 |
|
|
Костычев. ПОЧВОВЕДЕНИЕ |
СОСТАВ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕРЕГНОЯ
|
Смотрите также:
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
В каждой почве мы находим органические вещества в разных стадиях разложения, начиная с веществ, только что начавших разлагаться, и кончая веществами, совершенно измененными как морфологически, так и химически, измененными до такой степени, что происхождение их определить мы не в состоянии. Название перегноя придают обыкновенно уже измененным от разложения веществам, сделавшимся вследствие разложения бурыми или черными.
Если принять во внимание всю совокупность разнообразных условий, при которых образуется перегной, то на первый взгляд кажется неизбежным заключение, что состав перегноя должен быть весьма сложным.
Растительные остатки, подвергающиеся разложению, имеют, как известно, весьма сложный состав; в них мы находим разнообразные органические вещества: чистую клетчатку и клетки с одеревеневшими, кутикуляризованными и тому подобными стенками; в содержимом клеток находятся разнообразнейшие вещества, азотистые и безазотвые: уже это одно заставляет думать, что состав растительных остатков в разных стадиях разложения должен быть сложен, так как различные вещества, вероятно, дают и разные продукты разложения.
Кроме того, разложение органических остатков в природе происходит под влиянием жизнедеятельности разнообразных низших организмов, отчего способы разложения сложных соединений на простейшие должны быть различны, а, следовательно, и продукты разложения должны быть неодинаковы.
Но если принять во внимание другую сторону дела, то предыдущее заключение наше о сложности состава перегноя изменится. Организмы, под влиянием которых происходит разложение органических веществ, суть только грибы и бактерии. Подобно тому как у высших растений мы находим сходство в физиологических отправлениях, физиологические процессы различных грибов, вероятно, в главных чертах, по крайней мере, должны представлять определенное однообразие, и то же самое нужно ожидать и у бактерий. У всех высших растений продукты их жизнедеятельности, составляющие большую часть растительного тела, одинаковы или очень сходны, как, например, клетчатка и другие углеводы, белковые вещества, жиры.
Такое же однообразие не только возможно. но и весьма вероятно для продуктов жизнедеятельности низших растений. Кроме того, доказано относительно некоторых низших организмов, что они из разнообразных органических веществ производят одинаковые продукты разложения; так, например, бактерия, известная под именем масляного фермента, образует масляную кислоту из разных углеводов, из глицерина, из молочной кислоты и т. д.
Эти факты и соображения приводят нас, напротив, к тому соображению, что перегнойные вещества в главной массе могут быть повсюду однообразными, несмотря на разнообразие веществ, из которых они происходят, а так как исследования нал перегнойными веществами из разных местностей показывают, что вещества эти действительно сходны как по составу, так и по свойствам, то последнее наше заключение, таким образом, оправдывается.
Прибавим к этому, что сходство состава и свойств перегнойных соединений может быть удовлетворительно объяснено только приведенным выше рассуждением. Но как бы то ни было, состав органических веществ в почвах должен быть гораздо сложнее сравнительно с тем, что показывают нам исследования над ним.
Относительно состава перегнойных веществ более точные, сравнительно с другими, исследования произведены Мулъдером более 40 лет тому назад. С того времени, как показано будет ниже, наши сведения об этих веществах увеличились незначительно.
По мнению Мульдера, главная масса органических веществ в почвах состоит из двоякого рода соединений—ульминовых и гуминовых. «Они суть,— говорит Мульдер,—продукты разложения всех растительных частей без различия: опадающих листьев, корней, которые остаются в почве, короче, всех ор1анов растительного царства; но и животные продукты дают их при своем тлении».
«Ульминовыми веществами я называю бурые, гуминовыми веществами черные. Те и другие, как ульминовые, так и гуминовые вещества разлагаются щелочами на часть нерастворимую, или индиферентную, и часть растворимую, или кислую, причем у каждой сохраняется ее первоначальный цвет».
«Бурые вещества получаются сперва, и я называю их появление первым актом разложения клетчатки и целого ряда других органических веществ; черные получаются из бурых, и я называю их появление вторым актом».
Изменения органических составных частей растений при их превращении в перегной совершаются, по мнению Мульдера, так: «крахмал, гумми, сахар, клетчатка, так называемые инкрустирующие вещества древесинных клеток растительных остатков в состоянии перехода в перегной делаются бурыми, поглощают кислород и выделяют угольную кислоту, но теряют ежедневно элементы воды, так что при образовании угольной кислоты вещества делаются постоянно богаче углеродом, т. е. беднее кислородом и водородом, пока не наступит известное состояние равновесия, когда образуются новые группы, обладающие известной прочностью, во всяком случае гораздо большею прочности их материнских веществ и, следовательно, заслуживающие название химических тел».
Согласно с этим, состояние органического вещества от начала изменения, например, клетчатки, до образования ульмина следует считать неопределенным, постоянно изменяющимся.
При изменении ульминовых соединений в гуминовые опять получается ряд неопределенных изменчивых продуктов, пока вторично образуются довольно прочные соединения—гуминовые.
Как указано выше, по мнению Мульдера, в ульминовых и гуминовых соединениях находятся индиферентные тела—ульмин и гумин, и кислоты—уль- миновая и гуминовая. Состав ульмина такой же, как состав ульминовой кислоты, а гумина такой же, как гуминовой кислоты. «Нерастворимый гумин,— говорит Мульдер,—который имеет такой же состав, как гуминовая кислота, переходит в последнюю. При этом, однако, не поглощается кислорода, но связывается аммиак из воздуха, причем образуется растворимое в воде соединение».
При исследовании над составом и свойствами гуминовой кислоты, произведенном Детмером, оказалось, что нет достаточных оснований различать гуми- новую кислоту от ульминовой. Кислота, приготовленная из бурого, даже светло- бурого торфа, оказалась во всех отношениях одинаковой с кислотой из темного торфа, так что «мы должны считать их безусловно тождественными телами».
Так как Детмер употреблял особенные предосторожности для получения кислоты в возможно чистом виде, чего не сделал Мульдер, то мы считаем мнение Детмера более мотивированным и не будем при дальнейшем изложении отличать гуминовых соединений от ульминовых. Что касается гумина, то Детмер считает возможным признать состав его одинаковым с составом гуминовой кислоты; но он мог исследовать только нечистый гумин, так как приготовить его в чистом виде нет возможности. По многим причинам, мне кажется, нельзя считать, что гумин и гуминовая кислота имеют одинаковый состав. Переход гумина в кислоту совершается только на воздухе и, вопреки мнению Мульдера, не одно поглощение аммиака для этого необходимо; если бы это было так, то раствором аммиака мы могли бы извлечь из почвы все темноцветные органические вещества, а это никогда не удается.
Детмер дает гуминовой кислоте формулу причем с аммиаком она дает соль, содержащую 6 частиц аммиака, следовательно, кислота эта многоосновная. Она немного растворяется в воде; так при 6° 1 часть кислоты растворяется в 8 333 частях воды, при 18° в 3 571 части воды, при 50° в 1 190 частях воды. Но если кислоту высушить, то для растворения ее нужно 13 784 части кипящей воды, а в холодной растворение ее незаметно. Нерастворимость высохшей гуминовой кислоты в холодной воде и малая растворимость ее в горячей воде после высыхания приводят иногда к ошибочным заключениям о реакции почвы. Так, например, большинство исследователей убеждено, что черноземные почвы имеют средйою реакцию, потому что испытывают почвы, до испытания высохшие. Но если смочить черноземную почву так, чтобы сделать ее влажной, и, разрыхливши, оставить несколько дней на воздухе, то реакция почвы оказывается кислой даже у черноземных почв с очень возвышенных мест, если они содержат мала углекислой извести.
Со щелочами кислота образует легко растворимые в воде соли; напротив, соли кальция, магния и железа трудно растворимы в воде. Вследствие много- основности кислота может образовать двойные, тройные и т. д. соли, содержащие несколько оснований. Если в числе их будут преобладать щелочи, то эти соли легко растворимы в воде; если же в преобладающем количестве будут известь, магнезия или окись железа, то соли растворяются трудно. Так как гуминовые вещества аморфны, то до сих пор нет возможности с уверенностью сказать, представляет ли исследованная разными лицами гуминовая кислота одно тело или смесь нескольких тел, разделить которые пока не удалось. Что гуминовая кислота, получаемая из перегноя, действительно представляет смесь разных тел, это видно между прочим из работы Состени; получивши кислоту обыкновенным способом (растворением в щелочах и осаждением соляной кислотой), Состени при помощи спирта разделил ее на два тела: одно, растворимое в спирте, содержало 62% углерода, другое, нерастворимое в спирте, содержало 58% углерода.
Кроме гуминовой (и ульминовой) кислоты, Мульдер нашел в перегное еще две кислоты—ключевую и осадочно-ключевую (креновую и апокреновую).
Ключевая кислота и ее соли (щелочей и щелочных земель) бесцветны; кислота растворяется в воде и представляет кислоту тоже многоосновную; на воздухе во влажном состоянии она поглощает кислород и, не выделяя угольной кислоты, переходит в бурую осадочно-ключевую кислоту; последняя при действии восстановляющих веществ легко превращается обратно в ключевую кислоту.
Соли ключевой кислоты большей частью растворимы в воде; соли осадочно- ключевой кислоты подобны в этом отношении гуминовым солям, т. е. щелочные соли растворяются в воде, а остальные трудно растворимы. 4-9 % . 0,4-1,0% . 0,3-0,4%
Обе эти кислоты находятся в перегное в гораздо меньшем количестве, сравнительно с гуминовой кислотой. Так, например, Мульдер при исследовании нескольких почв находил в них: гуминовой кислоты . . . . осадочно-ключевой кислоты ключевой кислоты . . . .
Несмотря на несовершенство и неполноту наших сведений о кислотах, находящихся в перегное, мы на основании известных нам свойств их можем сделать весьма важные заключения о их действии на другие составные части почв. Заключения эти, нужно заметить, останутся одинаковыми, признаем ли мы упомянутые кислоты смесью разных тел или же самостоятельными химическими телами.
Многоосновность перегнойных кислот и способность гуминовой и осадочно- ключевой кислоты образовать нерастворимые или трудно растворимые в воде соли, содержащие разные основания, обусловливает способность перегнойных солей поглощать питательные вещества из растворов подобно цеолитам. Эта способность доказана несколькими исследованиями, из которых мы приведем здесь исследования Эйхгорна. 5 г гуминовокислой извести поглотили из 40 куб. см раствора, содержавшего 0,1994 г фосфорной кислоты, 0,1839 г этой кислоты. Свободная гуминовая кислота при таком же опыте совсем не поглотила фосфорной кислоты. 10 г гуминовокислой извести из 50 куб. см раствора, содержавшего 0,5120 г окиси аммония, поглотили 0,1105 г окиси аммония, тогда как свободная гуминовая кислота совсем не поглощала аммиака.
Присутствие гуминовых солей в почве, следовательно, предохраняет от вымывания такие вещества, как кали, аммиак и т. п., и действует в этом отношении, как уже сказано, подобно цеолитам.
Свободная гуминовая кислота, а также и другие свободные кислоты, находящиеся в перегное, действуют совершенно иначе. При смешивании их с нейтральными солями они превращают эти соли в Кислые или же вытесняют другие кислоты, как, например, соляную, серную, фосфорную, из их солей; так при исследованиях Эйхгорна различные сорта [виды] торфа, содержавшие кислоты в свободном состоянии, при действии на фосфорнокислую известь переводили в раствор и известь и фосфорную кислоту. Если бы оба эти вещества находились в растворе в виде кислой фосфорнокислой извести, то на 1 часть фосфорной кислоты приходилось бы 0,384 части извести. Между тем в растворах на 1 часть фосфорной кислоты находилось только от 0,254 до 0,370 части извести, т. е. часть фосфорной кислоты находилась в свободном состоянии.
В некоторых сортах торфа, содержащих сернокислые соли, находится значительное количество свободной серной кислоты, выделяемой из этих солей перегнойными кислотами. Так, например, Вархов при исследовании одного болота в северной Германии нашел в различных слоях его от 0,01 до 0,27% свободной серной кислоты, количества сравнительно громадные. Точно так же Оссвалъд в болотных почвах при культурах по способу Рампау находил в 1 000 частей от 0,035 до 0,396 части свободной серной кислоты, следовательно, тоже весьма большие количества.
Выделением свободных кислот из хлористых и сернокислых солей перегнойными кислотами можно пользоваться как средством для определения присутствия свободных перегнойных кислот в почвах. Перегнойные кислоты иногда действуют на лакмус слабо, тогда как выделенные ими кислоты, серная или соляная, гораздо сильнее. Если реакция почвы остается средней и после прибавки хлористой или сернокислой соли, то тогда только можно сказать, что в почве свободных перегнойных кислот нет и что реакция почвы средняя.
Присутствие таких веществ в почве делает ее почти или совсем бесплодной.
В почвах, содержащих большое количество основных окислов, присутствие свободных перегнойных кислот невозможно, и потому таких явлений, как выделение минеральных кислот, здесь тоже не может быть. Но тогда возможно дальнейшее разложение органических веществ, и если оно происходит при избытке воды, т. е. без доступа воздуха, то, как уже указано выше, при этом выделяется водород, действующий на минеральные вещества восстановля- ющим образом: из сернокислых соединений образуются сернистые соединения, из окиси железа—закись и т. д. Состав минеральной части почв под влиянием таких процессов делается совершенно иным.
В недавнее время, благодаря в особенности общеизвестным работам Грандо, многие лица склонны придавать перегнойным соединениям еще особенное значение. Сущность мнений по этому вопросу состоит в следующем.
Еще Мульдеру было известно и с того времени подтверждалось многими лицами, что при обработке гуминовых солей углекислыми щелочами, например, углекислым аммиаком, происходит двойной обмен между обоими веществами. Аммиак (или другая щелочь) входит в соединение с гуминовой кислотой, выделяя из соединения с ней другие основания. Так как гуминовые щелочи легко растворимы в воде, то при этом получается раствор темного цвета.
При обработке почв, содержащих перегной, углекислым аммиаком получается такой же темный раствор вследствие тех же причин. До исследований Грандо на состав этого раствора не обращали внимания, но этот ученый, выпаривши раствор досуха и прокаливши полученный осадок, нашел, что в нем содержится большое количество минеральных веществ.
Состав этого минерального остатка, если исключить из него окись железа и глинозем, содержащиеся в нем в значительных количествах, оказывается очень близким к составу растительной золы. Так, например, по моим анализам такого осадка, полученного из некоторых черноземных почв, состав его был такой: Кремнезема .... 26,53% 36,36% 24,23% Извести 14,15% 6,38% 11,55% Фосфорной кислоты 7,31% 3,75% 10,53% Магнезии 5,61% 2,51% 12,83% Серной кислоты . . 6,30% 4,67% 10,94% Кали 15,79% 17,98% 3,10% Окиси марганца . 0,18% 0,14% 0,21% Натра 10,14% 14,90% 5,36% Глинозема .... 13,46% 12,57% 21,14%
Из этих цифр видно, что перегнойно-аммиачная соль извлекает из почв все питательные вещества для растений и притом, как показал Грандо, из почв плодородных извлекается их больше, чем из почв бесплодных или малопло- дородвых.
При выпаривании извлекаемого из почв углекислым аммиаком черного раствора получается блестящая, плотная, хрупкая масса. Грандо называет ее черным веществом (matiere noire). На основании того, что из почв плодородных извлекается с черным веществом большое количество питательных веществ для растений, Грандо заключил, что плодородие почв зависит от количества черного вещества и содержащихся в нем минеральных веществ. Не ограничиваясь этим, Грандо сделал шаг дальше и высказал, что питательные вещества для растений в почвах находятся в виде минерально-органических соединений, или в виде черного вещества.
Если это понимать таким образом, что в почвах питательные вещества для растений находятся исключительно в виде минерально-органических соединений, то это несправедливо.
Есть почвы необычайно плодородные, содержащие, однако, очень мало органических веществ и стало быть очень мало черного вещества, например, нильский ил и многие другие почвы. Кроме того, приведенные нами цифры в главах о поглощении растворенных веществ почвами неопровержимо доказывают, что питательные вещества находятся в почвах в значительных количествах в виде цеолитов. Но в настоящей главе показано, что и перегнойные соли обладают способностью поглощать питательные вещества из растворов, а потому некоторая часть питательных веществ в почвах содержится и в виде перегнойных солей. В почвах, небогатых цеолитами, но содержащих значительное количество перегнойных солей, может быть, даже большая часть питательных веществ находится в виде перегнойных соединений. Все это само собой разумеется, и если понимать учение Грандо в этом смысле, то оно не представляет ничего нового.
Нужно заметить, кроме того, что не все минеральные вещества, извлекаемые из почвы с черным веществом, находятся в почвах в виде гуминовых соединений; часть их, и, может быть, значительная, растворяется в перегной- ноаммиачной соли во время обработки почвы углекислым аммиаком (подобно тому, как фосфорные соли извести, железа и глинозема растворяются в аммиачных солях органических кислот). Поэтому то, что происходит в растворах с перегнойной кислотой, ни в каком случае не представляет того, что было в соединении с этой кислотой в почве; это подтверждается и тем, что, как показал еще Мульдер, углекислый аммиак разрушает бывшие в почве перегнойные соли, вытесняя из них основания и замещая их аммиаком, отчего в раствор перейдет не то, что было в твердом виде.
Соотношение между минеральными и органическими веществами впрочем еще не выяснено окончательно. Если к раствору прибавить соляной кислоты то она осаждает перегнойную кислоту. Но Гаврилов в лаборатории Петровской академии нашел, что вместе с гуминовой кислотой при этом осаждаются и минеральные вещества. Он нашел в таком осадке 12% минеральных веществ, содержащих: кремнезема 42,12% фосфорной кислоты . . 15,50% окиси железа 9,80% глинозема 26,77% кали 2,40% и, кроме того, незначительные количества натра, извести п магнезии. Профессор Густавсон, по инициативе которого предпринято это исследование, для объяснения того факта, что окись железа и глинозем с фосфорной кислотой в данном случае не растворяются в соляной кислоте, склоняется к предположению, что в гуминовой кислоте есть спиртовый водород, замещаемый некоторыми найденными при упомянутом анализе веществами. Но, как я думаю, возможно и другое предположение: очевидно, что гуминовоаммиачная соль растворяет часть цеолитов, причем в раствор переходят кремнезем, глинозем и другие окислы, способные все вместе давать цеолит, трудно растворимый в соляной кислоте. В таком случае от прибавки этой кислоты осядут и гуминовая кислота и цеолит, и мы получим в осадке смесь двух веществ, химически не связанных между собой. Предположение это не представляет ничего невероятного, а потому факты, замеченные Гавриловым, требуют дальнейших исследований для объяснения их, и они настолько интересны, что исследование их представляется мне весьма важным.
Заканчивая этим наше рассмотрение химических свойств перегноя, не можем не указать, что извлечение из почв черного вещества углекислым аммиаком и определение количества растворяемых при этом неорганических веществ, представляет заслуживающий полного внимания способ исследования почв для определения их плодородия. С этой стороны факты, указанные Грандо, будут рассмотрены нами впоследствии.
|
|
|
|
К содержанию книги: П. А. Костычев - Курс лекций по почвоведению
|
Последние добавления:
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы
Происхождение и эволюция растений
Биографии ботаников, биологов, медиков