 |
|
|
Костычев. ПОЧВОВЕДЕНИЕ |
Разложение органических веществ в почве
|
Смотрите также:
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
В недавнее время Гоппемер при помощи особенного аппарата заставлял разлагаться белковые вещества при возможно полном доступе воздуха и нашел, что при этом, кроме угольной кислоты, воды и аммиака, нельзя найти никаких других окончательных продуктов разложения; эти опыты важны в том отношении, что прп исследованиях Рейзе гниющее мясо выделяло свободный азот и при доступе воздуха; но нельзя было доверять этому результату по той причине, что к внутренним частям ломтей мяса воздух не мог проникать свободно.
Исследованиями Рейзе доказано было выделение болотного газа при гниении без доступа воздуха; при других исследованиях найдено было, при тех же внешних условиях, выделение свободного водорода, сернистого водорода (при содержании в гниющем веществе сернокислых солей), и весьма вероятно, что фосфорнокислые соли, примешанные к гниющему веществу, выделяют фосфористый водород.
После этих предварительных замечаний мы можем перейти к ближайшему рассмотрению процессов разложения органических веществ и остановимся сперва на процессах, происходящих в присутствии воздуха.
К сожалению, точных сведений об этих процессах у нас весьма немного. Мы знаем, что конечными продуктами их являются угольная кислота, вода и аммиак, но продуктов, промежуточных между этими веществами, мы почти не знаем. Еще в недавнее время полагали, и теперь многие полагают, что твердые и жидкие продукты неполного перегнивания органических веществ (неокончательные продукты его) с течением времени становятся все более и более богатыми углеродом.
В некоторых случаях действительно бывает так. Так, например, при исследованиях Вандевельде, при разложении глицерина и виноградного сахара образуется большое количество масляной кислоты, причем из сахара образуется и маннит; следовательно, получаются вещества менее окисленные, сравнительно с первоначальным веществом. Но, например, при молочном брожении из сахара получается молочная кислота, соединение, окисленное не менее сахара. Вообще появление менее окисленных продуктов вероятнее всего при разложении без доступа воздуха, чем при условии противоположном, хотя, как уже сказано, сведения наши о процессах разложения органических веществ в природе так малы, что даже вероятных предположений о ходе пх во многих случаях сделать невозможно.
При наблюдениях над ходом разложения органических веществ при естественных [природных] условиях можно убедиться, что разложение их, во-первых, не всегда начинается одинаково и, во-вторых, что оно представляет процесс весьма сложный, или, иначе сказать, это несколько процессов, происходящих одновременно друг с другом или последовательно один за другим. Это можно видеть из того, что на разлагающемся веществе поселяется и размножается масса разнообразных организмов, грибов и бактерий, причем в разные периоды разложения организмы эти неодинаковы. Из этого можно заключить, что нелетучие продукты разложения, образующиеся в одну какую-либо стадию разложения или в разные стадии его, тоже неодинаковы.
При своих опытах над разложением различных растительных остатков под влиянием разных организмов я нашел, что под влиянием бактерий, полученных из почв, ни при каких испытанных мною условиях не образуется таких темных продуктов, каков перегной, но что такие продукты образуются только в присутствии некоторых грибов. Очень может быть, что в разных случаях эти темно окрашенные продукты бывают различны, но в настоящее время у нас об этом нет никаких сведений.
Что касается различия между грубым и мягким перегноем, то оно, пови- димому, обусловливается деятельностью животных в одном случае и отсутствием животных в другом. Наблюдая разлагающиеся органические вещества на поверхности почвы, где воздух проникает и к нижним слоям их (если они накопляются в большом количестве), мы легко можем заметить присутствие в них различных мелких животных: дождевых червей, многоножек, насекомых и т. п., и вместе с тем найдем значительное количество растительных остатков в измельченном виде. Производя опыты над разложением органических веществ и поместивши указанных животных в сосуд с разлагающимися веществами, мы найдем, что вещества через короткий промежуток времени будут так измельчены, что мы не в состоянии будем определить их происхождение: все обращается в порошковатую однообразную черную массу. Такое действие замечено мною относительно одной мелкой мухи (Sciara) и одной многоножки (Julus); деятельность дождевых червей в этом направлении достаточно известна из исследований Дарвина.
Накопление органических веществ в почвах представляло бы для нас много неясного, если бы мы не имели представления о скорости процесса разложения в различных стадиях его.
Обыкновенно полагают, что свежие растительные вещества разлагаются быстрее, чем вещества уже долгое время разлагавшиеся, и это подтверждают тем сображением, что сперва, конечно, разлагаются вещества, наиболее легко поддающиеся гниению, а затем уже остаются вещества более прочные в этом отношении. В таком воззрении нельзя не видеть остатка прежних мнений, когда разложение органических веществ считали процессом исключительно химическим. В настоящее время мы знаем, что гниение по большей части может быть почти исключительно результатом процесса физиологического, результатом жизнедеятельности низших организмов. При разнообразии этих организмов мы не в состоянии сказать теперь, что свежие растительные продукты для всех этих организмов более благоприятны, чем продукты, уже подвергавшиеся разложению; напротив, мы часто видим, что некоторые низшие растения поселяются на веществах, уже в значительной степени разложившихся, и, вероятно, для таких организмов разложившиеся продукты благоприятнее продуктов свежих.
Очень медленное разложение растительных остатков после того, как они уже разложились до известной степени, по моему мнению, мало вероятно еще и по следующим причинам: если бы разложение, доходя до известной стадии, становилось бы очень медленным, то мы везде замечали бы накопление органических веществ, по крайней мере, на всех почвах, на которых уже долгое время произрастают растения, потому что везде оставались бы эти трудно раз-» лагающиеся вещества. Мы. напротив, замечаем накопление органических веществ только на известных местах, только при определенных условиях. Следовательно, на других местах органические вещества исчезают быстро, без остатка.
Произведенные мною исследования над быстротой разложения органических веществ показали, что разложение их происходит приблизительно с одинаковой быстротой, в какой бы стадии разложения их ни взять; и в ранних стадиях разложения и в поздних равные количества перегнивающих растительных остатков дают одинаковые количества газообразных продуктов разложения, а следовательно, и остающиеся количества твердых продуктов тоже приблизительно одинаковы.
Пока, на основании одних этих исследований, невозможно утверждать, что такой же ход разложения бывает и при других обстоятельствах; но, во всяком случае, можно считать в высшей степени вероятным, что разница в быстроте разложения свежих и старых растительных остатков не может быть большой.
Подтверждение тому, что органические вещества в позднейших стадиях разложения продолжают разлагаться с большой быстротой, мы находим в следующих наблюдениях.
В германских лесах произведено довольно много точных исследований над количеством опадающей ежегодно и накопляющейся за разное число лет подстилки; между прочим, определялось количество накопляющейся подстилки в течение долгого ряда лет; при этом получены цифры, показывающие, что и старая подстилка разлагается очень быстро. Именно, найдено в среднем выводе из очень многих определений: В Супо В сосно В еловых вых лесах вых лесах лесах Ежегодно опадающее количество под стилки 4 107 кг 3 706 кг 3 537 кг на га Подстилки накопляется в 3 года . . . 8 160 » 7 591 » 8 987 » Накопляется в 6 лет 8 469 » 9 390 » 13 729 » В течение долгого ряда лет 10 417 » 13 857 » 18 279 »
Цифры последней строки показывают также среднее количество подстилки, выше которого в лесах, повидимому, не бывает (хотя в единичных случаях могут быть уклонения и в ту и в другую сторону). В буковых лесах количество накопляющейся подстилки только в 2,5 раза превышает ежегодно опадающее количество ее, или в таких лесах из 10 ООО кг ежегодно разлагается 4 ООО кг, заменяясь таким же количеством свежей подстилки, или разлагается 40% имеющегося запаса; в сосновых лесах разлагается около 27%, а в еловых— около 20% имеющегося запаса. Если принять, что в первые три года разлагалось по стольку же из накопившейся за 1 и 2 года подстилки (т. е. 40%, 27% и 20%), то, вычисляя, сколько накопится подстилки в указанных лесах, мы найдем: для букового леса ... 8 173 кг » соснового 7 756 » » елового 8 662 » т. е. цифры, очень близкие к тем, какие получены в действительности, а этим подтверждается, что разложение свежей подстилки происходит с такою же скоростью, как и разложение старой подстилки.
При одном из моих опытов взято было 500 г чернозема, высушенного на воздухе и содержащего 50,44 г перегноя, и56,70гсена, разлагавшегося около 3 лет и содержащего тоже 50,44 г органических веществ. После смахивания водой до 1/а влагоемкости в струе воздуха вещества эти выделяли в течение 6 дней: чернозем по 0,1975 г и сено по 0,2156 г угольной кислоты, т. е. разложение их происходило приблизительно с одинаковой скоростью.
Если признать пока верным заключение, что органические вещества в разных стадиях разложения разлагаются с одинаковой скоростью, то мы впоследствии будем иметь возможность даже вычислять накопление органического вещества; кроме того, заключение это дает нам ясные представления о возможных размерах накопления органических веществ при разных условиях, так как очевидно, что при верности указанного положения количество разлагающихся на данной площади веществ пропорционально их запасу: если из 100 ф. разлагается 30, то из 1 000 разложится 300 и т. д. Если разложение происходит с такой.быстротой, что из всего запаса органических веществ может разлагаться г/а их; т0 накопление не может быть более тройного прироста, потому что из этого количества будет разлагаться масса, равная приросту; при медленном разложении, когда, например, может разлагаться только 0,001 часть запаса органических веществ, накопление может превосходить прирост в 1 000 раз и т. д. Очевидно, следовательно, что накопление органических веществ может происходить только там, где условия допускают очень медленное разложение и препятствуют разложению быстрому; тогда может накопиться значительное количество их даже при малом среднем приросте, что мы и видим в наших степных местностях, где чернозем образовался при малом ежегодном среднем приросте травяной растительности.
Все предыдущее приводит нас к необходимости определить, при каких условиях разложение происходит быстро и при каких—медленно. В этом отношении мы замечаем громадную разницу между органическими веществами, находящимися на поверхности почвы, и такими же веществами, находящимися в самой почве.
На поверхности пбчвы органические вещества разлагаются вообще быстро. Мы уже видели, что лесная подстилка в лиственных и хвойных лесах разлагается так, что накопление ее при обыкновенных средних условиях европейского климата не превосходит тройного или пятерного ежегодного прироста, т. е. бывает сравнительно невелико. При опытах Нерода, производившихся в Лесном институте, разлагалось (по расчету) на 1 десятине в день перегноя в черноземе, содержащем 10% органических веществ и 25—29% влажности:
В почвах комковатых при. » » » В почвах плотных при . . » » » . . » порошковатых при . » » » . В слое перевернутого дерка: влажного подсохшего сверху . • . снова смоченного .... 17°Ц от 62 до 74 фун. 25—27°Ц » 97 » 104 » 17JH » 38 » 40 » 25—27°Ц » 71 » 88 » 17 Ц » 31 » 47 » 25—17°Ц » 74 » 66 » . . . . 298 » 245 » . . . . 123 » 110 » . ... 168 » 141 »
Из комковатых почв с 11—12% влажности не выделялось угольной кислоты.
Из этих цифр видно, что перевернутый дерн, лежащий на поверхности почвы, разлагался несравненно быстрее органических веществ, находящихся в самой почве. Кроме того, в почвах разрыхленных, в которые свободно проникает воздух, разложение происходит несравненно быстрее, чем в таких почвах, где обмен воздуха совершается медленно. Поэтому разрыхление почвы в сильной степени ускоряет разложение органических веществ; известно, что при удобрении почвы навозом мы чаще всего не можем возвысить в ней содержание органических веществ, так как в рыхлой почве навоз быстро разлагается без остатка. Дегерен, удобряя почву ежегодно 5 000 пудов навоза в течение нескольких лет, не нашел в ней после этого увеличения в содержании перегноя. Точно так же Гандке, исследовавши почвы с двух полос, лежащих рядом, из которых одна постоянно удобрялась навозом, а другая не получала никакого удобрения в течение более 20 лет, не нашел между ними разницы в содержании перегноя. В земле неудобренной органических веществ было даже больше.
Быстрое разложение органических веществ на поверхности почвы вполне понятно: они здесь постоянно находятся при полном доступе воздуха и каждую ночь смачиваются росой; кроме того, даже и незначительный дождь смачивает их и тем ускоряет их разложение, тогда как внутри почвы таких благопрят- ных для разложения условий не имеется.
Вещества, запаханные в почву, не разлагаются иногда, в особенности на сухих местах, очень долго; даже после нескольких лет они остаются почти свежими. Точно так же растительные корни, особенно в плотной земле, очень долго не перегнивают. Поэтому при произрастании на почвах многолетних трав содержанпе перегноя в ЕЩХ возрастает иногда довольно быстро; вообще из всех до сих пор исследованных случаев только после многолетних трав содержание в почвах перегноя становится больше: других факторов, способствующих этому, мы до сих пор не знаем.
Можно думать, что разлагающиеся на поверхности почвы вещества могут увлекаться в глубокие слои почвы водой в виде мелких твердых частичек или растворенные водой. Но опыты показывают, что проникновение твердых частиц в почву, в особенности, когда она содержит достаточное количество мелких частиц, невозможно: частицы эти задерживаются в скважинах почвы и закупоривают их, так что почва становится непроницаемой даже для воды. Что же касается органических веществ, растворенных в воде, то вода, приносящая их в почву, способствует обновлению в ней воздуха и вследствие этого и своим присутствием до такой степени ускоряет разложение органических веществ, что после просачивания даже через незначительный слой почвы она оказывается чистой.
Это в особенности ясно из исследований английской комиссии по очищению грязных вод; некоторые опыты этой комиссии будут приведены в следующей главе, и из них видно, с какой поразительной быстротой разлагаются в почве органические вещества, приносимые в нее просачивающейся водой. Тот факт, что просачивание органических веществ в почву не способствует их накоплению в почве, подтверждается с особенной ясностью на лесных почвах; несмотря на постоянное присутствие подстилки в лесах и на то, что вода сквозь подстилку проникает легко, мы никогда не находим под слоем подстилки значительного накопления органических веществ в почвенном слое.
Растительные корни поэтому являются единственным источником значительного накопления в почвах органических веществ, и это подтверждается тем, что распределение органических веществ в почвах соответствует распределению в них растительных корней.
Только там, где растительные корни идут глубоко, там и почва обогащается перегноем до значительной глубины; в разных слоях почвы содержание перегноя соответствует числу корней, находящихся в этих слоях, и т. п. Значительным такое накопление может быть в более плодородных почвах (при равных условиях разложения) и, кроме того, в почвах плотных, мелкозернистых. В таких почвах воздух обновляется медленно, и летними дождями такие почвы промачиваются до незначительной глубины: этим создаются условия, при которых разложение происходит вообще очень медленно, а следовательно, и накопление перегноя ускоряется.
Совсем другими условиями отличается накопление органических веществ под водой или в почвах, пропитанных водой. Тогда разложение происходит без доступа воздуха и потому, как мы видели, газообразные продукты разложения будут большей частью другие, а может быть, и твердые продукты получаются не те, как при разложении на воздухе. Это последнее предположение подтверждается тем, что целый класс разлагающих организмов, именно грибы, не может иметь влияния на разложение органических веществ при этих условиях или оказывает влияние только по временам, когда органические вещества выступают на воздух вследствие высыхания мокрых почв летом или вследствие понижения уровня воды в водоемах.
Хотя из исследований Брефелъда можно видеть, что многие грибы могут без доступа воздуха образовать особые формы, подобные дрожжам, и, вероятно, в таком виде содействуют разложению органических веществ и под водой, но продукты их жизнедеятельности при этом, несомненно, будут неодинаковы с теми, какие получаются при развитии тех же грибов в их обыкновенных формах при доступе воздуха. Кроме того, присутствие этих дрожжевых форм ни разу еще не замечено при разложении органических веществ под водой.
|
|
|
|
К содержанию книги: П. А. Костычев - Курс лекций по почвоведению
|
Последние добавления:
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы
Происхождение и эволюция растений
Биографии ботаников, биологов, медиков