Как разлагается органика в почве?

 

Попытаемся поразмышлять дальше, какие превращения происходят в почве, если сложилась стабильная почвенная экосистема. Вспомним, что такое органическое вещество почвы.

Органическое вещество почвы состоит из углеродсодержащих соединений, образующихся в результате биологических процессов. Стоит помнить о двух главных направлениях: разложении опада и разложении почвенных организмов, которые размножились на секретах корней и опаде корней. Поэтому органика почвы – это всегда разная степень разложения клеточной структуры растений и животных. Медленнее всего разлагаются лигнин и хитин.

Но кроме мертвой органики в почве всегда есть живые корни, живые микроорганизмы и крупные почвенные животные. Чем их больше, тем почвы обычно плодороднее и лучше противостоят стрессам.

Растения получают углерод только из атмосферы, они не могут усваивать огромные запасы углерода в виде CO2 и глюкозы из почвы. Различные спекуляции на этот счет наукой не подтверждаются. Несмотря на эксперименты с CO2 и корнями, в реальной почве CO2 не играет никакой важной роли в жизни растений. Есть много промышленных теплиц, где с поливной водой вносят в почву CO2 в огромной концентрации, но корни его не всасывают, он просто медленно поднимается вверх и всасывается листьями через устьица, повышая фотосинтез и урожай. Урожай в теплицах при прочих равных условиях всегда зависит от содержания CO2 в воздухе и не зависит от его содержания в почве.

В теплицах, где не вносят дополнительный CO2, в летний солнечный день листья быстро его «выедают», содержание падает ниже 0,01 % и фотосинтез прекращается, и несмотря на то, что в почве днем концентрация CO2 очень высока из-за разложения органики, корни ее почти не усваивают. В растения углерод поступает всегда из воздуха, в листьях (и в корнях) синтезируются более сложные органические соединения. Эти соединения попадают в почву и разлагаются гетеротрофными микроорганизмами. Получается, сколько органики растение синтезирует и отдает почве, столько и поступает энергии для жизни биоты. Но садовод может внести в почву дополнительную органику, чем резко ускорить процессы почвообразования; или неразумно внести минералку и пестициды, тем самым замедлив эти процессы.

Правильнее рассматривать как основной процесс именно фотосинтез, точнее, производство растением органических веществ, а далее смотреть, что улучшает ситуацию. Например, продолжительность и интенсивность света, концентрация CO2 в воздухе, движение его ветерком к листьям и его количество в микрозонах устьиц. Наличие и доступность питательных веществ в почве, а также влаги и тепла. Наличие симбионтной биоты в почве со своими гормонами и витаминами, нужными растениям.

Приведу примеры, чтобы подчеркнуть важную мысль. Внесите в виде мульчи на одну грядку траву люцерны или льна, на другую – траву лебеды. Стебель люцерны очень крепкий. Он состоит из сложных прочных молекул лигнина, при этом вместе с целлюлозой этот лигнин включен в прочнейшие стенки клеток растения. Разорвать эти связи способны только ферменты редких грибов. Поэтому гумус из этого лигнина сохраняется в почве сотни лет и определяет ее пористость.

Лебеда состоит из простых белков, Сахаров и небольшого количества целлюлозы. Она разлагается очень быстро, почти не оставляя гумуса, сразу же включаясь в пищевые цепочки микроорганизмов, и поставляет растениям много азота. Микроорганизмы также быстро или умирают, или поедаются хищниками и кормят азотом растения, а вот гумуса после себя почти не оставляют, потому что не содержат структурно сложных молекул, таких, как лигнин. На первой грядке растения вырастут слабее, а гумуса станет больше, на второй растения будут жировать, а содержание гумуса падать.

 

Лигнин и стабильный гумус

 

Лигнин образовался в процессе эволюции не сразу, а только тогда, когда в растениях появились сосуды. В отличие от целлюлозы, которая состоит из линейных цепочек Сахаров, лигнин состоит из молекул с трехмерной закольцованной структурой.

Грибы (бактерии) своими ферментами легко разрушают целлюлозу и черпают из нее энергию. Для разложения же лигнина ферментов и энергии надо затратить больше, а так как в лигнине практически нет азота и других дефицитных элементов, то ради одной энергии углерода микроорганизмы с ним «не связываются».

Сосудистые растения приспособились утилизировать лигнин и с его помощью укреплять стенку проводящих сосудов. Как только в природе появился опад сосудистых растений, то есть образовалось много лигнина, появились и грибы базидиомицеты, которые переводят его в гумус.

В почве гумус включился в дальнейшие цепочки почвообразования и сыграл ведущую роль в «строительстве домов и городов» для почвенной биоты, определяя структуру почвы и ее способность делать доступными для корней дефицитные минералы почвы. Почитаем, что пишут ученые о том, как образовался гумус черноземных степей.

«Максимальное накопление гумуса в мощных тучных черноземах связано с разложением большого количества корневых остатков в условиях весеннего максимума влаги при ограниченном сквозном промачивании гумусового горизонта.

Сухой летний период играет важную роль в образовании и накоплении гумуса черноземов по следующей причине: недостаток влаги в почве к концу лета подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, разлагающих и минерализующих растительные остатки, но в это время продолжают интенсивно работать ферменты, играющие существенную роль в процессах собственно гумификации.

В течение вегетационного периода содержание гумуса в типичном черноземе под целинной степью закономерно изменяется, уменьшаясь приблизительно к концу июня и снова повышаясь в сентябре. Гумус обильно снабжает элементами минерального питания интенсивно вегетирующую в это время растительность.

В конце же лета он как бы «отдает» почве новое синтезированное органическое вещество взамен старого, израсходованного почвой на минерализацию в период бурного роста вегетативной массы.

В самом верхнем, наиболее корнеобитаемом слое чернозема (0–5 см), сезонные изменения содержания гумуса достигают 2 %: содержание гумуса сначала уменьшается с 10–11 до 8–9 %, а к осени более или менее восстанавливается до первоначального уровня. Потеря 1–2 % гумуса – это 25–30 т/га. Невозможно предположить, что такое количество гумуса за 2–3 мес. может восстановить опад корней. Самих корней в верхнем 20-сантиметровом слое чернозема содержится 18 т/га. Откуда же берется органический материал – источник пополнения гумуса в черноземе к концу вегетационного периода?

Этим источником являются не только опад корней и надземная масса степных трав после ее отмирания, но и прижизненные корневые выделения, которые тоже подчинены сезонной ритмике и достаточно обильны в целинностепных черноземах…»

Я хочу подчеркнуть, что даже в степях, в дикой природе гумус прирастает очень медленно, тысячи лет. А вот падает в периоде вегетации растений летом и возрастает осенью на 2 %. Посадка сидератов мало меняет скорость накопления гумуса. Да, сидераты осенью дадут прибавку 1–2 % гумуса, но ведь за лето они и съедят эти 1–2 %. Без внесения щепы из сладких веточек или другой дополнительной органики нам не обойтись. Щепа, веточки, скошенные травы, соломистый навоз и опилки в саду под деревьями дают быстрое накопление долгоиграющего гумуса, намного выше, чем в открытых степях Черноземья.

Последние годы я все свои земли стал опрыскивать гуматами весной и осенью («Агровит-Кор»), их еще называют катализаторами почвообразования, поэтому за лето у меня гумуса разрушается менее 1,5 % и прибывает к осени выше 2,5 %. Почва становится темнее и структурней, а в сентябре остается теплой и мягкой, как перина.

В свежем опаде находится много разных органических молекул, некоторые из них быстрее перерабатываются почвенными организмами, чем лигнин или целлюлоза. Например, крахмал и аминокислоты – это простые органические молекулы, первыми вступающие в процесс разложения. Очень много почвенных бактерий и грибов имеют ферменты, необходимые для этого процесса. Все видели, как быстро скисает мясной бульон или ягодный сок. Разложение крахмала и аминокислот обеспечивает большую часть энергетических потребностей микроорганизмов почвы. Поэтому так эффективны подкормки растений настоями, например крапивы или окопника, где много Сахаров и белка.

В противоположность этому фенольные соединения, воски и лигнин состоят из более сложных органических молекул и в почве не деградируют в течение очень длительного периода времени. Но бактерии, грибы, черви с клещами перерабатывают органику в особых условиях, когда есть влага, воздух, нужный уровень рН и температура. Об этом часто забывают начинающие.

 

Органика, тонким слоем положенная на песок, высохнет, закопанная глубоко – заплесневеет, сгниет. Опилки без азота закислят почву, пищевые отходы и зеленые листья из-за избытка азота загниют и вызовут гниение ствола растений и корней.

 

Процесс разложения органических веществ называется минерализацией. Во время минерализации элементы, которые были частью структуры органических молекул, пройдя серию пищевых цепочек, постепенно окисляются до менее сложных форм, в конечном счете превращаясь в неорганические молекулы, которые и усваиваются корнями. Цель у микробов чисто утилитарная – забрать из органики энергию углерода, NPK и микроэлементы и построить свои тела, прежде всего нуклеиновые кислоты, белки и клеточные стенки.

Главный дефицит для них – углерод с его энергией, второй лимитирующий фактор – азот, а вот в почве, богатой микроорганизмами, например пролитой АКЧ, при достатке энергии Сахаров из органики дефицита азота нет, аммоний синтезируется из воздуха множеством почвенных азотофиксаторов.

Таким образом, при разложении органики, в которой обычно много азота и фосфора, в богатой гумусом почве быстро создается избыток этих главных элементов, больше, чем требуется для дальнейшего роста микроорганизма. Излишки связываются минералами почвы или накапливаются в клетках микроорганизмов. На почвах, бедных глиной и микроорганизмами, все это уходит в реки. Если в органике достаточно лигнина, то образующийся гумус адсорбирует избыточный азот и фосфор, и почва быстро наращивает плодородие.