Лигнин появился в растениях в процессе эволюции не сразу, а только тогда, когда в них появились сосуды. В отличие от целлюлозы, которая состоит из линейных цепочек сахаров, лигнин состоит из молекул с трехмерной закольцованной структурой.
Грибы (бактерии) своими ферментами легко разрушают целлюлозу и черпают из нее энергию, для разложения же лигнина ферментов и энергии надо затратить больше, а так как в лигнине практически нет азота и других дефицитных элементов, то ради одной энергии углерода биота с ним «не связывается».
Сосудистые растения приспособились утилизировать лигнин, с помощью него укрепляя стенку проводящих сосудов. Как только в природе появился опад сосудистых растений, то есть образовалось много лигнина, появились и грибы базидиомицеты, которые его переводят в гумус.
В почве гумус включился в дальнейшие цепочки почвообразования и сыграл ведущую роль для «строительства домов и городов» для почвенной биоты, определяя структуру почвы и ее способность делать доступными для корней дефицитные минералы почвы.
Почитаем, что пишут ученые, как образовался гумус черноземных степей:
«Максимальное накопление гумуса в мощных тучных черноземах связано с разложением большого количества корневых остатков в условиях весеннего максимума влаги при ограниченном сквозном промачивании гумусового горизонта.
Сухой летний период играет важную роль в образовании и накоплении гумуса черноземов по следующей причине: недостаток влаги в почве к концу лета подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, разлагающих и минерализующих растительные остатки, но в это время продолжают интенсивно работать ферменты, играющие существенную роль в процессах собственно гумификации.
Личный опыт
В последние годы я все свои земли стал опрыскивать гуматами весной и осенью («Агровит-Кор»), их еще называют катализаторами почвообразования, поэтому за лето у меня гумуса разрушается менее 1,5 % и прибывает к осени выше 2,5 %. Почва становится темнее и структурнее, в сентябре – теплой и мягкой как перина.
В течение вегетационного периода содержание гумуса в типичном черноземе под целинной степью закономерно изменяется, уменьшаясь приблизительно к концу июня и снова повышаясь в сентябре. Гумус обильно снабжает элементами минерального питания интенсивно вегетирующую в это время растительность.
В конце же лета, она как бы отдает почве новое синтезированное органическое вещество взамен старого, израсходованного почвой на минерализацию в период бурного роста вегетативной массы.
В самом верхнем наиболее корнеобитаемом слое чернозема (0–5 см) сезонные изменения содержания гумуса достигают 2 %: содержание гумуса сначала уменьшается с 10–11 до 8–9 %, а к осени более или менее восстанавливается до первоначального уровня. Потеря 1–2 % гумуса – это 25–30 т/га.
Невозможно предположить, что такое количество гумуса за 2–3 месяца может восстановить опад корней. Самих корней в верхнем 20-сантиметровом слое чернозема содержится 18 т/га. Откуда же берется органический материал – источник пополнения гумуса в черноземе к концу вегетационного периода?
Этим источником являются не только опад корней и не только надземная масса степных трав после ее отмирания, но и прижизненные корневые выделения, которые тоже подчинены сезонной ритмике и достаточно обильны в целинно-степных черноземах…»
Я хочу подчеркнуть, что даже в степях, в дикой природе гумус прирастает очень медленно, тысячи лет. А вот падает в периоде вегетации растений летом на 2 %. Посадка сидератов не меняет скорости накопления гумуса. Да, сидераты осенью дадут прибавку 1–2 % гумуса, но ведь за лето они и съедят эти 1–2 %. Без внесения щепы из сладких веточек или другой дополнительной органики нам не обойтись.
Теперь вам стала понятна роль гумуса в эволюции растений? Нет? Поговорим еще.
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.
На заметку
Понимание происходящих в почве процессов приходит к садоводу не сразу. Умение вносить органику с нужным соотношением С/N – сродни умению ездить на велосипеде. Набьете шишек – научитесь.
Культурные растения не сохранили эти приемы, так что 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.
