Новое понимание гумуса в 21 веке: как и почему наука перевернула наши представления о том как формир
Что заставило ученых пересмотреть взгляды на гумус
Вся изменения начались с появления новых аналитических методов. Раньше ученые исследовали гумус, растворяя его в щелочи. Получали темную жидкость и говорили: вот он, гумус, основа плодородия. Но потом появились принципиально иные инструменты – ядерный магнитный резонанс (ЯМР-спектроскопия) и масс-спектрометры сверхвысокого разрешения.
Эти приборы позволяют изучать почву с минимальным разрушением её структуры, непосредственно в естественном состоянии. И что же они показали? Оказалось, что те самые "гуминовые кислоты" и "гуминовые вещества", которые считались основой стабильного гумуса и которые исследователи получали щелочной экстракцией, на самом деле являются артефактами лабораторного метода. Проще говоря, сама процедура анализа создает эти крупные молекулярные структуры, а в реальной почве они существуют совсем в ином виде.
Точнее, это не прочные молекулярные цепи (полимеры), а временные объединения небольших молекул, которые держатся вместе очень слабо (. (супрамолекулярные ассоциации). Щелочь, разрушая почву при экстракции, нарушает эту естественную организацию и заставляет фрагменты объединяться в новые структуры, которых в живой почве вообще не было.
Крах классической теории гумификации
Классическая теория, которую преподавали десятилетиями, выглядела логично и стройно. Растительные остатки разлагаются, их молекулы склеиваются друг с другом благодаря деятельности микробов и абиотических процессов, образуя огромные устойчивые полимеры – гуминовые вещества. Эти вещества якобы могут сохраняться в почве тысячелетиями благодаря своей сложной химической структуре и химической стабильности.
Современные исследования показали, что реальность гораздо сложнее.
Во-первых, правильное определение возраста почвенного углерода требует учета древнего углерода. Раньше при радиоуглеродном датировании почв получались очень большие значения возраста – якобы 3000–5000 лет. Но это происходило потому, что в почве присутствует "древний углерод" – углерод из материнской породы (ископаемый углерод), который вообще не участвует в современных почвенных процессах. Когда ученые учли эту составляющую, картина изменилась радикально.
Согласно недавнему исследованию (Копар и др., 2025), в слое (0–30 см) доля такого наследственного углерода составляет до 11% от общего органического углерода, в подпочве (30–100 см) – уже 25%, а в глубоких слоях – более 50%. После исключения этого "мертвого" углерода из расчетов, средний возраст активного почвенного углерода оказался около 290 лет, а не несколько тысячелетий. Это согласуется с независимыми изотопными данными. Вместе с тем, глобальный средневзвешенный возраст всего почвенного углерода (0–100 см) остается значительным – около 4830±1730 лет, в поверхностном слое (0–30 см) – примерно 1390±310 лет, а в подпочве (30–100 см) – около 8280±2820 лет. Это говорит о том, что почва действительно содержит долгоживущие запасы углерода, но не благодаря химической инертности молекул.
Во-вторых, представление о том, что "устойчивые" соединения типа лигнина разлагаются существенно медленнее простых веществ, требует уточнения. Исследования с изотопным мечением (когда молекулы помечают специальными атомами и отслеживают их судьбу) показали более сложную картину. Лигнин разлагается в два этапа: сначала быстро (благодаря действию грибов и некоторых бактерий), а затем его разложение замедляется. Однако в целом лигнин разлагается примерно с той же скоростью, что и общий углерод почвы, и никогда не показал особой химической защищенности от микробного разложения. Растительные остатки полностью обновляются примерно за 50–100 лет в активных почвах, а не тысячелетиями.
Но вот самое интересное открытие, которое полностью изменило парадигму. Оказывается, основа долгоживущего почвенного углерода – это не только растительные остатки. Это прежде всего мертвые тела микроорганизмов и продукты их жизнедеятельности (метаболиты). Ученые называют это "микробной некромассой" (от англ. necromass).
Цифры впечатляют: доля микробной некромассы составляет от 33 до 60% минерально-ассоциированного органического вещества (MAOM) – наиболее стабильной фракции почвенного углерода. В сельскохозяйственных почвах это в среднем около 51%, то есть чуть больше половины долгоживущих запасов углерода в почве
Как это работает? Микробы поглощают растительные остатки и корневые выделения растений, перерабатывают их в собственное тело. Потом эти микробы умирают, их тела разлагаются другими микробами. Но здесь происходит важный процесс: часть молекул – особенно азотсодержащие компоненты вроде белков, аминосахаров и нуклеиновых кислот, а также гидрофобные липиды – прилипают к частичкам глины и оксидам железа и алюминия. Вот эти прилипшие молекулы и являются настоящей основой стабильного гумуса. Они защищены от дальнейшего разложения благодаря этому "приклеиванию" к минеральным поверхностям.
От химической устойчивости к защите: новое понимание (парадигма)
Вот здесь произошел главный переворот в понимании механизма стабильности гумуса. Раньше думали: гумус стабилен потому, что его молекулы химически очень устойчивы, их микробы не могут разложить.
Новая парадигма говорит совсем другое: гумус стабилен не благодаря химической устойчивости молекул, а благодаря их физико-химической защите. Защита бывает двух основных типов.
Первый тип – минеральная защита. Органические молекулы связываются с поверхностью глинистых частиц, оксидов железа и алюминия. Это называется минерально-ассоциированное органическое вещество (MAOM – mineral-associated organic matter). Механизм: молекула присоединяется к поверхности минерала двумя способами: либо через слабые физические взаимодействия (ван-дер-ваальсовы силы), либо образуя более прочные химические связи с активными центрами на поверхности оксидов
Второй тип – агрегатная защита. Органика запечатывается внутри почвенных агрегатов (комочков). Микробы снаружи, еда внутри, стенки агрегата не пропускают молекулы ферментов. Вот и лежит эта органика, защищенная физически от разложения.
Однако – и это критически важно – эта защита не вечна. Она обратима и динамична. Корни растений выделяют органические кислоты (цитраты, оксалаты), которые могут вытеснить молекулы гумуса с минеральных поверхностей. Механическая обработка почвы разрушает агрегаты и освобождает защищенный углерод, делая его доступным для микробного разложения. Изменение влажности, кислотности, окислительно-восстановительных условий – все это может освободить защищенный углерод и сделать его снова уязвимым для минерализации.
Вот почему ученые теперь говорят о "динамической стабильности" гумуса. Это не мертвый груз, это постоянно находящееся в движении вещество, которое переходит между различными формами в зависимости от условий в почве. Однако благодаря этой защите время жизни углерода в почве в MAOM составляет столетия, в то время как свежая растительная органика полностью разлагается за десятки лет.
Роль корневых выделений – главный источник стабильного углерода
Здесь нужна важная оговорка, которая часто упускается.
Из всего углерода корневых эксудатов 46% становится долгоживущим гумусом (МАОМ), из всего углерода надземного опада — только 7%. Поэтому живые корни — в 6-7 раз более эффективный источник стабильного гумуса, чем листопад
Почему? Потому что микробы активно потребляют легкоразлагаемые корневые экссудаты (аминокислоты, простые сахара, органические кислоты) и быстро размножаются на них. Из их тел формируется микробная некромасса, которая затем прилипает к минеральным поверхностям. Это работает как "микробный углеродный насос" (microbial carbon pump) закачивающий органику в почву но не нарушая её.
Опад же, особенно медленно разлагаемый ( ветки, солома), обрабатывается микробами медленнее, большая часть углерода просто минерализуется и улетучивается в виде CO₂, не успев пройти стадию стабилизации.
Корневые выделения содержат и органические кислоты (цитраты, малаты), которые растворяют оксиды железа и алюминия, увеличивая количество неупорядоченных (аморфных) минеральных поверхностей с высокой способностью к связыванию органического вещества. Так что живые корни не только поставляют лучший "материал" для микробов, но и подготавливают минеральный субстрат для лучшей стабилизации.
Когда заканчивается парадокс "медленного разложения"
Раньше господствовал взгляд: медленно разлагающаяся органика (солома, опилки, древесина) лучше для накопления гумуса. Мол, пока она лежит и гниет, микробы успевают превратить ее в стабильные формы.
Современная наука показала, что это не совсем так. Легко разлагаемые субстраты с низким соотношением углерода к азоту (C:N < 30) – такие как корневые выделения, травяной опад, зеленые удобрения – действительно эффективнее превращаются в стабильный углерод. Почему? Потому что микробы их активно едят, быстро размножаются на них, и именно из микробной биомассы формируется тот стабильный углерод, который прилипает к глине.
А медленно гниющая солома или древесина? Она действительно лежит долго, но большая ее часть в итоге просто испаряется в виде CO₂, минуя стадию микробного преобразования и стабилизации. Высокий C:N означает, что микробам не хватает азота, их прирост биомассы снижается, углерод не проходит эффективно через микробный путь.
Это не означает, что солому и опилки вносить не нужно. Они улучшают структуру, удерживают влагу, долго гниют и обеспечивают энергией микроорганизмы. Просто не стоит ожидать от них быстрого накопления стабильного гумуса. Их роль – более длительная, в создании хороших условий для микробной активности.
Гумус – показатель плодородия, а не волшебное вещество
После всех этих переворотов возникает справедливый вопрос: так гумус важен или нет?
Важен. Безусловно важен. Но не как какое-то волшебное вещество, которое одно решает все проблемы. Гумус – это прежде всего показатель здоровья почвенной экосистемы. Его наличие отражает результат правильной работы всей системы: поступления разнообразной органики, активной переработки её микробным сообществом, и успешной стабилизации продуктов этой переработки на минеральных поверхностях и в агрегатах.
Плодородие – это не одномерное свойство. Современное понимание плодородия – системное и многофакторное. Нельзя выделить один фактор и сказать: вот это главное. Важно взаимодействие физических свойств почвы (структура, пористость, плотность), химических (содержание доступных элементов питания, кислотность, емкость катионного обмена, состав минеральной части), и биологических (активность, разнообразие, состав микробного сообщества).
Гумус – один из ключевых индикаторов, но он работает в неразрывной связке со всеми остальными факторами. Управлять плодородием нужно комплексно, понимая, что происходит на молекулярном уровне в почвенных агрегатах, в ризосфере, в микробных сообществах.
Что дальше?
Наука не стоит на месте. Сейчас активно исследуют, как именно состав микробного сообщества (соотношение бактерий и грибов, разнообразие метаболических стратегий) влияет на эффективность формирования стабильного углерода. Как оптимизировать микробный состав через управление растительностью, влажностью, питанием. Как усилить способность почвы к накоплению гумуса в регионах с песчаными почвами (например, добавлением минералов с высокой адсорбционной емкостью).
Для практиков главный вывод остается прежним, но теперь более обоснованным: почва – это живая экосистема, а не просто субстрат с NPK. Понимание тонких механизмов помогает принимать правильные решения
Новая парадигма гумуса: почему учебники отстают от науки
Почему этой информации нет в учебниках? Разрыв между наукой и образованием: 10-15 лет
Парадигма сдвига произошла совсем недавно:
- До 2010 года: гумус считался стабильным из-за химической устойчивости - 2010-2015 годы: научные открытия (Sokol, Kleber, Cotrufo) показали, что стабильность зависит не от химии, а от физической защиты минералами - 2015-2020 годы: парадигма утвердилась в научных журналах (Nature, Science Advances) - 2020-2025 годы: новые учебники на английском только начинают появляться
В России разрыв больше: русскоязычные учебники с МАОМ практически отсутствуют
Р.S. Не спешите принимать какие либо умозаключения, если это информация для вас новая. Не все так просто. Начинать придется с того, что же такое гумус. От понимания того что это такое зависит то что мы должны делать (или не делать) для его накопления. https://dzen.ru/suite/14560320-a1a6-4f6b-82b2-d8fdfe680ed0
Более подробно в приложении к практике будем разбираться в следующих статьях. Если появились вопросы в связи с этой статьей - пишите. Будем разбираться в следующих статьях.
Сад и огород с Олегом Телеповым
Новое понимание гумуса в 21 веке: как и почему наука перевернула наши представления о том как формир
Вся изменения начались с появления новых аналитических методов. Раньше ученые исследовали гумус, растворяя его в щелочи. Получали темную жидкость и говорили: вот он, гумус, основа плодородия. Но потом появились принципиально иные инструменты – ядерный магнитный резонанс (ЯМР-спектроскопия) и масс-спектрометры сверхвысокого разрешения.
Эти приборы позволяют изучать почву с минимальным разрушением её структуры, непосредственно в естественном состоянии. И что же они показали? Оказалось, что те самые "гуминовые кислоты" и "гуминовые вещества", которые считались основой стабильного гумуса и которые исследователи получали щелочной экстракцией, на самом деле являются артефактами лабораторного метода. Проще говоря, сама процедура анализа создает эти крупные молекулярные структуры, а в реальной почве они существуют совсем в ином виде.
Точнее, это не прочные молекулярные цепи (полимеры), а временные объединения небольших молекул, которые держатся вместе очень слабо (. (супрамолекулярные ассоциации). Щелочь, разрушая почву при экстракции, нарушает эту естественную организацию и заставляет фрагменты объединяться в новые структуры, которых в живой почве вообще не было.
Крах классической теории гумификации
Классическая теория, которую преподавали десятилетиями, выглядела логично и стройно. Растительные остатки разлагаются, их молекулы склеиваются друг с другом благодаря деятельности микробов и абиотических процессов, образуя огромные устойчивые полимеры – гуминовые вещества. Эти вещества якобы могут сохраняться в почве тысячелетиями благодаря своей сложной химической структуре и химической стабильности.
Современные исследования показали, что реальность гораздо сложнее.
Во-первых, правильное определение возраста почвенного углерода требует учета древнего углерода. Раньше при радиоуглеродном датировании почв получались очень большие значения возраста – якобы 3000–5000 лет. Но это происходило потому, что в почве присутствует "древний углерод" – углерод из материнской породы (ископаемый углерод), который вообще не участвует в современных почвенных процессах. Когда ученые учли эту составляющую, картина изменилась радикально.
Согласно недавнему исследованию (Копар и др., 2025), в слое (0–30 см) доля такого наследственного углерода составляет до 11% от общего органического углерода, в подпочве (30–100 см) – уже 25%, а в глубоких слоях – более 50%. После исключения этого "мертвого" углерода из расчетов, средний возраст активного почвенного углерода оказался около 290 лет, а не несколько тысячелетий. Это согласуется с независимыми изотопными данными. Вместе с тем, глобальный средневзвешенный возраст всего почвенного углерода (0–100 см) остается значительным – около 4830±1730 лет, в поверхностном слое (0–30 см) – примерно 1390±310 лет, а в подпочве (30–100 см) – около 8280±2820 лет. Это говорит о том, что почва действительно содержит долгоживущие запасы углерода, но не благодаря химической инертности молекул.
Во-вторых, представление о том, что "устойчивые" соединения типа лигнина разлагаются существенно медленнее простых веществ, требует уточнения. Исследования с изотопным мечением (когда молекулы помечают специальными атомами и отслеживают их судьбу) показали более сложную картину. Лигнин разлагается в два этапа: сначала быстро (благодаря действию грибов и некоторых бактерий), а затем его разложение замедляется. Однако в целом лигнин разлагается примерно с той же скоростью, что и общий углерод почвы, и никогда не показал особой химической защищенности от микробного разложения. Растительные остатки полностью обновляются примерно за 50–100 лет в активных почвах, а не тысячелетиями.
Микробы – настоящие архитекторы стабильного гумуса
Но вот самое интересное открытие, которое полностью изменило парадигму. Оказывается, основа долгоживущего почвенного углерода – это не только растительные остатки. Это прежде всего мертвые тела микроорганизмов и продукты их жизнедеятельности (метаболиты). Ученые называют это "микробной некромассой" (от англ. necromass).
Цифры впечатляют: доля микробной некромассы составляет от 33 до 60% минерально-ассоциированного органического вещества (MAOM) – наиболее стабильной фракции почвенного углерода. В сельскохозяйственных почвах это в среднем около 51%, то есть чуть больше половины долгоживущих запасов углерода в почве
Как это работает? Микробы поглощают растительные остатки и корневые выделения растений, перерабатывают их в собственное тело. Потом эти микробы умирают, их тела разлагаются другими микробами. Но здесь происходит важный процесс: часть молекул – особенно азотсодержащие компоненты вроде белков, аминосахаров и нуклеиновых кислот, а также гидрофобные липиды – прилипают к частичкам глины и оксидам железа и алюминия. Вот эти прилипшие молекулы и являются настоящей основой стабильного гумуса. Они защищены от дальнейшего разложения благодаря этому "приклеиванию" к минеральным поверхностям.
От химической устойчивости к защите: новое понимание (парадигма)
Вот здесь произошел главный переворот в понимании механизма стабильности гумуса. Раньше думали: гумус стабилен потому, что его молекулы химически очень устойчивы, их микробы не могут разложить.
Новая парадигма говорит совсем другое: гумус стабилен не благодаря химической устойчивости молекул, а благодаря их физико-химической защите. Защита бывает двух основных типов.
Первый тип – минеральная защита. Органические молекулы связываются с поверхностью глинистых частиц, оксидов железа и алюминия. Это называется минерально-ассоциированное органическое вещество (MAOM – mineral-associated organic matter). Механизм: молекула присоединяется к поверхности минерала двумя способами: либо через слабые физические взаимодействия (ван-дер-ваальсовы силы), либо образуя более прочные химические связи с активными центрами на поверхности оксидов
Второй тип – агрегатная защита. Органика запечатывается внутри почвенных агрегатов (комочков). Микробы снаружи, еда внутри, стенки агрегата не пропускают молекулы ферментов. Вот и лежит эта органика, защищенная физически от разложения.
Однако – и это критически важно – эта защита не вечна. Она обратима и динамична. Корни растений выделяют органические кислоты (цитраты, оксалаты), которые могут вытеснить молекулы гумуса с минеральных поверхностей. Механическая обработка почвы разрушает агрегаты и освобождает защищенный углерод, делая его доступным для микробного разложения. Изменение влажности, кислотности, окислительно-восстановительных условий – все это может освободить защищенный углерод и сделать его снова уязвимым для минерализации.
Вот почему ученые теперь говорят о "динамической стабильности" гумуса. Это не мертвый груз, это постоянно находящееся в движении вещество, которое переходит между различными формами в зависимости от условий в почве. Однако благодаря этой защите время жизни углерода в почве в MAOM составляет столетия, в то время как свежая растительная органика полностью разлагается за десятки лет.
Роль корневых выделений – главный источник стабильного углерода
Здесь нужна важная оговорка, которая часто упускается.
Из всего углерода корневых эксудатов 46% становится долгоживущим гумусом (МАОМ), из всего углерода надземного опада — только 7%. Поэтому живые корни — в 6-7 раз более эффективный источник стабильного гумуса, чем листопад
Почему? Потому что микробы активно потребляют легкоразлагаемые корневые экссудаты (аминокислоты, простые сахара, органические кислоты) и быстро размножаются на них. Из их тел формируется микробная некромасса, которая затем прилипает к минеральным поверхностям. Это работает как "микробный углеродный насос" (microbial carbon pump) закачивающий органику в почву но не нарушая её.
Опад же, особенно медленно разлагаемый ( ветки, солома), обрабатывается микробами медленнее, большая часть углерода просто минерализуется и улетучивается в виде CO₂, не успев пройти стадию стабилизации.
Корневые выделения содержат и органические кислоты (цитраты, малаты), которые растворяют оксиды железа и алюминия, увеличивая количество неупорядоченных (аморфных) минеральных поверхностей с высокой способностью к связыванию органического вещества. Так что живые корни не только поставляют лучший "материал" для микробов, но и подготавливают минеральный субстрат для лучшей стабилизации.
Когда заканчивается парадокс "медленного разложения"
Раньше господствовал взгляд: медленно разлагающаяся органика (солома, опилки, древесина) лучше для накопления гумуса. Мол, пока она лежит и гниет, микробы успевают превратить ее в стабильные формы.
Современная наука показала, что это не совсем так. Легко разлагаемые субстраты с низким соотношением углерода к азоту (C:N < 30) – такие как корневые выделения, травяной опад, зеленые удобрения – действительно эффективнее превращаются в стабильный углерод. Почему? Потому что микробы их активно едят, быстро размножаются на них, и именно из микробной биомассы формируется тот стабильный углерод, который прилипает к глине.
А медленно гниющая солома или древесина? Она действительно лежит долго, но большая ее часть в итоге просто испаряется в виде CO₂, минуя стадию микробного преобразования и стабилизации. Высокий C:N означает, что микробам не хватает азота, их прирост биомассы снижается, углерод не проходит эффективно через микробный путь.
Это не означает, что солому и опилки вносить не нужно. Они улучшают структуру, удерживают влагу, долго гниют и обеспечивают энергией микроорганизмы. Просто не стоит ожидать от них быстрого накопления стабильного гумуса. Их роль – более длительная, в создании хороших условий для микробной активности.
Гумус – показатель плодородия, а не волшебное вещество
После всех этих переворотов возникает справедливый вопрос: так гумус важен или нет?
Важен. Безусловно важен. Но не как какое-то волшебное вещество, которое одно решает все проблемы. Гумус – это прежде всего показатель здоровья почвенной экосистемы. Его наличие отражает результат правильной работы всей системы: поступления разнообразной органики, активной переработки её микробным сообществом, и успешной стабилизации продуктов этой переработки на минеральных поверхностях и в агрегатах.
Плодородие – это не одномерное свойство. Современное понимание плодородия – системное и многофакторное. Нельзя выделить один фактор и сказать: вот это главное. Важно взаимодействие физических свойств почвы (структура, пористость, плотность), химических (содержание доступных элементов питания, кислотность, емкость катионного обмена, состав минеральной части), и биологических (активность, разнообразие, состав микробного сообщества).
Гумус – один из ключевых индикаторов, но он работает в неразрывной связке со всеми остальными факторами. Управлять плодородием нужно комплексно, понимая, что происходит на молекулярном уровне в почвенных агрегатах, в ризосфере, в микробных сообществах.
Что дальше?
Наука не стоит на месте. Сейчас активно исследуют, как именно состав микробного сообщества (соотношение бактерий и грибов, разнообразие метаболических стратегий) влияет на эффективность формирования стабильного углерода. Как оптимизировать микробный состав через управление растительностью, влажностью, питанием. Как усилить способность почвы к накоплению гумуса в регионах с песчаными почвами (например, добавлением минералов с высокой адсорбционной емкостью).
Для практиков главный вывод остается прежним, но теперь более обоснованным: почва – это живая экосистема, а не просто субстрат с NPK. Понимание тонких механизмов помогает принимать правильные решения
Новая парадигма гумуса: почему учебники отстают от науки
Почему этой информации нет в учебниках? Разрыв между наукой и образованием: 10-15 лет
Парадигма сдвига произошла совсем недавно:
- До 2010 года: гумус считался стабильным из-за химической устойчивости
- 2010-2015 годы: научные открытия (Sokol, Kleber, Cotrufo) показали, что стабильность зависит не от химии, а от физической защиты минералами
- 2015-2020 годы: парадигма утвердилась в научных журналах (Nature, Science Advances)
- 2020-2025 годы: новые учебники на английском только начинают появляться
В России разрыв больше: русскоязычные учебники с МАОМ практически отсутствуют
Р.S. Не спешите принимать какие либо умозаключения, если это информация для вас новая. Не все так просто. Начинать придется с того, что же такое гумус. От понимания того что это такое зависит то что мы должны делать (или не делать) для его накопления. https://dzen.ru/suite/14560320-a1a6-4f6b-82b2-d8fdfe680ed0