Давая определение почве, основным её свойством является плодородие. Понятие о почве и её плодородии неотделимы. Плодородие — существенное свойство, качественный признак почвы, независимо от степени его количественного проявления. Понятие о плодородной почве мы противопоставляем понятию о бесплодном камне, или, другими слонами, понятию о массивной горной породе. Огромное значение сельского хозяйства в экономике нашего государства обусловливает тот интерес, который проявляется в настоящее время к вопросам почвоведения. В связи с этим особое значение приобретает выявление способов поднятия плодородия почв. Основным методом решения данной задачи является введение травопольных полевых и кормовых севооборотов, строительство прудов и водоёмов, дающих возможность производить своевременный полив сельскохозяйственных культур, и т. д. Конкретные условия той или иной почвенно-климатической зоны приводят, конечно, к выработке определённых комплексов мероприятий, и какого-либо стандарта здесь создано быть не может. Отмеченная нами система агрономических мероприятий была разработана на основе учения виднейших русских агрономов В. В. Докучаева, П. А. Костычева и В. Р. Вильямса. Исключительное значение имеет организация поливного земледелия в южной части, обеспечивающая освоение плодороднейших, но неполноценно или совсем не используемых в настоящее время из-за отсутствия воды земель.
Дадим краткое описание представлений, сложившихся к настоящему времени о процессе образования деятельного перегноя, т. е. группы тёмно-окрашенных ульминовой и гуминовой кислот, способных цементировать почву. Имеющиеся материалы позволяют чтобы белки и углеводы растительных остатков входили в состав перегнойных соединений, так как при минера-лизационных процессах они очень скоро разлагаются. М. М. Кононова подчёркивает значительную косвенную роль целлюлёзы в образовании гумуса. Клетчатка является одним из наиболее существенных, но медленно разрушаемых углеродсодержащих соединений растительных тканей. Этот процесс в значительной степени осуществляется миксобак-териями, вещества плазмы которых (протеины и полиурониды) могут входить в состав перегноя. Источники циклической части перегнойных соединений, по всей видимости, весьма различны. 3. А. Ваксман, а также некоторые другие исследователи, высказывали мысль, что эта часть является в основном лигнином, трудно разлагаемым микроорганизмами и поэтому постепенно накопляющимся в почве. По представлениям Ваксмана, после отмирания микроорганизмов компоненты их клеток, конденсируясь с лигнином, отчасти изменённым деятельностью микроорганизмов, образуют основную массу перегноя.: Предположение Ваксмана к настоящему времени может считаться несостоятельным. Фрейденберг считает лигнин конденсатом окисления дериватов пирокатехина. При этом может получиться целый ряд модификаций; некоторые из них проводятся ниже: В лигнине эти и подобные им формы находятся в беспорядочной смеси. Длина образующихся в лигнине цепей не ограничена, так как ничто не препятствует присоединению к концу цепи нового ядра. И. В. Тюрин считает представления Фрейденберга наиболее удовлетворяющими современным нашим знаниям о лигнине. Как видно из приведённого материала, лигнин имеет весьма специфическое строение, малонапоминающее гуминовую кислоту. Отмеченные факты позволяют прийти к выводу, что перегнойные соединения должны рассматриваться как специфическое тело, а не как конденсат лигнина. Они должны быть также принципиально отличны от гумусоподобных веществ, получающихся при разного рода химических процессах, например при обугливании. Если бы гумус формировался из неизменённого или малоизмененного лигнина, то он обладал бы свойствами недеятельного перегноя. Нам же известно, что новообразование активного перегноя в почве всегда связывается с улучшением её макроагрегатного состава. Тем не менее нельзя полностью отрицать возможной роли лигнина в образовании перегноя. М. М. Кононова вполне справедливо указывает на возможность вхождения составных частей молекулы лигнина в перегной после их упрощения при микробном распаде. Как компоненты перегноя могут рассматриваться разнообразные предшественники лигнина — вещества фенилпропанового ряда, обладающие относительно простой молекулой. Перегной может формироваться из разного рода ароматических соединений типа полифенолов, дубильных веществ, имеющихся в растительных остатках, и т. д. Ароматические соединения создаются микроорганизмами в их клетках, а также образуются ими при разрушении белков бактериями (работы Бейеринка, Лемуаня, Райстрика и др.). Таким образом, образование перегноя осуществляется при соединении веществ, обладающих циклической структурой, с одной стороны, и веществ, получающихся при автолизе микробных клеток (белков, полиуронидов, и т. д.), с другой. М. М. Кононова указывает, что упомянутая нами реакция не является простым химическим процессом конденсации. Эта реакция катализуется ферментами, выделяемыми микроорганизмами во внешнюю среду. В частности, предполагается участие в ней некоторых окислительных ферментов типа пероксидазы и полифенолокси-дазы. Это позволяет предполагать, что формирование перегноя протекает в микроаэрофильных условиях, т. е. при наличии весьма слабого притока кислорода. Как мы увидим ниже, предположение М. М. Кононовой находит подтверждение и в других работах. Не отрицая возможности синтеза перегнойных соединений при взаимодействии циклических и жирных соединений (типа только что описанных), многие исследователи указывали на иные пути образования гумуса из веществ растительного и микробного происхождения. Так, С. П. Костычев в своё время предполагал, что в основе процесса гумификации может лежать взаимодействие между аминокислотами и сахарами, дающее тёмно-окрашенные продукты. Первые исследователи продуктов конденсации углеводов с сахарами не представляли себе сколь-либо точно их химическую природу. Впоследствии многочисленными работами биохимиков (в частности, А. М. Кузина) было установлено, что разбираемая реакция при пониженных температурах даёт вещества типа глюкозидов или шиффовых оснований. Взаимодействие тех же веществ при более или менее высоких температурах приводит к образованию так называемых «мела-ноидинов», в основе образования которых лежит также шиффова реакция. Следует указать, что шиффовы основания (анилы) являются ароматическими соединениями; и легко дают полициклические соединения хинолино-вого ряда. Приведённые данные указывают на возможность перехода (при определённых условиях) соединений жирного ряда растительных остатков в вещества типа перегнойных. Взаимодействие аминокислот и углеводов представляет собой не про стую конденсацию, а реакцию, сопровождающуюся глубокими окислительно-восстановительными процессами и требующую слабого притока кислорода (В. Л. Кретович ). В частности при ней отмечается появление фурфурола, оксиметилфурфурола и других альдегидов, являющихся промежуточными продуктами реакции. Аналогичную точку зрения развивали А. Трусов и крупнейший агрохимик А. А. Шмук. Последний писал: «Мы можем считать эту склонность к образованию высоко полимери-зованных соединений типичной для большинства углеродистых соединений, имеющих карбонильные группы и носящих ненасыщенный характер». Приведённая выдержка показывает, что А. А. Шмук весьма широко толковал возможность конденсационных реакций при образовании перегнойных соединений. Последние, вступая в соединение с продуктами белкового распада (пептоны, аминокислоты), образуют меланоидины. Наиболее интенсивное образование меланоидинов происходит в том случае, если в качестве Сахаров берётся ксилоза. В своей статье В. Л. Кретович подчёркивает значение только что описанных превращений для понимания процесса гумификации. Противники этих взглядов утверждают, что конденсация углеводов с белками происходит лишь при сильных химических воздействиях и повышенной температуре. Однако при этом забывают о насыщенности почвы микробными ферментами, могущими катализовать данный процесс. В среде, богатой ферментами, может происходить формирование гумусовых соединений даже из углеводов. Этот процесс идёт при известном доступе воздуха (микроаэрофильных условиях). Совершенно очевидно, что в условиях почвы, с её насыщенной биологической деятельностью, углеводы не могут служить прямым источником перегноя. Тем не менее, более устойчивые соединения, равно как и продукты гидролитерпевать конденцию и трансформироваться в вещества типа перегнойных. Подобные процессы могут происходить лишь в условиях депрессии аэробных процессов, в зонах «консервации» почвенного слоя, какими являются хотя бы центральные зоны почвенных комочков. Отмеченные данные были вполне положительно оценены крупным знатоком органического вещества почвы И. В. Тюриным. Следует отметить, что К. И. Рудаков развил гипотезу, в соответствии с которой образование активного перегноя осуществляется при взаимодействии уроновых кислот и микробного протеина. Уроновые кислоты могут явиться результатом микробного синтеза, а также образуются при разложении пектиновых веществ межклетников корня. В свете развитых представлений подобная возможность должна быть признана вполне реальной. Всё изложенное позволяет сделать вывод, что пути формирования перегнойных соединений могут быть весьма различными. Отдельные исследователи, изучая частные случаи образования перегноя, подчас были склонны приписывать им более общий характер. Это, конечно, не уменьшает ценности проделанной работы, которая далеко не завершена, но в целом подтверждает мнение В. Р. Вильямса о природе перегноя как продукта, связанного с ми кробным синтезом и активностью ферментов микроорганизмов. Сам В. Р. Вильяме был склонен отождествлять перегнойные вещества с отработанными эктоферментами микроорганизмов (грибов и бактерий). К настоящему времени возможность синтеза перегноя в клетке микробов изучена чрезвычайно слабо. Тем не менее имеются указания, что некоторые микроорганизмы прижизненно выделяют тёмноокрашенные вещества, близкие к перегною. Своеобразной точки зрения придерживается Ф. Ю. Гельцер, которая называет «деятельным перегноем» продукты микробного ресинтеза, т. е. содержимое микробной клетки и капсул в случае их наличия. Она пишет: «Настоящей гуминовой кислотой нужно считать те вновь синтезированные бактериальной микрофлорой органические коллоидальные соединения, которые обладают способностью необратимо закрепляться на почве, образуя прочные органо-минеральные соединения». Читатель сам может оценить недостаточность подобной формулировки, не оттеняющей специфики перегнойных соединений.
Оструктуривание почвы мицелием микроорганизмов и коллоидами микробного происхождения
Под влиянием микроорганизмов в почве могут также образовываться макроагрегаты значительно менее прочного порядка, чем описанные в предыдущих разделах. Как известно, многие почвенные микроорганизмы имеют мицелиальный рост. К ним принадлежат грибы и актиномицеты, в значительных количествах встречающиеся во многих почвах. Развиваясь около органических веществ, служащих им питательным материалом, такие микроорганизмы опутывают почвы мицелием и тем самым определяют формирование водопрочных агрегатов. Существуют бактерии, которые при развитии образуют коллоидные слизи, способные также цементировать почву. К последним формам может быть причислен Azoto-bacter, многие представители из рода Achromobacter и т. д. Было доказано, что структура, сформировавшаяся под влиянием только что отмеченных связей, недолговечна и относительно легко распадается. К этому же заключению приходит и К- И. Рудаков. Диспергирующим фактором в таком случае могут являться автолитические процессы и деятельность бактерий, вызывающие разрушение мицелия грибов и актиномицетов, а также разнообразных слизей, цементирующих почву. Если взять почву, оструктуренную под влиянием развития чистой культуры гриба или бактерии, и затем заразить её смесью почвенных микроорганизмов, то сформировавшиеся агрегаты начинают быстро разрушаться. Любопытно, что в почвах, более богатых мелкозёмной частью, распад структуры, созданной только что разобранными связями, происходит значительно слабее. Это явление, очевидно, связано с тем, что мелкораспылённые частицы почвы создают в сфере их действия зоны анаэробиоза и, адсорбируя аэробные бактерии, анактивируют их деятельность. Всё это должно способствовать протеканию реакции полимеризации за счёт продуктов микробного синтеза и растительных остатков. При этом образуется деятельный перегной, прочно цементирующий почву. Таким образом, подвижная структура почвы, созданная в основном мицелием микробов и вырабатываемыми ими коллоидами, переходит в структуру прочную. Подвижную часть почвенной структуры можно, по нашему мнению, выявить, выдерживая испытуемую почву при оптимальных условиях один месяц. За данный период автолитические процессы протекают достаточно полно и непрочно связанные почвенные комочки распадаются. Мы считаем, что структура, созданная подвижными связями, не может быть игнорирована в агрономической практике. Прежде всего, в известных случаях она может иметь значительное количественное выражение. Затем, способствуя агрегированию уплотнённой корнями многолетних трав почвы, мицелий микроорганизмов и разнообразные коллоидальные растворы микробного происхождения облегчают цементирование почвы деятельным перегноем. Особенно резко должны быть выражены связи, обусловленные мицелием и микробными слизями в зоне корневой системы растений, где обильно размножаются микроорганизмы (Н. А. Красильников и др.). Значительное внимание действию грибов как структурообразователей уделил И. И. Канивец. Некоторые спорные положения в его работах были проанализированы нами в опубликованных ранее статьях.
Микроорганизмы и образование деятельного перегноя
Дадим краткое описание представлений, сложившихся к настоящему времени о процессе образования деятельного перегноя, т. е. группы тёмно-окрашенных ульминовой и гуминовой кислот, способных цементировать почву. Имеющиеся материалы позволяют чтобы белки и углеводы растительных остатков входили в состав перегнойных соединений, так как при минера-лизационных процессах они очень скоро разлагаются. М. М. Кононова подчёркивает значительную косвенную роль целлюлёзы в образовании гумуса. Клетчатка является одним из наиболее существенных, но медленно разрушаемых углеродсодержащих соединений растительных тканей. Этот процесс в значительной степени осуществляется миксобак-териями, вещества плазмы которых (протеины и полиурониды) могут входить в состав перегноя. Источники циклической части перегнойных соединений, по всей видимости, весьма различны. 3. А. Ваксман, а также некоторые другие исследователи, высказывали мысль, что эта часть является в основном лигнином, трудно разлагаемым микроорганизмами и поэтому постепенно накопляющимся в почве. По представлениям Ваксмана, после отмирания микроорганизмов компоненты их клеток, конденсируясь с лигнином, отчасти изменённым деятельностью микроорганизмов, образуют основную массу перегноя.: Предположение Ваксмана к настоящему времени может считаться несостоятельным. Фрейденберг считает лигнин конденсатом окисления дериватов пирокатехина. При этом может получиться целый ряд модификаций; некоторые из них проводятся ниже: В лигнине эти и подобные им формы находятся в беспорядочной смеси. Длина образующихся в лигнине цепей не ограничена, так как ничто не препятствует присоединению к концу цепи нового ядра. И. В. Тюрин считает представления Фрейденберга наиболее удовлетворяющими современным нашим знаниям о лигнине. Как видно из приведённого материала, лигнин имеет весьма специфическое строение, малонапоминающее гуминовую кислоту. Отмеченные факты позволяют прийти к выводу, что перегнойные соединения должны рассматриваться как специфическое тело, а не как конденсат лигнина. Они должны быть также принципиально отличны от гумусоподобных веществ, получающихся при разного рода химических процессах, например при обугливании. Если бы гумус формировался из неизменённого или малоизмененного лигнина, то он обладал бы свойствами недеятельного перегноя. Нам же известно, что новообразование активного перегноя в почве всегда связывается с улучшением её макроагрегатного состава. Тем не менее нельзя полностью отрицать возможной роли лигнина в образовании перегноя. М. М. Кононова вполне справедливо указывает на возможность вхождения составных частей молекулы лигнина в перегной после их упрощения при микробном распаде. Как компоненты перегноя могут рассматриваться разнообразные предшественники лигнина — вещества фенилпропанового ряда, обладающие относительно простой молекулой. Перегной может формироваться из разного рода ароматических соединений типа полифенолов, дубильных веществ, имеющихся в растительных остатках, и т. д. Ароматические соединения создаются микроорганизмами в их клетках, а также образуются ими при разрушении белков бактериями (работы Бейеринка, Лемуаня, Райстрика и др.). Таким образом, образование перегноя осуществляется при соединении веществ, обладающих циклической структурой, с одной стороны, и веществ, получающихся при автолизе микробных клеток (белков, полиуронидов, и т. д.), с другой. М. М. Кононова указывает, что упомянутая нами реакция не является простым химическим процессом конденсации. Эта реакция катализуется ферментами, выделяемыми микроорганизмами во внешнюю среду. В частности, предполагается участие в ней некоторых окислительных ферментов типа пероксидазы и полифенолокси-дазы. Это позволяет предполагать, что формирование перегноя протекает в микроаэрофильных условиях, т. е. при наличии весьма слабого притока кислорода. Как мы увидим ниже, предположение М. М. Кононовой находит подтверждение и в других работах. Не отрицая возможности синтеза перегнойных соединений при взаимодействии циклических и жирных соединений (типа только что описанных), многие исследователи указывали на иные пути образования гумуса из веществ растительного и микробного происхождения. Так, С. П. Костычев в своё время предполагал, что в основе процесса гумификации может лежать взаимодействие между аминокислотами и сахарами, дающее тёмно-окрашенные продукты. Первые исследователи продуктов конденсации углеводов с сахарами не представляли себе сколь-либо точно их химическую природу. Впоследствии многочисленными работами биохимиков (в частности, А. М. Кузина) было установлено, что разбираемая реакция при пониженных температурах даёт вещества типа глюкозидов или шиффовых оснований. Взаимодействие тех же веществ при более или менее высоких температурах приводит к образованию так называемых «мела-ноидинов», в основе образования которых лежит также шиффова реакция. Следует указать, что шиффовы основания (анилы) являются ароматическими соединениями; и легко дают полициклические соединения хинолино-вого ряда. Приведённые данные указывают на возможность перехода (при определённых условиях) соединений жирного ряда растительных остатков в вещества типа перегнойных. Взаимодействие аминокислот и углеводов представляет собой не про стую конденсацию, а реакцию, сопровождающуюся глубокими окислительно-восстановительными процессами и требующую слабого притока кислорода (В. Л. Кретович ). В частности при ней отмечается появление фурфурола, оксиметилфурфурола и других альдегидов, являющихся промежуточными продуктами реакции. Аналогичную точку зрения развивали А. Трусов и крупнейший агрохимик А. А. Шмук. Последний писал: «Мы можем считать эту склонность к образованию высоко полимери-зованных соединений типичной для большинства углеродистых соединений, имеющих карбонильные группы и носящих ненасыщенный характер». Приведённая выдержка показывает, что А. А. Шмук весьма широко толковал возможность конденсационных реакций при образовании перегнойных соединений. Последние, вступая в соединение с продуктами белкового распада (пептоны, аминокислоты), образуют меланоидины. Наиболее интенсивное образование меланоидинов происходит в том случае, если в качестве Сахаров берётся ксилоза. В своей статье В. Л. Кретович подчёркивает значение только что описанных превращений для понимания процесса гумификации. Противники этих взглядов утверждают, что конденсация углеводов с белками происходит лишь при сильных химических воздействиях и повышенной температуре. Однако при этом забывают о насыщенности почвы микробными ферментами, могущими катализовать данный процесс. В среде, богатой ферментами, может происходить формирование гумусовых соединений даже из углеводов. Этот процесс идёт при известном доступе воздуха (микроаэрофильных условиях). Совершенно очевидно, что в условиях почвы, с её насыщенной биологической деятельностью, углеводы не могут служить прямым источником перегноя. Тем не менее, более устойчивые соединения, равно как и продукты гидролитерпевать конденцию и трансформироваться в вещества типа перегнойных. Подобные процессы могут происходить лишь в условиях депрессии аэробных процессов, в зонах «консервации» почвенного слоя, какими являются хотя бы центральные зоны почвенных комочков. Отмеченные данные были вполне положительно оценены крупным знатоком органического вещества почвы И. В. Тюриным. Следует отметить, что К. И. Рудаков развил гипотезу, в соответствии с которой образование активного перегноя осуществляется при взаимодействии уроновых кислот и микробного протеина. Уроновые кислоты могут явиться результатом микробного синтеза, а также образуются при разложении пектиновых веществ межклетников корня. В свете развитых представлений подобная возможность должна быть признана вполне реальной. Всё изложенное позволяет сделать вывод, что пути формирования перегнойных соединений могут быть весьма различными. Отдельные исследователи, изучая частные случаи образования перегноя, подчас были склонны приписывать им более общий характер. Это, конечно, не уменьшает ценности проделанной работы, которая далеко не завершена, но в целом подтверждает мнение В. Р. Вильямса о природе перегноя как продукта, связанного с ми кробным синтезом и активностью ферментов микроорганизмов. Сам В. Р. Вильяме был склонен отождествлять перегнойные вещества с отработанными эктоферментами микроорганизмов (грибов и бактерий). К настоящему времени возможность синтеза перегноя в клетке микробов изучена чрезвычайно слабо. Тем не менее имеются указания, что некоторые микроорганизмы прижизненно выделяют тёмноокрашенные вещества, близкие к перегною. Своеобразной точки зрения придерживается Ф. Ю. Гельцер, которая называет «деятельным перегноем» продукты микробного ресинтеза, т. е. содержимое микробной клетки и капсул в случае их наличия. Она пишет: «Настоящей гуминовой кислотой нужно считать те вновь синтезированные бактериальной микрофлорой органические коллоидальные соединения, которые обладают способностью необратимо закрепляться на почве, образуя прочные органо-минеральные соединения». Читатель сам может оценить недостаточность подобной формулировки, не оттеняющей специфики перегнойных соединений.
Оструктуривание почвы мицелием микроорганизмов и коллоидами микробного происхождения
Под влиянием микроорганизмов в почве могут также образовываться макроагрегаты значительно менее прочного порядка, чем описанные в предыдущих разделах. Как известно, многие почвенные микроорганизмы имеют мицелиальный рост. К ним принадлежат грибы и актиномицеты, в значительных количествах встречающиеся во многих почвах. Развиваясь около органических веществ, служащих им питательным материалом, такие микроорганизмы опутывают почвы мицелием и тем самым определяют формирование водопрочных агрегатов. Существуют бактерии, которые при развитии образуют коллоидные слизи, способные также цементировать почву. К последним формам может быть причислен Azoto-bacter, многие представители из рода Achromobacter и т. д. Было доказано, что структура, сформировавшаяся под влиянием только что отмеченных связей, недолговечна и относительно легко распадается. К этому же заключению приходит и К- И. Рудаков. Диспергирующим фактором в таком случае могут являться автолитические процессы и деятельность бактерий, вызывающие разрушение мицелия грибов и актиномицетов, а также разнообразных слизей, цементирующих почву. Если взять почву, оструктуренную под влиянием развития чистой культуры гриба или бактерии, и затем заразить её смесью почвенных микроорганизмов, то сформировавшиеся агрегаты начинают быстро разрушаться. Любопытно, что в почвах, более богатых мелкозёмной частью, распад структуры, созданной только что разобранными связями, происходит значительно слабее. Это явление, очевидно, связано с тем, что мелкораспылённые частицы почвы создают в сфере их действия зоны анаэробиоза и, адсорбируя аэробные бактерии, анактивируют их деятельность. Всё это должно способствовать протеканию реакции полимеризации за счёт продуктов микробного синтеза и растительных остатков. При этом образуется деятельный перегной, прочно цементирующий почву. Таким образом, подвижная структура почвы, созданная в основном мицелием микробов и вырабатываемыми ими коллоидами, переходит в структуру прочную. Подвижную часть почвенной структуры можно, по нашему мнению, выявить, выдерживая испытуемую почву при оптимальных условиях один месяц. За данный период автолитические процессы протекают достаточно полно и непрочно связанные почвенные комочки распадаются. Мы считаем, что структура, созданная подвижными связями, не может быть игнорирована в агрономической практике. Прежде всего, в известных случаях она может иметь значительное количественное выражение. Затем, способствуя агрегированию уплотнённой корнями многолетних трав почвы, мицелий микроорганизмов и разнообразные коллоидальные растворы микробного происхождения облегчают цементирование почвы деятельным перегноем. Особенно резко должны быть выражены связи, обусловленные мицелием и микробными слизями в зоне корневой системы растений, где обильно размножаются микроорганизмы (Н. А. Красильников и др.). Значительное внимание действию грибов как структурообразователей уделил И. И. Канивец. Некоторые спорные положения в его работах были проанализированы нами в опубликованных ранее статьях.
