Одной из необходимейших составных частей почвы является рыхлое минеральное вещество.
Второй необходимейшей составной частью почвы является органическое вещество.
Только в самые начальные стадии почвообразования можно (и то не всегда) отделить во времени процессы формирования минеральной массы от процессов формирования органической массы: первые предшествуют вторым. Но в дальнейшем оба процесса идут неизменно вместе и переплетаются: в почве осуществляется непрерывный переход минеральных веществ в органические и органических в минеральные как при участии w физико-химических факторов, так и при самом активном содействии различных организмов.
Сперва на рыхлой породе поселяются простейшие организмы. Их жизнедеятельность и отмирание обогащают породу некоторым количеством органического вещества. Отмершее органическое вещество само по себе не служит питательным материалом для растений. Но в результате его разложения получаются минеральные продукты, необходимые для питания растений, т. е. появляется второй (помимо процессов распада минеральной массы) источник зольных элементов для растений. На таком субстрате поселяются уже более требовательные и высокоорганизованные растения, отмирание которых ещё более усиливает поступление органического вещества в рыхлую минеральную массу.
Взаимоотношения между растением и почвой можно кратко характеризовать тем, что растение берёт из почвы воду и минеральные вещества, отдаёт же почве мёртвый отпад (корни и наземные органы). При этом растение возвращает почве больше, чем взяло из неё при жизни. Добавочные органические вещества вносят в почву с собой дополнительный запас энергии, накопленный в своё время растением путём фотосинтеза. Подобным привносом добавочной энергии почва существенно отличается от обыкновенного грунта.
При быстром и полном разложении мёртвого отпада на простые минеральные составные части (т. е. при минерализации) органическое вещество в почве не накопляется. Накопление происходит лишь при неполном (незаконченном) разложении. Очевидно, таким образом, что большая или меньшая аккумуляция органической массы в почве зависит от количества поступающего в почву мёртвого органического вещества и от быстроты его разложения.
Органические остатки на поверхности почвы наблюдаются в самых разных стадиях распада. Если они затронуты разложением настолько слабо, что в них легко отличить различные части организмов, их называют войлоком, подстилкой. Если же эти остатки совсем потеряли свои первоначальные свойства и вступили в тесное химическое соединение с минеральной массой, так что отделить их от минеральной массы механическим способом (например, отмучиванием) невозможно, то эта сложная органоминеральная масса называется перегноем, или гумусом.
Разложение органического вещества в почве осуществляется почти исключительно бактериями и грибками. Поэтому вполне понятно, что быстрота разложения должна определяться в первую очередь теми условиями среды, которые влияют возбуждающим или угнетающим образом на жизнедеятельность микроорганизмов.
Верхние и нижние пределы температуры для большинства бактерий лежат между 3—4° и 45°; при температуре ниже 3° или выше 45° жизненные функции бактерий сперва замедляются, а затем прекращаются, если только гибельный исход не предотвращён спорообразованием. Наиболее благоприятная температура 30—37°. Поэтому с повышением температуры (начиная с 3° и выше) разложение органических веществ усиливается.
Чрезмерно высокая влажность, затрудняющая доступ воздуха в почву, равно как и сильный недостаток влаги ослабляют работу микроорганизмов, т. е. приводят к замедлению распада органических веществ. При свободном притоке воздуха в почве господствуют аэробные процессы, носящие окислительный характер, и распад органического вещества может идти безостановочно, вплоть до полной минерализации, т. е. образования простейших продуктов разложения: воды, углекислого газа, солей азотной, серной и других кислот. Наоборот, в случае затруднённого доступа воздуха (а вместе с ним и кислорода) и, следовательно, преобладания анаэробных условий, полная минерализация не достигается, и получаются недоокисленные продукты, как метан (результат распада клетчатки, крахмала), сероводород (в результате разложения белков), водород, аммиак, азот и пр.; кроме того, образуются различные органические кислоты.
Заметное влияние на ход разложения оказывает химическая реакция среды. Бактерии интенсивнее всего будут действовать в щелочной среде, нейтрализующей вырабатываемые ими и вредные для них кислоты. Наоборот, грибки предпочитают кислую среду; продукты же их жизнедеятельности обычно щелочные. Нередко поэтому в разложении органического вещества наблюдается смена генераций различных микроорганизмов, так как каждая генерация (например, бактерий) ухудшает условия собственного существования и улучшает условия существования для следующей генерации (грибков).
Освещая роль микроорганизмов в разложении отмершего органического вещества, не следует забывать, что это только одна сторона вопроса. Большое значение имеет и первоначальный химический состав разлагающегося материала, потому что, например, сахар, белки и некоторые органические кислоты разлагаются легко, клетчатка и лигнин труднее, а смолы, воскообразные и дубильные вещества ещё труднее.
На основании новейших данных можно утверждать, что в состав гумуса входят две большие группы веществ. К одной из них принадлежат компоненты разлагающихся растительных и животных остатков, продукты жизнедеятельности микробов и продукты вторичного синтеза в виде бактериальной плазмы (ибо параллельно разложению органических остатков в почве идёт и усвоение ряда образующихся соединений микробами). Эта группа образует 10—15% от общего запаса органических веществ почвы и представлена обычными в органической химии соединениями (белки и продукты их разложения, углеводы, органические кислоты, жиры, воска, смолы и т. п.).
Ко второй, основной, группе, охватывающей 85—90% общего запаса почвенного перегноя, относятся своеобразные гумусовые вещества, которые нельзя отнести ни к одному из существующих в органической химии классов. Они представляют собой высокомолекулярные (т. е. характеризующиеся очень большим размером молекул) соединения с не вполне ещё ясной природой.
Обе группы до известной степени отвечают двум фазам гумусообразования: в течение первой фазы происходит разложение компонентов исходных органических тканей до более простых, химически индивидуальных веществ, в течение второй — синтез из них высокомолекулярных (гумусовых) веществ
Гумусовые вещества подразделяют на гуминовые кислоты и креновые (и апокреновые) кислоты. Наименее окислённая часть перегноя — гуминовая кислота, чёрного цвета, слабо растворимая в воде; её соли калия, натрия и аммония растворимы, соли же кальция, магния, железа и алюминия в воде не растворяются. Гуминовые кислоты, очень прочно связанные с минеральной частью почвы и поэтому потерявшие способность к растворению, называются гуминами. Креповая кислота бесцветна; и сама она, и её соли легко растворяются в воде. При оставлении водного раствора креновой кислоты на воздухе из него выпадает буроватый осадок — апокреновая кислота, которая в воде растворяется несколько хуже, чем креновая; соли (апокренаты) щелочей и закисей железа легко растворимы в воде, соли полуторных окислов трудно растворимы. Подчеркнём ещё раз, что каждая из этих «кислот» — не какой-нибудь определённый химический индивидуум, а сложный комплекс различных соединений.
Крупнейшая роль гумуса в почве определяется тем, что он существует обычно в виде гидрофильного коллоида, дисперсной средой которого является вода, могущая им поглощаться; что он динамический комплекс, постоянно возникающий из органических остатков и постоянно разлагаемый микробами и в силу этого являющийся постоянным источником углекислоты и аммиака; что он источник энергии для микроорганизмов и доставляет питательные вещества растениям, хотя и не непосредственно, а через жизнедеятельность тех же микроорганизмов. Органическое вещество в почве является также важнейшим фактором выветривания и разрушения минеральной части почвы, способствует созданию структуры почвы и в известных условиях прямо содействует росту и развитию растений (будучи одним из видов «ростовых» веществ).
Вследствие разложения органических веществ и дыхания населяющих почву организмов из почвы происходит непрерывное выделение CO2. Это «дыхание почвы» служит важнейшим источником поступления CO2 в атмосферу и, следовательно, снабжения растений материалом для фотосинтеза.