Почвоведение Том 1 - Белицина Г.Д.
ISBN 5-06-001159-3
Скачать (прямая ссылка):
114
5.7. Органическое вещество почв специфической
природы
Гумусовые вещества как специфический продукт гумификации представляют собой гетерогенную полидисперсную систему высокомолекулярных азотсодержащих ароматических соединений кислотной природы. Они представлены гуминовыми кислотами, фульвокислотами и негидролизуемым остатком или гумином. Деление гумусовых веществ на эти группы было основано на способе выделения их из почвы. Исследованиями И. В. Тюрина, М. М. Кононовой, С. С. Драгунова, Л. Н. Александровой, Д. С. Орлова и других были выявлены их специфические качества.
Гумусовые кислоты — особый класс соединений с переменным составом. В пределах этой общей группы гуминовые кислоты и фульвокислоты сохраняют общий принцип строения. Их высокомолекулярный характер обусловливает практическую независимость основных физических и химических свойств от небольшого изменения состава.
Гуминовые кислоты (ГК) хорошо растворяются в щелочных растворах, слабо растворяются в воде и не растворяются в кислотах. Из растворов ГК легко осаждаются водородом минеральных кислот и двух- и трехвалентными катионами (Са2+, Mg2+, Fe3+, Al3+). Гуминовые кислоты, выделенные из почвы в виде сухого препарата, имеют темно-коричневый или черный цвет, среднюю плотность 1,6 г/см3.
Элементный состав гуминовых кислот в процентах по массе составляет: С — 50—62; Н — 2,8—6,6; О —31—40; N — 2—6. Содержание зольных элементов зависит от степени очистки препарата. Содержание углерода в составе гуминовых кислот максимально в черноземах, а от них уменьшается в сторону более гумидных и более аридных почв. Если же выразить элементный состав ГК в атомных процентах (табл. 19), что дает более правильное представление о роли отдельных элементов в построении вещества, то стройного зонального ряда ГК не получается. Углерод, выражаемый в процентах, подчеркивает дифференциацию ГК на две большие группы. В первую группу (серых или черных ГК) входят ГК с количеством углерода 40—42%. Во вторую (бурых ГК) — кислоты с количеством углерода 37—38%. При гумификации нарастает степень окисленности ГК.
Молекула ГК имеет сложное строение. Ядро молекулы составляет бензолполикарбоновые кислоты, ароматические и гетероциклические кольца типа бензола, фурана, пиридина, индола и др. Эти ароматические компоненты соединены непосредственно через углерод (— С — С — , — С = С — ) ити мостиками (— О — ,
— N—, —Н—, —СН2—) в рыхлую сетку. Степень уплотненности ароматических компонентов нарастает в процессе гумификации и по мере зрелости ГК, что ведет к уменьшению их подвижности.
Периферию молекул ГК составляют цепи боковых радикалов,
115
как правило, неароматического строения, в состав которых входят углеводные, аминокислотные и углеводородные компоненты. Рыхлое «губчатое» строение молекул ГК, наличие множества пор обусловливает их способность к набуханию и адсорбции. Интересно, что ядро этих молекул обладает гидрофобными свойствами, а периферические цепочки — гидрофильными. Степень выраженности этих частей молекул обусловливает гидрофобность или гидрофильность ГК.
Важной частью молекулы ГК являются функциональные группы: карбоксильные, фенолгидроксильные, метоксильные, карбонильные, амидные. Кислотные свойства, емкость поглощения, способность образовывать органоминеральные соединения обусловлены наличием этих функциональных групп. Емкость поглощения ГК возрастает в условиях щелочной среды за счет ионов водорода фенольных гидроксилов.
Вероятные схемы строения структурной ячейки ГК, которые отражают современные представления о компонентах ГК, предложены И.Д.Комиссаровым (формула 1) и Д.С.Орловым (формула 2):
116
Ароматические и гетероциклические компоненты ГК составляют 50—60%, углеводные компоненты — 25—30, функциональные группы — 10—25%.
Таблица 19. Средний элементный состав гуминовых кислот (Д. С. Орлов, 1974; А. А. Гришина, 1982)
Почвы Проценты Атомные отношения Степень окисленности*. ш
С N N Q Н :С С : N
Болотно-тундровые Подзолистые и дерново- 36,9 47,3 2,1 15,5 1,3 18 -0,4
подзолистые 37,5 39,8 2,4 20,3 1,1 16 0
Серые лесные 38,1 40,3 2,4 19,2 1,0 16 0
Черноземы 42,5 35,2 2,4 19,9 0,8 18 + 0,13
Луговые аллювиальные 44,6 34,2 2,3 18,9 0,8 19 + 0,1
Каштановые 37,7 42,1 2,8 17,4 1,1 14 -0,2
Красноземы 42,1 33,4 2,7 21,8 0,5 16 + 0,2
* Степень окисленности гумусовых кислот вычисляется по уравнению ш = (2Qo— —QH)/QC, где Qo, QH И Qc — число молей кислорода, водорода и углерода соот-
ветственно.
Фульвокислоты (ФК) — группа гумусовых кислот, остающаяся в растворе после осаждения гуминовых кислот. Они так же, как и ГК, представляют собой высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. От гуминовых кислот отличаются светлой окраской, более низким содержанием углерода, растворимостью в кислотах, большей гидрофильностью и способностью к кислотному гидролизу. Плотность фульвокислот по имеющимся немногочисленным данным равна 1,43—1,61 г/см3. Элементный состав фульвокислот (в % по массе) составляет: С — 41—46, Н — 4—5, N — 3—4. Содержание кислорода зависит от
