Давно было замечено, что плодородие почвы связано с чёрным органическим веществом. Поэтому, между прочим, и чернозёмы черны, и лесные речки – «чёрные речки» (они выносят это вещество из лесной подстилки). Назвали это чёрное вещество гумусом: от латинского humus – земля, почва. Роль гумуса в почве так велика, что можно сказать: гумус – это то, что делает землю почвой. Где гумус – там и почва. В почве 90 % органических веществ относится к гумусу. Больше всего его в чернозёмах луговых степей: 400–700 т/га. Минимальное же его количество в почвах тундр и пустынь: 0,6–0,7 т/га. M.C. Бpyк так характеризовал гумус: «…он происходит путём разрушения растительности, окрашен в чёрный цвет, имеет большое значение в развитии растений, способствует поглощению и задержании тучности».
Ещё в 1786 году Ахард раствором щёлочи экстрагировал из почвы бурое вещество гумуса. Под действием кислоты из него образовались чёрные хлопья. Н.Т. Соссюр из Швейцарии обнаружил, что в гумусе содержатся азот, фосфор, сера, углерод, кислород. Дальнейшие исследования выявили в нём богатство микроэлементов.
Гумус – это не одно вещество, а сложный комплекс, букет из многих веществ. Главные компоненты его: фульвокислоты (от латинского fulvus – рыжий) и гуминовые кислоты, вместе они составляют 90 % от общего количества гумуса. Фульвокислоты легкорастворимы в воде, способны разрушать минералы и переносить соединения алюминия и железа в нижний горизонт почвы. В составе гуминовых кислот есть кальций, железо, алюминий, кремний. Они бывают, как и каменный уголь, чёрными и бурыми. Чёрные обогащены кальцием, бурые – алюминием, железом. В чернозёмном гумусе гуминовых кислот – 1/3, в гумусе подзолов – 1/10. Гумусовые кислоты способны сохраняться в почве столетиями. Причём, гуминовые кислоты долговечнее фульвовых в два раза.
С помощью радиоактивного анализа гумуса определяют возраст почв. Из них чернозёмы самые старшие, им до 3 000 лет, подзолы – до 800 лет, каштановые – более 600 лет.
Это многоэтапный и сложный процесс, суть которого в том, что частицы гумуса строятся не из неорганических веществ, а из целых блоков или фрагментов уже готовых органических молекул (белков, углеводов) при активном участии микроорганизмов почвы.
Остатки растений размельчаются почвенными животными (насекомыми, червями). Далее микроорганизмы и грибы расщепляют сложные органические молекулы (целлюлозу, белки) на фрагменты. Другие микроорганизмы выделяют ферменты, с помощью которых эти молекулярные фрагменты соединяются в новые органические молекулы. Затем отдельные, уже готовые молекулы гумуса (в основном гуминовые кислоты), составляются в длинные цепи. Эти цепи обвивают частички глины несколькими слоями. Получаются очень устойчивые к химическому и микробному разложению гранулы. Гранулы эти являются некими питательными и энергетическими «запасниками» почвы, в которых и хранится запас плодородия до поры-до-времени.
Когда же в почве питательные вещества иссякают (не только для растений, но и для микроорганизмов) – особые виды микроорганизмов (аспергиллы, пенициллы) начинают «распечатывать» эти «запасники», высвобождая сохранённую там плодородную силу (соединения азота, фосфора и другие).
Почвенные микроорганизмы теплолюбивы, особенно гумусообразователи. Они, как и растения, нуждаются в солнечном тепле, но избегают прямых солнечных лучей. Им важно, чтобы земля была прогрета. Чёрная почва, хорошо поглощающая солнечный свет, держит тепло как термостат или добрый дом. Поэтому размножение микроорганизмов и почвообразование в южных чернозёмах идёт наиболее интенсивно, в северных же почвах из-за низких температур гумосообразователи вообще отсутствуют.
Солнечная энергия вливается в гумус не только через основное русло – растения, но и через вспомогательные ручьи – микроорганизмы. Поэтому почва может напитываться солнечной энергией и при отсутствии растительного покрова. В этом-то как раз и заключается значение «чёрного пара», когда поле распахивают и оставляют так на год-два. В прогретой земле микроорганизмы синтезируют гумус до тех пор, пока в ней есть запасы растительных остатков, служащих пищей микроорганизмам. В этом же русле проявляется почвообразующее свойство навоза, стимулирующего гумусосинтезирующие микроорганизмы. Химические же удобрения, например, азотные, резко снижают запасы гумуса, так как в условиях избытка азота активизируются микроорганизмы, разрушающие гумус.
Гумус – некий общий знаменатель биогеохимической работы почвы. Он – главное рабочее тело почвы. Гумусо-глиняные гранулы обеспечивают водо и воздухопроницаемость почвы. Именно от него растения получают макро и микроэлементы, углекислоту (необходимую для фотосинтеза), биологически активные ростовые вещества. Гумус участвует в разрушении минералов основания почвы и вовлечении их в почвенный круговорот. Но, может быть, самое главное значение гумуса в том, что он является энергетическим аккумулятором почвы.