Гумус - Humus

Эта статья об органическом веществе в почве. Для еды см. Хумус. Для группы см. Хумус (группа).

Гумус имеет характерный черный или темно-коричневый цвет и представляет собой скопление органических веществ. углерод. Помимо трех основных почвенных горизонтов: (A) поверхность / верхний слой почвы, (B) подпочва и (C) субстрат, некоторые почвы имеют органический горизонт (O) на самой поверхности. Твердая коренная порода (R) в строгом смысле слова не является почвой.

В почвоведение, перегной (получено в 1790–1800 гг. из латинский перегной для "земля, земля"[1]) обозначает долю органическое вещество почвы который является аморфным и не имеет «клеточной структуры лепешки, характерной для растений, микроорганизмов или животных».[2] Гумус существенно влияет на насыпную плотность почвы и способствует удержанию в ней влаги и питательных веществ. Хотя условия перегной и компост неофициально используются как взаимозаменяемые, они представляют собой отдельные компоненты почвы разного происхождения; гумус создается за счет анаэробная ферментация, а компост - это результат аэробный разложение.

В сельское хозяйство, "гумус" иногда также используется для обозначения зрелых или природных компост извлечены из леса или другого стихийного источника для использования в качестве почвенный кондиционер.[3] Он также используется для описания верхний слой почвы горизонт который содержит органическая материя (тип перегноя,[4] форма гумуса,[5] гумусовый профиль[6]).

Точнее, гумус - это темное органическое вещество, которое образуется в почве при дальнейшем разложении мертвых растений и животных (включая аэробный компост), в частности, под действием анаэробные организмы. В гумусе много питательных веществ, улучшающих здоровье почвы, азот быть самым важным. Соотношение углерод к азот (C: N) гумуса 10: 1.

Описание

Основным материалом, необходимым для процесса гумификации, является растительный материал. Состав гумуса варьируется в зависимости от состава первичных материалов и вторичных микробных и животных продуктов. Скорость разложения различных соединений влияет на состав гумуса.[7]

Трудно дать точное определение гумусу, потому что это очень сложное вещество, которое до конца не изучено. Гумус отличается от разлагающегося органического вещества почвы. Последний выглядит грубоватым и на нем видны остатки исходных растений или животных. Напротив, полностью гумусированный гумус имеет однородный темный, рыхлый, желеобразный вид и аморфный; он может постепенно распадаться в течение нескольких лет или сохраняться тысячелетиями.[8] У него нет определенной формы, структуры или качества. Однако при исследовании под микроскопом гумус может выявить крошечные остатки растений, животных или микробов, которые подверглись механическому, но не химическому разложению.[9] Это предполагает неоднозначную границу между гумусом и органическое вещество почвы. Хотя гумус и отличается, он является неотъемлемой частью органическое вещество почвы.[10]

Данных о составе лесного гумуса мало, потому что это сложная смесь, которую исследователям сложно анализировать. Исследователи в 1940-х и 1960-х годах пытались использовать химическое разделение для анализа растительных и гуминовых соединений в лесной почве, но это оказалось невозможным.[7]

Гумификация

Микроорганизмы разложить большую часть органическое вещество почвы в неорганические минералы, которые корни растений могут поглощать в качестве питательных веществ. Этот процесс называется "минерализация ". В этом процессе азот (азотный цикл ) и другие питательные вещества (цикл питательных веществ ) в разложившихся органических веществах рециклируются. В зависимости от условий, в которых происходит разложение, часть органического вещества не минерализуется, а вместо этого превращается в процессе, называемом «гумификация», в конкатенации органических веществ. полимеры. Потому что эти органические полимеры устойчивы к действию микроорганизмы, они стабильны и составляют перегной. Эта стабильность означает, что гумус интегрируется в постоянную структуру почвы, тем самым улучшая ее.[11]

Гумификация может происходить естественным образом в почва или искусственно в производстве компост. Органическое вещество гумифицировано сочетанием сапротрофных грибов, бактерий, микробов и животных, таких как дождевые черви, нематоды, простейшие и членистоногие.[12][циркулярная ссылка ] Растение Остатки, в том числе перевариваемые и выделяемые животными, содержат органические соединения: сахара, крахмалы, белки, углеводы, лигнины, воск, смолы, и органические кислоты. Гниение почвы начинается с разложения сахаров и крахмала из углеводы, которые легко разлагаются как детритофаги сначала вторгаются в мертвые органы растений, а оставшиеся целлюлоза и лигнин разлагаются медленнее.[13][страница нужна ] Простые белки, органические кислоты, крахмалы и сахара быстро разлагаются, а сырые белки - жиры, воски и смолы остаются относительно неизменными в течение более длительных периодов времени. Лигнин, который быстро трансформируется грибы белой гнили,[14] является одним из основных предшественников гумуса,[15] вместе с побочными продуктами микробного[16] и животное[17] Мероприятия. Таким образом, гумус, полученный путем гумификации, представляет собой смесь соединений и сложных биологических химических веществ растительного, животного или микробного происхождения, которая имеет множество функций и преимуществ в почве. Некоторые судят дождевой червь перегной (биогумус ) быть оптимальным органическим навоз.[18]

Стабильность

Большая часть гумуса в большинстве почв сохраняется более 100 лет, а не разлагается на CO.2, и может считаться стабильным; это органическое вещество защищено от разложения под действием микробов или ферментов, поскольку оно спрятано (закупорено) внутри небольших скоплений частиц почвы или плотно сорбированный или же комплексный к глины.[19] Большая часть гумуса, не защищенного таким образом, разлагается в течение 10 лет и может считаться менее стабильным или более стабильным. лабильный. Стабильный гумус вносит в почву небольшое количество доступных для растений питательных веществ, но помогает поддерживать ее физическую структуру.[20] Очень устойчивая форма гумуса образуется из медленных окисление из почвенный углерод после заделки мелко измельченного уголь в верхний слой почвы. Предполагается, что этот процесс сыграл важную роль в формировании необычайно плодородных амазонских Terra Preta do Indio.[21][страница нужна ]

Горизонты

Гумус имеет характерный черный или темно-коричневый цвет и является органическим из-за накопления органических веществ. углерод. Ученые-почвоведы используют заглавные буквы O, A, B, C и E для обозначения основных горизонтов и строчные буквы для различения этих горизонтов. Большинство почв имеют три основных горизонта: поверхностный горизонт (A), подпочвенный слой (B) и субстрат (C). Некоторые почвы имеют на поверхности органический горизонт (О), но этот горизонт также может быть погребен. Главный горизонт (E) используется для подземных горизонтов, которые значительно потеряли полезные ископаемые (элювиация ). Коренная порода, не являющаяся почвой, обозначается буквой R.

Польза органического вещества почвы и гумуса

Некоторые считают, что важность химически стабильного гумуса плодородие он обеспечивает почвы как в физическом, так и в химическом смысле,[22] хотя некоторые эксперты в области сельского хозяйства уделяют больше внимания другим его характеристикам, например, его способности подавлять болезни.[23] Помогает почве удерживать влага[24] за счет увеличения микропористость,[25] и способствует формированию хороших структура почвы.[26][27] Включение кислород в большие органические молекулярные скопления генерирует множество активных, отрицательно заряженных участков, которые связываются с положительно заряженными ионы (катионы ) из питательные вещества для растений, делая их более доступными для растений за счет ионный обмен.[28] Гумус позволяет почвенным организмам питаться и воспроизводиться, и его часто называют «жизненной силой» почвы.[29][30]

  • Процесс преобразования органическое вещество почвы в перегной питает население микроорганизмы и других существ в почве, и, таким образом, поддерживает высокий и здоровый уровень почвенная жизнь.[29][30]
  • Скорость, с которой органическое вещество почвы превращается в перегной, способствует (когда быстро) или ограничивает (когда медленно) сосуществование растения, животные, и микроорганизмы в почве.
  • Эффективный гумус и стабильный гумус - дополнительные источники питательных веществ для микробы: первый обеспечивает легкодоступный запас, а второй действует как долговечный резервуар для хранения.
  • Разложение отмершего растительного материала вызывает медленное выделение сложных органических соединений. окисленный (лигниноподобный гумус) или разложиться на более простые формы (сахара и аминосахара, и алифатический и фенольный органические кислоты ), которые далее трансформируются в микробную биомассу (микробный гумус) или реорганизуются и далее окисляются в гуминовые ассоциации (фульвокислоты и гуминовые кислоты ), которые связаны с глинистые минералы и гидроксиды металлов. Способность растений поглощать гуминовые вещества корнями и метаболизировать их давно обсуждают. В настоящее время существует консенсус, что гумус действует гормонально а не просто питательно в физиология растений.[31][32]
  • Гумус - это коллоидный вещество и увеличивает катионообменная емкость почвы, следовательно, его способность накапливать питательные вещества хелатирование. Пока эти питательные вещества катионы доступны для растений, они удерживаются в почве и предотвращаются от выщелачивания дождь или же орошение.[28]
  • Гумус может удерживать 80–90% влаги от своего веса и, следовательно, увеличивает способность почвы противостоять засухе.[33][34]
  • Биохимическая структура гумуса позволяет сдерживать, т.е. кислый или же щелочной почвенные условия.[35]
  • Во время гумификации, микробы выделяют липкие, похожие на жвачку слизь; они способствуют образованию рассыпчатой ​​структуры (пахоты) почвы, склеивая частицы вместе и обеспечивая большую аэрация почвы.[36] Токсичные вещества, такие как тяжелые металлы а избыток питательных веществ может быть хелатирован, то есть связываться с органическими молекулами гумуса, и таким образом предотвращаться вымывание.[37]
  • Темный, обычно коричневый или черный цвет перегноя способствует согреванию холодных почв в весна.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Хумус». Получено 23 сентября 2008 - через Dictionary.com Несокращенный словарь Random House.
  2. ^ Whitehead, D.C .; Тинсли, Дж. (1963). «Биохимия гумусообразования». Журнал продовольственной науки и сельского хозяйства. 14 (12): 849–857. Дои:10.1002 / jsfa.2740141201.
  3. ^ «Хумус». Британская энциклопедия В сети. 2011. Получено 24 ноября 2011.
  4. ^ Чертов, О.Г .; Корнаров, А. С .; Crocker, G .; Grace, P .; Klir, J .; Körschens, M .; Poulton, P.R .; Рихтер, Д. (1997). «Моделирование тенденций содержания органического углерода в почве в семи долгосрочных экспериментах с использованием модели SOMM типов гумуса». Геодермия. 81 (1–2): 121–135. Bibcode:1997 Геод .. 81..121C. Дои:10.1016 / S0016-7061 (97) 00085-2.
  5. ^ Бариц, Р. (2003). Формы гумуса в лесах северогерманской низменности. Штутгарт: Швейцербарт.
  6. ^ Бантинг, Б. Т .; Лундберг, Дж. (1995). «Профиль гумуса-концепция, класс и реальность». Геодермия. 40 (1–2): 17–36. Bibcode:1987 Геод ... 40 ... 17Б. Дои:10.1016/0016-7061(87)90011-5.
  7. ^ а б Кегель-Кнабнер, Ингрид; Зех, Вольфганг; Хэтчер, Патрик Г. (1988). «Химический состав органического вещества лесных почв: гумусовый слой». Zeitschrift für Pflanzenernährung und Bodenkunde (на немецком). 151: 331–340. Дои:10.1002 / jpln.19881510512.
  8. ^ Di Giovanni, C .; Disnar, J. R .; Bichet, V .; Кэмпи, М. (1998). "Sur la présence de matières organiques mésocénozoïques dans des humus actels (бассен де Шайлексон, Ду, Франция)". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série IIA (На французском). 326 (8): 553–559. Bibcode:1998CRASE.326..553D. Дои:10.1016 / S1251-8050 (98) 80206-1.
  9. ^ Николя Бернье и Жан-Франсуа Понж (1994). «Динамика форм гумуса в течение сильвогенетического цикла в горном ельнике» (PDF). Биология и биохимия почвы. 26 (2): 183–220. CiteSeerX  10.1.1.635.6402. Дои:10.1016/0038-0717(94)90161-9.
  10. ^ «Humintech® | Определение продуктов на основе органических веществ почвы и гуминовых кислот». Архивировано из оригинал 21 сентября 2015 г.. Получено 5 апреля 2009.
  11. ^ Brady, N.C .; Вейль, Р. Р. (1999). Природа и свойства почв. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall.
  12. ^ Биология почвы
  13. ^ Berg, B .; МакКлахерти, К. (2007). Опад растений: разложение, образование гумуса, связывание углерода (2-е изд.). Springer. ISBN  978-3-540-74922-6.
  14. ^ Левин, Л .; Forchiassin, F .; Рамос, А. М. (2002). "Медная индукция ферментов, модифицирующих лигнин, в грибах белой гнили. Trametes trogii". Микология. 94 (3): 377–383. Дои:10.2307/3761771. JSTOR  3761771. PMID  21156508.
  15. ^ González-Pérez, M .; Vidal Torrado, P .; Colnago, L.A .; Martin-Neto, L .; Отеро, X. L .; Милори, Д. М. Б. П .; Хенель Гомес, Ф. (2008). «13С ЯМР и ИК-Фурье спектроскопия, характеризующая гуминовые кислоты в сподозолях под тропическим дождевым лесом на юго-востоке Бразилии». Геодермия. 146 (3–4): 425–433. Bibcode:2008 г., Геоде 146..425Г. Дои:10.1016 / j.geoderma.2008.06.018.
  16. ^ Knicker, H .; Almendros, G .; González-Vila, F.J .; Lüdemann, H.D .; Мартин, Ф. (1995). «13C и 15N ЯМР анализ некоторых грибных меланинов в сравнении с органическим веществом почвы». Органическая геохимия. 23 (11–12): 1023–1028. Дои:10.1016/0146-6380(95)00094-1.
  17. ^ Muscoloa, A .; Бовалоб, Ф .; Gionfriddob, F .; Нарди, С. (1999). «Гуминовое вещество дождевого червя оказывает ауксиноподобное действие на рост клеток кароты Daucus и метаболизм нитратов». Биология и биохимия почвы. 31 (9): 1303–1311. Дои:10.1016 / S0038-0717 (99) 00049-8.
  18. ^ «Вермикультура / Биогумус». Agri.And.Nic.in. Порт-Блэр: Министерство сельского хозяйства Андаманской и Никобарской администрации. 18 июня 2011. Архивировано с оригинал 17 января 2016 г.. Получено 17 апреля 2009.
  19. ^ Dungait, J. A .; Хопкинс, Д. У .; Gregory, A. S .; Уитмор, А. П. (2012). «Круговорот органического вещества почвы регулируется доступностью, а не сопротивлением» (PDF). Биология глобальных изменений. 18 (6): 1781–1796. Bibcode:2012GCBio..18.1781D. Дои:10.1111 / j.1365-2486.2012.02665.x. Получено 30 августа 2014.[постоянная мертвая ссылка ]
  20. ^ Одес, Дж. М. (1984). «Органическое вещество почвы и структурная стабильность: механизмы и последствия для управления». Растение и почва. 76 (1–3): 319–337. Дои:10.1007 / BF02205590. S2CID  7195036.
  21. ^ Lehmann, J .; Kern, D. C .; Glaser, B .; Вудс, В. И. (2004). Темные земли Амазонки: происхождение, свойства, управление. Springer. ISBN  978-1-4020-1839-8.
  22. ^ Харгитай, Л. (1993). «Почва по содержанию органических веществ и качеству гумуса для поддержания плодородия почвы и защиты окружающей среды». Ландшафт и градостроительство. 27 (2–4): 161–167. Дои:10.1016 / 0169-2046 (93) 90044-Е.
  23. ^ Hoitink, H.A .; Фахи, П. С. (1986). «Основы борьбы с почвенными патогенами растений с помощью компостов». Ежегодный обзор фитопатологии. 24: 93–114. Дои:10.1146 / annurev.py.24.090186.000521.
  24. ^ К. Майкл Хоган. 2010 г. Абиотический фактор. Энциклопедия Земли. редакторы Эмили Моноссон и К. Кливленд. Национальный совет по науке и окружающей среде В архиве 8 июня 2013 г. Wayback Machine. Вашингтон, округ Колумбия
  25. ^ De Macedo, J. R .; До Амарал, Менегуэли; Ottoni, T. B .; Араухо, Хорхе Араужо; де Соуза Лима, Дж. (2002). «Оценка полевой емкости и удержания влаги на основе регрессионного анализа химических и физических свойств альфизолей и ультисолей штата Рио-де-Жанейро». Коммуникации в области почвоведения и анализа растений. 33 (13–14): 2037–2055. Дои:10.1081 / CSS-120005747. S2CID  98466747.
  26. ^ Hempfling, R .; Schulten, H.R .; Хорн, Р. (1990). «Соответствие состава гумуса физико-механической стабильности сельскохозяйственных почв: исследование методом прямой пиролизно-масс-спектрометрии». Журнал аналитического и прикладного пиролиза. 17 (3): 275–281. Дои:10.1016 / 0165-2370 (90) 85016-Г.
  27. ^ Развитие почвы: свойства почвы В архиве 28 ноября 2012 г. Wayback Machine
  28. ^ а б Салай, А. (1964). «Катионообменные свойства гуминовых кислот и их значение в геохимическом обогащении UO2 ++ и другими катионами». Geochimica et Cosmochimica Acta. 28 (10): 1605–1614. Bibcode:1964GeCoA..28.1605S. Дои:10.1016/0016-7037(64)90009-2.
  29. ^ а б Elo, S .; Maunuksela, L .; Salkinoja-Salonen, M .; Смоландер, А .; Хаахтела, К. (2006). «Гумусовые бактерии ельников обыкновенной: способствующие росту растений и способность колонизировать березу, овсяницу красную и ольху». FEMS Microbiology Ecology. 31 (2): 143–152. Дои:10.1111 / j.1574-6941.2000.tb00679.x. PMID  10640667.
  30. ^ а б Vreeken-Buijs, M. J .; Hassink, J .; Брюссар, Л. (1998). «Взаимосвязь биомассы почвенных микроартропод с органическим веществом и распределением пор по размерам в почвах при различном землепользовании». Биология и биохимия почвы. 30: 97–106. Дои:10.1016 / S0038-0717 (97) 00064-3.
  31. ^ Eyheraguibel, B .; Сильвестреа, Дж. Морард (2008). «Влияние гуминовых веществ, полученных из органических отходов, на рост и минеральное питание кукурузы» (PDF). Биоресурсные технологии. 99 (10): 4206–4212. Дои:10.1016 / j.biortech.2007.08.082. PMID  17962015.
  32. ^ Zandonadi, D. B .; Santos, M.P .; Busato, J.G .; Перес, Л. Е. П .; Факана, А. Р. (2013). «Физиология растений под воздействием гумифицированного органического вещества». Теоретическая и экспериментальная физиология растений. 25: 13–25. Дои:10.1590 / С2197-00252013000100003.
  33. ^ Olness, A .; Арчер, Д. (2005). «Влияние органического углерода на доступную воду в почве». Почвоведение. 170 (2): 90–101. Дои:10.1097/00010694-200502000-00002. S2CID  95336837.
  34. ^ Влияние органического углерода на доступную воду в почве: почвоведение
  35. ^ Кикучи, Р. (2004). «Эффект раскисления подстилки на лесной почве во время стока талых вод: лабораторный эксперимент и его основные формулировки для имитационного моделирования». Атмосфера. 54 (8): 1163–1169. Bibcode:2004Чмсп..54.1163К. Дои:10.1016 / j.chemosphere.2003.10.025. PMID  14664845.
  36. ^ Цезарь-Тонте, Т. С. (2002). «Свойства связывания с почвой слизи, продуцируемой грибом базидиомицетом, в модельной системе». Микологические исследования (Представлена ​​рукопись). 106 (8): 930–937. Дои:10.1017 / S0953756202006330.
  37. ^ Huang, D. L .; Zeng, G.M .; Feng, C.L .; Hu, S .; Цзян, X. Y .; Tang, L .; Su, F. F .; Zhang, Y .; Zeng, W .; Лю, Х. Л. (2008). «Разложение загрязненных свинцом лигноцеллюлозных отходов Phanerochaete chrysosporium и снижение токсичности свинца». Экологические науки и технологии. 42 (13): 4946–4951. Bibcode:2008EnST ... 42.4946H. Дои:10.1021 / es800072c. PMID  18678031.

внешняя ссылка