Кількісна і якісна характеристика гумусу

Гумусові речовини є специфічними, тобто суто ґрунтовими, кислими утвореннями (ацидоїдами), які за їх розчинністю і здатністю екстрагуватися поділяють на: фульвокислоти (ФК), гумінові кислоти (ГК), гіматомеланові кислоти (ГМК), негідролізований (нерозчинний) залишок, або гумін (Г).

Фульвокислоти є найрухомішою групою жовтозабарвлених гумусових препаратів, які залишаються в розчині після осадження з лужної витяжки гумінових кислот, відділених методом Тюріна (підкислення витяжки до рН = = 1…2). З гуміновими кислотами їх споріднює хімічний склад (ГК і ФК — високомолекулярні N-вмісні органічні кислоти), а відрізняє світле забарвлення, менший вміст карбону, розчинність у кислотах, висока агресивність щодо мінералів, значно більша гідрофільність (розчинність у воді та багатьох органічних розчинниках, здатність утворювати хелати і розчинні солі — фульвати — з їдкими, карбонатними лугами і NН4ОН). Катіонообмінні групи становлять 800 – 1000 мг-екв/100г препарату, зумовлюючи сильну кислотність, а отже, й агресивність ФК щодо мінеральних компонентів ґрунту. Ця їх здатність зменшується за наявності ГК — чим менше ГК, тим сильніше розчиняються мінерали у ФК. Молекулярна маса ФК коливається від 4000 до 15 000. ФК переважають у підзолистих ґрунтах, червоноземах, сіроземах, деяких тропічних ґрунтах. Окрім трактування терміна «ФК» як суми всіх кислоторозчинних гумусових речовин (у тому числі й неспецифічних органічних речовин), у звуженому розумінні «власне ФК»-ними називають дійсно специфічні гумусові речовини, виділені з групи кислоторозчинних гумусових речовин адсорбцією на активованому вугіллі з подальшим розчиненням лугом (метод У.Форсита).

Гумінові кислоти мають темне (від темно-бурого до темно-коричневого) забарвлення і в препаратах дійсно є високомолекулярними азотовмісними кислотами, які в інших (мінеральних і органічних) кислотах не розчиняються. На цьому ґрунтується їх виділення з лужних витяжок іоно водню мінеральних кислот. При взаємодії з полівалентними катіонами вони утворюють аморфний осад, сухий препарат якого має густину 1,64 г/см3. За вмістом вуглецю та іншими властивостями ГК поділяють на чорні та бурі групи. При висолюванні 2 н. розчином NаСl коагулюють чорні гумінові кислоти, які є дійсно чорними, хоча у зарубіжній літературі їх називають «grау» (сірі). Чорні гумінові кислоти мають найвищий вміст вуглецю (до 62 %) і кількісно переважають у чорноземах. Саме ці ГК прийнято за еталон при ідентифікації гумінових кислот. Катіонообмінні групи в ГК становлять 250 – 500 мг-екв/100 г препарату в нейтральному середовищі і 600 – 700 — в лужному. Молекулярна маса ГК за даними гель-фільтрації коливається від 5000 до 65 – 80 000.

Гіматомеланові кислоти раніше включали до групи гумінових кислот, а тепер їх відокремлено від ГК (розчиняючи ГМК у спиртах та інших полярних органічних розчинниках). Їх властивості посідають проміжне місце між ФК і ГК.

Негідролізовану (неекстраговану) частину гумусу раніше називали гуміном. До її складу входять такі групи речовин: глиногумусовий гумін (найміцніше зв’язаний з мінеральною частиною); декарбоксильовані гумусові речовини, які втратили здатність розчинятися у лугах; неспецифічні нерозчинні органічні речовини; детритний гумін.

Про якісний склад залишку судять за співвідношенням Сгк:Сфк.

За Орловим, якщо Сгк:Сфк >2, то це гуматний тип гумусу, якщо воно від 1 до 2 – фулватно-гуматний; якщо від 0,5 до 1 – гуматно-фульватний, менше 0,5 – фульватний тип гумусу.

Внаслідок дослідження хімічної природи гумусу було встановлено, що він містить вуглецю - 52-62% (в середньому 58%), кисню 32-39%, водню 3-5%, азоту 3,5-5%.

Вміст фульвокислот у генетичному горизонті лучного поверхнево солонцюватого ґрунту на алювії у верхньому горизонті Hiks становить 10,3 %, а в нижньому H(i)ks, з глибиною зростаючи, сягає 35,2%. У цей же час вміст гумінових кислот у верхньому горизонті становить 18,7 %, потім у H(i)ks різко підвищується до 29,1 %, у HP(i)ks/gl показник трішки спадає – 20,6%, а у Pkgls різко знижується до 10 %.

Співвідношення Сгк:Сфк складає 1,81 у верхньому горизонті, у другому різко розширюється до 4,47, а потім різко звужується і в нижньому горизонті майже дорівнює 0.

Отже, тип гумусу в нашому ґрунті - фульватно-гуматний. У верхньому горизонті гумусу - 6,9 %, що сприяє утворенню гарної структури та поліпшенню агрофізичних властивостей грунту, які обумовлюють сприятливий водно-повітряний режим і сприяє підвищенню родючості ґрунту.

Наш ґрунт відноситься до середньогумусних ґрунтів.

Всі дані приведені в додатку таблиці 2.

 

Баланс гумусу

Баланс гумусу – це різниця між кількістю його утворення у грунті і втрат за певний період.

Втрати гумусу в грунтах можливо пояснити такими причинами:

1) активізація мінералізації гумусу, внаслідок підвищення інтенсивності обробітку грунтів;

2) збільшення частки просапних культур в сівозмінах і скороенню площ багаторічних трав;

3) тривале застосування лише мінеральних добрив;

4) недостатнє використання рослинних решток на добрива;

5) дія водної і вітрової ерозії;

6) недостатнє застосування органічних добрив.

Втрати гумусу у грунті поповнюють завдяки таким комплексам заходів:

1) внесенням органічних добрив;

2) посів багаторічних трав;

3) створення оптимального співвідношення культур у сівозміні;

4) застосування меліорантів;

5) посів сидеративних культур.

Висновки: В цілому, баланс гумусу в 9-пільній сівозміні склався негативний -0,02. Найгірший він під цукровим буряком на полях № 3 (-1,32) і № 8 (-1,33). Найкращим баланс гумусу є на полі з багаторічними травами №6 – він становить 3,23 (При внесенні органічних добрив у кількості 30 т на всю площу поля).

Так, як баланс сівозміни негативний, то необхідне додаткове внесення органічних добрив. Рекомендовано внести ще 5 т добрив під поле № 8, щоб забезпечити бездефіцитний баланс гумусу.

Н_{орг. д}=Н1+Бг_{з 1 га}/0,058= (70×20+30×10)/9−0,02/0,058=2,24 т/га сівозмінної площі. 2,24 ×9=20−17=3.

І крім того, необхідно збільшити кількість полів з багаторічними травами, створити оптимальне співвідношення культур у сівозміні, використовувати меліоранти і спеціальний обробіток ґрунту (безполицевий), залишати стерню на полі тощо.

 

 

Розділ 4

Ґрунтові колоїди та вбирна здатність ґрунту

Мулиста частина грунту характерна тим, що вона дуже подрібнена і в ній міститься найважливіша фракція – колоїди. Колоїди являють собою часточки твердої фази різних хімічних сполук розміром від 1 до 100 нм і характеризуються рядом ознак, яких не мають не крупніші, ні дрібніші за них часточки грунту.Грунтові колоїди за фізичним станом можуть бути аморфні, кристалічні і перехідні.Кристалічні колоїди мають меншу поверхню, а тому гірше взаємодіють з водою, солями та між собою.

Склад і походження колоїдів ґрунту. Колоїди можуть бути як органічного так і мінерального походження. При високій дисперсності мінералів чи гумусу колоїди набувають особливих ознак і властивостей, які мають велике значення для родючості грунту.

За хімічним складом колоїди поділяються на три групи – мінеральні, органічні та органо-мінеральні.

З мінеральних, які здебільшого займають домінуюче місце в грунті, найбільш поширені колоїди кремнезему (SiO2), глинозему і півтораоксидів заліза.Вони утворюються в грунті при хімічному вивітрюванні різних мінералів.

Важливою групою мінеральних колоїдів у грунті є вторинні мінерали: монтморилоніт, нонтроніт, каолініт, гідрооксили заліза,глинні мінерали.Походження цих колоїдів буває різним. Вони можуть утворюватися з грунтоутворюючої породи або виникнути в результаті процесів звітрення мінералів і грунтотворення.

Органічні колоїди складаються переважно з гумусових речовин (гумінової та фульвової кислот, лігніну, протеїну, клітковини та інш.), а органо-мінеральні утворюються з органічних і мінеральних сполук.

Взагалі колоїди ґрунту як глинистих мінералів, так і гумусових кислот мають переважно негативний заряд.

Колоїдна частка, міцела, складається з ядра, потенціалвизначного шару, шару протийонів та дифузного шару.

Ядро колоїдної міцели покрите двома шарами йонів. Внутрішній шар пов'язаний з ядром і визначає потенціал даного колоїду, а зовнішній шар вважається компенсуючим.

Всі компенсуючі йони на колоїдній міцелі називають обмінними, або вбирними, ктіонами, а сума всих вбирних катіонів – вбирною місткістю грунту.

Іони,що знаходяться далі від нерухомого шару, разом з середовищем утворюють дифузний шар.Останній існує доти, поки є вода, а при її втрати йони переходять у нерухомий шар.Ядро разом із шаром йонів, який визначає потенціал, називають гранулою.Останню разом з нерухомим шаром компенсуючих йонів називають часткою.

Електричний заряд більший у тих колоїдах, які мають більший дифузний шар.

Часточки речовини, подрібнені до розміру колоїдів, мають ряд ознак, не властивих грубим дисперсним (пиловидним і піщаним) часткам, а також дійсном розчинам.Зокрема, молекули і атоми, що знаходяться всередині колоїдних часточок, мають вільну поверхню, яка може утримувати воду та поживні речовини.Колоїди грунту, як і інші колоїди, мають властивість диспергуватися (розпорошуватись) і коагулюватися (переходити зі стану золю в гель).

По відношенню до води колоїди бувають гідрофільні, тобто такі, що легко адсорбують своєю поверхнею воду, добре набухають і можуть у такому стані знаходитись довгий період.

На противагу гідрофільним колоїдам певна група їх перебуває в гідрофобному стані.До гідрофобних належать такі колоїди, які не адсорбують своєю поветхнею молекул води і характеризуються незначним набуханням і здатністю переходити в осад.

Органічні колоїди переважно гідрофільні, а мінеральні – гідрофобні.

Колоїди,що мають негативний заряд,називають ацидоїдами, а позитивний – базоїдами.Це стійкі колоїдні частки.Але, крім них, є колоїди з нестійким, або змінним, електричним зарядом.Їх називають амфолітоїдами.

Колоїди в стані розчину називають золями, а в стані коагуляції – гелями.

Перехід колоїдів зі стану золю в осад, тобто в гель, шляхом злипання окремих колоїдних міцел у суцільну масу, в результаті чого від золю відділяються молекули води, називають коагуляцією.Процес переходу колоїдів із стану гелю в золь називають пептизацією.

Однією з важливих ознак колоїдів є їх властивість вступати в хімічні реакції, хоч вони нерозинні в воді.В колоїдних сполуках в реакцію вступають тільки ті молекули або йони, що є на поверхні колоїдної частки.Цим і можна пояснити велику реактивність високодиспергованих твердих речовин.

Дрібнодисперговані частки грунту мають властивість вбирати своєю пористою поверхнею гази і пари води.Це явище називають адсорбцією.

Характерним для колоїдів є також те, що вони створюють в малому об'ємі надзвичайно велику питому поверхню і тому є найбільш активною частиною ґрунту.

У досліджуваному ґрунті, в генетичних горизонтах Hiks, H(i)ks, HP(i)ks/gl і Pkgls колоїди знаходяться в стані гель.

Ґрунт чи порода при взаємодії з середовищем мають властивість вбирати з нього гази, пари, молекули води і солей.При цьому відбуваються як хімічні, так і фізичні, фізико-хімічні та біологіні процеси.

Вбирна здатність грунту.

Вбирною здатністю грунту називають властивість його вбирати і утримувати розчинені та завислі у воді тверді речовини, а також гази.Сукупність всіх мінеральних, органічних і органо-мінеральних колоїдів називають грунтовим вбирним комплексом.

Його так називають тому, що він складається із неоднорідних як мінеральних, так і органіних колоїдів.Вони мають властивість вбирати із розчину катіони або аніони солей.Такі увібрані катіони можуть обмінюватись на інші, якщо обробляти грунт розчинами солей.Це явище має велике значення для поліпшення родючості грунтів, особливо кислих та солонцюватих.

За К. К. Гедройцем, вбирання буває механічне, фізичне,фізико-хімічне, хімічне та біологічне.

Механічне вбирання - затримування в грунті часток, які вимиваються з верхніх горизонтів у нижні, розміром, більших за діаметр пор ґрунту. Воно фактично характеризує фільтрувальну здатність грунту.

Фізичне (молекулярне) вбирання. Таке вбирання (адсорбція) полягає в тому, що грунтові колоїдні часточки завдяки великій поверхневій енергії здатні не тільки притягувати, але й утримувати на своїй поверхні як газоподібні, так і розчинені у воді речовини.

Якщо молекули речовини притягуються і адсорбуються поверхнею, то таку адсорбцію називають позитивною. Негативна адсорбція пояснюється тим, що деякі сполуки при підвищеному тиску (який є на поверхні колоїдних часточок) зменшують свою розчинність, в результаті чого в плівці води, що оточує кожну колоїдну частку, концентрація молекул розчиненої речовини буде менша в порівнянні з міжміцелярним розчином, де знаходиться вільна вода, яка мало або зовсім не пов'язана з твердою фазою грунту.

Фізико-хімічне вбирання, або обмінна адсорбція. Цей вид вбирання має велике значення в грунтоутворювальних процесах. Суть його полягає в тому, що увібрані катіони або аніони, закріплені колоїдною часткою, можуть бути замінені іншими катіонами або аніонами з розчину.А від того, які саме катіони містяться на поверхні колоїдної часточки, буде залежати ряд агрономічних властивостей даного грунту.

Хімічне вбирання. Суть його полягає у вбиранні тих іонів розчину, що в процесі обмінної реакції утворюють у грунті нерозчинні або малорозчинні солі, які переходять в тверду фазу.

Аніони різних солей за ступенем їх розчинності у грунтовому розчині можна поділити на такі групи:

1) аніони, солі яких легко розчиняються у воді (Сl, NO3, NO2) і тому не можуть вбиратися ні шляхом хімічного, ні фізичного вбирання, але мають властивість вбиратися біологічно;

2) аніони, солі яких менше розчиняються у воді (НСO3,SO4,які з катіонами утворюють малорозчинні солі СаСО3*2Н2О та СаСО3) і тому випадають в осад;

3) аніони, солі яких важкорозчинні (РО4,НРО4,Н2РО4),а також деякі органічні і кремнієві кислоти, утворюють важкорозчинні сполуки, які осідають і закріплюються в грунті.

Біологічне вбирання (іммобілізація).Цей вид вбирання полягає в тому, що з грунтового розчину мікроорганізмами, які є в грунті, та рослинами, що ростуть в ньому, вбираються різні речовини.

Ємність вбирання у грунтовому горизонті лучних поверхнево солонцюватого грунту на алювії відносно висока 34,80 мг-екв на 100 г грунту. З глибиною цей показник зменшується до 13,40 мг-екв на 100 г грунту.

У верхньому горизонті сума Са²⁺ і Мg²⁺ складає 32,4 мг-екв на100 г грунту, що добре впливає на структуру грунту і на накопичення гумусу, з глибиною цей показник поступово зменшується до 12,7 мг-екв на 100 г грунту.

У ґрунтовому профілі кількість Nа⁺ коливається від 0,36 до 0,07 мг-екв на 100 г грунту, поступово зменшуючись з глибиною, вміст К⁺ складає у верхньому горизонті 2,02 мг-екв на 100 г грунту і до нижнього горизонту зменшується до 0,68 мг-екв на 100 г грутну.Це свідчить про погіршення структури, що негативно впливає на розвиток рослин.

(Всі дані приведені в таблиці 4.)

Розділ 5