В почве имеется еще некоторая часть специфических органических веществ, которая не извлекается щелочными растворами из декальцированной почвы и которая названа гуминами. Для изучения гуминов остаток декальцированной почвы после удаления веществ, растворимых в 0,1 н. NaOH, подвергали окислению разведенной НNОз, затем обработке HF для разрушения связи гуминов с силикатами и обработке ацетилбромидом, растворяющим негумифицированные органические вещества (Тюрин и Гуткина). После этих обработок часть гуминов была извлечена щелочью. В дальнейших исследованиях (Хан) переменными обработками кислотой и щелочью гумины извлекались из почв полностью.
Изучение гуминов позволило выяснить, что они представляют собой такой же комплекс гумусовых веществ, какой извлекается щелочью при непосредственной обработке декальцированной почвы, т. е. состоят из гуминовых кислот и фульвокислот. Гуминовые кислоты из гумина отличаются лишь несколько более низким прооцентом С и более высоким процентом Н и О по сравнению с гуминовыми кислотами, растворимыми в щелочи.
По мнению , в гуминах существует очень прочная связь гуминовых кислот с фульвокислотами (по типу сложных эфиров и ангидридов) с потерей значительной части кислотных свойств и при высокой степени полимеризации и уплотнения, чем и объясняется их устойчивость по отношению к щелочам. В работах и выявилось также наличие связей фракции гумина с минеральнoй частью почвы. Таким образом исследования показали, что особенности поведения гуминов в почве, благодаря которым они выделены в особую группу гумусовых веществ, определяются не столько их особой химической природой, сколько характером их связей.
В группу гумусовых веществ, обозначаемых гуминами, входят также углистые частицы, в том или ином количестве присутствующие во всех почвах. Углистые частицы образуются в результате карбонизации растительных остатков при чередовании избыточного увлажнения и высушивания; они представляют собой инертные включения, не принимающие непосредственного участия в почвенных процессах.
ОБРАЗОВАНИЕ ПОЧВЕННЫХ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ.
Образование почвенного гумуса происходит в результате превращений органических остатков под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов. Микроорганизмы принимают участие во всех этапах образования гумуса. Этому способствует огромная населенность почв микрофлорой.
Основным по количеству материалом для образования гумуса служат остатки зеленых хлорофиллонoсных растений, отмерших в почве или на ее поверхности. Превращение растительных материалов под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов идет в почве разными путями:
а) полной минерализации до образования простых соединений СО2, Н2О, NНз, простых солей (в дальнейшем снова принимающих участие в процессах питания автотрофных организмов);
б) синтеза новых органических веществ, составляющих микробные тела (микробный синтез); после автолиза микроорганизмов эти вещества снова подвергаются превращениям
в) синтеза специфических гумусовых веществ в основном за счет промежуточных продуктов разложения - гумификации.
Все разнообразные растительные материалы состоят из нескольких групп соединений, отличающихся между собой по химическому составу: углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды), белки, лигнин, дубильные вещества, жиры, воска, смолы и др. соединения.
Бактерии выделяются по высокому содержанию белков. Среди высших растений особенно богаты белком бобовые травы; древесина содержит очень мало белка. Углеводы и лигнин составляют основную массу сухого вещества древесной растительности и трав. Хвоя отличается повышенным содержанием дубильных веществ.
Отдельные группы химических веществ резко различаются по устойчивости к разлагающему действию микроорганизмов.
Пути выяснения химизма образования гумусовых веществ весьма разнообразны; к ним относятся:
а) изучение гумусообразования на модельных веществах, широко использованное немецкими исследователями;
б) изучение гумификации растительных тканей, при котором наблюдение за изменением строения тканей под микроскопом сопровождалось химическим анализом вновь образующихся гумусовых веществ (Кононов);
в) изучение гумусообразования в культурах некоторых микроорганизмов за счет веществ питательной среды (плесневые грибы: Aspergillus и Penicillium - в работе Кононовой и Александровой; Spicaria еlеgапs - в работе Лаатш с сотр.; актиномицеты в работе ).
Согласно современным данным о природе гумусовых веществ, они представляют собой сложные полимерные соединения, основными компонентами которых являются ароматические и азотсодержащие органические соединения. Пути образования компонентов гумусовых веществ могут быть:
а) продуктами распада отмерших тканей, как вещества ароматического строения типа полифенолов и хинонов, образующиеся при разложении лигнина и дубильных веществ
б) продуктами обмена и вторичного синтеза микроорганизмов, использующих в качестве источника энергии углеводы и белки; к таким продуктам относятся аминокислоты, белки, аминосахара, ароматические соединения.
ФОРМЫ СВЯЗИ МЕЖДУ ОРГАНИЧЕСКИМИ И МИНЕРАЛЬНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ ПОЧВЫ.
В свободном состоянии в почве находится лишь небольшая часть гумусовых веществ; основная часть их связана с минеральными веществами почвы.
Взаимодействие гумусовых веществ с минеральной частью почвы приводит к образованию различных соединений. В зависимости от подвижности образующихся соединений происходит аккумуляция гумусовых и связанных с ними минеральных веществ в верхних горизонтах почвы или миграция продуктов взаимодействия по почвенному профилю.
К основным видам связи гумусовых веществ с компонентами минеральной части почв относятся:
а) соединение с одновалентными и двухвалентными катионами, находящимися в почвенном растворе или на поверхности глинных минералов (образование гуматов и фульватов Na, NH4, К, Са, Mg);
б) взаимодействие с воднорастворимыми и коллоидальными формами полуторных окислов (несиликатными формами R2О3)
в) взаимодействие с глинными минералами.
Наиболее ясен и хорошо изучен процесс образования гуматов и фульватов за счет обмена Н функциональных групп (СООН и ОН) на одновалентные и двухвалентные катионы, который может быть выражен таким уравнением:
R-(COOH)n + Ca2+ (минеральная часть почвы)→ R→(COO)2Ca +2H+(минеральная часть почвы)
→(COOH)n-2
Гуматы одновалентных оснований (Na, NH4, К) растворимы (точнее, высокодисперсны). В почвах, где гуминовые кислоты связаны с Na, при достаточном увлажнении происходит передвижение гуматов вниз по профилю (солонцы). Что же касается соединений с катионами фульвокислот, то фульваты всех одновалентных и двухвалентных катионов хорошо растворимы и подвижны в условиях кислой, нейтральной и слабощелочной реакций, имеющих место в почвах.
Алюмо - и железогумусовые соединения образуются в почве также в результате обменной реакции между несиликатными формами полуторных окислов и водородом функциональных групп (). Исследования показывают, что в некоторой части они являются внутрикомплексными соединениями. Внутрикомплексными или клешневидными соединениями, или хелатами (от греческого слова «хела)- клешня), называются соединения, состоящие из центрального металлического иона и окружающих его радикалов органических молекул. В отличие от обычных комплексных соединений, в которых каждый радикал соединен только одной координационной связью с центральным ионом, во внутрикомплексных соединениях радикал органической молекулы соединен с центральным ионом несколькими координационными связями, причем образуется кольцевая связь в пределах радикала.
Хелатирующими свойствами (способностью образовывать хелаты) отличаются не только гумусовые вещества, но и многие неспецифические органические соединения; некоторые органические кислоты (особенно дикарбоновые, уроновые, лишайниковые, аминосахара, амины, полифенолы: Аналогично гумусовым кислотам они при этом оказывают разрушающее действие на минералы, но благодаря малому их содержанию в почве роль их в процессе выветривания невелика по сравнению с ролью гумусовых веществ. Органиические хелатирующие вещества принимают участие в снабжении pacтений железом и микроэлементами.
Гумусовые вещества - гуминовые и фульвокислоты - обладают значительной способностью к образованию комплексных и внутрикомплексных соединений (хелатов) с железом и алюминием (а также с медью и другими поливалентными катионами, но не с Са); эта способность в большой мере определяется наличием в молекулах гумусовых кислот гидрофильных групп, расположенных в боковых радикалах. Поскольку у фульвокислот отношение гидрофильных групп к гидрофобным шире, чем у гуминовых кислот, именно фульвокислоты обладают большей способностью хелатирования (Коноонова).
Взаимодействуя с минералами, гумусовые кислоты извлекают (вырывают) из них Al, Fe, Мn, Cu и другие элементы и образуют с ними подвижные комплексные и внутрикомплексные соединения; при этом происходит разрушение минералов.
В алюмо - и железогумусовых соединениях основные комплексные катионы железа и алюминия не только замещают водород карбоксильных и фенолгидроксильных групп, но связаны и с другими компонентами гумусовой частицы. Таким компонентом может быть азот ядра или аминокислотных боковых цепей.
Подвижность (= растворимость) соединений гуминовых кислот с полуторными окислами находится в зависимости от состава катионов, замещающих водород функциональных групп: если этим катионом является Na, алюмо - и железогуминовые гели легко пептизируются и мигрируют по профилю; при насыщении Са они представляют собой гели, постепенно дегидратирующиеся.
Контрольные вопросы для самоподготовки:
В чем сущность природы почвенного гумуса? Назовите основные вещества, составляющие природу почвенного гумуса? Дайте понятия: гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумины? Охарактеризуйте пути образования почвенных гумусовых веществ? Чем отличается элементный состав гуминовых кислот от фульвокислот? Охарактеризуйте формы связи между органическими и минеральными веществами почвы?Литература:
Химия почвы. – М.: ВШ, 1968 Формы соединений тяжелых металлов в почвах средней полосы Восточного Казахстана (фоновый уровень) – Сем-ск, 1999. Химическая экология. – Сем-ск, 2002. Геохимия. – М.: ВШ, 1979. Химия почв. - М.: МГУ, 1985. Методы анализа почв и растений. – Рига : Зинатне, 1987. Сборник методических указаний по лабораторным исследованиям почв и растительности Республики Казахстан. – Алматы. 1998. Почвы Семипалатинской области. – Алма-Ата, Наука, 1968. Почвоведение. – М.: Колос, 1982. Агрохимические методы исследования почв. – М.: Наука, 1975. Руководство по химическому анализу почв. – М.: МГУ, 1970. Содержание и формы микроэлементов в почвах. – М.: МГУ, 1979.Лекция № 7,8 Почвенные коллоиды.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
