Склад органічної частини грунту

Невід’ємною складовою частиною будь-якого грун-
ту є органічна речовина — сукупність живої біомаси і органічних
решток рослин, тварин, мікроорганізмів, продуктів їх метаболізму
і специфічних новоутворених речовин — гумусу. Складний комп-
лекс органічних сполук грунту зумовлений різним складом орга-
нічних решток, що надходять у грунт, неоднаковою спрямованістю
мікробіологічного процесу, різноманітними гідротермічними умо-
вами тощо. Нежива органічна маса перебуває в грунті в різних
формах.

1. Скупчення нерозкладених та слабкорозкладених органічних
решток, які утворюють лісову підстилку, степову повсть, торф. Це
так званий грубий гумус, або мор (нім. moor — торф). Неозброєним
оком видно шматочки органів рослин, під мікроскопом — клітини і тканини.

2. Глибоко перетворені органічні рештки у вигляді однорідної
пухкої маси чорного забарвлення. Під мікроскопом можна поба-
чити лише дрібні ділянки деяких тканин з залишками напівзруй-
пованих клітин. Вся маса просякнута новоутвореними сполуками

Рис. 15. Склад органічної речовини грунту (за Д. Шредером, 1978 з доповнен-
нями Л. О. Гришиної, 1988) у складі гумусу:

1 — нерозчинний залишок (гумін); 2 — неспецифічні речовини; 3 — фульвокислоти, 4 —
гумінові кислоти.

темно-бурого кольору. Цю форму органічної речовини називають
модер (нім. moder—порохня). В народі її називають перегноєм,

3. Органічний мул (від нім. mull—пил), або власне гумус—
комплекс органічних високомолекулярних сполук, специфічних для
грунту. Це аморфна маса без залишків органічних решток (лат.
Humus—земля). Гумусні речовини дифузно розташовані між мі-
неральними частками грунту, склеюють їх.

Між наведеними формами органічної речовини існують посту-
пові переходи. Джерелами органічної речовини можна вважати всі
компоненти біоценозу, проте рослини є основним. Склад органічної
речовини різних типів грунту неоднаковий (рис. 15).

Неспецифічні органічні речовини грунту. В процесі розкладан-
ня відмерлих решток рослин, тварин і мікроорганізмів грунт зба-
гачується речовинами індивідуальної природи. Вони становлять
10—15% загальної маси органічних речовин грунту. Найпошире-
нішими в грунтах є такі.

Азотисті сполуки— білки і амінокислоти. У процесі розкладан-
ня білків утворюються амінокислоти. Найчастіше в грунтах міс-
тяться аланін, гліцин, серин, цистеїн, треонін, валін, метіонін та ін.

Вуглеводи — велика група органічних сполук, які є джерелом
енергії для мікроорганізмів і багатьох видів безхребетних тварин.
У грунтах містяться моносахариди (глюкоза, фруктоза, манноза,
галактоза та ін.), олігосахариди і полісахариди (крохмаль, целю-
лоза та ін.).

Ліпіди — велика група органічних сполук, до якої входять
жирні олії, фосфоліпіди, віск, кутин, суберин та ін.

Ароматичні сполуки. В грунтах виявлені ароматичні кислоти
протокатехова, ванілінова, бузкова та ін.), кумарини, флавоної-
ди, таніни (дубильні речовини), лігнін та ін.

УТВОРЕННЯ І СКЛАД ГУМУСУ

Одночасно з розкладанням органічних речовин в
грунті синтезуються гумусні речовини, відбувається гумусоутво-
рення.

Хімізм утворення гумусних речовин вивчали багато дослідників.
У процесі розвитку грунтознавства було висунуто кілька гіпотез
походження гумусу.

Значний вклад у вивчення процесів гуміфікації внесли В. Р. Ві-
льямс, Л. М. Александрова, В. І. Тюрін, М. М. Кононова та ін.
Л. М. Александрова розробила логічну схему гумусоутворення і
мінералізації гумусних речовин (рис. 16). За її визначенням гумі-
фікація — складний біофізико-хімічний процес трансформації про-
міжних високомолекулярних продукіів розкладання органічних
решток в особливий клас органічних сполук — гумусні кислоти.

Вона встановила, що швидкість і спрямованість гуміфікації за-
лежать від багатьох факторів. Основними серед них є кількість і
хімічний склад рослинних решток, водний і повітряний режими,
склад грунтових мікроорганізмів, реакція грунтового розчину, ме-
ханічний склад грунту тощо. Певне співвідношення даних факто-
рів і їх взаємодія зумовлюють певний тип гуміфікації органічних
решток: фульватний, гуматно-фульватний, фульватно-гуматний і
гуматний.

Склад гумусу. Гумус — це гетерогенна полідисперсна система
високомолекулярних азотистих ароматичних сполук кислотної
природи. За забарвленням і відношенням до розчинників гумусні
речовини поділяють на три групи сполук: гумінові кислоти, фуль-
вокислоти, гуміни.

Гумінові кислоти (ГК) темно-коричневого або чорного забарв-
лення, розчинні в слабких лугах і слабкорозчинні у воді. До їх
складу входять вуглець (50—62%), водень (2,8—6,6%), кисень
(31—40%), азот (2—6%) і зольні елементи. Залежно від вмісту
вуглецю ГК поділяють на дві групи: сірі або чорні (високий вміст
С₂) і бурі. Елементарний склад молекул гумінових кислот непо-
стійний. Хімічні властивості, ємкість вбирання, взаємодія з міне-
ралами грунту зумовлені наявністю в молекулі ГК функціональ-
них груп (карбоксильної, фенолгідроксильної, амідної, карбоніль-
ної тощо).

Фульвокислоти (ФК) світло-жовтого забарвлення, розчинні у
воді і лугах, їх елементарний склад відрізняється від складу гумі-
нових кислот. Вони містять вуглець (41—46%), водень (4—5),

Рис. 16. Схема утворення гумусних речовин у грунті (за Л. М. Александровою,
1980).

азот (3—4), кисень (44—48%). Отже, фульвокислоти містять мен-
ше вуглецю і більше кисню, ніж гумінові.

Гуміни тепер прийнято називати рештками, що не гідролізують-
ся. Це сукупність гумінових і фульвокислот, які міцно зв’язані з
мінеральною частиною грунту. До їх складу входять також компо-
ненти рослинних решток, що важко розкладаються мікроорганіз-
мами: целюлоза, лігнін, вуглинки. Гуміни не розчиняються в жод-
ному розчиннику, тому їх називають інертним гумусом.

Крім гумусних речовин в грунтах містяться органо-мінеральні
сполуки. Здебільшого це солі неспецифічних кислот (щавлевої, ли-
монної, оцтової, мурашиної та ін.), комплексні солі неспецифічних
і гумусних кислот та адсорбційні органо-мінеральні сполуки. Солі
гумінових кислот називають гуматами, фульвокислот — фульва-
тами. Більшість фульватів є легкорозчинні сполуки.

8.3. РОЛЬ ГУМУСНИХ РЕЧОВИН В ГРУНТОУТВОРЕННІ
ТА ЖИВЛЕННІ РОСЛИН

 

Гумусні речовини мають дуже важливе значення
в грунтоутворенні, формуванні родючості грунту, живленні рослин.
Роль окремих компонентів гумусу в цих процесах неоднакова, ос-
кільки вони мають різні властивості. В землеробстві з давніх-да-
вен відомо — чим більше гумусу в грунті, тим він родючіший. Чо-
му ж грунти, багаті на перегній,є високородючими?

Гумінові кислоти надають грунтам темного забарвлення на-
віть при незначному вмісті гумусу. Такі грунти, порівняно із світ-
лими, краще поглинають сонячне проміння і тому мають кращий
тепловий режим, що позитивно впливає на ріст і розвиток рослин.
Через погану розчинність у воді вони накопичуються у верхньому
шарі грунту і таким чином формують гумусний горизонт.

Основна маса гумінових кислот перебуває в грунті в стані ко-
лоїдних міцел, що зумовлює підвищення ємкості вбирання даного
грунту. А родючість, як відомо, залежить від величини ємкості
вбирання. Чим більше у грунті міститься увібраних основ, тим
більший запас поживних речовин для рослин. 100 г сухої маси гу-
мінових кислот вбирає 400—600 мг-екв. Жоден глинистий міне-
рал у природі не має такої високої ємкості вбирання.

На поверхні тонкодисперсних часток грунту гумінові кислоти
реагують з залізом і алюмінієм, утворюючи органо-мінеральні дис-
персні системи — гелі. Колоїди гумінових кислот цементують ме-
ханічні частки грунту у процесі формування міцних, водостійких
структурних агрегатів. Поліпшення структурного складу грунту
також позитивно впливає на його родючість.

Гумінові кислоти містять багато зольних елементів, які при
мінералізації гумусу переходять у легкодоступну для рослин фор-
му. Таким чином, гумусні речовини зумовлюють регулярне засво-
єння поживних речовин рослинами. Саме цим пояснюється загаль-
новідомий факт: чим більше в грунтах гумусу, тим вища біологічна
продуктивність рослин. Отже, гумус є поживою для мікроорганіз-
мів, а для вищих рослин — джерелом зольних елементів і азоту.

Інакше на грунтоутворення впливають фульвокислоти та їх со-
лі. Завдяки легкій розчинності вони швидко вимиваються в ниж-
ні горизонти грунту і навіть за межі грунтового профілю. В умо-
вах, де переважає синтез фульвокислот, грунти, як правило, бідні
на гумус. Крім того, фульвокислоти є агресивними сполуками і
здатні руйнувати мінерали грунту (карбонати, гідроксиди, алю-
мосилікати), тобто здійснювати хімічне вивітрювання. Разом з
неспецифічними кислотами вони є основним фактором процесу
підзолоутворення в грунтах тайгово-лісових областей та інших
регіонів з гумідним кліматом. Значна кількість фульвокислот син-

тезується також у грунтах, які погано провітрюються, наприклад
у важких і перезволожених. За цих умов процеси розкладання ор-
ганічних решток відбуваються повільно, тут нагромаджується ба-
гато нерозкладених органічних решток. Такі грунти мають кислу
реакцію, що негативно впливає на його родючість. При наявності в
грунтах дво- і тривалентних катіонів утворюються фульвати. Фуль-
вокислоти при цьому нейтралізуються і процес підзолоутворення
не проявляється. Таке явище, зокрема, спостерігається на карбо-
натних породах.

Таким чином, рівень родючості грунту залежить не лише від
кількості гумусу, а й від його якості. В землеробстві слід дбати
про накопичення в грунті гумусу, багатого на гумінові кислоти.
Основними заходами щодо накопичення органічних речовин в
грунті є: внесення органічних добрив, застосування зелених доб-
рив, культура багаторічних трав, боротьба з ерозією, водна і хі-
мічна меліорація, правильна система обробітку грунту, впрова-
дження науково обгрунтованих сівозмін тощо.

ЕКОЛОГІЧНА РОЛЬ ГУМУСУ

В. А. Ковда в своїх працях (1981, 1985) підкреслює
загально планетарну роль грунтів як акумуляторів органічної ре-
човини і енергії. Він запропонував гумусний горизонт грунтів пла-
нети вважати особливою енергетичною оболонкою — гумосферою.
Підраховано, що грунти з середнім вмістом гумусу (4—6%) (200—
400 т/га) накопичують на 1 га стільки енергії, яка дорівнює енер-
гії 20—30 т антрациту.

Енеогію органічної речовини грунтів для здійснення життєвих
процесів використовують мікроорганізми і безхребетні тварини
для фіксації азоту та для багатьох інших хімічних і біологічних
процесів. Тому підтримання запасів гумусу в грунтах — найакту-
альніша проблема сучасного землеробства. В багатьох регіонах
земної кулі вміст гумусу в грунтах за останні 30—40 років змен-
шився на 30%.

Гумусні речовини поліпшують фізичні властивості грунту. Грун-
ти з високим вмістом гумусу мають широкий діапазон фізичної
стиглості, тобто їх можна обробляти в широкому інтервалі воло-
гості. Такі грунти потребують менших затрат на механічний об-
робіток. За даними І. В. Кузнецової, підвищення вмісту гумусу в
дерново-підзолистих грунтах до 5—6% сприяє підвищенню острук-
туреності грунту до 50%. Одночасно збільшуються пористість, во-
логоємкість і ємкість вбирання грунту.

Велике екологічне значення мають біологічно активні речовини,
що входять до складу органічної частини грунту. Наукові дослі-
дження багатьох вчених свідчать, що окремі компоненти гумусу

стимулюють ті чи інші фізіологічні процеси. Так, О. С. Безуглова
(1980) довела, що гумусні речовини стимулюють ріст кореневих
волосків і кореневої системи в цілому. Ферментативна активність
гумусу зумовлює інтенсивність надходження СО₂ в приземний шар
атмосфери. Підвищення концентрації CO₂ у повітрі інтенсифікує
фотосинтез рослин.

Таким чином, органічна речовина грунту і пов’язана з нею енер-
гія забезпечують стабільність біосфери. Виснаження запасу гумусу
в грунтах нашої планети призведе до необоротних екологічних на-
слідків. Перед сучасним суспільством стоїть завдання — відроди-
ти і зберегти оптимальний гумусний стан грунтів.

8.5. ГЕОГРАФІЧНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ РОЗПОДІЛУ
ГУМУСНИХ РЕЧОВИН В ГРУНТАХ

Вміст гумусних речовин в грунтах — характерна
генетична і класифікаційна ознака кожного типу грунту. Положен-
ня про закономірну зміну гумусу в зональних типах грунтів залеж-
но від географічних умов вперше сформулював В. В. Докучаєв у
праці «Російський чорнозем» (1883). В наш час для кожного зо-
нального типу грунту встановлено стабільний вміст гумусу в верх-
ньому горизонті і стабільний тип розподілу його запасів по гори-
зонтах профілю. Доведено також, що кожний тип грунту має пев-
ний якісний склад гумусу: відносний вміст гумінових і фульвокис-
лот, будова їх молекул, форми органо-мінеральних зв’язків тощо
(табл. 7).

З наведених даних видно, що максимально гумус накопичуєть-
су у глибоких і звичайних чорноземах. Тут склались найсприят-
ливіші гідротермічні і біохімічні умови, які забезпечили високу
продуктивність біологічної маси, помірну активність мікроорганіз-
мів, консервацію і збереження гумусу в грунтах.

Таблиця 7. Вміст і склад гумусу у верхньому горизонті зональних типів
грунтів (за М. М. Кононовою, 1969)

Грунт	Вміст гумусу, %	Відношення ГК: ФК	Вміст рухомих форм гумусних кислот, %
Сильнопідзолисті	2,5—3,0	0,6
Дерново-підзолисті	3,0—4,0	0,8
Сірі лісові	4,0—6,0	1,0	20—30
Чорноземи глибокі	9,0—10,0	1,7	20—25
Чорноземи звичайні	7,0—8,0	2,0—2,5	10—15
Каштанові	1,5—4,0	1,2—1,5
Бурі напівпустинь	1,0—1,2	0.5—0,7
Червоноземи (вологі субтропіки)	4,0—6,0	0,7—0,9	90—100
Фералітні (тропічні)	2,0—4,0	0,3—0,4

На північ і на південь від чорноземної зони поєднання гідро-
термічних і біохімічних умов несприятливе для синтезу і накопи-
чення гумусу. В умовах посушливого клімату (сухі степи, напів-
пустині і пустині) біологічна продуктивність рослинних угруповань
незначна, а рештки відмерлих рослин швидко розкладаються до
повної мінералізації. На північ від чорноземів, в умовах тайго-
во-лісової зони переважає синтез фульвокислот, які легко вимива-
ються атмосферними опадами в нижні горизонти.

Розділ 9

ВБИРНА ЗДАТНІСТЬ, КИСЛОТНІСТЬ
І ЛУЖНІСТЬ ГРУНТІВ

9.1. ПОНЯТТЯ ПРО ВБИРНУ ЗДАТНІСТЬ
ГРУНТУ ТА ЇЇ ТИПИ

Здатність твердої фази грунту вбирати тверді, рід-
кі і газоподібні речовини називають вбирною здатністю. Грунт вби-
рає речовини з грунтового розчину і грунтового повітря.

Вбирну здатність грунту грунтовно вивчав відомий грунтозна-
вець К. К. Гедройц. Залежно від природи вбирання він виділив та-
кі її типи.

Механічне вбирання відбувається під час фільтрації води крізь
грунт. При цьому пори і капіляри затримують частки, розмір яких
більший за діаметр капілярів. Завдяки механічному вбиранню лю-
дина одержує чисту джерельну воду, а саме явище широко вико-
ристовують при будівництві штучних фільтрів для очищення води.

Молекулярно-сорбційне, або фізичне, вбирання проявляється в
тому, що на поверхні колоїдів грунту вбираються молекули речо-
вин, які мають полярну будову. Прикладом фізичного вбирання є
адсорбція грунтом молекул води. Вода, увібрана колоїдами грунту,
називається гігроскопічною. Глинисті грунти, які містять в собі ве-
лику кількість колоїдних часток, мають високу гігроскопічність, пі-
щані, навпаки, є низькогігроскопічними.

Іонно-сорбційне, або фізико-хімічне (обмінне), вбирання —
здатність грунту вбирати на поверхні колоїдних часток іони і обмі-
нювати їх на еквівалентну кількість іонів грунтового розчину.

Хімічне вбирання зумовлено утворенням в грунтовому розчині
важкорозчинних сполук, які випадають в осад. Катіони і аніони,
які надходять у грунт з атмосферними опадами, добривами тощо,
взаємодіють з солями грунтового розчину. В результаті утворю-
ються нерозчинні або важкорозчинні сполуки. Наприклад:

1) CaCl₂ + Na₂CO₃ ® ¯CaCO₃ + 2NaCl;

2) [ГВК^2–] Са²⁺ + Na₂SO₄ ® [ГBK^2–] 2Na⁺ + ¯CaSO₄.

Біологічне вбирання зумовлене здатністю живих організмів, що
населяють грунт, засвоювати хімічні елементи. Після відмирання
організмів засвоєні ними хімічні елементи акумулюються у верхньо-
му шарі грунту у складі органічних речовин.

9.2. ГРУНТОВІ КОЛОЇДИ І ГРУНТОВИЙ
ВБИРНИЙ КОМПЛЕКС

Тонкодисперсна частина грунту (частинки розміром
менше 0,001 мм) відіграє значну роль у фізико-хімічних процесах,
що відбуваються у грунті. Колоїдна частина цієї фракції (частки
розміром <0,0001 мм) має велику питому поверхню і високу вбир-
ну здатність, яка відіграє дуже важливу роль у грунтоутворенні.

Незалежно від походження колоїди несуть на своїй поверхні
заряд. Природа виникнення заряду у мінеральних колоїдів пояс-
нюється так. Уламки більшості глинистих мінералів мають крис-
талічну структуру. Всередині даного уламку енергетичні зв’язки
між іонами, атомами чи групами атомів взаємно врівноважені, а
на поверхні вони частково ненасичені. Поверхневі іони кристаліч-
ної решітки діють на вільні іони грунтового розчину — відштовху-
ють однойменні заряди або притягують іони з протилежним заря-
дом. Явище притягання іонів колоїдною часткою називають сорб-
цією (лат. sorbere—вбирання).

Сила сорбції окремого колоїду незначна. Проте при подрібнен-
ні уламків, коли різко зростає питома поверхня частокданої маси,
сумарний ефект дії поверхневих іонів стає значним. Заряд колоїдів
органічних речовин виникає за рахунок дисоціації водневих іонів
карбоксильних (СООН^—) і фенолгідроксильних (ОН^—) груп.

Якщо колоїдні частки знаходяться в розчині і взаємодіють з йо-
го іонами, то вони набувають певної будови.

Будова колоїдної міцели. Поняття колоїдна міцела ввів у ко-
лоїдну хімію швейцарський вчений грунтознавець Г. Вігнер. Осно-
вою колоїдної міцели є ядро, яке являє собою складну сполуку
аморфної або кристалічної будови різного хімічного складу.

На поверхні ядра розташований шар іонів, який визначає по-
тенціал частки. Ядро міцели з цим шаром іонів називають гра-
нулою. Між гранулою і розчином, що оточує колоїд, виникає елек-
тричний потенціал, завдяки якому з розчину вбираються іони з про-
тилежним зарядом. Так формується шар компенсуючих іонів. Таким
чином, навколо ядра міцели утворюється подвійний електронний
шар (рис. 17).

Іони компенсуючого шару, в свою чергу, розташовані навколо
гранули двома шарами. Внутрішній — нерухомий шар, іони якого
міцно утримуються на поверхні гранули. Гранулу разом з нерухо-
мим шаром називають колоїдною часткою. Зовнішній шар компен-

суючих іонів називають ди-
фузним. Іони цього шару мо-
жуть еквівалентно обміню-
ватись на іони грунтового
розчину.

В грунтах одночасно на-
явні мінеральні, органічні і
органо-мінеральні колоїди
Сукупність їх називають
колоїдним, або грунтовим
вбирним комплексом (КВК
ГВК).

Рис. 17. Схема будови колоїдної міцели.

Грунтові колоїди утво-
рюються в процесі вивітрю-
вання гірських порід і грун-
тоутворення в результаті
подрібнення крупних часток
або шляхом з’єднання мо-
лекулярно подрібнених ре-
човин. Їх стан підпорядко-
ваний законам фізичної і колоїдної хімії. В грунтових колоїдних
розчинах вони становлять дисперсну фазу, де дисперсним середо-
вищем є вода. Між дисперсною фазою і дисперсним середовищем
постійно відбуваються процеси взаємодії, існує динамічна рівно-
вага.

Фізичні властивості грунту і його родючість залежать від скла-
ду КВК і кількості увібраних іонів. Здебільшого в грунтах містять-
ся мінеральні колоїди груп монтморилоніту і каолініту, органічні
колоїди представлені гуміновими кислотами.