Как образуется гумус: что входит в состав и как происходит процесс, в каких почвах его больше

Гумус — что это такое?

Для начала давайте определимся с основными понятиями, которые используются садоводами и дачниками.

Гумусовый слой почвы

Так обычно говорят о верхнем плодородном слое почве, который имеет насыщенно коричневую окраску и богат питательными веществами. Несмотря на то, что темный цвет почве придает именно гумус, сам он не является слоем в почве.

Где встречаются гуминовые вещества?

Гуминовые вещества есть почти повсюду в природе. Их содержание в морских водах 0,1–3 мг/л, в речных — 20 мг/л, а в болотах — до 200 мг/л. В почвах гуминовых веществ 1–12%, при этом больше всего их в черноземах. Лидеры по содержанию этих соединений — органогенные породы, к которым относятся уголь, торф, сапропель, горючие сланцы. Обычно гуматы получают из окисленного бурого угля (его еще называют леонардитом), потому что в нем гуминовых веществ до 85%. Еще этот уголь удобен тем, что у него низкая теплотворная способность, поэтому его обычно сгребают в отвалы. Получается, что основной источник гуминовых веществ — отходы добычи бурого угля, а это полностью соответствует основным принципам «зеленой химии». Запасы бурого угля в мире превышают 1 трлн т.

Второй источник гуминовых веществ — торф (его мировые запасы больше 500 млрд тонн). Из-за того что при торфяных разработках нарушаются естественные болотные ландшафты, то есть экосистемы, необходимые для поддержания экологического равновесия, добычу торфа в мире признали нецелесообразной. Однако в России торф активно добывают, причем в некоторых экономически отсталых регионах это единственный способ добычи средств к существованию для населения. В основном торф идет на топливо и местные удобрения, поэтому, если бы из него же извлекать гуминовые вещества, этот уникальный природный ресурс можно было бы использовать более рационально. Конечно, с точки зрения «зеленой химии» торф не идеальный источник гуминовых веществ, но в краткосрочной перспективе это вполне приемлемо.

Наконец, третий крупномасштабный источник гуминовых веществ — сапропель (донные отложения пресноводных водоемов, образующиеся из остатков растений и животных). Только в России его запасы составляют 225 млрд м3. Однако в сапропеле гораздо больше минеральных примесей, чем в торфе и угле, и он существенно разнообразнее по химическому составу, поэтому нужны более сложные технологии его переработки. С другой стороны, для производства сырья на месте и этот вариант может оказаться полезным. Тем более что в сапропеле нередко уже содержатся различные микроэлементы, которые нужны в качестве удобрений и кормовых добавок. Параллельно при добыче сапропеля удается очистить заиливающиеся озера.

Основной метод, которым выделяют гуминовые вещества, — щелочная экстракция растворами аммиака или гидроксидами калия или натрия. Такая обработка переводит их в водорастворимые соли — гуматы калия или натрия, обладающие высокой биологической активностью. Метод практически безотходный, поэтому его широко используют и в России, и за рубежом. Альтернативный способ предполагает механическое измельчение бурого угля с твердой щелочью, в результате чего получается твердый, растворимый в воде гумат калия и натрия.

Как образуется гумус

В природе так заведено, что все живое, погибая, падает на землю и попадает в круговорот питательных веществ. Органические остатки, скапливаясь, образуют поверхностный слой, который и является источником энергии для всех растущих на земле представителей флоры.

Из-за особенностей строения ни деревья, ни кустарники, ни травы неспособны поглощать органику напрямую. Для роста и развития им требуется «переработанная пища» –  полезные вещества в виде мельчайших частиц, способных вместе с влагой впитаться в корневую систему. В процессе приготовления питательной среды для растений участвует неисчислимое количество маленьких помощников. Плодородная составляющая образуется вследствие деятельности всех живых существ, обитающих в почве.

В слое естественного грунта обитает огромное количество разнообразных организмов:

• бактерии
• грибы
• простейшие
• лишайники
• насекомые
• беспозвоночные

По подсчетам ученых, за один год в каждом гектаре плодородного слоя почвы образуются микроорганизмы общим весом около тонны! У любого из этих существ своя роль. Каждый вид выбирает еду, исходя из своих вкусовых предпочтений, в итоге перерабатывая мертвую органику и превращая её в новые химические соединения.

Мельчайшие микроорганизмы начинают пищевую цепочку, перерабатывая  наиболее легкоразлагаемые частицы. Более крупные элементы потребляют бактерии и грибы, производя кислоты, необходимые для процесса образования более сложных и более питательных соединений.

Самыми главными же в процессе производства полезного гумуса бесспорно являются кольчатые черви. Множество видов этих тружеников обитает в живой плодородной почве. Все они, поедая разложившиеся органические остатки, производят питательный гумус. Кроме того, прорывая в грунте ходы, черви отлично перемешивают грунт и разрыхляют его, насыщая влагой и кислородом.

Одомашнивать дождевых червей для производства гумуса было предложено еще в середине 20 века.

Образование питательного для растений плодородного слоя процесс динамический.  Сложные органические соединения постоянно синтезируются и разлагаются, поэтому накапливание пласта гумуса происходит неравномерно и сильно зависит от факторов окружающей среды.

В условиях теплого и влажного климата разложение и переработка отмирающей растительности происходит очень быстро и слой гумуса не успевает накапливаться. В холодных суровых условиях, напротив, образование питательной среды сильно замедлено, да и количество сырья в виде отмирающей органики крайне невелико.

Оптимальным для накапливания биологически насыщенного и плодородного гумуса является умеренный климат без излишней влаги. Именно в таких условиях происходит самое активное накопление массивного слоя плодородной почвы.

Этапы образования гумуса

Гумус – органическая составная часть почвы, содержащая вещества, необходимые для питания растений. Состоит он из органических останков на разной стадии разложения и продуктов их распада — гумусовых кислот. Та часть материи, что пока не утратила анатомического строения, к гумусу не относится.

Этапы гумусообразования:

1. Отмершие растительные и животные останки со сложным составом, попадая в почву или на ее поверхность, разлагаются микроорганизмами и червями до простых и подвижных соединений.
2. Часть этих соединений минерализуется (то есть распадается до элементарных частиц) и тут же усваивается растительностью. Остальные используются почвообразующими организмами для синтеза.
3. Некоторые продукты распада переходят в устойчивые высокомолекулярные соединения со сложным составом (гумусовые кислоты) под воздействием влажности, кислорода и ферментации микроорганизмами.
4. Почвенные животные, бактерии и грибки перемешивают гумусовые вещества с минеральными компонентами почвы и свежими органическими остатками. В результате этого гумификация не прерывается ни на секунду.

Все перечисленные выше процессы протекают одновременно, непрерывно и с разной скоростью.

Состав

Прежде чем обратить внимание на полезные свойства этого почвенного покрова, нужно рассмотреть его состав. Наибольшая концентрация полезных элементов содержится исключительно в верхней части горизонта. При углублении их становится меньше, поскольку все «участники» этого процесса обитают на уровне 50-70 см от поверхности. Поэтому образование плодородных слоев невозможно без:

• определенных видов грибов;
• дождевых червей;
• бактерий.

Переработка органических компонентов, а также экскрементов беспозвоночных животных приводит к образованию бесценного гумуса. Именно черви имеют решающее значение в его формировании. Стоит отметить, что в 1 м² перегноя обитает около 450-500 особей. Каждый из них поедает растительные остатки и бактерии. Откладываемая ими органика составляет большой процент питательной биомассы. В состав гумуса входят такие химические элементы (процент зависит от типа почвы):

1. Фульвокислоты (30 – 50%). Азотосодержащие растворимые (высокомолекулярные) органические кислоты. Они приводят к образованию соединений, которые разрушают минеральные образования.
2. Гумины (15 – 50%). Сюда относятся элементы, которые не закончили процесс гумифицирования. При этом их жизнедеятельность зависят от минералов.
3. Воскосмолы (от 2 до 6%).
4. Гуминовые кислоты (7 – 89%). Являются нерастворимыми, хотя под воздействием щелочей могут распадаться на отдельные элементы. В каждой из них содержится один из ведущих компонентов: азот, кислород, водород и углерод. Когда кислоты контактируют с другими компонентами, то в почве могут образовываться соли.
5. Нерастворимый остаток (19 – 35%). Это относится к различным сахаридам, ферментам, спиртам и прочим элементам.

Если слишком часто и в огромных количествах вносить удобрения (минеральные, в частности, азотные), то это приведет к быстрому разложению биомассы. В первые годы урожайность, конечно, возрастет в несколько раз. Но с течением времени объем плодородного слоя существенно уменьшится, а урожайность ухудшится.

Карта запасов гумуса

В местностях, где очень суровый климат, процесс образования почвы проходит катастрофически медленно. Из-за слабого прогревания верхнего слоя растения и микроорганизмы лишаются благоприятных условий для полноценного существования.

Тундра

Здесь можно увидеть огромные участки, состоящие из хвойных деревьев и кустарников. Склоны в основном покрыты мхом. В тундре содержание гумуса составляет 73- 80 т/га в однометровом слое. Эти районы настолько влажные, что приводит к накапливанию глинистых пород. В результате тундровые почвы имеют следующую структуру:

• верхнее покрытие – подстилка, состоящая из неразложившихся остатков растений;
• перегнойный слой, который совсем слабо выражен;
• гелиевая прослойка (идет с голубоватым оттенком);
• вечная мерзлота.

В такие грунты кислород почти не проникает. Для микробиологической активности организмов крайне необходимо наличие воздуха. Без него они отмирают или замерзают.

Тайга

На этой территории встречаются широколиственные деревья. Они образуют густые смешанные леса. В степных зонах произрастает не только мох, но и травные растения. Весенние (зачастую талый снег) и осенние сезоны дождей чрезмерно увлажняют почву. Такие потоки смывают запасы гумусового горизонта.

Здесь он формируется и залегает под лесной подстилкой. Многие источники предоставляют разные показатели содержания гумуса в тайге. Для следующих типов почв они такие (на 1 м², т/га):

• подзолотистые (сильные, средние и слабые) – от 50 до 120;
• серые лесные – 76 либо 84;
• дерново-подзолотистые – не более 128, и не менее 74;
• таежно-мерзлотные содержат очень низкий процент.

Чтобы выращивать культуры на таких землях, грядки следует регулярно удобрять качественными веществами. Лишь в таком случае можно добиться высокой урожайности.

Чернозем

Лидером и фаворитом в этом рейтинге плодородия считаются все известные разновидности чернозема. Органический перегной в них достигает глубины 80 см либо 1,2 метров. По праву их можно назвать самыми плодородными землями. Это благоприятный грунт для произрастания злаковых культур (пшеница), сахарной свеклы, кукурузы или подсолнуха. Из следующего списка можно увидеть вариацию содержания гумуса в различных видах чернозема (т/га, на 100 см):

• типичный (500-600);
• оподзелененный (до 400);
• выщелоченный (в пределах 550);
• мощный (более 800);
• южный западно-кавказский (390);
• деградированный (до 512).

Стоит понимать, что показатели для целинных, пахотных и освоенных типов земель отличаются. Для ознакомления состава каждой из этих групп приведена таблица. В степных и засушливых областях распространены каштановые грунты, которые содержат не более 100-230 т/га гумуса. Для пустынных (бурые и серые типы почвенного покрова) регионов этот показатель составляет около 70 т/га. В итоге земледельцам постоянно приходится бороться с засолением полей.

Засуха – главный враг таких разновидностей угодий. Поэтому плантации могут нуждаться в обильном орошении.

Гуминовые кислоты (гуматы)

Это составляющие части гумуса, которые не должны подменять общий термин. Хотя, надо сказать, гуминовые удобрения уже успели завоевать сердца многих поклонников органического земледелия. В их основе лежат гуминовые веществ. Они, в свою очередь, включают гуминовые кислоты, фульвокислоты, гуматы, фульваты, а также гумины — прочные соединения гуминовых кислот и фульвокислот с почвенными микроорганизмами.

Роль гумуса в природе

Значение гумуса в экосистеме сложно переоценить. По сути, этот элемент является одним из главных средств восполнения биоресурсов планеты.

• Важнейшая составляющая гумуса — гуминовая кислота способствует быстрому росту и развитию корневой системы растений.
• Разложение органических составляющих сопровождается выделением углекислоты, необходимой для дыхания растений.
• Образование устойчивой по структуре, влажной и насыщенной кислородом почвы. Гумус способствует разрыхлению чрезмерно плотных грунтов, в то же время, скрепляя излишне сыпучие субстраты, тем самым препятствуя эрозии почвы.
• Является средой обитания микроорганизмов и бактерий, способствующих процессу переработки и образования полезных веществ и органических соединений.
• Связывает токсичные вещества в неактивные соединения, тем самым ограничивая их распространение.
• Темная окраска почвы обусловлена высоким содержанием черного гумусного пигмента. Это способствует высокому поглощению солнечного тепла и прогреванию плодородного слоя.
• Высокое содержание химических элементов. В процессе переработки органической составляющей высвобождаются в пригодном для питания растений виде — фосфор, азот, калий и масса других полезных элементов.

Чем полезен гумус?

Гумус имеет решающее значение для качества почвы, и вот почему:

•  в гумусе содержатся питательные вещества, необходимые растениям. Это 99 процентов всего азота, 60 процентов фосфора и 80 процентов, содержащихся в земле. Процессы, протекающие в почве, приводят к тому, что вещества из гумуса становятся наиболее доступны для растений;
• гумус создает саму структуру почвы. Без гумуса почвы оставалась бы бесплодным песком или глиной. Гумус склеивает минеральные частички, благодаря чему формируются знакомые нам комки земли. В такой субстанции хорошо удерживается влага, необходимая того, чтобы питательные элементы всасывались и усваивались растениями;
• гумус делает грунт более рыхлым, насыщенным воздухом, а без кислорода невозможно корневое дыхание растений и жизнь обитателей верхнего слоя почвы;
  
•  гумус нагревает почву. В гумусе постоянно протекают химические реакции, в ходе которых выделяется тепло. Кроме того, гумус имеет темный цвет, поэтому поглощает солнечные лучи.

Классификация почв по содержанию гумуса

Классификация происходит по содержанию этого важного почвенного составляющего. Объем гумуса выражается в процентах. Рассмотрим, сколько гумусного вещества содержится в почвах на примере разных типов чернозема.

Малогумусовые

В таких почвах содержание плодородного вещества колеблется в пределах 2-4 %. В результате грунт получает серую или темно-серую окраску. Плодородие таких почв самое низкое из рассматриваемых, в них мало перегноя, хуже проникают влага и воздух, скорость работы микроорганизмов понижена.

Умеренногумусные

Содержат в почвенном слое 4-6 % гумуса. У таких грунтов плодородие выше, чем у предыдущего типа, они темнее, обладают лучшими характеристиками.

Среднегумусные

Под воздействием бактерий в почвенном слое накапливается 6-9 % вещества. Такие почвы более структурированы, обладают хорошей влаго- и воздухопроницаемостью.

Гумусные

В гумусовом слое отмечается самое высокое содержание вещества – от 9 % и выше. Это самые плодородные и ценные в хозяйственном отношении земли. Они имеют черный цвет, хорошо прогреваются, в них отлично закрепляются элементы питания для растений.

Гумус — это перегной или нет?

Гумус и перегной. Очень часто от дачников и садоводов можно услышать, что гумус — это перегной или хорошо разложившийся компост. На самом деле это два совершенно разных понятия. Компост образуется в результате разложившейся естественным образом органики. Чтобы он стал гумусом, необходимо участие дождевых червей.

Как повысить содержание гумуса?

Зная о том, что такое гумус, можно понять, как повысить его количество – например, на своем огороде. Для этого следует:

• не выбрасывать, а компостировать или закапывать растительные остатки – питание для микроорганизмов и червей;
• использовать органические удобрения – торф, навоз, перегной и другие;
• поддерживать численность почвенных бактерий. Для этого можно использовать специальные биопрепараты (ЭМ-препараты), имеющиеся в продаже, а также хорошо «кормить» микроорганизмы, внося в землю растительные остатки;
• привлекать дождевых червей. Эти труженики любят рыхлую, влажную почву. Для питания им также нужна органика;
• использовать готовый гумус промышленного производства. Он называется биогумусом и является продуктом вермикомпостирования с участием червей и микроорганизмов.

На обычных почвах гумус быстро усваивается растениями и разрушается, что приводит к снижению плодородия. Чтобы земля была «живой», с большим содержанием ценного гумуса, нужно постоянно заботиться о ней, внося органику и поддерживая жизнь наших «помощников» – микроорганизмов и червей.

Дождевые черви: фабрика биогумуса

Для поддержания почвы в здоровом состоянии огромное значение имеют дождевые черви.

Это старый, но проверенный веками метод повышения плодородия грунта на участке отличается невероятной эффективностью. Проходя через тело червя, почва распушается и обогащается биоактивными веществами. Кроме того, результатом жизнедеятельности этих почвенных жильцов является ускорение разложения органики и превращение ее в превосходный гумус.

Дождевые черви делают почву более водо- и воздухопроницаемой, а также служат надежным индикатором ее экологической чистоты (замечено, что при ежегодном и неумеренно применении минеральных удобрений количество червей в грунте резко снижается).

Какой биогумус выбрать?

Помимо внесения на своих угодьях в почву органики, вы можете использовать готовый биогумус. Он является продуктом вермикомпостирования с участием микроорганизмов и червей.

При добавлении биогумуса растения активнее развиваются, легче переносят стрессы, меньше болеют, у них крепче иммунитет.

В садовых магазинах продукт можно увидеть в трех видах:

1. сухой,
2. твердый,
3. концентрированная жидкая вытяжка.

Удобрения можно использовать как в сухом, так и в жидком виде. Каждая упаковка имеет соответствующую инструкцию, в которой расписано для каких целей лучше использовать биогумус и нормы внесения для каждой культуры.

Сухой

Сухие гранулированные удобрения удобнее использовать в открытом грунте — для подкормки растений в период вегетации и подсыпки тонким слоем.

К плюсам можно отнести:

• удобную фасовку,
• удобрение можно дозировать;
• легко рассыпать по поверхности почвы;
• удобно использовать для прикорневой подкормки растений во время роста.

Из минусов — не совсем годится для внекорневой подкормки.

Жидкий

Жидкие удобрения представляют собой концентрированную вытяжку, с антимикробным эффектом.

Они больше подходят, для:

• замачивания и проращивания семян,
• подкормки рассады и комнатных цветов,
• годится для корневой и внекорневой подкормки,
• можно использовать для опрыскивания.

Жидкий гумус не очень удобен в использовании в качестве прикорневой подкормки для открытого грунта. Еще из минусов стоит отметить — траты определенного времени на настаивание (в теплом месте не менее 4 часов) и осторожность внесения (важно соблюдать концентрацию).

Интересный факт

Двое неравнодушных экологов в 1997 году решили поэкспериментировать и упросили владельцев завода по производству соков передать безвозмездно апельсиновые отходы. После чего более 10 тысяч тонн апельсиновых корок и мякоти бракованных фруктов распределили в местности, где ничего не росло.

Через шестнадцать лет один из коллег вернулся посмотреть на то, что же теперь на этом месте, изменилось ли вообще что-нибудь.

Он долго не мог поверить свои глазам, эксперимент превзошел самые смелые ожидания — апельсиновый компост настолько обогатил почву, и в ней образовался гумус, который восхитительно озеленил пустырь и теперь здесь растет густой лес с множеством деревьев и растений!

Как вам статья?