. Залежно від природи вбирання він виділив такі її типи. Механічне вбирання відбувається під час фільтрації води крізь грунт. При цьому пори і капіляри затримують частки, розмір яких більший за діаметр капілярів. Завдяки механічному вбиранню людина одержує чисту джерельну воду, а саме явище широко використовують при будівництві штучних фільтрів для очищення води.

Молекулярно-сорбційне, або фізичне, вбирання проявляється в тому, що на поверхні колоїдів ґрунту вбираються молекули речовин, які мають полярну будову. Прикладом фізичного вбирання є адсорбція ґрунтом молекул води. Вода, увібрана колоїдами ґрунту, називається гігроскопічною. Глинисті ґрунти, які містять в собі велику кількість колоїдних часток, мають високу гігроскопічність, піщані, навпаки, є низькогігроскопічними.

Іонно-сорбційне, або фізико-хімічне (обмінне) вбирання — здатність ґрунту вбирати на поверхні колоїдних часток іони і обмінювати їх на еквівалентну кількість іонів ґрунтового розчину. Хімічне вбирання зумовлено утворенням в ґрунтовому розчині важкорозчинних сполук, які випадають в осад. Катіони і аніони, які надходять у грунт з атмосферними опадами, добривами тощо, взаємодіють з солями ґрунтового розчину. В результаті утворюються нерозчинні або важкорозчинні сполуки.

Питання для аудиторного оцінювання :

1. Назвіть хімічні елементи, які переважають у ґрунті?

2. Обґрунтуйте, як впливає хімічний склад порід і ґрунтів на ґрунтоутворення?

3. Опишіть основні мікроелементи, що зустрічаються в ґрунтах, їх значення для живлення рослин.

4. Назвіть головні групи органічних речовин у ґрунті.

5. Дайте характеристику джерел гумусу в ґрунті.

6. Коротко охарактеризуйте процеси перетворення органічних залишків у гумус.

7. Охарактеризуйте органо-мінеральні сполуки ґрунту.

8. Опишіть роль гумусу в ґрунтах та способи регулювання його вмісту.

9. Охарактеризуйте екологічне значення гумусу.

10. Визначте поняття ґрунтові колоїди”, опишіть їх речовинний склад, будову колоїдної міцели.

11. Охарактеризуйте основні властивості ґрунтових колоїдів.

12. Охарактеризуйте можливі фізичні етапи ґрунтових колоїдів, шляхи переходу з одного стану в інший (пептизацію та коагуляцію).

13. Розкрийте поняття поглинальна здатність ґрунтів, її види.

14. Визначте поняття ґрунтовий поглинальний комплекс”, опишіть його основні характеристики.

15. Обґрунтуйте екологічне значення поглинальної здатності ґрунтів.

16. Дайте визначення ґрунтової родючості, критично проаналізуйте закон «падаючої родючості ґрунтів».

17. Обґрунтуйте виділення категорій родючості ґрунтів.

18. Опишіть фактори природної родючості ґрунтів.

19. Поясніть, для чого проводять окультурювання ґрунту.