Международный
научный журнал

Фракционный состав гуминовых и гиматомелановых кислот почв Западной Сибири


Fractional composition of humin and gyathomeleanic acids of soils of West Siberia

Цитировать:
Королёв А.Н., Лещенко Л.А. Фракционный состав гуминовых и гиматомелановых кислот почв Западной Сибири // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2018. № 5(47). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/5836 (дата обращения: 25.08.2019).
 
Прочитать статью:


АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются подходы к разделению гуминовых кислот на отдельные фракции в условных «изоэлектрических» точках на примере некоторых почв различных условий образования на территории Западной Сибири. На градиентах рН среды гуминовые кислоты почв можно разделить на фракции. Наличие в УФ-спектрах фракций гуминовых кислот различных максимумов поглощения свидетельствует о неоднородности их состава. Возможность фракционирования (создавая градиенты рН) и данные спектроскопии позволяют признать гуминовые кислоты как совокупность большого количества индивидуальных органических молекул. Либо считать гуминовые кислоты сложными молекулярными образованиями легко гидролизуемыми при незначительном изменении рН среды.

ABSTRACT

In the article approaches to the separation of humic acids into separate fractions in conditional "isoelectric" points are considered on the example of some soils of different conditions of formation in the territory of Western Siberia. On soil pH gradients, soil humic acids can be divided into fractions. The presence of different absorption maxima in the UV spectra of fractions of humic acids indicates the heterogeneity of their composition. The possibility of fractionation (creating pH gradients) and spectroscopic data allow us to recognize humic acids as a combination of a large number of individual organic molecules. Or consider humic acids as complex molecular formations that are easily hydrolysable with a slight change in the pH of the medium.

 

Ключевые слова: почвы, гуминовые и гиматомелановые кислоты, фракционирование гуминовых кислот.

Keywords: soils, humic and gimatomelanoic acids, fractionation of humic acids.

 

Введение

Современное представление о почвенном гумусе формировалось в течение длительного времени. Уже в работах классиков естествознания XΙX в. К. Шпренгеля, Я. Берцелиуса, Г. Мульдера было установлено, что гумус почвы является сложным телом, и главнейшие составные части его представлены гуминовыми кислотами.

И.В. Тюрин писал: «…термин “гуминовая кислота” является групповым понятием, под которым следует подразумевать целую группу высокомолекулярных соединений, имеющих несколько различный состав, но обладающих рядом общих свойств и известным общим типом строения» [6].

Несмотря на 200-летнюю историю исследований, до сих пор важнейшие вопросы генезиса и химического строения гумусовых кислот не решены, а вопросы о строении отдельных компонентов органического вещества почв, например гуминовых (ГК) и гиматомелановых кислот (ГМК), до сих пор остаются дискуссионными.

В настоящей статье рассматриваются подходы к разделению гуминовых кислот на отдельные фракции на примере некоторых почв различных условий образования на территории Западной Сибири (в пределах Омской области).

Для изучения поставленного вопроса был исследован количественный состав ГК и ГМК зональных и интразональных почв, различающихся по свойствам, характеру и интенсивности процессов почвообразования.

Материал и методы исследования

Объектами исследования являлись ГК дерново-подзолистой среднесуглинистой, темно-серой лесной среднесуглинистой, чернозема выщелоченного среднесуглинистого, алювиально-луговой среднесуглинистой почв Седельниковского, Колосовского, Большереченского и Тарского районов Омской области. Агрохимическая характеристика почв представлена в таблице 1. Выделение и фракционирование ГК производили по ранее описанной методике [2, с.176]: 20 г почвы экстрагируют 100 мл 0,1 н. раствором NaOH путем активного встряхивания и облучения УФ-лучами в течение 1 часа. Полученную суспензию фильтровали через складчатый бумажный фильтр. Экстракцию органического вещества 0,1 н. р-ром NaOH повторяли до тех пор, пока экстракты не были бесцветными. Фильтраты объединялись, подкислялись 10% р-ром H2SO4 до рН=1 по индикаторной бумаге, и образующийся осадок фильтровали через складчатый бумажный фильтр, который тут же промывали раствором серной кислоты, а затем растворяли в 50 мл 0,1 н. р-ра NaOH. Из полученного щелочного раствора гуминовых кислот осаждали их отдельные фракции путем поэтапного создания необходимого рН в интервале 7–0 раствором серной кислоты по иономеру. Образующиеся осадки после 2-х часового отстаивания отделялись центрифугированием, высушивались на воздухе и взвешивались на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. Спектры отдельных фракций ГК и ГМК определяли в щелочных растворах (0,1н. NaOH) на спектрофотометре СФ2000 (спектральный диапазон от 200 до 1100 нм).

Таблица 1.

Агрохимические показатели некоторых почв Омской области [3]

Наименование почвы

Содержание гумуса, %

рН водн./ рН сол

Емкость поглощения,

м.экв/100г

Гранулометрический состав почв (Апах)

0,01-0,25

0,25-0,05

0,05-0,01

0,01-0,005

0,005-0,001

<0,001

Дерново-подзолистая среднесуглинистая

4,85-7,61

5,5

3,3

5,9-20,2

1,0

46,0

22,9

2,8

8,6

19,9

Темно-серая лесная

6,42

6,4

5,5

25,6

0,4

12,8

24,4

14,0

14,7

28,7

Чернозем выщелоченный

6,8

6,1

33,4

1,9

31,5

15,1

9,8

10,1

31,6

Аллювиально-луговая, среднесуглинистая

3,4-3,9

7,8

40,4

6,8

15,9

44,4

7,1

9,4


Результаты исследования и их обсуждение

Высокомолекулярная природа ГК подтверждается многочисленными определениями молекулярной массы, кислотная природа − наличием ряда кислородсодержащих функциональных групп, водород которых способен к обменным реакциям с катионами оснований [1]. 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 [4]. В связи с этим была предпринята попытка «дробления» ГК на фракции по условным изоэлектрическим точкам.

Не смотря на сложность молекулярной организации ГК, все проанализированные виды почв образуют по 8 хорошо разделяемых фракций в условных изоэлектрических точках при рН среды: 7,0; 6,0; 5,0; 4,0; 3,0; 2,0; 1,0 и <1,0. При этом доля каждой фракции в составе органического вещества почв различна и варьирует в широких пределах (табл. 2).

Таблица 2.

Доля фракций гуминовых и гиматомелановых кислот от их общего (суммарного) содержания в почве (%)

Изоэлектрические точки фракций ГК, рН

Почва

дерново-подзолистая

темно-серая лесная

чернозем выщелоченный

аллювиально-луговая

7,0

6,25

11,91

7,42

13,44

6,0

60,7

20,14

8,46

8,6

5,0

3,7

6,85

8,02

22,14

4,0

3,89

6,64

8,91

10,92

3,0

4,0

8,54

17,5

8,7

2,0

4,55

20,99

10,1

6,86

1,0

7,84

10,54

16,93

12,5

<1,0

9,0

14,34

22,5

16,73

 

Общее содержание ГК и ГМК выделенных фракций указывает на то, что дерново-подзолистые среднесуглинистые почвы более обогащены ГК и ГМК, нежели темно-серые, аллювиально-луговые почвы и чернозем выщелоченный (табл. 3).

Таблица 3.

Содержание гуминовых и гиматомелановых кислот в почве (х10-3 %)

Изоэлектрические точки фракций ГК, рН

Почва

дерново-подзолистая

темно-серая лесная

чернозем выщелоченный

аллювиально-луговая

7,0

5

5

2,5

6,9

6,0

50

9

2,8

4

5,0

3

3

2,7

11

4,0

3

3

3

5

3,0

3

4

5,9

4

2,0

41

9

3,4

3,5

1,0

7

5

5,7

6

<1,0

8

6

7,6

8

ƩГК+ГМК

120

44

34

48

 

Сравнительные данные (табл. 4) свидетельствуют, что ГК и ГМК в дерново-подзолистой среднесуглинистой и темно-серой лесной среднесуглинистой почвах в естественных условиях в большей части не гидролизованы и находятся в молекулярном виде. И практически весь суммарный запас ГК и ГМК в аллювиально-луговой среднесуглинистой почве представлен полностью ионизированным состоянием.

Таблица 4.

Доля фракций гуминовых и гиматомелановых кислот от общего содержания органического вещества почвы (%) в сравнении с естественным показателем рН почвы

Изоэлектрические точки фракций,

рН

Почва

дерново-подзолистая

темно-серая лесная

чернозем выщелоченный

аллювиально-луговая

7,0

0,95

0,28

0,33

0,71

6,0

9,21

0,48

0,38

0,46

5,0

0,56

0,16

0,36

1,17

4,0

0,59

0,15

0,4

0,58

3,0

0,6

0,2

0,78

0,46

2,0

0,69

0,5

0,45

0,36

1,0

1,19

0,25

0,76

0,66

<1,0

1,36

0,34

1,01

0,89

рН водн.

рН сол

5,5

3,3

6,4

5,5

6,1

7,8

 

При спектрофотометрическом исследовании почв установлены различия в электронных спектрах поглощения отдельных фракций ГК и ГМК (наиболее знáчимые в УФ-спектрах). При этом эти различия отмечались не только для отдельных фракций в пределах одного типа почвы, но и для однотипных фракций различных типов почв (рис. 1-4).

 

Рисунок 1. Спектральные кривые фракций ГК и ГМК дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы (Седельниковский район, с.Михайловка) (1 – рН7,0; 2 – рН6,0; 3 – рН5,0; 4 – рН4,0; 5 – рН3,0; 6 – рН2,0; 7 – рН1,0; 8 – рН <1,0)

 

Рисунок 2. Спектральные кривые фракций ГК и ГМК темно-серой лесной среднесуглинистой почвы (Колосовский района, с. Аникино) (1 – рН7,0; 2 – рН6,0; 3 – рН5,0; 4 – рН4,0; 5 – рН3,0; 6 – рН2,0; 7 – рН1,0; 8 – рН <1,0)

 

Рисунок 3. Спектральные кривые фракций ГК и ГМК чернозема выщелоченного (Большереченский район) (1 – рН7,0; 2 – рН6,0; 3 – рН5,0; 4 – рН4,0; 5 – рН3,0; 6 – рН2,0; 7 – рН1,0; 8 – рН <1,0)

 

Рисунок 4. Спектральные кривые фракций ГК и ГМК аллювиально-луговой среднесуглинистой почвы (Тарский район, ОПХ им. Фрунзе) (1 – рН7,0; 2 – рН6,0; 3 – рН5,0; 4 – рН4,0; 5 – рН3,0; 6 – рН2,0; 7 – рН1,0; 8 – рН <1,0)

 

Результаты спектрофотометрического исследования позволяют признать гуминовые кислоты как совокупность большого количества индивидуальных органических молекул, которые можно разделить, создавая градиенты рН. Либо считать ГК сложными молекулярными образованиями легкогидролизуемыми при незначительном изменении рН среды. Такие выводы согласуются с мнением Р. Тейт о том, что ГК не содержат какой-либо повторяющейся субъединицы и рассматриваются как случайные полимеры, содержащие разнообразные ароматические субъединицы [5].

Выводы

В условных изоэлектрических точках на градиентах рН среды гуминовые кислоты почв можно разделить на фракции. Доля каждой фракции в составе органического вещества почв различна и может находиться в знáчимых приделах (отличных на порядок).

В пределах Омской области дерново-подзолистые среднесуглинистые почвы более обогащены гуминовыми кислотами, нежели темно-серые, аллювиально-луговые почвы и чернозем выщелоченный. При этом, гуминовые и гиматомелановые кислоты в дерново-подзолистой среднесуглинистой и темно-серой 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 аллювиально-луговой среднесуглинистой почве представлен полностью ионизированным состоянием.

Наличие в УФ-спектрах фракций гуминовых кислот различных максимумов поглощения свидетельствует о неоднородности их состава. Возможность фракционирования, создавая градиенты рН, и данные спектроскопии позволяют признать гуминовые кислоты как совокупность большого количества индивидуальных органических молекул. Либо считать гуминовые кислоты сложными молекулярными образованиями легко гидролизуемыми при незначительном изменении рН среды.

 

Список литературы:
1. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Л.: Наука, 1980. – 288 с.
2. Королёв А.Н. Особенности сорбции Pb, Cd, Zn гуминовыми кислотами каштановых почв / Тяжелые метал-лы и радионуклиды в окружающей среде: материалы VII Международной научно-практической конфе-ренции (4–8 октября 2012 г.) Семипалатинский государственный педагогический институт. Т.1. – Семей, 2010 г. – С. 176-186.
3. Мищенко Л.Н. Почвы Западной Сибири: учебник / Л.Н. Мищенко, А.Л. Мельников – Омск: ФГОУ ВПО Ом-ГАУ, 2007. – 68 с.
4. Попов А.И. Гуминовые вещества: свойства, строение, образование / Под ред. Е. И. Ермакова. - СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. - 248 с.
5. Тейт Р. Органическое вещество почвы: Биологические и экологические аспекты: Пер. с англ. M.: Мир, 1991. – 400 с.
6. Тюрин И.В. Органическое вещество почвы и его роль в плодородии. – М.: Наука, 1965. – 322 с.

 

Информация об авторах:

Королёв Александр Николаевич Aleksander Korolev

канд. биол. наук, доцент, ФГБОУ ВО Омский ГАУ, 644008, Россия, г. Омск, Институтская площадь, 1

Associate Professor, Candidate of Biological Sciences, Omsk State University, 644008, Russia, Omsk, Institutskaya square, 1


Лещенко Любовь Алексеевна Lyubov Leschenko

Центр лабораторного анализа и технических измерений по Омской области ФГБУ «ЦЛАТИ по СФО» Омский филиал, 644043, Россия, г. Омск, ул. Красный Путь, д. 20

Center for Laboratory Analysis and Technical Measurements for Omsk Region "CLATM in the Siberian Federal District" Omsk branch, 644043, Russia, Omsk, Krasny Put street, 20 


Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5459

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013

ПИ №ФС77-66239 от 01.07.2016

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в:

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

ROAR

OpenAirediscovery

CiteFactor

 

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.