Биология. В 3-х томах. Т. 2

Большую роль в удержании воды и питательных веществ играет особенно многочисленная и важная группа глинистых минералов. Большинство их встречается в виде мельчайших плоских кристаллов, часто шестиугольной формы, которые образуют в воде коллоидную суспензию. Каждый кристалл содержит слои силиката, объединенные со слоями гидроокиси алюминия. Общая поверхность слоев, граничащая с промежутками между ними, очень велика по сравнению с объемом кристаллов (5-800 м² в 1 г глины). Важная особенность этих минералов — наличие у них постоянного отрицательного заряда, который нейтрализуется катионами, адсорбированными из почвенного раствора. Благодаря этому катионы не выщелачиваются из почвы и могут обмениваться на другие катионы из почвенного раствора и растительных тканей. Эта катионообменная способность служит одним из важных индикаторов плодородия почвы. Свободные пространства втягивают также воду, что ведет к гидратации и набуханию глины.

Органическое вещество

Органическое вещество почвы образуется при разложении мертвых организмов, их частей (например, опавших листьев), экскретов и фекалий. Мертвый органический материал используется в пищу совместно детритофагами, которые его поедают и таким образом способствуют его разрушению, и редуцентами (грибами и бактериями), завершающими процесс разложения. Не полностью разложившиеся органические остатки называются подстилкой, а конечный продукт разложения — аморфное вещество, в котором уже невозможно распознать первоначальный материал, — получило название гумуса. Цвет гумуса варьирует от темно-бурого до черного. В химическом плане это очень сложная смесь изменчивого состава, образованная органическими молекулами различных типов; в основном гумус состоит из фенольных соединений, карбоновых кислот и сложных эфиров жирных кислот. Гумус, подобно глине, находится в коллоидном состоянии; отдельные частицы его прочно прилипают к глине и образуют глино-гумусовый комплекс. Так же как и глина, гумус обладает большой поверхностью частиц и высокой катионообменной способностью. Эта способность особенно важна для почв с низким содержанием глины. Анионы в гумусе — это карбоксильные и фенольные группы. Благодаря своим химическим и физическим свойствам гумус улучшает структуру почвы и ее аэрацию, а также повышает способность удерживать воду и питательные вещества.

Одновременно с процессом гумификации (образования гумуса) жизненно важные элементы переходят из органических соединений в неорганические, например азот в ионы аммония (NH⁺₄), фосфор в ортофосфат-ионы (Н₂РО^-₄), сера в сульфат-ионы (SО^2-₄). Этот процесс называется минерализацией. Углерод высвобождается в виде СО₂ в процессах дыхания (см. рис. 9.2, где показан круговорот углерода).

Для того чтобы формировался гумус того или иного типа, необходим достаточный дренаж почвы: в условиях переувлажнения разложение идет очень медленно, так как нехватка кислорода ограничивает рост аэробных редуцентов. В таких условиях растительные и животные остатки сохраняют свою структуру и, постепенно спрессовываясь, образуют торф, который может накапливаться вплоть до больших глубин. Метод определения содержания гумуса в образцах почвы будет описан в следующей главе (опыт 13.2).

Содержание воздуха

Почвенный воздух, так же как и почвенная вода, находится в порах между частицами почвы. Порозность (объем пор) возрастает в ряду от глин к суглинкам и пескам. Между почвой и атмосферой происходит свободный газообмен, и в результате этого воздух обеих сред имеет сходный состав. Обычно в воздухе почвы из-за дыхания населяющих ее организмов несколько меньше кислорода и больше двуокиси углерода, чем в атмосферном воздухе. Кислород необходим для корней растений, почвенных животных и организмов-редуцентов. Некоторые почвенные газы переходят в раствор, что способствует газообмену. Если идет процесс заболачивания, то почвенный воздух вытесняется водой и условия становятся анаэробными. При этом такие минеральные элементы, как железо, сера и азот, проявляют тенденцию переходить в восстановленное состояние (Fe²⁺ , сульфид, сульфит, нитрит), в котором, окисляясь, они могут связывать еще оставшийся кислород. Почва становится кислой, так как анаэробные организмы продолжают вырабатывать СО₂. Обновление гумуса замедляется, и в результате накапливаются гуминовые кислоты. Почва, если она не богата основаниями, может стать чрезвычайно кислой, а это наряду с истощением запасов кислорода неблагоприятно воздействует на почвенные микроорганизмы. Изменения в степени окисленности железа влияют на цвет почвы. Окисленная форма железа (Fe³⁺) придает почве желтый, красный и коричневый цвета, тогда как восстановленная форма (Fe²⁺) обусловливает серый цвет, характерный для заболачиваемых почв. Длительные анаэробные условия ведут к отмиранию растений. Метод определения количества воздуха в образцах почвы описан в следующей главе (опыт 13.3).

Содержание воды