| К. Д. ГЛИНКА | ПОЧВОВЕДЕНИЕ |
Вопрос о том, из каких составных частей органического вещества строится почвенный гумус, в настоящее время едва ли заслуживает такого внимания, как это было раньше. По мере того, как перед нами раскрывается понемногу состав почвенного перегнояг делается все более и более ясным, что в образовании гумуса принимают участие весьма многие группы органических соединений как безазотистых, так и азотистых. При этом едва ли можно сомневаться в том, что гумус образуется не только из тех частей растительных остатков, которые разлагаются на месте их нахождения, но и из тех растворов (правильнее, псевдорастворов или золей), которые получаются при соприкосновении воды даже со свежими еще органическими веществами и которые могут передвигаться на большую или меньшую глубину внутрь почвы. На первой точке зрения стоял когда-то Костычев, впоследствии, однако, значительно изменивший свои взгляды, вторую точку зрения отстаивал Докучаев и его ученики, Леваковский, Гоппе-Зейлер и др.
Леваковский впервые обратил внимание на то обстоятельство, что если привести в соприкосновение растительные остатки с водой, то последняя переводит в раствор кое-что из содержимого этих остатков. Настаивая ржаную солому водой, он получал вытяжку желтоватого цвета, из которой спирт осаждал бурую клочковатую массу. Если та же вытяжка подвергалась действию кислорода воздуха, то на ее поверхности скоро получалась пленка, которая затем осаждалась на дно стакана в виде белых хлопьев. Последние, при соприкосновении с воздухом, принимали вскоре грязно-бурый цвет. Дальнейшие наблюдения показали, что некоторые минеральные соли в той же водной вытяжке дают нерастворимые осадки, при чем, однако, не все вещество выпадает из раствора.
Вытяжка из разложившейся белой древесины лещины (Corylus Avellana) имеет цвет крепкого чая. Оставленная в стакане на воздухе, эта вытяжка также покрывается пленкой, падающей затем, в виде хлопьев, на дно стакана и образующей, после отфильтрования и высыхания, темно-бурое вещество. В этой вытяжке соли алюминия, окиси железа и меди дают нерастворимые осадки. Это последнее свойство Леваковский считал весьма важным в вопросе о закреплении в почвенных массах органических веществ. Пока просачивающиеся органические вещества встречают в поверхностных слоях почв такие минеральные соединения, с которыми они могут давать нерастворимые осадки, просачивание ограничивается только поверхностными слоями. Когда там все могущие вступить в реакции соединения будут использованы, просачивание идет глубже и глубже.
Аналогичные данные получены были позже Слезкиным и Кравковым, но ни тот, ни другой, как и Леваковский, не пробовали подходить к вопросу о том, какие органические вещества переходят из растительных остатков в водные вытяжки. Осталсятакже невыясненным вопрос, получаем ли мы в водных вытяжках истинные растворы или коллоидные псевдорастворы.
Из данных Кравкова видно только, что при соприкосновении с водой даже свежие органические остатки (листья, хвоя, солома и пр.) кое-что отдают воде, при чем максимальное количество органического вещества отдают корни, затем листья деревьев и сено, а меньше всего - солома и хвоя.
Так, из 1000 грамм сухого растительного материала перешло в водную вытяжку:
| Из хвои (сосна, ель, пихта) в среднем | 2,03 гр. |
| " соломы (рожь, овес, ячмень) в среднем | 2,37 |
| " сена (степное, луговое, клевер) в среднем | 15,58 |
| " древесных листьев (дуб, береза, осина, ольха) в средн. | 15,78 |
| " корней (ржи, овса, ячменя) в средн. | 31,78 |
Впервые в работе Гоппе-Зейлера мы находим попытку решить вопрос о том, какие органические вещества отдают растительные остатки в водную вытяжку.
Если обратить внимание, говорит Гоппе-Зейлер, на те изменения, которые обнаруживаются при умирании листьев и других сочных частей растений, то не трудно заметить два ряда изменений, идущих рука об руку: обеднение водой и приобретение буроватой окраски (иногда более желтой или красноватой). Эта окраска появляется лишь в том случае, если мертвые растительные остатки имеют достаточно влаги, в противном случае побурения не происходит; известно, например, что сено, при высушивании без дождей, высыхает, не теряя своей зеленой окраски. Побурение разлагающихся растительных остатков зависит существенно не только от изменения хлорофилла, так как тем же свойством отличаются и растения или части их, не содержащие хлорофилла. Вещества, изменение которых вызывает появление бурой окраски, должны иметь широкое распространение и входить в состав всех растений. Скорее всего можно думать, что таковыми являются углеводы и дубильные вещества. Последние очень распространены в растениях; при разложении этих веществ выпариванием их водных вытяжек (особенно с прибавкой небольшого количества H2SO4 или HCI) получаются красные или темно-бурые аморфные соединения, которые называются красными дубильными веществами. В коре деревьев очень часто содержатся подобные же вещества, получившие от Стехелина и Гофштеттера название флобафенов. Из отмерших листьев можно нередко извлечь еще небольшие количества дубильной кислоты, часто же из них получаются бурые аморфные тела со свойствами флобафенов.
Общим свойством всех этих соединений является их способность при сплавлении с КНО и небольшим количеством воды (выше 200° Ц.) давать протокатехиновую кислоту [С6Н3(НО)2]СООН, а иногда вместе с нею и другие вещества, какова, например, бурая, аморфная, растворимая в спирте, очень мало в воде и совсем нерастворимая в эфире гиматомелановая кислота. Совершенно те же реакции дают гуминовые вещества из почвы, торфа, бурого угля, а также искусственно полученные из различных углеводов действием кислот.
Из клетчатки, по мнению Гоппе-Зейлера, гуминовых веществ получиться не может, так как брожение клетчатки приводит к образованию газообразных продуктов.
Того же взгляда придерживается и Суцуки, в работе которого находим указание, что протеин, крахмал и пентозаны содействуют образованию черного вещества гумуса, а жиры и целлюлоза - нет. Бейеринк, напротив, полагает, что гумификация клетчатки возможна при содействии грибка Streptothrix chromogena1).
Нахождение в составе гумуса азотистых соединений и, в частности, аминокислот, свидетельствует в пользу того, что и белковые вещества принимают участие в образовании гумуса. О том же говорит и нахождение в составе гумуса фосфора и серы.
Белковые вещества, с одной стороны, могут поступать в почву от разлагающихся растений, с другой - от разложения микроорганизмов (Костычев, Ивановский) и животных остатков. Некоторые исследователи, базируясь на том, что растения содержат значительно меньше азота, чем почвенный гумус (Майер), полагали, что азот гумусовых соединений принадлежит, большею частью, животным остаткам и находится в виде хитина (Пост, Раманн). При этом упускалась из вида способность гуминовых веществ поглощать азот, о чем будет подробнее сказано в другом месте2).
Трусов, на основании своих опытов, пришел к заключению, что углеводы, при разложении, не дают "гуминовой кислоты". Белковые вещества дают вводно-растворимую "гуминовую кислоту", так как среди продуктов распада белков находится аммиак. Исследователь полагает, что первой стадией гумификации является гидролиз белков, а затем окисление и конденсация продуктов гидролиза. Количество получающейся из белков "гуминовой кислоты" пропорционально содержанию в них фенольных соединений.
Жирные растительные масла принимают ограниченное участие в гумификации. Лигнин способен гумифицироваться. Главную роль в процессах гумификации играют вводно-растворимые органические вещества, а из этих последних особенно дубильные вещества. Впрочем, если растения содержат много дубильных веществ, то водно-растворимой гуминовой кислоты получается мало.
Количество и качество образующейся гуминовой кислоты зависят от состава растительных остатков и, в частности, от содержания дубильных веществ и белков. Они зависят также от физико-географических условий, при которых в природе идет разложение.
При действии воды на свежие растительные остатки, в водную вытяжку переходят не только органические вещества, но и зольные элементы. Еще в работе Шредера были получены в этом направлении совершенно определенные указания 3):
| K2O | CaО | MgO | Fe2O3 | P2O5 | SO3 | |
| Выщелочено дестилиров. водой из буков. листвы | 52,6 | 4,5 | 19,0 | 1,5 | 19,7 | 55,3 |
| из елов. веточек | 47,8 | 7,9 | 20,3 | 5,0 | 37,9 | 86,2 |
1) Из более старых авторов отметим Детмера, который считал возможным образование гумуса из клетчатки. О получении гуминовых веществ из лигнина, см. Lang, Zeitschr. f. physiolog. Chemie, 1889, S. 84.
2) Montemarini указывает, что древесные листья, разлагаясь, поглощают азот, как это находил и Henry. См. также Hornberger.
3) Цифры показывают процентное содержание найденных в вытяжках зольных элементов по отношению к общему содержанию каждого отдельного ингредиента в золе растительных остатков. По тому же вопросу см. Raman n. Zeitschr. f. Fors-tund Jagwes. 1888. S. 1.
Аналогичные данные получались позже и другими исследователями; приведем здесь цифры Кравкова:
| В 1 клг сух. вещ. содержится зольных элем. в гр. |
Из 1 клг сух. вещ. перешло в раствор зольн. элем. в гр. |
% | Среднее | |
| Листья дуба | 74,46 | 4,47 | 6,00 | 6,58% |
| " березы | 51,41 | 3,37 | 6,55 | |
| " осины | 74,27 | 5,81 | 7,86 | |
| " ольхи | 56,69 | 3,42 | 6,03 | |
| Хвоя сосны | 61,54 | 1,50 | 2,43 | 2,25% |
| " ели | 47,35 | 1,10 | 2,32 | |
| " пихты | 62,72 | 1,23 | 1,96 | |
| Солома ржаная | 41,91 | 0,87 | 2,07 | 2,83% |
| " овсяная | 37,93 | 1,11 | 3,72 | |
| " ячменная | 38,15 | 1,04 | 2,72 | |
| Сено степное | 63,70 | 2,90 | 4,55 | 4,74% |
| " луговое | 45,22 | 2,12 | 4,68 | |
| " клеверное | 68,43 | 3,42 | 4,99 | |
| Корни ржи | 85,10 | 25,76 | 30,27 | 34,44% |
| " овса | 71,41 | 22,40 | 31,08 | |
| " ячменя | 75,68 | 31,77 | 41,97 |
Приведенные цифры показывают, что легче всего выщелачиваются зольные элементы из корневой системы растений, затем идут, в убывающем порядке, древесные листья, луговые и степные травы, солома злаков и, наконец, хвоя.
Сопоставляя эти данные с данными предыдущей таблицы Кравкова (стр. 32), не трудно видеть, что количество зольных элементов, переходящих в водные вытяжки, совершенно параллельны количествам переходящих в те же вытяжки органических веществ. Отсюда, по-видимому, можно сделать вывод, что в данном случае речь идет не об отщеплении минеральных соединений, а о переходе в водные вытяжки зольных элементов, совместно с содержащим их органическим веществом.
Какие элементы при этом оказываются в вытяжках, видно уже из цифр Шредера; полнее это можно видеть из нижеследующей таблицы, принадлежащей Кравкову:
Из 1000 ч. (в 1 клг) сухого вещества перешло в водную вытяжку в гр:
| SiO2 | Fe2O3 | Mn3O4 | CaO | MgO | K2O | Na2O | P2O5 | SO3 | Cl | |
| Из листьев дуба | 0,03 | 0,05 | 0,03 | 0,96 | 1,52 | 0,73 | сл. | 0,46 | 0,69 | - |
| Из листьев березы | 0,06 | сл. | 0,01 | 0,84 | 0,98 | 0,64 | " | 0,17 | 0,67 | - |
| Из листьев осины | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 2,13 | 1,13 | 0,28 | " | 0,97 | 1,27 | - |
| Из листьев ольхи | 0,06 | 0,01 | 0,02 | 0,54 | 0,87 | 0,63 | " | 0,68 | 0,61 | сл. |
| Из хвои сосны | 0,43 | 0,01 | сл. | 0,14 | 0,33 | 0,31 | " | 0,03 | 0,25 | - |
| Из хвои ели | 0,54 | 0,01 | - | сл. | 0,15 | 0,12 | " | 0,04 | 0,24 | - |
| Из хвои пихты | 0,56 | 0,06 | - | " | 0,24 | 0,05 | " | 0,01 | 0,31 | сл. |
| Из соломы ржаной | 0,63 | сл. | - | 0,04 | 0,10 | 0,05 | " | 0,02 | 0,02 | 0,01 |
| Из соломы овсяной | 0,93 | " | - | 0,02 | 0,11 | 0,19 | " | 0,05 | 0,10 | 0,01 |
| Из соломы ячменной | 0,56 | " | - | 0,02 | 0,06 | 0,14 | " | 0,10 | 0,16 | - |
| Из сена степного | 0,37 | " | - | 0,69 | 0,49 | 0,80 | " | 0,30 | 0,25 | сл. |
| Из сена лугового | 0,12 | " | - | 0,28 | 0,22 | 0,84 | " | 0,56 | 0,10 | " |
| Из сена клеверного | 0,09 | " | - | 0,57 | 0,60 | 1,32 | " | 0,41 | 0,42 | 0,01 |
| Из корней ржи | - | 0,79 | 0,09 | 4,37 | 1,55 | 11,27 | 0,38 | 4,67 | 2,32 | 0,32 |
| Из корней овса | - | 0,76 | 0,30 | 1,29 | 2,54 | 6,32 | 0,47 | 7,33 | 3,24 | 0,15 |
| Из корней ячменя | - | 1,81 | 0,12 | 7,85 | 3,73 | 11,66 | 0,24 | 3,13 | 3,00 | 0,23 |
Значительные количества серы и фосфора, переходящих в водную вытяжку, свидетельствуют о том, что не одни только углеводы и дубильные вещества оказываются в коллоидных растворах. Это еще более убеждает в том, что в образовании гумуса принимают участие разнообразные группы органических соединений.
Когда органические остатки начинают разлагаться, зольные элементы минерализуются, т. е. образуют соли, и тогда выщелачивание их идет энергичнее. Ход этого выщелачивания должен быть неодинаков, в зависимости от условий, при которых оно совершается, но эти условия чрезвычайно сложны, так как они связаны и с ходом микробиологических процессов, и со свойствами коллоидных растворов. Эти последние, в свою очередь, меняют свои свойства под влиянием изменения температур, количества влаги, количества и качества электролитов и пр. Так, высушивание и замерзание способствуют коагуляции коллоидов, и последние при этих условиях выпадают из раствора, увлекая вместе с собой и один из ионов электролита. В виду сложности этих явлений, мы не будем входить в рассмотрение указанных вопросов, так как определенный ответ можно получить лишь тогда, когда известны все условия хода процессов распада.
Над некоторыми частностями вопроса о распаде органического вещества и его гумификации нам придется еще останавливаться не раз в дальнейшем изложении, а теперь перейдем к рассмотрению влияния биологических факторов на процессы разложения органических остатков. На разложении органических веществ без участия организмов мы не останавливаемся потому, что такого рода процессы ничтожны по сравнению с биологическими1).
1) Кислород воздуха, несомненно, может вызывать процессы разложения, солнечный свет также действует разлагающим образом, по крайней мере, на гумус, что доказывается опытами Бертло и Андре (Compes Rendus, 114, 1892) и Жолцинского.