Фракционирование гуминовых и гиматомелановых кислот почв
А.
Н. КоролёвБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Королёв
А.
Н.,
Лещенко
Л.
А. Фракционирование гуминовых и гиматомелановых кислот почв // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – Т. 20. – С.
1256–1260. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/54515.htm.
Аннотация. Гуминовые и гиматомелановые кислоты являются составляющими компонентами органического вещества почвы. Однако вопрос об их строении до сих пор остается дискуссионным. Проведенные исследования позволяют признать их как совокупность большого количества индивидуальных органических молекул, которые можно разделить, создавая градиенты рН, либо считать сложными молекулярными образованиями, легко гидролизуемыми при незначительном изменении рН среды.
Ключевые слова:
почва, черноземы, темно-серые лесные почвы, алювиально-луговые почвы, дерново-подзолистые почвы, гуминовые кислоты, гиматомелановые кислоты
Текст статьи
Королёв Александр Николаевич,кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и естественнонаучных дисциплин Омского экономическогоинститутаkorolev66.66@mail.ru
Лещенко Любовь Алексеевна,магистрантФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университетим. П.А. Столыпина»pochta.pochta25@mail.ru
Фракционированиегуминовых и гиматомелановых кислот почв
Аннотация.Гуминовые и гиматомелановые кислоты являются составляющими компонентами органического вещества почвы. Однако вопрос о их строении до сих пор остается дискуссионным. Проведенные исследования позволяют признать их как совокупность большого количества индивидуальных органических молекул, которые можно разделить, создавая градиенты рН. Либо считать сложными молекулярными образованиями легко гидролизуемыми при незначительном изменении рН среды.Ключевые слова:почва,черноземы, темносерые лесные почвы, алювиальнолуговые почвы, дерновоподзолистые почвы,гуминовые кислоты,гиматомелановые кислоты.
Введение
Почва необходимый фактор для поддержания экологического равновесия, поскольку она представляет собой один из основных природных ресурсов, обуславливающих социальное и экономическое развитие общества.Органическое вещество почвы, хотя обычно и представляет собой меньшую по массе составную часть почвы, оказывает, тем не менее, решающее влияние на важнейшие процессы в экосистеме. Состав органической фракции постоянно изменяется под влиянием микробнойминерализации и спонтанных химических реакций. Динамический характер органической фракции способствует разнообразию основных процессов в почве, включая биогеохимические циклы, формирование почвенных агрегатов и растворение минералов. Одно лишь присутствиеорганической фракции влияет на такие основные свойства почвы, как емкость катионного обмена и буферная способность [1].Вопросам изучения состава и строения органического вещества почв посвящено много работ. И, не смотря на то, что фундаментальные позициио составе органического вещества разработаны и закреплены, вопросы о строении отдельных компонентов, например гуминовых и гиматомелановых кислот, до сих пор остаются дискуссионными. В настоящей статье предлагается подход к разделениюгуминовых кислот на отдельные фракции на примере некоторых почв различных условий образования на югеЗападной Сибири (в пределах Омской области).Для изучения поставленного вопроса был исследован количественный состав гуминовых кислот (ГК)и гиматомелановых кислот (ГМК)некоторых зональных почв, различающихся по свойствам, характеру и интенсивности процессов почвообразования.
Материал и методыисследования
Объектами исследования являлись ГК дерновоподзолистой среднесуглинистой (ПД), темносерой лесной среднесуглинистой(ЛЗ), чернозема выщелоченного (ЧВ), алювиальнолуговой среднесуглинистой (АЛ) почв Седельниковского, Колосовского, Большереченского и Тарского районов Омской области.Выделение и фракционирование ГК производили по ранее описанной методике [2].Спектры отдельных фракций ГК и ГМК в УФ, видимой и ближней ИКобластях определяли в щелочных растворах (0,1н. NaOH) на спектрофотометре СФ2000 (спектральный диапазон от 200 до 1100нм.)
Результаты исследования и обсуждение
Специфические органические вещества (гумусовые) составляют 80...90 % всей массы почвенного гумуса. В состав гумусовых веществ различаютгуминовые кислоты (ГК), фульвокислоты (ФК) и гумин[3].Система органических веществ почвы по Д.С.Орлову представлена на рисунке 1[4].
Рисунок 1. Номенклатура (перечень) гуминовых веществ почвы (по Д.С.Орлову)
ГКпредставляют группу высокомолекулярных азотсодержащих органических кислот, молекула которых содержит ароматические группировки. Высокомолекулярная природа их подтверждается многочисленными определениями молекулярной массы, кислотная природа −наличием ряда кислородсодержащих функциональных групп, водород которых способен к обменным реакциям с катионами оснований. Характерные особенности ГК‒их полидисперсность и химическая гетерогенность, вследствие чего гуминовые кислоты любой почвы можно расчленить на ряд фракций с близкими, но не вполне однородными параметрами [5]. В связи с этим была предпринята попытка «дробления» ГКна фракции по условным изоэлектрическим точкам взависимости от создающихся в реальных условиях природной среды скачкам рН (это может быть обусловлено применением различных форм минеральных и органических удобрений, воздействия различных поллютантов, обладающих определенными кислотноосновными свойствами и т.п.).Не смотря на сложность молекулярной организации ГК, все проанализированные виды почв образуют по 8 хорошо разделяемых фракций в условных изоэлектрических точкахпри рН среды: 7,0; 6,0; 5,0; 4,0; 3,0; 2,0; 1,0 и <1,0. При этомдоля каждой фракции в составе органического веществапочвразлична и может колебаться в различных приделах в зависимости от типа почвы(таблица 1).
Таблица 1
Доля фракций гуминовых и гиматомелановых кислот от их общего содержания впочве(%)
Почва Доля отдельных фракций ГК и ГМК, %изоэлектрические точки фракций ГК и ГМКрН7,0рН6,0рН5,0рН4,0рН3,0рН2,0рН1,0рН<1Дерновоподзолистая среднесуглинистая6,2560,73,73,894,04,557,849,00Темносерая лесная среднесуглинистая11,9120,146,856,648,5420,9910,5414,34Чернозем выщелоченный 7,428,468,028,9117,510,1016,9322,5Аллювиальнолуговая среднесуглинистая13,448,6022,1410,928,706,8612,516,73
Общее содержание ГК и ГМКвыделенных фракций указывает нато, что дерновоподзолистые среднесуглинистые почвыболее обогащены ГК и ГМК, нежели темносерые, аллювиальнолуговые почвы и чернозем выщелоченный(таблица 2).
Таблица 2Содержание гуминовых и гиматомелановых кислот в почве
Органическое веществоСодержание ГК и ГМК, %ƩГКизоэлектрические точки фракций ГК и ГМКрН7,0рН6,0рН5,0рН4,0рН3,0рН2,0рН1,0рН<1Дерновоподзолистая среднесуглинистая0,0050,050,0030,0030,0030,0410,0070,0080,12Темносерая лесная среднесуглинистая0,0050,0090,0030,0030,0040,0090,0050,0060,044Чернозем выщелоченный 0,00250,00280,00270,0030,00590,00340,00570,00760,034Аллювиальнолуговаясреднесуглинистая0,00690,0040,0110,0050,0040,00350,0060,0080,048
Сравнительные данные (таблица 3)свидетельствуют, что ГКи ГМК в дерновоподзолистой среднесуглинистой и темносерой лесной среднесуглинистой почвах в естественных условиях в бόльшей части не гидролизованы и находятся в молекулярном виде. И практически весь суммарный запас ГК и ГМК в аллювиальнолуговой среднесуглинистой почве представлен полностью ионизированным состоянием. Таблица 3
Доля фракций гуминовых и гиматомелановых кислот от их общего содержания в почве(%) в сравнении с естественным показателем рН почвы
Органическая частьИзоэлектрические точки фракций ГК/содержание, %рН водн.рН солрН7,0рН6,0рН5,0рН4,0рН3,0рН2,0рН1,0рН<1Дерновоподзолистая среднесуглинистая0,959,210,560,590,600,691,191,365,53,3Темносерая лесная среднесуглинистая0,280,480,160,150,200,500,250,346,45,5Чернозем выщелоченный 0,330,380,360,400,780,450,761,016,1‒Аллювиальнолуговая среднесуглинистая0,710,461,170,580,460,360,660,897,8‒
При спектрофотометрическом исследовании почв установлены различия в электронных спектрах поглощения отдельных фракций ГК и ГМК. При этом эти различия отмечались не только для различных фракций в пределах одного типа почвы, но и для однотипных фракцийразличных типов почв. Это согласуется с мнением некоторых авторов о том, что ГК не содержат какойлибо повторяющейся субъединицы и рассматриваются как случайные полимеры, содержащие разнообразные ароматические субъединицы. Так Тейт Р. в своей работе отмечает, что «… гуминовые кислоты, полученные из различных источников, имеют сходство качественного состава ароматических и фенольных соединений. В то же время порядок полимеризации и соотношение между различными компонентами варьируют в зависимости от источника» [1].Таким образом, полученные данные позволяютпризнать ГК каксовокупность большого количества индивидуальных органических молекул, которые можно разделить, создавая градиенты рН. Либо считать ГК сложными молекулярнымиобразованиямилегко гидролизуемымипри незначительном изменении рН среды.
Выводы
Не смотря на сложность молекулярной организации, гуминовые кислотыпочв можно фракционировать в условных изоэлектрических точках при различных рН среды.
Дерновоподзолистые среднесуглинистые почвы более обогащены гуминовыми кислотами, нежели темносерые, аллювиальнолуговые почвы и чернозем выщелоченный.При этом гуминовые и гиматомелановые кислотыв дерновоподзолистой среднесуглинистой и темносерой лесной среднесуглинистой почвах в естественных условиях в бόльшей части не гидролизованы и находятся в молекулярном виде. И практически весь суммарный запас ГК и ГМК в аллювиальнолуговой среднесуглинистой почве представлен полностью ионизированным состоянием.Отдельные фракции гуминовых кислот имеют различные УФспектры поглощения. Эти различия характерны не только для различных фракций в пределах одного типа почвы, но и для однотипных фракций различных типов почв.Такие данныепозволяют признать гуминовые кислотыкак совокупность большого количества индивидуальных органических молекул, которые можно разделить, создавая градиенты рН. Либо считать ГК сложными молекулярными образованиями легко гидролизуемыми при незначительном изменении рН среды.
Ссылки на источники1.Тейт IIIР. Органическое вещество почвы: Биологические и экологические аспекты: Пер. с англ. ‒ M.: Мир, 1991. ‒ 400 с.2.Королёв А.Н. Особенности сорбции Pb, Cd, Znгуминовыми кислотами каштановых почв / Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде: материалы VII Международной научнопрактической конференции (48 октября 2012 г.) Семипалатинский государственный педагогический институт. Т.1. Семей, 2010 г. С. 176186.3.Хабаров А.В. Почвоведение: учеб. для вузов по специальностям "Землеустройство" и др. / А.В. Хабаров, А.А. Яскин, В.А. Хабаров. М.: КолосС, 2007. 310 с.4.Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. М.: Наука, 1996. 256 с.5.Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. ‒ Л.: Наука, 1980. ‒ 288 с.
Korolev AlexanderCandidate of Biological Sciences, assistant professor of ecology and natural sciencesOmsk Economic Institutekorolev66.66@mail.ruLeshenkoLyubovmaster studentOmsk State Agrarian University. PA Stolypinpochta.pochta25@mail.ru
Fractionation of humic acids in soils and HimatomelanicAbstract. Humic acid and Himatomelanic are the constituent parts of soil organic matter. However, the question of their structure is still debatable. These experiments allow to recognize them as an aggregate of a large number of individual organic molecules that can be divided by creating a pH gradient. Or consider the complex molecular entities easily hydrolyzable with little change in pH.Keywords: soil, black soil, dark gray forest soils, alluvialmeadow soils, sodpodzolic soils, humic acid, Himatomelanic acid.
Лещенко Любовь Алексеевна,магистрантФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университетим. П.А. Столыпина»pochta.pochta25@mail.ru
Фракционированиегуминовых и гиматомелановых кислот почв
Аннотация.Гуминовые и гиматомелановые кислоты являются составляющими компонентами органического вещества почвы. Однако вопрос о их строении до сих пор остается дискуссионным. Проведенные исследования позволяют признать их как совокупность большого количества индивидуальных органических молекул, которые можно разделить, создавая градиенты рН. Либо считать сложными молекулярными образованиями легко гидролизуемыми при незначительном изменении рН среды.Ключевые слова:почва,черноземы, темносерые лесные почвы, алювиальнолуговые почвы, дерновоподзолистые почвы,гуминовые кислоты,гиматомелановые кислоты.
Введение
Почва необходимый фактор для поддержания экологического равновесия, поскольку она представляет собой один из основных природных ресурсов, обуславливающих социальное и экономическое развитие общества.Органическое вещество почвы, хотя обычно и представляет собой меньшую по массе составную часть почвы, оказывает, тем не менее, решающее влияние на важнейшие процессы в экосистеме. Состав органической фракции постоянно изменяется под влиянием микробнойминерализации и спонтанных химических реакций. Динамический характер органической фракции способствует разнообразию основных процессов в почве, включая биогеохимические циклы, формирование почвенных агрегатов и растворение минералов. Одно лишь присутствиеорганической фракции влияет на такие основные свойства почвы, как емкость катионного обмена и буферная способность [1].Вопросам изучения состава и строения органического вещества почв посвящено много работ. И, не смотря на то, что фундаментальные позициио составе органического вещества разработаны и закреплены, вопросы о строении отдельных компонентов, например гуминовых и гиматомелановых кислот, до сих пор остаются дискуссионными. В настоящей статье предлагается подход к разделениюгуминовых кислот на отдельные фракции на примере некоторых почв различных условий образования на югеЗападной Сибири (в пределах Омской области).Для изучения поставленного вопроса был исследован количественный состав гуминовых кислот (ГК)и гиматомелановых кислот (ГМК)некоторых зональных почв, различающихся по свойствам, характеру и интенсивности процессов почвообразования.
Материал и методыисследования
Объектами исследования являлись ГК дерновоподзолистой среднесуглинистой (ПД), темносерой лесной среднесуглинистой(ЛЗ), чернозема выщелоченного (ЧВ), алювиальнолуговой среднесуглинистой (АЛ) почв Седельниковского, Колосовского, Большереченского и Тарского районов Омской области.Выделение и фракционирование ГК производили по ранее описанной методике [2].Спектры отдельных фракций ГК и ГМК в УФ, видимой и ближней ИКобластях определяли в щелочных растворах (0,1н. NaOH) на спектрофотометре СФ2000 (спектральный диапазон от 200 до 1100нм.)
Результаты исследования и обсуждение
Специфические органические вещества (гумусовые) составляют 80...90 % всей массы почвенного гумуса. В состав гумусовых веществ различаютгуминовые кислоты (ГК), фульвокислоты (ФК) и гумин[3].Система органических веществ почвы по Д.С.Орлову представлена на рисунке 1[4].
Рисунок 1. Номенклатура (перечень) гуминовых веществ почвы (по Д.С.Орлову)
ГКпредставляют группу высокомолекулярных азотсодержащих органических кислот, молекула которых содержит ароматические группировки. Высокомолекулярная природа их подтверждается многочисленными определениями молекулярной массы, кислотная природа −наличием ряда кислородсодержащих функциональных групп, водород которых способен к обменным реакциям с катионами оснований. Характерные особенности ГК‒их полидисперсность и химическая гетерогенность, вследствие чего гуминовые кислоты любой почвы можно расчленить на ряд фракций с близкими, но не вполне однородными параметрами [5]. В связи с этим была предпринята попытка «дробления» ГКна фракции по условным изоэлектрическим точкам взависимости от создающихся в реальных условиях природной среды скачкам рН (это может быть обусловлено применением различных форм минеральных и органических удобрений, воздействия различных поллютантов, обладающих определенными кислотноосновными свойствами и т.п.).Не смотря на сложность молекулярной организации ГК, все проанализированные виды почв образуют по 8 хорошо разделяемых фракций в условных изоэлектрических точкахпри рН среды: 7,0; 6,0; 5,0; 4,0; 3,0; 2,0; 1,0 и <1,0. При этомдоля каждой фракции в составе органического веществапочвразлична и может колебаться в различных приделах в зависимости от типа почвы(таблица 1).
Таблица 1
Доля фракций гуминовых и гиматомелановых кислот от их общего содержания впочве(%)
Почва Доля отдельных фракций ГК и ГМК, %изоэлектрические точки фракций ГК и ГМКрН7,0рН6,0рН5,0рН4,0рН3,0рН2,0рН1,0рН<1Дерновоподзолистая среднесуглинистая6,2560,73,73,894,04,557,849,00Темносерая лесная среднесуглинистая11,9120,146,856,648,5420,9910,5414,34Чернозем выщелоченный 7,428,468,028,9117,510,1016,9322,5Аллювиальнолуговая среднесуглинистая13,448,6022,1410,928,706,8612,516,73
Общее содержание ГК и ГМКвыделенных фракций указывает нато, что дерновоподзолистые среднесуглинистые почвыболее обогащены ГК и ГМК, нежели темносерые, аллювиальнолуговые почвы и чернозем выщелоченный(таблица 2).
Таблица 2Содержание гуминовых и гиматомелановых кислот в почве
Органическое веществоСодержание ГК и ГМК, %ƩГКизоэлектрические точки фракций ГК и ГМКрН7,0рН6,0рН5,0рН4,0рН3,0рН2,0рН1,0рН<1Дерновоподзолистая среднесуглинистая0,0050,050,0030,0030,0030,0410,0070,0080,12Темносерая лесная среднесуглинистая0,0050,0090,0030,0030,0040,0090,0050,0060,044Чернозем выщелоченный 0,00250,00280,00270,0030,00590,00340,00570,00760,034Аллювиальнолуговаясреднесуглинистая0,00690,0040,0110,0050,0040,00350,0060,0080,048
Сравнительные данные (таблица 3)свидетельствуют, что ГКи ГМК в дерновоподзолистой среднесуглинистой и темносерой лесной среднесуглинистой почвах в естественных условиях в бόльшей части не гидролизованы и находятся в молекулярном виде. И практически весь суммарный запас ГК и ГМК в аллювиальнолуговой среднесуглинистой почве представлен полностью ионизированным состоянием. Таблица 3
Доля фракций гуминовых и гиматомелановых кислот от их общего содержания в почве(%) в сравнении с естественным показателем рН почвы
Органическая частьИзоэлектрические точки фракций ГК/содержание, %рН водн.рН солрН7,0рН6,0рН5,0рН4,0рН3,0рН2,0рН1,0рН<1Дерновоподзолистая среднесуглинистая0,959,210,560,590,600,691,191,365,53,3Темносерая лесная среднесуглинистая0,280,480,160,150,200,500,250,346,45,5Чернозем выщелоченный 0,330,380,360,400,780,450,761,016,1‒Аллювиальнолуговая среднесуглинистая0,710,461,170,580,460,360,660,897,8‒
При спектрофотометрическом исследовании почв установлены различия в электронных спектрах поглощения отдельных фракций ГК и ГМК. При этом эти различия отмечались не только для различных фракций в пределах одного типа почвы, но и для однотипных фракцийразличных типов почв. Это согласуется с мнением некоторых авторов о том, что ГК не содержат какойлибо повторяющейся субъединицы и рассматриваются как случайные полимеры, содержащие разнообразные ароматические субъединицы. Так Тейт Р. в своей работе отмечает, что «… гуминовые кислоты, полученные из различных источников, имеют сходство качественного состава ароматических и фенольных соединений. В то же время порядок полимеризации и соотношение между различными компонентами варьируют в зависимости от источника» [1].Таким образом, полученные данные позволяютпризнать ГК каксовокупность большого количества индивидуальных органических молекул, которые можно разделить, создавая градиенты рН. Либо считать ГК сложными молекулярнымиобразованиямилегко гидролизуемымипри незначительном изменении рН среды.
Выводы
Не смотря на сложность молекулярной организации, гуминовые кислотыпочв можно фракционировать в условных изоэлектрических точках при различных рН среды.
Дерновоподзолистые среднесуглинистые почвы более обогащены гуминовыми кислотами, нежели темносерые, аллювиальнолуговые почвы и чернозем выщелоченный.При этом гуминовые и гиматомелановые кислотыв дерновоподзолистой среднесуглинистой и темносерой лесной среднесуглинистой почвах в естественных условиях в бόльшей части не гидролизованы и находятся в молекулярном виде. И практически весь суммарный запас ГК и ГМК в аллювиальнолуговой среднесуглинистой почве представлен полностью ионизированным состоянием.Отдельные фракции гуминовых кислот имеют различные УФспектры поглощения. Эти различия характерны не только для различных фракций в пределах одного типа почвы, но и для однотипных фракций различных типов почв.Такие данныепозволяют признать гуминовые кислотыкак совокупность большого количества индивидуальных органических молекул, которые можно разделить, создавая градиенты рН. Либо считать ГК сложными молекулярными образованиями легко гидролизуемыми при незначительном изменении рН среды.
Ссылки на источники1.Тейт IIIР. Органическое вещество почвы: Биологические и экологические аспекты: Пер. с англ. ‒ M.: Мир, 1991. ‒ 400 с.2.Королёв А.Н. Особенности сорбции Pb, Cd, Znгуминовыми кислотами каштановых почв / Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде: материалы VII Международной научнопрактической конференции (48 октября 2012 г.) Семипалатинский государственный педагогический институт. Т.1. Семей, 2010 г. С. 176186.3.Хабаров А.В. Почвоведение: учеб. для вузов по специальностям "Землеустройство" и др. / А.В. Хабаров, А.А. Яскин, В.А. Хабаров. М.: КолосС, 2007. 310 с.4.Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. М.: Наука, 1996. 256 с.5.Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. ‒ Л.: Наука, 1980. ‒ 288 с.
Korolev AlexanderCandidate of Biological Sciences, assistant professor of ecology and natural sciencesOmsk Economic Institutekorolev66.66@mail.ruLeshenkoLyubovmaster studentOmsk State Agrarian University. PA Stolypinpochta.pochta25@mail.ru
Fractionation of humic acids in soils and HimatomelanicAbstract. Humic acid and Himatomelanic are the constituent parts of soil organic matter. However, the question of their structure is still debatable. These experiments allow to recognize them as an aggregate of a large number of individual organic molecules that can be divided by creating a pH gradient. Or consider the complex molecular entities easily hydrolyzable with little change in pH.Keywords: soil, black soil, dark gray forest soils, alluvialmeadow soils, sodpodzolic soils, humic acid, Himatomelanic acid.
