Екологічне значення гумусу та регулювання його вмісту

Гумусні речовини мають дуже важливе значення в грунтоутворенні, формуванні родючості грунту, 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 грунті, тим він родючіший. Гумінові кислоти надають грунтам темного забарвлення навіть при незначному вмісті гумусу. Такі грунти, порівняно зі 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 грунту і в такий спосіб формують гумусний горизонт.

Основна маса гумінових кислот перебуває в грунті в стані колоїдних міцел, що зумовлює підвищення ємності вбирання даного грунту. А родючість, як відомо, залежить від величини ємності вбирання. Чим більше у грунті міститься увібраних основ, тим більший запас поживних речовин для рослин: 100 г сухої маси гумінових кислот убирає 400-600 мг-екв. Жоден глинистий мінерал у природі не має такої високої ємності вбирання.

На поверхні тонкодисперсних часток грунту гумінові кислоти реагують із залізом і алюмінієм, утворюючи органо-мінеральні дисперсні системи – гелі. Колоїди гумінових кислот цементують механічні частки грунту у процесі формування міцних, водостійких структурних агрегатів. Поліпшення структурного складу грунту також позитивно впливає на його родючість.

Гумінові кислоти містять багато зольних елементів, які при мінералізації гумусу переходять у легкодоступну для рослин форму. Отже, гумусні речовини зумовлюють регулярне засвоєння поживних речовин рослинами. Саме цим пояснюється загальновідомий факт: чим більше в грунтах гумусу, тим вища біологічна продуктивність рослин. Отже, гумус є поживою для мікроорганізмів, а для вищих рослин – джерелом зольних елементів і азоту.

Гумус відіграє біогеохімічну роль: залізо, алюміній, мікроелементи концентруються й мігрують у земній корі у формі органо-мінеральних сполук. Акумуляція гумусу, торфу, вугілля веде до концентрації урану, германію, ванадію, молібдену, міді, кобальту, нікелю та інших елементів.

Інакше на грунтоутворення впливають фульвокислоти та їх солі. Завдяки легкій розчинності вони швидко вимиваються в нижні горизонти грунту і навіть за межі грунтового профілю. В умовах, де переважає синтез фульвокислот, грунти, як правило, бідні на гумус. Крім того, фульвокислоти є агресивними сполуками і здатні руйнувати мінерали грунту (карбонати, гідроксиди, алюмосилікати), тобто здійснювати хімічне вивітрювання. Разом із неспецифічними кислотами вони є основним фактором процесу підзолоутворення в грунтах тайгово-лісових областей та інших регіонів із гумідним кліматом. Значна кількість фульвокислот синтезується також у грунтах, які погано аеруються (провітрюються), наприклад, у важких і перезволожених. За цих умов процеси розкладання органічних решток відбуваються повільно, тут нагромаджується багато нерозкладених органічних решток. Такі грунти мають кислу реакцію, що негативно впливає на їх родючість. При наявності в грунтах дво- і тривалентних катіонів утворюються фульвати. Фульвокислоти при цьому нейтралізуються і процес підзолоутворення не проявляється. Таке явище, зокрема, спостерігається на карбонатних породах.

Отже, рівень родючості грунту залежить не лише від кількості гумусу, а й від його якості.

Гумус – найважливіший чинник буферності грунтів. Він забезпечує стійкість певної реакції середовища за рахунок катіонного обміну на поверхні колоїдних міцел.

В.А.Ковда у своїх працях (1981, 1985) підкреслює загальну планетарну роль грунтів як акумуляторів органічної речовини й енергії. Він запропонував гумусний горизонт грунтів планети вважати основною енергетичною оболонкою – гумосферою. Підраховано, що у 30-см шарі грунту із середнім умістом гумусу (4-6%, 200-400 т/га) накопичують на 1 га стільки енергії, яка дорівнює енергії 20-30 т антрациту.

Енергію органічної речовини грунтів для здійснення життєвих процесів використовують мікроорганізми і безхребетні тварини для фіксації азоту та для багатьох інших процесів. Тому підтримання запасів гумусу в грунтах – найактуальніша проблема сучасного землеробства. В багатьох регіонах земної кулі вміст гумусу в грунтах за останні 30-40 років зменшився на 30%. Гумусні речовини поліпшують фізичні властивості грунту. Грунти з високим умістом гумусу мають широкий діапазон фізичної стиглості, тобто їх можна обробляти в широкому інтервалі вологості. Такі грунти потребують менших затрат на механічний обробіток. За даними І.В.Кузнецової, підвищення вмісту гумусу в дерново-підзолистих грунтах до 5-6% сприяє підвищенню оструктуреності грунту до 50%. Одночасно збільшуються пористість, вологоємкість і ємність вбирання грунту.

Велике екологічне значення мають біологічно активні речовини, що входять до складу органічної частини грунту. Наукові дослідження багатьох учених свідчать, що окремі компоненти гумусу стимулюють ті чи інші фізіологічні процеси. Так, О.С.Безухова (1980) довела, що гумусові речовини стимулюють ріст кореневих волосків і кореневої системи в цілому. Ферментативна активність гумусу зумовлює інтенсивність надходження СО₂ в приземний шар атмосфери. Підвищення концентрації СО₂ у повітрі інтенсифікує фотосинтез.

При монокультурі в агроценозі та при інтенсивному сільськогосподарському використанні грунтів процеси розкладу й мінералізації гумусу переважають над процесами гуміфікації, тому відбуваються втрати гумусу. "Згоряння" гумусових речовин веде до погіршення агрофізичних властивостей грунту, зменшує його біологічну активність, поглинальну здатність, вміст поживних речовин, тобто зменшує родючість грунту. В землеробстві потрібно дбати про накопичення в грунті гумусу, багатого на гумінові кислоти. Основними заходами щодо накопичення органічних речовин у грунті є внесення органічних добрив (гною, торф'яних компостів, сидератів тощо), культура багаторічних трав – регулярне вирощування в сівозміні бобових або суміші трав забезпечує систематичне накопичення цінних форм гумусових речовин завдяки більшій кількості кореневих залишків; боротьба з ерозією; водна меліорація, яка поліпшує водно-повітряний режим, чим створює умови для утворення гумусу; хімічна меліорація, що знижує кислотність грунтів і одночасно збагачує їх кальцієм, пригнічуючи синтез фульвокислот, руйнування, вимивання органічних та органо-мінеральних сполук; правильна система обробітку грунту, впровадження науково обгрунтованих сівозмін тощо.

Та зауважимо, що навіть в умовах оптимального накопичення гумусу, які складаються на півдні Лісостепу, неправильний обробіток веде до активізації мінералізаційних процесів. До зменшення запасу гумусу веде часте розпушення грунту та оранка з використанням по-лицевих плугів. Особливо активно процес відбувається в перші роки розорювання цілинних земель, перелогів і грунтів, що виведені з-під лісових екосистем. При цьому швидко розкладається активний "молодий" гумус. Так, протягом 5-7 років після розорювання сірих лісових, дерново-підзолистих грунтів і буроземів руйнується майже 40% перегною.

Перед сучасним суспільством стоїть завдання: відродити й зберегти оптимальний гумусний стан грунтів.