Новости
01.12.2016


29.11.2016


29.11.2016


29.11.2016


28.11.2016


18.05.2015

Растительные и животные остатки, накопляющиеся на поверхности выветривающейся горной породы и в более или менее верхних ее горизонтах, могут нами наблюдаться в самых разнообразных стадиях разложения или 1) в виде мало разложившихся остатков, накопляющихся с течением времени в форме различных «войлоков» (в лесах — «лесной войлок», в степях — «степной»), характеризующихся настолько малой разложенностью входящих в их состав компонентов, что мы без труда можем различать отдельные части растений или животных; или 2) в виде более или менее уже потерявших свою первоначальную форму и вид частей растений (и животных); они представляются нам тогда в виде отдельных обрывков, в различной степени деформированных, побуревших, имеющих нежную, рассыпчатую консистенцию и структуру. Ho и в этой стадии разложения мы можем отделить их от минеральных частиц породы путем различных механических приемов — отмучиванием их, как более удельно легких, в воде, иногда отбором их пинцетом и т. д.; наконец, 3) в дальнейшей стадии своего разложения описываемые остатки совершенно теряют свои первоначальные свойствами входят в столь тесное химическое соединение с минеральной субстанцией породы, что являются уже неотделимыми от последней какими-либо механическими приемами.
Эта стадия разложения характеризуется как бы полным усвоением образовавшихся продуктов минеральной основой породы; отторгнуть эти продукты от минеральной части мы можем лишь применением энергичных химических приёмов или же разрушением этих продуктов (сжиганием).
Результатом такого тесного химического соединения продуктов разложения растительных и животных остатков с минеральной частью выветривающейся породы является комплекс особых, так называемых «органо-минеральных» соединений, накопляющихся в почве в том или ином количестве, отличающихся сравнительной стойкостью и прочностью своего состава и придающих почве более или менее темную окраску. Эта-то группа продуктов, являющаяся как бы неотъемлемой частью почвы, ею «усвоенной» и химически связанной, носит название почвенного гумуса (перегноя).
Из сказанного выше с очевидностью вытекает, что не всякое органическое соединение, могущее встречаться в почве, должно относиться к категории гумусовых, или перегнойных, соединений почвы. Так, «свободные» углеводы, жиры и пр., могущие образоваться в почве в результате разложения растительных и животных остатков, не представляют еще собою того органоминерального новообразования, которое мы называем гумусом. Благодаря обильной микрофлоре, имеющейся в почвах, и благодаря многообразным присутствующим в почвах ферментам упомянутые органические соединения обычно подвергаются столь быстрым и легким превращениям, что могут быть названы, в буквальном смысле слова, соединениями мимолетными и преходящими. Действительно, непосредственный анализ обычно показывает чрезвычайно непостоянное и изменчивое количество их в одной и той же почве — на протяжении часто даже очень короткого промежутка времени. Соединения эти в результате сложных реакций взаимодействия с минеральной субстанцией почвы в последующей своей судьбе могут, конечно, сделаться неотъемлемой составной частью почвенного перегноя, но могут, не найдя для этого соответствующих физико-химических условий, и не войти в состав новообразующегося органо-минерального комплекса и остаться «свободными», не являясь компонентами гумуса.
Что касается тех минеральных соединений, которые всегда входят в состав растительных и животных остатков, то при разложении последних эти соединения постигает также двоякая судьба: часть из них освобождается от той прочной и сложной связи, в которой они находились при жизни того или другого организма с органическими соединениями последнего, и выпадает в поверхностных горизонтах почвы в виде тех или иных «чистых» минеральных образований (происходит, как говорят, «полная минерализация органических остатков»); другая же часть также принимает непосредственное участие в синтезе и построении того органо-минерального комплекса, о котором у нас сейчас идет речь.
Таким образом, не все минеральные составные части почвы и не все органические ее соединения являются составными частями гумусового ее комплекса.
Из категории гумусовых веществ почвы мы должны исключить также и те, хотя бы и сильно деформированные, остатки разлагающихся растений и животных, которые мы можем отделить от почвенной массы механическими приемами (остатки корневой системы, обрывки листочков, остатки хитиновых покровов насекомых и т. п.).
Таким образом, мы разграничиваем понятие «органической составной части» почвы от ее «гумусовой части». Второе понятие есть часть первого. Соображение это надо иметь в виду при всем последующем нашем изложении.
Химическая конституция- тоге сложного, комплекса, который носит название почвенного перегноя, или гумуса, до сих пор еще очень слабо выяснена, несмотря на то, что изучение этого объекта нач: [ось еще очень давно. Главной причиной такой неизученности является то обстоятельство, что до сих пор еще не разработаны надежные методы так или иначе индивидуализировать этот сложный объект, не имеется еще способов получения его в кристаллическом виде и т. д.
Последние годы ознаменовались, однако, целым рядом исследований, значительно подвинувших вперед дело изучения этого комплекса.
Между природой органических соединений, входящих в состав, всех вышеупомянутых категорий объектов в естественной обстановке, мы наблюдаем, конечно, целый ряд постепенных переходов, и как между первичными минералами материнской породы и конечными продуктами их распада, так и между незатронутыми процессами разложения растительными (и животными) остатками и конечными фазами их разрушения мы можем наблюдать в каждой почве целый ряд самых разнообразных промежуточных образований.
Если при начальных стадиях выветривания горных пород и минералов главенствующую роль играют элементы «неживой» природы, т. е. элементы атмосферы и гидросферы, то в последующих стадиях развития этих процессов, когда эти породы приобретают способность обеспечивать жизнь поселяющейся на них растительности и в связи с этим начинают обогащаться продуктами разложения последней, таковая роль переходит к элементам биосферы. Тот факт, что в процессах разложения отмирающих органических остатков играют первенствующую роль в частности микроорганизмы, доказан был еще в 1862 г. гениальными исследованиями Pasteur.
Многочисленные опыты с целью выяснения влияния на разложение органических веществ высоких температур и различных антисептических средств впоследствии окончательно установили это положение. Необходимо, впрочем, отметить, что некоторые из этих опытов показали, что при вышеупомянутых условиях процессы разложения не совсем прекращались, а лишь значительно угнетались, что и заставляет допустить, что процессы эти, хотя и в очень ничтожной степени, все же могут иногда итти в силу чисто химического взаимодействия частей разлагающегося материала. Во всяком случае последней категории явлений должна быть отведена в процессах разложения органических веществ более чем скромная роль.
Если процессы распада органических веществ в почве — процессы главным образом биохимические, то ясно, какие разнообразные формы и направления могут принимать эти процессы в почве при естественных условиях в зависимости от того или другого притока воздуха, влажности почвы, температурных условий, химических и физических свойств среды и пр.
Для того чтобы уяснить себе, как далеко в каждом отдельном случае может итти распад органических остатков и на каких промежуточных этапах этот распад в каждом отдельном случае может задерживаться, рассмотрим в дальнейшем значение в этих процессах каждого из упомянутых выше факторов в отдельности, причем, не приводя всей имеющейся по этому вопросу многочисленной литературы, ограничимся сообщением лишь конечных выводов, полученных в этой области.
Исходным пунктом для излагаемых здесь исследований служит известное положение, что выделение углекислого газа из разлагающегося органического вещества можно признать мерою быстроты и энергии этого разложения (Ноppе-Sеуlеr). Принимая, однако, во внимание, что в почве, параллельно с процессами распада органических веществ, часто идут под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов процессы обратные — синтетические — и, следовательно, количество выделяющейся углекислоты не всегда может служить мерилом именно распада органического вещества, можно прибегнуть к иному методу исследования, а именно — непосредственно к анализу количества отщепляющихся от разлагающегося вещества включенных в его состав минеральных соединений.
Из главнейших условий, определяющих скорость и характер разложения органических веществ, мы остановимся на изучении влияния на эти процессы температуры, степени увлажнения, степени притока воздуха, химических свойств среды, а также характера поступления к разлагающемуся материалу влаги.
Влияние температуры и увлажнения. Наиболее обстоятельные исследования по этому вопросу были проведены Wollny.
Разлагающийся материал помещался в U-образные трубки и через них пропускался воздух, лишенный углекислого газа. Трубки эти помещались в водяные бани, где температура регулировалась по желанию.
Если влажность взятого объекта оставалась постоянной, то количество углекислого газа (CO2) с повышением температуры увеличивалось. Так, прошедший через трубки воздух содержал углекислого газа (в компостной почве):

Образование в почве органического вещества, его состав и свойства

Если, в свою очередь, температура оставалась постоянной, а степень увлажнения увеличивалась, то количество CO2 также соответственно увеличивалось:
Образование в почве органического вещества, его состав и свойства

Таким образом, и температура и влажность разлагающегося субстрата влияют на интересующий нас процесс в одном направлении.
Изменяя в своих опытах условия температуры и влажности в противоположных направлениях, Wollny пришел к заключению, что образование CO2 совершается наиболее интенсивно при средних условиях температуры и увлажнения. Так, например, при
Образование в почве органического вещества, его состав и свойства

Аналогичные результаты были получены и Fodor, исследования которого представляют собой еще и тот интерес, что он работал между прочим с очень высокими температурами (до 137°). Все его опыты вполне подтвердили выводы Wollny; между прочим он констатировал, что при очень высоких температурах выделение углекислого газа из разлагающейся массы хотя и продолжалось, но крайне слабо. Дальнейшие исследования Petersen с разложением органических веществ в черноземе и с разложением древесины лиственных деревьев, а также Беллена и покойного П. Костычева — с опавшими березовыми листьями, свежей еловой хвоей и сеном, показали в общем, что и температура и влажность действительно действуют в одном направлении, но до известного предела (в сторону повышения или, наоборот, в сторону понижения), когда уже нарушалась в силу этого жизнедеятельность микроорганизмов и когда процесс в связи с этим подвигался вперед очень слабо и вяло.
Конечный вывод из всех этих наблюдений может быть формулирован следующим образом: энергия распада органических веществ достигает оптимума при некоторой средней величине влажности и температуры. Недостаток влажности понижает эту энергию, равно как и избыток ее, ибо в последнем случае в разлагающейся массе затрудняется свободная циркуляция воздуха. Низкая и высокая температуры также угнетают описываемый процесс.
Результаты всех этих опытов и наблюдений, перенесенные в природную обстановку, как нельзя лучше помогают нам уяснить себе причины накопления в том или другом районе того или другого количества перегноя — того или иного состава. В каждом отдельном случае мы всегда можем связать эти явления, с одной стороны, с климатическими условиями данного района и с теми факторами, от которых зависит микроклиматическая обстановка (рельеф местности, характер растительности и др.), с другой — с комплексом внутренних физико-химических свойств самой почвы (в данном случае ее водных и тепловых свойств), через каковые преломляются все элементы окружающей данную почву природы.
Влияние химических свойств среды. Мы ограничимся лишь самыми общими положениями, существующими в этой области
Кислотность среды, по опытам Wollny и многих других исследователей, действует угнетающим образом на процессы разложения, что, конечно, вполне понятно, если вспомнить, что для бактериального населения — этого главнейшего возбудителя описываемых нами процессов кислая среда является ядом (грибная микрофлора, однако, к этому фактору до известного предела, как нам известно, нечувствительна).
Что же касается значения щелочной среды, то на рассмотрении этого вопроса мы остановимся несколько ближе, причем будем иметь в виду влияние на интересующие нас процессы лишь присутствия углекислого кальция, ибо с этим именно соединением нам наиболее часто приходится иметь дело при обсуждении, например, вопроса о влиянии на энергию разложения органических веществ таких распространенных материнских пород, как лёссы, лёссовидные суглинки и т. п. образования, богатые карбонатами кальция.
He так давно существовало убеждение, что CaCO3 (углекислый кальций) значительно ускоряет интенсивность разложения органических веществ. В практике сельского хозяйства еще до недавнего времени распространено было положение, что «известь, обогащая отцов, разоряет детей», т. е. что вещество это способствует крайне быстрому распаду в почве перегноя, «выпавшие» питательные вещества из которого (минеральные, заключенные в нем соединения) временно сильно поднимают плодородие почвы, но вместе с тем лишают почву того запаса этих соединений, из которого могли бы черпать себе пищу последующие культуры. Это ошибочное убеждение было основано между прочим на исследованиях Petersen.
Petersen поставил свои опыты с почвой, имевшей 58% перегноя (т.е. с почвой явно кислой), и по количеству CO2 констатировал почти тройное количество этого газа при прибавлении к этой почве углекислого кальция, откуда упомянутый автор и вывел заключение, что известь значительно ускоряет разложение органических веществ. В другом опыте Petersen оперировал с известковой почвой — неизмененной, а также с той же почвой, но обработанной предварительно для удаления извести соляной кислотой. Результаты были получены те же. Первые опыты упомянутого ученого были позднее подвергнуты справедливой «критике со стороны покойного П. Костычева, обратившего внимание прежде всего на то, что почва, с которой манипулировал Petersen, была, несомненно, кислая, содержащая много свободных перегнойных кислот. Ясно, что прибавление к такой почве углекислого кальция, усредняя среду, создавало благоприятные условия для процессов разложения. Что касается другой группы опытов Petersen, то последним было упущено влияние предварительной обработки почвы соляной кислотой, которая должна была губительно действовать на почвенную бактерийную флору.
Дальнейшие опыты П. Костычева с древесной листвой и с черноземными почвами показали, что прибавление углекислого кальция, напротив, всегда понижало энергию разложения. Подобные же результаты были получены Wollny, Reitmair, Коссовичем и др. Только в исключительных случаях, когда почвенная среда содержит много свободных кислот гумуса, прибавление извести может способствовать процессам разложения
Как известно, обогащенность гумусом черноземных почв отчасти находит себе объяснение в той охранительной роли, которую играют, соединения кальция, входящие в состав наиболее распространенных в степной зоне, материнских пород (лёсса, лёссовидных суглинков и т. п.).
Принимая во внимание, что кальций является энергичным коагулятором коллоидальных веществ (как органических, так и минеральных), мы должны приписать данному элементу также и роль энергичного закрепителя перегнойных соединений в почвенной толще. Потеря почвою, в силу тех или других причин, соединений кальция влечет за собою, как известно, процессы полного ее вырождения («деградации») — с потерей части перегнойных веществ путем вымывания и т. д.
Влияние на разложение органических веществ притока воздуха. Для выяснения роли воздуха как одного из факторов разложения органических веществ Wollny был поставлен следующий опыт: смесь кварцевого песка и торфяного порошка, увлажненная до известного предела, помещалась в U-образные трубки, через которые пропускался воздух с различным содержанием кислорода, а также чистый азот и чистый кислород. Количество углекислого газа определялось через каждые 24 часа. Результаты опытов показали, что разложение органического вещества возрастает с увеличением процентного содержания кислорода в воздухе. Наоборот, с уменьшением последнего, а тем более с заменой этого газа каким-нибудь индифферентным газом (например, азотом) окисление углерода органического вещества сильно угнеталось. Недостаток притекающего кислорода к разлагающемуся материалу сказывается не только в понижении энергии этого разложения, но отражается и на самом характере процесса. С этой точки зрения принято различать процесс тления (т. е. процесс разложения при доступе воздуха) и процесс гниения (т. е. разложение в анаэробных условиях).
Если органические остатки разлагаются при полном доступе воздуха (аэробный процесс — «процесс тления»), то процессы эти имеют чисто окислительный характер, и распад органического вещества может итти безостановочно (при отсутствии, конечно, каких-нибудь тормозящих эти явления факторов) вплоть до таких продуктов, как вода, углекислый газ, соли азотной, серной, фосфорной и прочих кислот. При этом минеральные вещества, входившие в состав зольных элементов разлагающихся остатков, таким образом как бы освобождаются. Происходит «минерализация» органических остатков.
Тление совершается обычно со значительным выделением тепла.
При процессах анаэробных («процесс гниения») мы констатируем целый ряд недоокисленных соединений, как метан (в результате анаэробного метанового брожения клетчатки, крахмала, пентозанов и др.), сероводород (характерный продукт гниения белков), водород (продукт водородного брожения клетчатки), фосфористый водород, аммиак, азот и т. п. Далее, среди продуктов анаэробного разложения мы видим такие промежуточные формы распада белков, как индол, скатол и др. Наконец, в разлагающейся массе образуются, при описываемых условиях, многочисленные органические кислоты — жирные кислоты (начиная с муравьиной и кончая масляной с ее высшими гомологами), далее молочная кислота, бензойная, янтарная и др. Постепенно накопляющиеся в большом количестве органические кислоты, не находя в виду недостатка воздуха благоприятных условий для своего дальнейшего распада, приостанавливают развитие микроорганизмов, и дальнейшее разложение органического вещества может совершенно прекратиться.
Тление и гниение являются, конечно, лишь наиболее крайними формами разложения органического вещества, между которыми возможны различные промежуточные стадии.
Влияние характера поступления влаги к разлагающемуся веществу. Помимо перечисленных выше факторов, на энергию и характер разложения органических веществ влияет весьма резко характер поступления влаги к разлагающемуся веществу (С. Кравков). При непосредственном исследовании количества минеральных соединений, отщепляющихся от различных разлагающихся растительных остатков в том случае, когда эти остатки систематически испытывают сквозное промывание водой (т. е. когда продукты разложения все время удаляются из сферы взаимодействия друг с другом), и в том случае, когда продукты эти все время остаются при разлагающемся материале во взаимодействии, было констатировано, что в первом случае в разлагающейся массе накопляются в изобилии продукты кислого характера, угнетающие дальнейший ход процессов разложения, во втором — процессы эти, наоборот, все время протекают весьма энергично. Ближайшее изучение этого явления показало, что при сквозном промывании разлагающегося материала мы имеем дело с весьма быстрой потерей этим веществом своих щелочно-земельных оснований, что и способствует накоплению в разлагающейся массе ненасыщенных кислых продуктов, угнетающих данный процесс.
Te же явления были констатированы С. Кравковым и по отношению к почвам. Выводы эти, констатированные еще в 1911 г., как нельзя лучше объясняются ныне с точки зрения учения К. Гедройца о «почвенном поглощающем комплексе.
Описанные факты необходимо иметь в виду при изучении условий накопления и распада органических веществ в почвах с различной водопропускающей способностью, лежащих в различных условиях рельефа и пр.
Помимо рассмотренных выше факторов, на энергию процессов разложения оказывает немаловажное влияние и целый ряд других условий: степень размельченности разлагающегося материала (чем сна выше, тем, благодаря большей поверхности соприкосновения с атмосферными агентами: температурой, влагой, кислородом воздуха и пр., процессы разложения идут энергичней), химический состав разлагающегося материала (наиболее быстрому разложению подвергаются белковые вещества, сахара, некоторые органические кислоты; более трудно — клетчатка, лигнин, пробковые вещества; наконец — смолы, воскообразные вещества, дубильные соединения и т. д.). С этой точки зрения знание химического состава тех растительных ассоциаций, которые принимают участие в каждом отдельном случае в создании органического вещества той или иной почвы, представляется совершенно необходимым.
Перенося все эти выводы в природу, мы можем уже предвидеть, что характер и энергия разложения органических веществ должны представлять собой еще более чувствительную реакцию на изменение того или иного внешнего фактора в ту или иную сторону, чем рассмотренные выше процессы выветривания минералов и горных пород. Действительность вполне подтверждает такое предположение: количество накопляющегося в той или иной почве гумуса, его качественный состав, химические свойства и пр. всегда можно тесно увязать с характером окружающих климатических условий, с условиями рельефа, с характером растительного (и животного) мира и, наконец, с особенностями материнской породы и со всем комплексом внутренних физико-химических и биологических свойств самой почвы.
Рассмотрев те условия, от которых зависят энергия и характер разложения отмирающих органических остатков, мы перейдем теперь к изучению химического состава и свойств продуктов этого разложения.
Подобно тому как в минеральной части почвы мы различаем, с одной стороны, реликты (остатки) первичных минералов и горных пород, переходящих в почву без существенного изменения их внутренней химической природы, и с другой — целый ряд разнообразных промежуточных продуктов их выветривания вплоть до сравнительно трудно подвергающихся дальнейшему изменению их представителей (на различных этапах развития почвы — различных по составу и свойствам), так точно и в органической части почв мы можем встретить постепенную гамму переходов от «первичных» органических соединений, которые входят в состав нетронутых еще процессами разложения отмерших остатков растений и животных, до таких органических соединений, которые по отношению к упомянутой категории веществ можно было бы также назвать «новообразованиями» и которые также можно было бы признать, на каждом данном этапе развития почвы, сравнительно слабо поддающимися дальнейшему распаду.
К. продуктам распада органических веществ, характеризующимся сравнительно большой стойкостью, мы должны отнести те гумусовые вещества, о которых упоминали выше. Этой их стойкостью объясняются сравнительно слабые в течение определенного отрезка времени колебания количественного состава гумуса в том или ином почвенном типе, в той или иной его разности. Ho, конечно, в процессе эволюции, которую претерпевает каждая почва, вещества эти неизбежно также принимают деятельное участие — вплоть до полного даже их разрушения и последующей минерализации, т. е. до выпадения из них минеральных соединений — в свободном виде, и до превращения «органогенов» в такие конечные продукты, как СО2, H2O и др.
Оставляя в стороне рассмотрение состава и свойств тех преходящих и «мимолетных», а следовательно, непостоянных и нехарактерных продуктов разложения, о которых сказано было нами выше, мы обратимся в дальнейшем к изучению того специфического почвенного образования, который именуется гумусом.
Гумусовые соединения почвы, играющие такую первостепенную роль в почвообразовании и в жизни растений, уже издавна приковывали к себе внимание многочисленного ряда исследователей. Несмотря на это, разобраться полностью во всем сложном комплексе явлений, связанных с генезисом гумуса, его составом и свойствами, все еще не представляется возможным.
В целях познания состава и свойств почвенного гумуса уже издавна был использован путь аналитический: уже издавна делались разнообразные попытки так или иначе выделить этот сложный комплекс из общей почвенной массы — с последующим анализом его состава и свойств.
Метод выделения из почвы гумусовых веществ, предложенный еще Sprengel и не потерявший в модификации Grandeau своего значения и до настоящего времени, заключается в обработке почвы какой-либо углекислою щелочью (углекислым натрием, углекислым калием или углекислым аммиаком). Длительным и многократным промыванием почвы упомянутыми реактивами можно часто достигнуть почти полного обесцвечивания этой почвы и получить в фильтрате черную или бурую жидкость, представляющую собой, таким образом, щелочный раствор перегнойных веществ исследуемой почвы («черное вещество»). В виду того что в раствор «черного вещества» могут попадать в известной своей части и те минеральные вещества почвы, которые не принадлежат непосредственно к перегнойным соединениям (в виде тончайших суспензий), упомянутая выше фильтрация в настоящее время производится обычно помощью специальных фильтров, могущих нацело задержать эти суспензии (применяя, например, глиняные свечи Шамберлана и т. п.).
Как показали исследования, выделить этим путем все перегнойные соединения все же не удается: как бы длительно и многократно мы ни обрабатывали углекислыми щелочами почву, в последней почти всегда остается известное количество органических веществ, не поддающихся растворению и выделению. Имеются указания в литературе, что в некоторых почвах остается таких не могущих быть подвергнутыми ближайшему исследованию органических соединений от 15 до 30 и даже 40% от общей массы имеющихся в этих почвах органических веществ, что, конечно, указывает на крайнюю важность и неотложную необходимость ближайшего обследования и этой неизвлекаемой части почвенного перегноя. Прежние исследователи называли эти не разлагаемые щелочами соединения «индифферентными» веществами почвенного гумуса (гумин — более темной окраски, ульмин, геин и пр. — буроватой).
Процесс перехода части гумусовых веществ почв в щелочную вытяжку, о чем мы говорили выше, обычно рассматривался как образование при этом растворимых щелочных солей различных гумусовых кислот.
В этой кислотной части почвенного перегноя прежние исследователи различали: 1) ульминовую кислоту, 2) гуминовую кислоту, 3) хреновую кислоту (ключевую) и 4) апокреновую кислоту (осадочно-ключевую), причем считалось, что ульминовая и гуминовая кислоты представляют собой наименее окисленную часть почвенного перегноя, т. е. являются в его составе наиболее молодой и наиболее начальной формой распада тех или других органических соединений, принимавших участие в его синтезе; креновая кислота представляет собой продукт уже более окисленный, чем упомянутые выше; наконец, апокреновая кислота является веществом еще более окисленным, характеризующим еще более глубокий распад тех органических соединений, которые принимают участие в построении почвенного гумуса Каждый из упомянутых выше предполагаемых компонентов гумуса считался за определенный химический индивидуум и облекался различными авторами в различные определенные химические формулы.
Перечисленные выше компоненты почвенного гумуса обладают, по данным ряда исследователей, следующими свойствами:
Гуминовая кислота (и близкая к ней ульминовая) — черного цвета; чрезвычайно мало растворима в воде. Нерастворимы также ее соли («гуматы») — полуторных окислов, а также соли кальция, магния и закиси железа. Растворимыми являются лишь щелочные ее соли (калия, натрия, аммония).
Креповая кислота («ключевая» кислота) — легко растворима в воде; водный раствор ее — бесцветный. Соли ее («кренаты») — щелочные, щелочно-земельные и соли закиси железа — легко растворимы. То же самое надо сказать и про кислые соли глинозема; соли же полуторных окислов — средние, а также марганцевые и медные — в воде трудно растворимы.
Апокреновая кислота («осадочно-ключевая» кислота) — несколько менее растворима в воде, чем креновая. Ее соли («апокренаты») щелочей и закиси железа — легко растворимы в воде; соли щелочно-земельных оснований — несколько труднее; соли полуторных окислов, марганцевые и медные соли — трудно растворимы.
На описанных свойствах компонентов почвенного гумуса основаны и существующие методы их раздельного получения.
Представление о гумусе как комплексе различных, определенного состава кислот и их солей поддерживается и рядом современных исследователей. Так, Sven-Oden различает в составе почвенного гумуса следующие соединения:
Гумусовые угли (соответствуют ульмину и гумину прежних авторов). Представляют собою ангидриды «гумусовой» и гиматомелановой кислот. В воде не растворимы и не дают коллоидных растворов. Облагают черным или темнобурым цветом.
Гумусовая кислота; соответствует гуминовой кислоте прежних авторов, со всеми ее свойствами (весьма мало растворима в воде и в алкоголе; все ее соли, кроме щелочных, также не растворимы; может давать с водой коллоидные растворы; кислота — черно-бурого цвета).
Гиматомелановая кислота; соответствует ульминовой кислоте прежних авторов. Бурого цвета. Близка по свойствам к гумусовой кислоте, но растворима в алкоголе. С водой дает коллоидные растворы.
Фульвокислоты, соответствуют креповой и апокреновой кислотам прежних авторов. Легко растворимы в воде, как и большинство их солей. Окрашены в желтый цвет.
Таким образом, Sven-Oden на основании своих исследований признает, что гумусовые вещества почвы действительно представляют собой определенные химические соединения (кислоты и их производные), но частично, находясь в коллоидном состоянии, могут давать и так называемые «поглотительные соединения».
Параллельно с попытками выяснить самое природу компонентов, составляющих гумусовое вещество почвы, уже с давних пор шла деятельная исследовательская работа по выяснению внутренней структуры этого сложного комплекса. Особенное внимание привлекал к себе вопрос о характере и прочности связи с «ядром» гумуса зольных веществ и азотистых его соединений.
На основании одних работ можно думать, что органо-минеральные соединения, входящие в состав почвенного перегноя, представляют собою простые и двойные соли гумусовых кислот, где зольные вещества связаны с органическими подобно связи оснований с кислотами, подчиняясь, таким образом, законам простых химических реакций (Schiibler, Mulder, Pitch). С другой стороны, имеются данные, свидетельствующие о том, что зольные вещества заключены в гумусе гораздо более прочно и не могут быть извлечены полностью из последнего путем обработки его обычными методами, а лишь после полного его разрушения (например, сжиганием) На это мы имеем указания еще у прежних авторов. Так, например, Pодзянко, после многократно-повторного осаждения гумуса и обработки его 30% соляной кислотой, все же нашла в нем около 1,5% золы. Все эти исследования дают основание думать, что минеральные вещества присутствуют в самой молекуле перегнойного комплекса.
По мнению ряда ученых (Густавсон), гумусовое вещество содержит, кроме кислотных водных остатков, и спиртовые, водород которых может быть замещен металлами со слабым кислотным характером (железом, алюминием). В золе гумусового вещества находятся в значительном количестве именно эти многоатомные металлы, и они могут являться связующими звеньями между остальной минеральной частью минерального соединения (Р2О5, SiO2, частью насыщенные другими основаниями) и органическими веществами. Подобное соединение не должно разлагаться щелочами, ибо водород спиртовых водных остатков не может, как известно, замещаться радикалами с щелочным характером.
Далее, работы Hoppe-Seyler, показавшие, что перегнойные вещества с едкой щелочью и водой при нагревании до 200° С дают протокатехиновую кислоту (одна из диоксибензойных кислот), наводят на мысль, что в перегнойном комплексе имеются фенольные водные остатки (подтверждается последними исследованиями — F. Fisсhеr).
Reinitzer, констатировав способность гуминовой кислоты восстановлять фелингову жидкость, склоняется к мысли, что в ней присутствует и альдегидная группа, или гидроксильная, как в феноле, или та и другая. Есть определенные указания на наличие в составе гуминовой кислоты карбоксильных групп. Леваковский, П. Слезкин, С. Кравков считают, что связь в гумусе между органической и минеральной частями такая же прочная, какая существует и в свежем растительном веществе, и что часть своих зольных частей тумус получает как бы «в наследство» от гумусообразователя. С этой точки зрения зольные вещества гумуса входят в самое молекулу органического вещества, и гумусовый комплекс поступает в почву из отмирающих растительных (и животных) остатков до некоторой степени в «готовом» уже виде, т. е. не в виде чисто органического, а минерально-органического вещества, как бы заканчивающего позднее, при поступлении своем в почву, свое окончательное формирование путем присоединения ряда других зольных элементов уже из почвы. Некоторое подтверждение этого взгляда мы находим в позднейших работах Б. Одинцова и Gartner, получавших из разлагающихся растительных остатков экстракты, весьма сходные по составу своему и свойствам с почвенным перегноем.
Большое количество исследований посвящено было и более частному вопросу — в какой форме находится в почвенном перегное азот. Есть данные, не оставляющие сомнений в том, что частично этот элемент представлен в гумусе в виде аммиачных соединений, что доказывается возможностью удаления этих соединений путем кипячения перегнойных веществ с едкими щелочами и повторного осаждения кислотами. Tенар, из сильно перепревшего навоза извлек кислоту, которая после 10-кратного растворения в KHO и осаждения кис нотой не понизила содержания азота; отсюда автор сделал заключение, что этот азот не аммиачный, а принадлежит частице самой кислоты и может быть вытеснен оттуда лишь при полном разрушении вещества, например, при сплавлении с едкой щелочью и т. п. Исследования целого ряда других ученых также констатировали присутствие в почвенном гумусе каких-то — ближе не исследованных — весьма прочных азотистых соединений. Работы Berthelot, Andrе показали, что азот в почвенном перегное находится в известной своей части в виде амидов и аминокислот. Вместе с тем опыты последнего из названных нами авторов показали, что, кроме амидного и аминокислотного (и аммиачного) азота, почвенный перегной содержит в себе некоторое (от 20 до 66% к общему количеству азота) количество этого элементами еще в какой-то форме (в какой именно, осталось невыясненным), не разлагаемой ни щелочами ни азотистой кислотой. Некоторые исследователи считают эту прочную азотистую часть гумуса за остатки веществ животного происхождения (кератин, хинин и др.). Покойный П. Костычев считал эти азотистые вещества входящими в состав живых бактерий и грибков, живущих на почвенном перегное. Существует предположение (Демьянов), что в гумусе имеются белковые вещества, но не в свободном виде (в каковом они обладают непрочностью и легкой разлагаемостью — и от химических реактивов и под влиянием ферментов), а в более прочном соединении с другими веществами кислотного характера, например, с дубильной и фосфорной кислотами и, наконец, с безазотистыми гумусовыми кислотами или с дегидратированной васкулезой. Есть большие основания заподозрить присутствие в почвенном гумусе азота, принадлежащего, нуклеинам, нуклеопротеидам, лецитину и т. п. Наличность белка в почвенном перегное подтверждается работами А. Шмука.
Te успехи, которых достигла, особенно за последние годы, коллоидная химия, не могли не найти себе отражения в некоторых положениях почвоведения и в частности не могли не сыграть существенной роли и в выяснении истинной природы гумусовых веществ. Работы van Bemmelen, Fischer, Ehrenber g, выдающиеся исследования русского ученого K. Гедройца дают нам в настоящее время возможность рассматривать гумусовые вещества почвы как соединения, в известной своей части находящиеся в коллоидном состоянии. К этому нас приводит изучение целого ряда тех своеобразных свойств, коими обладают эти вещества. Так, способность их свертываться из растворов под влиянием кислот и солей, мороза и электрического тока, сильнейшее поглощение ими воды и — как следствие этого — сильнейшая способность набухания, а после высыхания сильнейшее уменьшение в объеме, очень слабая электролитическая проводимость, подчинение претерпеваемых гумусовыми веществами превращений - законам поверхностного натяжения, а не стехиометрическим законам, способность перегнойных веществ осаждать золи противоположно заряженных коллоидов, способность образования комплексных смесей и сложных продуктов присоединения и пр. — все это подтверждает, что в лице перегнойных веществ мы видим сложный комплекс соединений, находящихся в известной своей части в коллоидном состоянии.
С этой точки зрения некоторые из рассмотренных выше свойств гумусовых веществ должны рисоваться нам несколько в ином виде. Так, зольная, например, часть перегнойных веществ должна рассматриваться не как какое-нибудь определенное химическое соединение, а как «поглотительное соединение»; растворы гумусовых веществ в щелочах должны представлять собою не истинные растворы, а псевдорастворьц осаждающее действие на гумусовые вещества двузначных и трехзначных катионов (Ca++, Mg++, Al+++, Fe+++) — как процесс коагуляции, свертывания, образования гелей и пр. Согласно данным В. Геммерлинга, дисперсность перегнойных веществ возрастает параллельно степени окисления их и параллельно их активности. С этой точки зрения наименее дисперсными телами В. Геммерлинг считает гумин и ульмин, а наиболее дисперсными — креповую и апокреновую кислоты.
В работах Baumann и Gully вышеизложенные взгляды van Bemmelenn др. нашли себе, однако, крайнее выражение; упомянутые авторы старались доказать, что гумусовые кислоты вообще никогда не образуют настоящих солей, что все соединения, которые были описываемы как соли, в действительности не обладают ни постоянством состава ни способностью к ионным реакциям, являясь исключительно «поглотительными (адсорбционными) соединениями». Взгляды эти мы должны в настоящее время считать утрированными, ибо в,коллоидном состоянии может находиться в почве, как мы указали выше, лишь часть гумусовых веществ; кроме того, необходимо отметить, что коллоидальное состояние материи отнюдь не исключает способности вещества вступать в химические реакции.
На основании целого ряда позднейших исследований, приходится считать, что ни одна из упомянутых выше «кислот» не представляет собой определенного химического индивидуума, а является, взятая каждая в отдельности, сложным комплексом различных соединений. С этой точки зрения и существующие методы разделения почвенного гумуса на упомянутые выше компоненты приходится считать условными, понимая под словом «гуминовая», «креповая» и «апокреновая» кислоты лишь совокупность однородных по своим физическим и химическим свойствам комплексов.
На это мы имеем указания еще прежних авторов (Post, Muller, Reinitze г, Berthelot и др.), констатировавших в составе органической части почв существование целого ряда самых разнообразных органических соединений (смолы и жиры, глицерин, нуклеины, альдегиды и мн. др.); HO данное положение получило особо веское обоснование после работ американских ученых (Schreiner и Shorey и др.). Последние в целях изучения состава и свойств перегнойных соединений применили к различным американским почвам целый ряд самых разнообразных реактивов — в целях извлечения из почв возможно более разнообразных групп органических соединений, могущих находиться в гумусе этих почв. В качестве растворителей ими с этой целью применялись едкая щелочь, минеральные кислоты, спирт, петролейный и этиловый эфир и др. Чтобы показать, сколь разнообразные группы органических соединений удалось американским исследователям констатировать в составе органической части почв, мы приведем их перечень (ограничимся лишь главнейшими представителями).
Из кислот найдены были: монооксистеариновая, диоксистеариновая, парафиновая, лигноцериновая, агроцериновая, щавелевая, янтарная, кротоновая и другие кислоты.
Из углеводов найдены были: пентозаны, гексоза и др.
Из углеводородов: энтриаконтан.
Из алкоголей: фитостероль (из группы холестериновых веществ), агростероль, маннит и др.
Из эфиров: эфиры смоляных кислот, глицериды каприновой и олеиновой кислот и др.
Из азотистых веществ: триметиламин, холин.
Диаминокислоты: лизин, аргинин, гистидин и др.
Цитозин, ксантин, гипоксантин, креатин.
Пиколинкарбоновая и нуклеиновая кислоты.
Кроме упомянутых соединений, во многих почвах были выделены бензойная кислота, ванилин и мн. др.
Из всех перечисленных веществ в гуминовой кислоте (т. е. в осадке, образовавшемся при обработке щелочного экстракта соляной кислотой) преобладали; эфиры смоляных кислот, смоляные кислоты, глицериды жирных кислот, агростерин, фитостерин, агроцериновая, лигноцериновая, парафиновая кислоты и др.; в составе же креновой и апокреновой кислот (т. е. в кислом фильтрате от упомянутого выше осадка) констатированы были: пентозаны, ксантин, гипоксантин, цитозин, гистидин, аргинин, диоксистеариновая и пиколинкарбоновая кислоты и др.
Интересно отметить, что при многократной обработке почв едкой щелочью (2%) в последних все же оставалось значительное количество каких-то органических соединений, не переходящих в раствор («гумин» и «ульмин» прежних авторов).
Конечно, сомневаться в том, что так называемая гуминовая, креповая и апокреновая кислоты не представляют собою каких-либо определенных химических индивидуумов, а являются каждая в отдельности смесью разнообразных органических соединений, ныне не приходится. Однако упомянутые выше работы американских исследователей ни в какой мере проблемы, связанной с выяснением состава гумуса, не разрешают, ибо остается неясным, определяли ли они все перечисленные выше вещества в органической части исследованных почв вообще или же именно в перегнойной части их состава (вспомним то разграничение этих двух понятий, которое мы сделали выше). Скорее приходится предположить, что все выделенные выше из почв органические соединения представляют собою компоненты вообще органической части почв; но какие из них входят в состав именно почвенного перегноя, остается невыясненным. Самый же факт наличия в почвах всех тех органических соединений, которые входят в состав растительных и животных остатков, a также присутствие в них разнообразных промежуточных форм распада этих соединений, конечно, не могут подлежать никакому сомнению. Поэтому исследования, произведенные американскими учеными, едва ли подвигают нас вперед в разрешении вопроса о составе и свойствах того органо-минерального почвенного новообразования, которое мы называем гумусом. В лучшем случае они дают нам в руки лишний аргумент — подозревать химическую сложность и разнообразие тех комплексов, которые условно нами объединяются словами «гуминовая», «креповая» и пр. кислоты.
В виду того что до сих пор не найдены еще методы, помощью которых мы могли бы выделять из почвы гумусовые вещества в чистом виде и тем самым их индивидуализировать, высказанные нами сейчас соображения могут быть применены в большей или меньшей степени и ко всем другим исследованиям и работам, которые стремятся так или иначе расшифровать состав и свойства почвенного гумуса путем попыток выделения последнего из почвы, ибо у нас никогда не может быть уверенности в том, имеем ли мы дело действительно с гумусовыми веществами почвы или перед нами лишь разнообразные реликты тех органических соединений, которые входили в состав отмерших растительных и животных остатков и которые мы должны признать преходящими соединениями вообще органической части этой почвы.
He лишено основания и предположение — не являются ли все определяемые этим методом органические соединения своего рода новообразованиями, получающимися в самом процессе обработки исследуемых почв теми или иными применяемыми реактивами (щелочью, спиртом и пр.). Наконец, нельзя не указать и на то, что состав гумуса различных почв, конечно, весьма различен (в зависимости от состава отмирающей растительности, от климатических условий, от физико-механического и химического состава минеральной части почв и т. д.). Поэтому стремление выяснить состав и свойства почвенного гумуса упомянутым выше путем встречает, несомненно, чрезвычайно много затруднений, давая нам в каждом отдельном случае условные частные представления о получаемых данных.
Все высказанные сейчас соображения могут быть вполне приложимы как и указано нами выше, и к тем новейшим попыткам, которые сделаны за последнее время рядом исследователей в области изыскания методов выделения из почвенной массы гумусовых веществ. Особенное внимание привлекает в настоящее время метод изолирования гумусовых веществ почвы приемом обработки последней ацетилбромидом (CH3COOBr) — метод, предложенный Karrer и, Boding-Wieger и широко использованный Springer. Ацетилбромид, как показали соответствующие исследования, переводит в раствор все органические вещества почвы еще не гумифицировавшихся растительных остатков и почти не затрагивает гумусовых веществ почвы, что, казалось бы, открывает широкие возможности для последующего непосредственного исследования и анализа этих последних. Однако метод этот слишком мало еще изучен и мало проверен,, почему приходится пока воздерживаться от каких-либо определенных суждений. Тем более приложимо сказанное по отношению к другим предложенным за последнее время попыткам выделения из почвы гумусовых веществ — к методам, например, обработки почвы перекисью водорода, пиридином и др. Все эти методы мы должны признать столь же условными и спорными, как и вышерассмотренный метод, применявшийся Schreiner и Shorey, вследствие чего и все соображения и положения, выдвигаемые упомянутыми выше исследователями о составе и свойствах гумусовых веществ почвы, возбуждают целый ряд неразрешимых сомнений.
В виду этого мы не считаем возможным излагать в настоящем курсе все те высказываемые упомянутыми выше авторами взгляды по вопросам о составе, структуре и свойствах гумусовых веществ, как базирующиеся на ненадежных и условных основаниях.
Уже с давних пор делались попытки применить к суждению о составе и свойствах гумусовых веществ иной метод, а именно метод синтетический, или, правильнее говоря, метод генетический, т. е. метод искусственного получения перегнойных веществ (со всеми характерными для них свойствами) из определенных химических индивидуумов при подробном изучении всех тех промежуточных этапов, которые проходят данные индивидуумы на этом пути. Путь генетического изучения гумуса мы должны признать, несомненно, более плодотворным и могущим скорее дать нам в руки ключ к разрешению вопросов, связанных с происхождением, составом и свойствами этого сложного комплекса.
На этом пути можно использовать два метода: или стараться искусственно получать сходные с гумусовыми веществами соединения путем о б-работки теми или другими реактивами различных наиболее распространенных в растительном теле органических соединений. Этот путь был широко использован в работах прежних исследователей (особенно много было произведено таких экспериментов с углеводами помощью обработки их крепкими минеральными кислотами). Или же, в целях избежать применения таких «насильственных» приемов гумификации изучаемых объектов, можно итти иным методом, а именно: ставя те или иные химические индивидуумы (белки, углеводы и пр.) и их комбинации в различные условия их разложения (при различной температуре, при различных условиях аэрации и увлажнения, с участием биологических факторов и без них и т. д.), стараться исследовать, какие из изучаемых объектов и при каких условиях могут превращаться в сходные с гумусом вещества и какие — нет, а изучая промежуточные этапы, проходимые этими объектами на пути окончательного формирования гумуса, стараться проникнуть и в самую сущность совершающихся при этом химических превращений. Этот путь мы должны признать и более естественным и более продуктивным.
Первым вопросом общего порядка, вытекающим из такой постановки интересующей нас проблемы, являемся следующий: какие именно составные части отмирающих растительных и животных остатков принимают непосредственное участие в построении гумуса? Другими словами: какие из этих, составных частей мы должны считать «первоисточниками» вещественного состава гумуса? Одни исследователи, исходя из теоретических предпосылок, что в построении перегноя должны принимать участие лишь те из составных частей растений (и животных), которые обладают сравнительной стойкостью и прочностью при процессах их разложения, делают предположение, что главным источником гумусообразования являются клетчатка, инкрустирующие вещества, лигнин, гумми, дубильные вещества и т. п. Другие же составные части растительных остатков (белки и т. п.) при процессах своего распада настолько легко и быстро разлагаются в почве до конечных продуктов (CO2, H2O и пр.), что, по мнению этих исследователей, не могут фиксироваться в почвенной массе и тем самым не могут принимать участия в синтезе того прочного и устойчивого комплекса, каковым является гумус. Другие исследователи выдвигают иную точку зрения, являющуюся до некоторой степени противоположной только что изложенной, а именно что в формировании почвенного гумуса ближайшее и непосредственное участие принимают, наоборот, наиболее подвижные и в частности лишь растворимые в воде продукты разложения отмирающих органических остатков (Леваковский, Hoppe-Seyler, Слезкин, Кравков).
На основании работ этих исследователей можно видеть, что атмосферная вода даже и из свежих, т. е. не подвергавшихся еще никаким процессам разложения, растительных остатков в состоянии вымывать целый ряд как органических, так и зольных соединений, каковые впоследствии, под влиянием различных физико-химических и биохимических агентов, способны бывают превращаться в темные, гумусоподобные вещества. Еще в более, конечно, резком масштабе совершается этот процесс в том случае, когда воде приходится воздействовать на отмершие растительные остатки, уже претерпевшие те или иные стадии распада (случай, с которым главным образом и приходится иметь дело в природных условиях).
Изложенные выше разноречивые суждения о первоисточниках вещественного состава почвенного гумуса мы должны считать в настоящее время потерявшими свою остроту. Ныне не приходится больше сомневаться в том, что, прежде чем превратиться в гумус, всеорганические соединения, несомненно, должны предварительно пройти жидкую фазу. А так как абсолютно стойких и абсолютно неизменяемых органических соединений не существует и все они под влиянием чисто химических или биохимических агентов могут претерпевать различные превращения, в том числе и в сторону увеличения своей подвижности и растворимости (даже лигнин, смолы и дубильные вещества), то приходится признать, что в построении гумусового ядра почвенной массы могут принимать участие вообще все входящие в состав растительных и животных остатков органические соединения. Вопрос сводится лишь к выяснению доли участия каждого из органических соединений в процессе построения этого ядра, а главное, к выяснению тех сложных химических, физико-химических и биохимических взаимодействий, которые совершаются между органическими соединениями и минеральной субстанцией почвы, другими словами — к изучению тех сложных явлений, которые сопровождают самый процесс оформления органо-минерального комплекса, почвенного тела.

Обширные исследования в указанных областях были произведены в нашей лаборатории А. Трусовым. Ставя различные органические соединения — часто на весьма продолжительное время — в различные условия разложения, упомянутый автор сделал, на основании своих экспериментов, следующие основные выводы:
1. Углеводы (клетчатка, гемицеллюлоза, крахмал, сахароза, глюкоза и левулеза) в образовании гумусовых веществ участия, повидимому, не принимают.
2. Масла принимают в этом синтезе лишь самое ограниченное участие.
3. Органические кислоты, гумми, пробку также не приходится причислять к категории гумусообразователей.
4. Главными же «поставщиками» гумусовых веществ почвы являются белки, дубильные вещества, инкрустирующие вещества (лигнин) и различные полифенольные соединения (гидрохинон, орцин, пирогаллол и др.).
5. Белковые вещества на пути своей гумификации претерпевают прежде всего гидролитический распад; в дальнейшем происходят окисление и конденсация продуктов этого гидролиза. Из таких продуктов гидролитического распада белков на образование гумусовых веществ идут пиррольные и бензольные coeдинeния, а из последних — главным образом содержащие фенольную группу, например: индол, скатол, пролин, триптофан, фенилаланин, тирозин и др. Получаются конденсированные, окрашенные в черный и бурый цвет продукты с характером оксихинонов.
6. Гумификация лигнина (инкрустирующих веществ) идет за счет содержащихся в нем фенольных и хинонной групп. Получаются различные уплотненные продукты — опять-таки с характером оксихинонов.
7. Гумификация дубильных веществ — через галловую кислоту, получающуюся в результате гидролиза этих веществ, идет опять-таки до образования уплотненных продуктов с характером оксихинонов; кроме того, получаются танномеланиновая кислота, пирогаллол, пурпурогаллин и др.
8. Приблизительно те же продукты получаются и при гумификации полифенольных соединений, входящих в состав растительных остатков.
Гумификация всех перечисленных выше органических соединений происходит в почве под влиянием самых разнообразных как биологических, так и химических факторов.
Подводя все процессы гумификации под одну общую схему, можно, таким образом, сказать, что первым этапом этих процессов является гидролитический распад разнообразных углеродистых соединений, т. е. распад сложной углеродистой цепи на более простые части.
Второй этап в формировании гумусовых веществ выражается в энергичной потере воды и в явлениях внутреннего уплотнения.
А. Трусовым, как мы видим, была нарисована лишь общая схема интересующих нас процессов. В самое последнее время синтетический (генетический) путь изучения гумусовых веществ почвы был широко использован американским исследователем Waksman.
Исходя из соображения, что различные органические соединения, входящие в состав отмерших растительных и животных остатков, обладают различной степенью устойчивости против разрушающего действия микробов и различной степенью своей химической подвижности и реактивности, а следовательно, и различной степенью возможного участия, в синтезе того сравнительно стойкого комплекса, каковым является почвенный гумус, Waksman, разработав соответствующую методику, делит все встречающиеся в растительных веществах органические соединения на ряд фракций, объединяемых некоторыми общими свойствами.
1. Если то или другое растительное вещество (торф и т. п.) подвергнуть прежде всего экстрагированию эфиром, то в раствор переходят; эфирные и жирные масла, часть воскообразных и смолистых веществ и др. Эта группа соединений должна быть охарактеризована как обладающая большой сопротивляемостью разлагающему действию микроорганизмов и как таковая может, таким образом, принять в мало измененном виде участие в образовании того сравнительно прочного комплекса, каковым является почвенный гумус.
2. Воздействуя на остаток, после обработки его эфиром, водой (сначала холодной, потом горячей), мы способствуем переходу в раствор различных сахаров (глюкоза, манноза, пентоза и др.), аминокислот, некоторых растворимых протеинов, некоторых органических кислот (виннокаменной, уксусной, арабановой, малоновой и др.), спиртов (маннит и др.), некоторого количества крахмала, дубильных веществ и т. п. Эта группа веществ, за исключением дубильных соединений, наоборот, может быть охарактеризована как весьма легко поддающаяся разложению под влиянием микроорганизмов (бактерий и грибков), почему, быстро подвергаясь в почве разрушению, не служит непосредственным источником построения гумусового комплекса.
3. Воздействуя, далее, на остаток анализируемого вещества кипящим '95° спиртом, мы переводим в раствор некоторые смолы и воски, алкалоиды, хлорофилл и другие пигменты, таннин, холин, высшие спирты (инозит) и др. Вся этa фракция должна быть охарактеризована как обладающая большой стойкостью и сопротивляемостью разлагающему действию микроорганизмов и, следовательно, может как таковая в своем мало измененном виде находиться в составе почвенного гумуса.
4. Воздействуя на остаток от предыдущей обработки разведенными кипящими кислотами (например, 2% HCl), мы способствуем переведению в раствор гемицеллюлозы («ненастоящая» клетчатка), которая при указанной операции подвергается гидролизу, т. е. переходит в простые углеводы Гемицеллюлозы являются, как известно, ангидридами как гексоз, так и пентоз (в растительном теле весьма распространены производные от последних — так называемые пентозаны).
Обрабатывая остаток от предыдущей операции концентрированными кислотами (80% H2SO4 и 42% HCl), мы переводим в раствор целлюлозу («настоящую» клетчатку) — сложный ангидрид глюкозы.
Как целлюлоза, так и гемицеллюлозы являются одной из главнейших составных частей сухого вещества растительных остатков.
Хотя со стороны химической обе упомянутые группы органических соединений должны быть, таким образом, охарактеризованы как весьма прочные и устойчивые соединения, тем не менее под влиянием деятельности особых микроорганизмов, выделяющих гидролизующие ферменты, они подвергаются в почве довольно быстрому и полному разложению, что делает весьма сомнительным их присутствие в составе почвенного гумуса.
5. Остаток от предыдущих всех операций дает нам возможность определить так называемый лигнин (инкрустирующие вещества, являющиеся необходимой составной частью клеточных стенок растений). Химическая природа лигнина является невыясненной. Понятие это сборное, включающее в себя комплекс различных соединений, не поддающихся гидролизу даже под влиянием таких концентрированных кислот, как упомянутые выше 80% H2SO4 и 42% HCl. Большая его устойчивость против разрушающего действия микробов дает право считать его одним из обычных компонентов почвенного гумуса.
6. Группа азотсодержащих соединений играет исключительно важную роль в жизни растений и животных, входя в качестве неотъемлемой части в состав плазмы клеток. Эта группа многочисленна и разнообразна по своим свойствам. Часть этих соединений растворима в воде (см. выше: растворимые протеины, аминокислоты и др.); другая часть легко гидролизуется при воздействии кипящих разведенных кислот (собственно протеины) и тогда дает воднорастворимые соединения; третья часть гидролизуется лишь при воздействии концентрированных кислот и т. д.
С этой точки зрения группу азотистых органических соединений надо признать весьма различной — по степени устойчивости и разлагаемости отдельных ее представителей, а следовательно, и по степени участия в образовании гумусового комплекса.
Кроме упомянутых выше различных органических соединений, мы всегда наблюдаем в составе тела отмирающих растений и животных различное количество самых разнообразных и минеральных (зольных) веществ. Все эти многообразные соединения, попадая в процессе почвообразовани в различные горизонты выветривающейся горной породы, претерпевают различную судьбу: одни из них, делаясь достоянием микробов, быстро разрушаются и разлагаются, другие претерпевают ряд сложных явлений взаимодействия с минеральными составными частями почвы, одним из результатов которых является тот сравнительно стойкий и прочный органоминеральный комплекс, который носит название гумуса. Эти явления взаимодействия сложны и многообразны: здесь имеют место и чисто химические реакции между составными частями выветривающейся породы и теми растворимыми продуктами разложения органических остатков, которые подвергаются систематическому выщелачиванию из последних атмосферными осадками, и явления микробиологического порядка, заключающиеся в многообразных процессах распада органических соединений и упрощения их состава, а с другой стороны, и обратного синтеза образующихся продуктов в теле микроорганизмов в процессе их питания с образованием новых сложных органических веществ, и, наконец, явления физикохимические, связанные с коллоидальным состоянием взаимодействующих веществ и приводящие к образованию в почве особых «адсорбционных соединений».
Основываясь на том, что из всех органических соединений, входящих в состав растительных остатков, наибольшей устойчивостью против разлагающего действия микробов обладает лигнин; с другой стороны, констатировав тот факт, что в процессе разложения этих остатков происходит накопление протеиновых (и других азотистых) комплексов и, далее, что во всех анализированных автором почвах упомянутые сейчас вещества составляли до 80% всего органического вещества этих почв и т. д., — Waksman делает предположение, что почвенный гумус состоит из основного и сложного комплекса — ядра, включающего в себя фракции главным образом лигнина и протеина, находящихся между собой в тесном химическом соединении.
Это основное ядро сопровождается рядом других веществ, которые или остались от разложения растительных и животных остатков, или были синтезированы благодаря жизнедеятельности микроорганизмов.
Среди этих второстепенных составных частей почвенного гумуса имеются некоторые жиры и воска, гемицеллюлозы, высшие спирты, органические кислоты и др. В упомянутых выше почвах, анализированных Waksmаn, органическое вещество содержит действительно только около 16% нерастворимых в воде углеводов (целлюлоза, гемицеллюлоза и др.) и всего лишь 2,5—3% веществ, растворимых в эфире и спирте, между тем как на сумму протеина и лигнина приходилось до 80% всего органического вещества этих почв.
Принимая во внимание, что фракция протеина, попадающая в почву с растительными и животными остатками, а также образующаяся в ней в процессе синтезирующей жизнедеятельности микробов, может вариировать по своему химическому составу и что группа лигнина также может представлять собою комплекс значительно разнящихся между собой соединений, ясно, что внутренняя конституция лигнино-протеинового ядра в различных почвах, образующихся и развивающихся в различных условиях, может значительно между собою вариировать.
Waksman удалось в лабораторной обстановке искусственно синтезировать этот лигнино-протеиновый комплекс. Последний оказался, по общей сумме своих свойств, резко отличным от свойств отдельных входящих в его состав компонентов — лигнина и протеина — и вместе с тем приобрел все те химические, физико-химические и биологические свойства, которые мы вообще считаем характерными для гумуса (или, правильнее говоря, для той его части, которая носит название гуминовой кислоты): растворимость в щелочах и последующую осаждаемость кислотами, темный цвет, устойчивость против разлагающего действия микробов (протеиновые вещества, обычно легко поддающиеся разлагающему действию микроорганизмов, в результате своего взаимодействия с лигнином приобретают, как оказалось, большую устойчивость).
Waksman удалось далее получать искусственные соединения «лигнино-протеинового» комплекса с различными основаниями (Ca, Mg, Fe, Al), притом методами, сходными с теми, которые обычно применяются для получения различных солей гуминовой кислоты; эти исследования при дальнейшей их разработке могут внести некоторую ясность в познание той связи, которая существует между органическим ядром и зольными элементами почвенного гумуса. Между прочим было установлено, что лигнино-протеиновый комплекс облад