В состав гумуса входят гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумины.

Гуминовые кислоты – это группа веществ темного цвета, кото­рые выделяются из почвы щелочами и осаждаются кислотами. Они характеризуются высоким содержанием углерода (50—62 %), аморфным состоянием, полидисперсностью (различной величиной частиц) и гетерогенностью.

При взаимодействии с катионами гуминовые кислоты образуют соли – гуматы. Гуматы одновалентных катионов К+, Na+, N+ образуют в почве коллоидные растворы — золи, которые легко растворяются и вымываются из почвы. Гуматы двух- и трехвалентных катионов (Са2+, Mg2+, Al3+, Fe3+) находятся в почве в виде нерастворимых гелей, не вымываются, накапливаются в местах образования, больше всего их в верхних слоях почвы.

Гуминовые кислоты – наиболее ценная часть гумуса, они имеют большую собирательную поверхность, играют важную роль в образовании агрономически ценной структуры почвы и основного фонда питательных веществ (прежде всего азот для растений).

Фульвокислоты – это гуминовые вещества желтого или крас­ного цвета, которые остаются в растворе после выпадения в оса­док гуминовых кислот. Фульвокислоты отличаются от гуминовых меньшим содержанием азота, более высокой кислотностью, высо­кой растворимостью в воде их соединений с минеральной частью почвы. Благодаря высокой кислотности фульвокислоты разруша­ют почвенные минералы и способствуют перемещению продуктов разложения в нижние слои почвы.

Гумины представляют собой комплекс гуминовых веществ с меньшим содержанием углерода и состоят из тех же гуминовых и фульвокислот, высоко полимеризованных, уплотненных и более тесно связанных между собой.

Превращение органических остатков в гумус – сложный биохимический процесс, совершающийся в почве при непосредственном участии микроорганизмов, животных, кислорода воздуха и воды. В этом процессе главная и решающая роль принадлежит микроорганизмам, которые участвуют во всех этапах образования гумуса, чему способствует огромная населенность почв микрофлорой. Животные, населяющие почву, тоже активно участвуют в превращении органических остатков в гумус. Насекомые и их личинки, дождевые черви измельчают и перетирают растительные остатки, перемешивают их с почвой, заглатывают, перерабатывают и выбрасывают неиспользованную часть в виде экскрементов в толщу почвы. Гумусообразование – процесс формирования динамичной системы органо-минеральных соединений в профиле почв, соответствующей экологическим условиям ее функционирования (рис.1.22).

В зависимости от водно-воздушного режима гумусообразование протекает в аэробных или анаэробных условиях. При влажности почвы около 60% и температуре 25–30⁰ С разложение растительных остатков протекает весьма интенсивно. Органические вещества быстро разлагаются, высвобождается значительное количество элементов минерального питания, но гумуса накапливается мало.

При постоянном и значительном недостатке влаги количество растительного опада невелико, процессы их трансформации замедлены. Это приводит к накоплению гумуса в небольших количествах.

При постоянном избытке влаги (анаэробные условия) процессы гумусообразования замедляются, особенно если избыток влаги сочетается с низкими температурами. В разложении растительных остатков участвуют анаэробные бактерии, разложение растительных остатков замедляется, происходит накопление их в виде торфа.

Наибольшее количество гумуса в почвах накапливается при сочетании оптимального гидротермического режима с периодически повторяющимся не очень сильным иссушением. Такие условия создаются при формировании черноземов.

На гумусообразование значительное влияние оказывает состав растительных остатков и характер их поступления в почву. Так, остатки травянистой растительности богаты белками, углеводами и зольными элементами. Основная часть их попадает непосредственно в почву в виде корней, их разложение происходит при тесном контакте с почвенными частицами в присутствии значительно количества оснований, прежде всего кальция. Основная группа микроорганизмов – бактерии. В таких условиях образуется высококачественный гумус, равномерно пропитывающий минеральную часть почвы.

Рис.1.22 Процесс гумусообразования в почве (по Л.Н. Александровой)

Остатки древесной растительности бедны белками, содержат мало зольных элементов, но обогащены лигнином, восками, смолами, дубильными веществами. Поступают они преимущественно на поверхность почвы и разложение их осуществляется грибной микрофлорой. При разложении такого опада образуется значительное количество легко передвигающихся с током воды вниз по профилю органических кислот. Нейтрализации их не происходит из-за недостатка оснований, процессы гумификации подавлены кислой реакцией. В таких условиях формируется гумус, в составе которого преобладают фульвокислоты.

Таким образом, в почвах накапливается различное количество гумуса (от 0,5–1 до 10–12% и более) существенно отличающегося по качеству. Значительное влияние на гумусообразование оказывают гранулометрический состав и физико-химические свойства почвы. Песчаные и супесчаные почвы имеют хорошую аэрацию, быстро прогреваются. В этих почвах органические остатки интенсивно разлагаются, образовавшиеся гумусовые вещества плохо закрепляются на поверхности песчаных частиц и быстро минерализуются.

В глинистых и суглинистых почвах процесс разложения растительных остатков происходит значительно медленнее, гумусовых веществ образуется больше и они хорошо закрепляются на поверхности минеральных частиц.

Гумус богат питательными элементами, содержит биологически активные вещества, которые стимулируют физиологические и биохимические процессы в растениях. Медленно разлагаясь, гумус является источником зольных элементов и азота для растений, а фиксируя растворимые элементы питания, предотвращает их потери за счет вымы­вания.

Азот представлен в верхних слоях почвы в основном органическими формами. При разложении органических веществ в почве содержащийся в них азот переходит в формы, доступные растениям. В естественных условиях они являются основным источником азотного питания растительных организмов.

В гумусе сохраняются на продолжительный срок основные элементы минерального питания и микроэлементы, которые при его разложении переходят в доступную для растений форму. Чем больше в почве гумусовых веществ, тем выше её способность поглощать и удерживать элементы питания.

Органические вещества участвуют в создании органо-минеральных структурных отдельностей (агрегатов). Возникающая таким образом структура почвы во многом определяет ее физические свойства, а также водный, воздушный и тепловой режимы. Органические вещества улучшают химические и биологические свойства почвы.

Гумусовые вещества придают почве темную окраску, что способствует интенсивному поглощению солнечной энергии. Органическое вещество предохраняет почву от быстрой потери тепла, при разложении само выделяет энергию. Следовательно, богатые гумусом почвы имеют более благоприятный тепловой режим, их называют теплыми почвами. И наоборот, почвы бедные органическим веществом и гумусом, отличаются неблагоприятными тепловыми свойствами, слабо поглощают тепло и плохо его удерживают. Они получили название холодных.

В почве гумус выполняет санитарно-защитные функции – ускоряет разрушение пестицидов, закрепляет загрязняющие вещества, снижая поступление их в растения.