Роль гумуса в эволюции растений

В свежем опаде находится много разных органических молекул, некоторые из них быстрее перерабатываются почвенными организмами, чем лигнин или целлюлоза.

Например, крахмал и аминокислоты – это простые органические молекулы, первыми вступающие в процесс разложения. Очень много почвенных бактерий и грибов имеют ферменты, необходимые для этого процесса. Все видели, как быстро скисает мясной бульон или ягодный сок.

Разложение крахмала и аминокислот обеспечивает большую часть энергетических потребностей микроорганизмов почвы. Поэтому так эффективны подкормки растений настоями, например крапивы или окопника, где много сахаров и белка.

В противоположность этому фенольные соединения, воски и лигнин состоят из более сложных органических молекул, в почве не деградируют в течение очень длительного периода времени. Но бактерии, грибы, черви с клещами перерабатывают органику, если есть влага, воздух, нужный уровень pH и температура. Об этом часто забывают начинающие.

Органика, тонким слоем положенная на песок, высохнет, закопанная глубоко – заплесневеет, сгниет. Опилки без азота закислят почву, пищевые отходы и зеленые листья из-за избытка азота загниют.

Процесс разложения органических веществ называется минерализацией. Во время минерализации элементы, которые были частью структуры органических молекул, пройдя серию пищевых цепочек, постепенно окисляются до менее сложных форм, в конечном счете превращаясь в неорганические молекулы, которые и усваиваются корнями.

Цель у микробов чисто утилитарная – забрать из органики энергию углерода, NPK и микроэлементы и построить свои тела, прежде всего нуклеиновые кислоты, белки и клеточные стенки.

Главный дефицит для них – это углерод с его энергией, второй лимитирующий фактор – азот, хотя в почве, богатой биотой, при достатке энергии сахаров дефицита азота нет, аммоний синтезируется из воздуха.

Таким образом, при разложении органики, в которой обычно много азота и фосфора, в богатой гумусом почве быстро создается избыток этих главных элементов, больше, чем требуется для дальнейшего роста микроорганизма, излишки связываются минералами почвы или накапливаются в клетках микроорганизмов. На почвах, бедных глиной и биотой, все это уходит в реки.

Если в органике достаточно лигнина, то образующийся гумус иммобилизует избыточные азот и фосфор, и почва быстро наращивает плодородие.

Целинные черноземы – бесценное богатство России. Моя Живая Земля, где содержание гумуса быстро прирастает, – мое бесценное богатство.

Наряду с процессом минерализации идет и процесс иммобилизации, то есть происходит накопление питательных веществ в клетках организмов почвы, и эти вещества становятся временно недоступны для растений.

Таким образом, питательные вещества в начале разложения органики накапливаются в микробной биомассе грунта.

Иммобилизация азота почвенными организмами часто представляет значительную проблему для растений. Азот является важным элементом для всех организмов, за него всегда идет борьба между биотой и растением.

Дикие растения имеют множество способов отнимать азот у микробов, привлекают хищных амеб, вступают в симбиоз с азотофиксаторами, секретируют много сахаров в почву.

Культурные растения не сохранили эти приемы. Поэтому садовод должен следить за процессами в этой конкурентной борьбе и подкармливать растения азотом, но помнить, что лишний азот угнетает биоту, нарушает почвенные пищевые цепочки. А перекормленные азотом растения привлекают вредителей.

Поэтому иногда подкормки компостными чаями с микроорганизмами работают намного мягче и эффективней, чем подкормки минеральными солями.

Поговорим о соотношении углерода к азоту (C/N) в органическом веществе. Разные растения имеют разные соотношения углерода к азоту в составе своих клеток. Например, бобовые имеют более высокую долю азота, чем злаковые травы.

Различие в C/N растительного опада влияет на круговорот азота (и других питательных веществ) в почве. Органическое вещество с высоким C/N не может удовлетворить потребности микроорганизмов в азоте для своего роста. А опад из растений с низким C/N, таких как бобовые, обеспечивает быстрый рост микроорганизмов.

Если почвы окультурены, гумуса много, доступного азота в почве достаточно для удовлетворения роста растений, то минерализация органического вещества, даже бедного азотом, не повлияет на рост растений в краткосрочной перспективе.

Наоборот, на бедных почвах внесение соломы и опилок вызывает острую нехватку азота у растений. Такие почвы надо мульчировать вначале готовым компостом и постепенно добавлять грубую углеродистую мульчу, сочетая ее с богатыми азотом зелеными травами.

Понимание этих процессов приходит к садоводу не сразу. Умение вносить органику с нужным соотношением С/N – сродни умению ездить на велосипеде. Набьете шишек – научитесь.

Ученые доказали, что регулярное внесение органики с высоким содержанием азота часто не меняет общее содержание углерода в почве, гумус не накапливается, а плодородие растет. Почему?

Оказывается, весь вносимый углерод входит в состав живых почвенных микроорганизмов, гумуса при избытке азота становится меньше, а биомасса микробов нарастает.

И наоборот, при регулярном мульчировании почвы щепой лиственных веточек, в которых много лигнина и сахаров, содержание стабильного гумуса нарастает. При этом и биомасса микроорганизмов тоже может возрастать. Это сохраняет плодородие почвы в долгосрочной перспективе.

В природе подобные процессы происходят на Сахалине. Горные ручьи выносят в долины глинистые частицы, песок и ил, на них вырастают гигантские широколиственные травы. Появление таких трав – это маркер хорошего соотношения ила, песка и глины в наносных почвах.

Опад зарослей гигантских горцев и борщевика содержит много лигнина, много сахаров и достаточно белка. В почвах быстро накапливается одновременно и гумус, и почвенная биота. Формируется особое очень активное почвенное сообщество с очень сложными и стабильными трофическими цепями.

Разнообразие микроорганизмов и почвенных животных в этой системе очень высокое. В таких почвах обнаружены «высокоскоростные» марганцевые бактерии, которые перерабатывают органику с высокой скоростью.

Перенос подобной почвы на грядки и в сад приводит к гигантизму культурных растений в течение 2–3 лет. А если продолжать мульчировать эти грядки опадом горцев и не убивать биоту химией и лопатой, то стабильные урожаи без болезней можно получать очень долго.