В химии почвы произошло то, что философ науки Томас Кун назвал сменой научной парадигмы. Целый массив терминов, понятий и теорий о химии почв ушел в прошлое и был пересмотрен.
Что такое гумус
Весь вечер я провела в интернете, пытаясь выяснить, что такое гумус. Я пересматривала множество страниц, но на каждой из них определение звучит по-разному: гумус — это основное органическое вещество, и при этом есть что-то неопределенное о темноокрашенных частях почвы. Понять это крайне сложно. Но это важно, потому что от понимания гумуса зависят наши взгляды на почву и ее способность к плодородию.
Каждый садовод интересуется: что такое гумус и зачем он нужен?
- навоз,
- птичий помет,
- перегной,
- верхний слой плодородной почвы,
- комплекс органических соединений, которые находятся в почве, но не присутствуют в телах животных и их останках,
- перегной, причем только темного цвета,
- горизонт накопления гумуса, формирующийся постоянно, с толщиной, зависящей от количества fallen leaves и трупиков зверей.
Внешний вид гумуса
Я не являюсь биологом и даже не изучаю биологию, но мне хотелось бы разобраться, что такое гумус. Уверена, что другим дачникам тоже не помешает подкрепить свои знания в этом вопросе.
Посмотрим на почву внимательно
Необходимо рассмотреть почву, в которую никогда не вносились удобрения и на которой не выращивалось никакие культуры. Для этого берем острое лопату, вырезаем на глубину штыка кубик земли, аккуратно извлекаем его, чтобы не разрушить структуру, и осматриваем внешний вид. Что мы увидим? Мы увидим много интересного. Невооруженным глазом мы можем заметить новые корешки, а также остатки старых, которые обеспечивали питанием растения в прошлом году. В пустотах, где когда-то были корни, мы обнаружим воздух и извивающиеся тоннели (это могут быть места, где корни находились два года назад). Также мы увидим дождевых червей, мокриц, личинок различных насекомых и крошечных жучков-паучков. Если наденем увеличительные очки, то заметим еще больше живых существ: грибов, клещей, коловраток и жгутиковых. Однако гумуса в чистом виде мы не найдем.
Осторожный осмотр почвы. Фото с сайта pbs.twimg.com
Как классифицировать то, что мы видим в комочке почвы?
Классификация, которую мы сейчас рассмотрим, условна. Все живые организмы имеют свой срок жизни, после которого они становятся неживыми, то есть отмирают. Но в обоих состояниях они все равно являются органическими, в отличие от минеральных веществ, таких как соли или песок. Поэтому мы можем разделить все, что мы наблюдаем в почве, на две категории: живое (бактерии, корни, насекомые, черви и прочие организмы) и неживое органическое вещество.
Опад — еще не гумус. Фото с сайта all4desktop.com
Живое (включая бактерии, корни, насекомых, червей и другие организмы) со временем становится неживым. Например, листья, которые были частью дерева и были живыми, но когда упадут на землю, они станут опадом (это не только листья, но и травы). Такой опад пока еще не гумус.
Что мы не видим, но о чем знают химики
Каждое растение — уникальный организм, имеющий разнообразные ферменты, которые нужны для выполнения различных функций (их также называют белками-катализаторами), витамины (о них все знают, поэтому овощи часто едят для получения этих полезных веществ), гормоны (иногда упоминается, что вещества в капусте похожи на женские гормоны), и пигменты (антоциан, например, дает цвет ягодам смородины). Но это также не гумус.
Витамины — это полезно, но это не гумус. Фото с сайта topfruit.cz
Жизнь на нашей планете основывается на углероде. В неорганических веществах углерод не считается обязательным элементом, а его отсутствие в органических молекулах указывает на другую форму жизни, которая не основывается на углероде и такая форма быть может встречаться довольно редко.
Для создания (или синтеза) и разложения (или анализа) природа разработала механизмы, требующие ферментов. Сами реакции не являются спонтанными; их появление предопределено природой. Природа создала колоссальный производственный комплекс, способный синтезировать гумус. Из каких же компонентов он создается? Из неживых органических форм, являвшихся ранее живыми, то есть из опадов, корешков, и остаточных тел червей. Гумус почвы — это совокупность органических соединений, которые представляют собой запас питательных веществ, считаемых растениями полезными. Обратите внимание, именно растениями, а не нами. Создание этих соединений происходит с участием почвенных животных, среди которых ключевую роль играют дождевые черви.
Конкурс Био/Мол/Текст-2021/2022
Эта статья была представлена на конкурсе Био/Мол/Текст-2021/2022 в номинации Свободная тема и будет опубликована в журнале «Наука и жизнь». Партнером номинации является компания SkyGen, ведущий дистрибьютор продукции для life science на российском рынке. Главный партнер конкурса — международная инновационная биотехнологическая компания BIOCAD. Генеральный партнер конкурса — компания Диаэм, крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производства. Книжный спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн».
Слово гумус (humus) имеет свои корни в Древнем Риме, где оно просто обозначало почву. Однако интерес к органическому веществу в почве возник еще тогда. Римские авторы трактатов по сельскому хозяйству указывали, что определенные почвы, которые они называли жирными (pinguis), имели более высокую плодородность. Они также упоминали, что если добавить навоз в почву, она станет более питательной, что бы это ни значило. У знаменитого поэта Вергилия, помимо его эпических стихов, есть поэма «Георгики», которая является своего рода рифмованным учебником по сельскому хозяйству для начинающих. В ней есть строки:
Жирную почву мы, наконец, можем определить
По следующему признаку: если мять ее в руках,
Она не превращается в пыль,
А прилипает, как смола, к пальцам.
Историк и писатель Плиний Старший был не согласен с таким способом определения жирности почвы:
… Земля, прилипшая к пальцам, не обязательно жирна, клянусь Геркулесом: это относится и к глине.
Звучит не очень научно, но римляне явно осознавали, что почвы различаются по какому-то важному критерию, хотя природа этой жирности оставалась для них загадкой. Во второй половине XVIII века появились идеи о том, что почва образуется из остаточных органических материалов. Ломоносов писал, что чернозем возник в результате разложения животных и растительных остатков со временем (эта фраза впоследствии будет активно цитироваться несколькими поколениями российских почвоведов). Гумусом начали называть остатки растений и животных, которые разлагаются в почве. В 1786 году немецкий ученый Франц Карл Ахард (также известный как Ашар) обработал щелочной экстракт из торфа серной кислотой и получил в колбе некий темный осадок. С этого момента слово гумус стало обозначать органическое вещество, которое можно выделить из почвы таким образом. Состав гумуса долгое время оставался неизвестным и воспринимался как таинственный сок земли, служащий источником плодородия почвы. Почти полвека доминировала гумусовая теория питания растений, разработанная Валлериусом и Тэером, согласно которой растения строят свои тела из органического вещества почвы. В начале XIX века гумус стал объектом изучения шведа Якоба Берцелиуса, голландца Герарда Яна Мультера и немца Карла Шпренгеля. Последний с недоверием отнесся к идее, что растения получают углерод из почвы. В 1840 году вышла книга Юстуса Либиха «Сельскохозяйственная химия», которая окончательно положила конец гумусовой теории питания растений и интерес к гумусу на какое-то время угас.
Золотой век гумуса
В конце XIX века возникает новая наука — почвоведение. Гумус снова начинает интересовать исследователей, но уже не с агрономической, а с фундаментально-научной точки зрения. В XX веке гумус становится одним из ключевых понятий для почвоведов СССР и Европы, которые изучают те вещества, когда-то выделенные Францем Карлом Ахардом. Метод несколько изменился, но основной принцип — щелочная экстракция почвы и осаждение сильной кислотой — остался прежним. Основные вопросы, на которые хотелось бы ответить, были: из чего состоит гумус и как он образуется. Установлен его элементный состав: углерода 53–58%, водорода 3–4%, азота 3–5% и кислорода 31–40%. Соотношение оказалось схожим в разных типах почв, что свидетельствовало о универсальности этих веществ. По соотношению углерода и водорода можно было оценить, из каких структурных компонентов состоит гумус: высокая степень водорода указывает на углеродные цепочки, а низкая степень — на циклические соединения. Присутствие кислорода усложняло анализ, но было очевидно, что в гумусе находится много циклических или ароматических компонентов. Применяя сильные окислители, можно получить мономеры лигнина и флавоноидов (вещества растительного происхождения с множеством бензольных колец), что означало наличие ароматических ядер в гумусе. После кислотного гидролиза гумуса получали аминокислоты и сахара, что указывало на наличие белковых цепочек и полисахаридов. Использование эксклюзионной хроматографии и метода динамического рассеяния света позволило определить размеры молекул в смеси. В результате оказалось, что масса молекул гумуса может достигать сотен тысяч дальтон, что указывает на их высокую сложность. С появлением метода радиоуглеродного датирования исследователи начали оценивать возраст гумуса; результаты показали, что он может составлять сотни или даже тысячи лет. Это значит, что гумусовые вещества обладают высокой устойчивостью к разложению. Иначе как бы они могли сосуществовать тысячи лет в почве, населенной микроорганизмами, где органика расщепляется довольно быстро?
В результате у специалистов по почвам сложилась следующая картина образования гумуса. Мертвые части растений опадают на поверхность почвы и разлагаются до низкомолекулярных соединений. Эти простые вещества затем постепенно конденсируются и формируют новые устойчивые макромолекулы — гумус. Это схоже с идеями Ломоносова о превращении растительных остатков, только теперь акцент смещается на сборку новых молекул из разложенных компонентов. Этот процесс назвали гумификацией или вторичным синтезом, подразумевая, что первичный синтез происходит в организмах, а вторичный — в почве. С химической точки зрения гумусовые вещества описывались как гетерополимеры с ядром из ароматических колец и гетероциклов, окруженные углеводородными цепочками с карбоксильными, фенольными, спиртовыми, амидными и другими функциональными группами. Конкретные формулы гумусовых веществ пока не удавалось установить, но на основании состава и свойств гумусовых веществ делались предположения о их возможных структурах. Результаты представляются в виде примеров, как на рисунке 2.
Несмотря на наличие обычных органических веществ в почве, они быстро разлагаются или постепенно трансформируются в гумус, который становится стабильной и долгоживущей частью почвенной органики.
Где его больше
Для выращивания овощей и плодовых растений считается, что оптимальное содержание гумуса — около 5–6%, однако в почве этот показатель постоянно варьируется. Гумус может накапливаться естественным образом, а также с активным участием садоводов, но при этом из почвы выносится значительное количество питательных веществ совместно с урожаем овощей, фруктов и ягод, что приводит к распаду гумуса. При обработке почвы — включая рыхление, прополку и полив — также происходит его разложение.
Наращивание гумуса в саду, на овощных грядках или цветнике возможно при условии регулярного (примерно раз в 2–3 года) внесения больших доз органических удобрений, причём их нужно вносить на всю глубину корнеобитаемого слоя.
Для увеличения содержания гумуса в почву добавляют навоз, перегной, ил и сапропель, компосты, дерновую и листовую земля. Различные виды навоза отличаются по своим свойствам.
Продукты жизнедеятельности крупного рогатого скота, известные как коровяк, содержат много азота и калия, что делает их незаменимыми для внесения в легкие почвы.
Свиной навоз богат азотом, но обладает кислой реакцией, поэтому требует дополнительного внесения раскисляющих материалов и чаще используется после перегнивания.
Конский навоз ценится за высокое содержание основных элементов питания и хорош как основное удобрение. Полуперепревший навоз и перегной могут служить отличным органическим удобрением длительного действия.
Ил пресных озёр и прудов богат органикой и является эффективным удобрением для песчаных и тяжёлых глинистых почв.
Сапропель — это донные отложения пресноводных водоемов, которые содержат много органических веществ и используются как самостоятельное удобрение или для компостирования.
Компост есть почти у каждого садовода. В компостную кучу попадают растительные остатки и пищевые отходы. Для его созревания, так же, как и для подготовки листового и дернового грунта, требуется 1–2 года, после чего он станет отличным органическим удобрением для основного внесения.
Разные тонкости
Процесс накопления гумуса происходит медленно. Подсчеты показывают, что для увеличения его содержания на 1% потребуется в течение 5 лет вносить по 5–6 кг/м² перегноя или компоста. Обладателям тяжёлых глинистых или суглинистых почв удается быстрее улучшить плодородие. А вот садоводам с легкими супесями и песчаными почвами сложнее; хорошая аэрация таких грунтов приводит к быстрому разложению органики, поэтому удобрения необходимо вносить чаще и на меньшую глубину.
Использование органических удобрений для повышения плодородия почвы следует основывать на потребностях растений. Наиболее активные потребители органики — это капуста, огурцы и томаты. Для них рекомендуется вносить 8–10 кг/м² органических удобрений. Баклажаны, перцы, кабачки, тыквы и ранний картофель требуют 6–8 кг/м². Корнеплоды, такие как морковь, свёкла и редис, лук, фасоль и горох, не требуют много органики и даже плохо переносят её, поэтому эти культуры рекомендуется сажать на грядки только через 2–3 года после внесения органических удобрений.
Органические вещества, применяемые в виде подкормок (настой коровяка, птичий помет или зелёные массы растений, навозная жижа), будут эффективно действовать в периоды активного роста, однако быстро разлагаются и не обогащают почву гумусом, или делают это в незначительной степени.
Гуминовые удобрения – «химия» или органика?
Противники «химии» на своих участках с недоверием смотрят на темные жидкости в бутылках, обещающие поразительный рост и урожай. Однако бояться гуминовых удобрений не стоит, ведь сырьём для их производства служат те вещества, которые одобрил бы даже самый убежденный сторонник экологичного садоводства.
В нашей стране большинство гуминовых удобрений производится на основе торфа, который мы используем для выращивания рассады, структурирования почвы или регулирования ее пониженной кислотности. Однако уголь, древесина и сапропель (илистые отложения со дна озёр и болот) также могут служить основой для гуматов и при этом не нанесут вреда вашему урожаю.
Какое гуминовое удобрение выбрать и как применять
Перед покупкой одной из множества доступных в магазинах упаковок с желаемым наименованием, стоит разобраться, как именно вы планируете ее использовать. Эффективнее всего обработать препараты на основе гуминовых кислот семена, клубни, клубнелуковицы и рассаду перед высадкой в грунт. Данный способ применения гуматов способствует максимальному повышению всхожести, улучшает приживаемость растений и защищает их от неблагоприятных условий окружающей среды.
Выбирая препарат, старайтесь получить от него максимальную пользу. Чистые гуматы менее интересны и полезны, чем средства, содержащие в одном флаконе соли гуминовых и кремниевых кислот, а также микроэлементы. К Таким средствам относится Энерген Аква, доступный в упаковках по 10 мл.
Можно ожидать, что такой маленькой бутылки недостаточно будет, и приобрести лучше бутылку большего объема, идеале хотя бы литровую. Однако все не так просто: в небольшой упаковке находится концентрат, а рабочего раствора можно приготовить до 10 литров, в зависимости от предполагаемого применения.
Важно понимать, что бесполезно просто полить растения любым гуминовым удобрением и ждать поразительных результатов. С препаратами нужно работать строго по их инструкциям, чтобы они успели подействовать.
Для полива:
5 мл на 10 л воды
Для опрыскивания:
1,5 мл на 10 л воды
10 л на 100 кв.м.
Повышение урожайности растений на 30-40%, снижение содержания нитратов в плодах, нейтрализация радионуклидов и солей тяжелых металлов, ускорение созревания овощей и ягод на 7–10 дней — всего этого возможно добиться с использованием препарата Энерген Аква.
Как видите, результат действительно впечатляющий, и обработка не составляет большого труда.
Типы почв по гумусному слою
Важно отметить, что содержание гумуса в почве варьируется в зависимости от множества факторов. При этом максимальное содержание может достигать 15% (присуще чернозему, который считается наиболее плодородной категорией). Уровень гумуса в разных типах почв является основным критерием их классификации. В зависимости от удельного веса гумусного слоя выделяют четыре разновидности:
- Малогумусовые, где концентрация питательной среды составляет 1%. Такие почвы характеризуются минимальной растительностью и высоким содержанием мульчи. Для них характерны низкая проницаемость влаги и кислорода, а также малая активность микроорганизмов. Например, это подзолистые почвы в хвойных лесах.
- Умеренно гумусовые, имеющие удельный вес в пределах 1–2%.
- Средне гумусовые, где содержание органических веществ не превышает 3%.
- Гумусные с удельным весом органических соединений 3–5%. Чаще всего такие почвы используются для выращивания цветов и в огородах.
Например, в серых лесных почвах (образующихся преимущественно на территориях, занятых лиственными лесами) содержание гумуса варьируется от 2 до 8%. Это свидетельствует о среднем уровне плодородия. Почвы также разделяются на четыре категории в зависимости от особенностей гумусного слоя:
- Подзолистая (мор) — характеризуется повышенной грубостью, высоким содержанием детрита и пониженной активностью формирующих питательную среду микроорганизмов.
- Дерново-подзолистая (модер) — средний показатель биоактивности; в данной категории сохраняется кислая среда и незначительное взаимодействие с минеральной составляющей.
- Чернозем (мюлль) — характеризуется мощным образованием гумусного слоя и максимальным его содержанием, такие почвы наиболее популярны для растениеводства.
- Дерново-глеевая (анмоор) — вид почвы, формирующийся в местах временного увлажнения, например, на верховых болотах.
Кроме того, существуют пойменные низинные болота, которые относят к хорошо насыщенным типам, присущим эутрофным торфам.
Использование
Создание полноценной питательной среды и формирование плодородного слоя почвы является естественным процессом в природе. Падающие листья, плоды, травы и части кустарников накапливаются и превращаются в соответствующую среду. Однако на дачных участках, где необходимо обновление гумуса, могут возникнуть проблемы, так как в описанном природном цикле участвует мало плодов и других частей возделываемых культур. В горшках для комнатных цветов обогащение земли происходит еще меньше.
Количество питательных веществ в грунте постоянно снижается, что отрицательно сказывается на состоянии растений, которые начинают чахнуть и даже могут погибнуть. Таким образом, необходимо регулярно повышать плодородие почвы с помощью удобрений. Наиболее эффективные составы для стимулирования образования гумуса — навоз, помёт и компост.
Важно помнить, что каждая из подкормок имеет свои особенности. Например, птичий помет, относящийся к активно разлагающейся органике, желательно применять в разбавленном виде, чтобы полезные вещества могли быстро проникнуть в почву.
Многие опытные садоводы знают, что идеальным варианта является использование компоста, поскольку его видно удобно готовить.
Следует подчеркнуть, что общая черта всех органических удобрений — это их полная безопасность для человека и животных. Это означает, что они на 100% экологически чисты. По этой причине применение таких веществ разрешается на всех этапах роста любых культур, а именно:
- приготовление питательных растворов для предварительного замачивания черенков и семян;
- выгонка рассады, которую гумус максимально эффективно стимулирует;
- внесение удобрений при высадке растений в грунт;
- приготовление питательных добавок для полива на всех этапах роста;
- приготовление растворов для опрыскивания;
- подготовка садовых культур к зиме.
Как уже упоминалось, наиболее предпочтительной средой для формирования гумусного слоя является компост. Чтобы подготовить его прямо на участке, вам понадобятся органические отходы растительного происхождения. Также необходимо обратить внимание на подготовку места и следование простым правилам технологии.
О том, как самостоятельно изготовить компостную яму и получить качественный гумус, вы можете узнать из следующего видео.
