Гуминовые кислоты в гумусе почв Забайкалья

Гуминовые вещества встречаются повсеместно в водах, торфе, углях, донных отложениях, почвах и т.д. Элементный состав гуминовых кислот является одним из главных диагностических признаков гумусовых кислот и представляет значительный интерес для оценки их природы и свойств. Гуминовые вещества являются наиболее крупным резервуаром углерода и азота как в наземных экосистемах, так и в биосфере в целом. Устойчивость этих специфических соединений определяется строением и химическим составом, а также динамическим равновесием между разрушением и синтезом их структурных единиц [5].

Анализ литературы свидетельствует, что, несмотря на накопленный значительный экспериментальный материал, сравнительных исследо- ваний состава и свойств основных компонентов гумуса ГК – проведено недостаточно. Несмотря на относительную изученность каштановых почв Западного Забайкалья и луговых почв дельты р. Селенги, исследования состава и свойств гуминовых кислот не проводились.

Целью данной работы является изучение химического элементного состава ГК почв разного типа, сформированных в резко различающихся биоклиматических условиях.

Объекты и методы

Объектами исследований являлись препараты ГК, выделенные по стандартной методике [4] из гумусового горизонта сухостепных каштановых почв Селенгинского среднегорья и луговых почв дельты р. Селенги. В полученных препаратах на автоматическом элементном анализаторе «CHN-1106» фирмы Karlo Erba определяли содержание углерода, водорода и азота.

Территория Селенгинского среднегорья характеризуется наименьшим количеством осадков (180-250 мм) и наибольшей суммой активных температур (1700-1800о). Экосистемы дельты р. Селенги развиваются в условиях сравни- тельно мягкого климата из-за влияния озера Байкал. Годовая сумма осадков составляет 350 мм.

Каштановые почвы супесчаные, с низким содержанием гумуса (С орг 0,9%), фульватно-гуматного типа (С гк /С фк =1,2). Реакция среды близка к нейтральной. Луговые почвы суглинистые, щелочной реакции среды с высоким содержанием гумуса (С орг 4,1%), фульватно-гуматного типа (С гк /С фк =1,6).

Характерной чертой гумуса обеих исследуемых почв является высокое содержание негидролизуемого остатка – до 52,5% от С общ .

Результаты и обсуждение

Элементный состав ГК каштановых почв по сравнению с таковым луговых более обуглеро-жен, в нем больше водорода и азота (табл. 1). Так, в ГК луговых почв понижено содержание углерода до 48,8%, что объясняется влиянием щелочной реакции и повышенной влажностью почвы, при которых реакции конденсации исходных веществ ослаблены с усилением гидролитического распада образовавшихся гумусовых соединений.

Таблица 1

Элементный состав гуминовых кислот

Почва	Содержание, %				Атомные отношения			Степень бензоидности
	C	H	N	O	H/C	O/C	C/N
Каштановая	55,4 38,9	4,8 40,7	4,1 2,5	35,8 18,6	1,04	0,48	15,6	19,5
Луговая	48,8 37,4	3,9 35,0	4,0 2,6	43,3 25,0	0,94	0,67	14,4	10

Примечание. Над чертой – содержание элементов в массовых, под чертой – в атомных процентах.

В ГК каштановых почв (С=55,4%), более теплообеспеченных, с лучшей биологической активностью, по сравнению с луговыми, формирующимися при достаточном увлажнении, быстрее протекает реакция конденсации и вместе с ней более ярко выражены отщепление аминокислотных и углеводных периферических составляющих макромолекулы, что могло быть одной из причин формирования обуглерожен-ных соединений.

При сравнении содержания углерода в молекуле ГК с аналогичными почвами Европейской части России и Западной Сибири [3, 1] количество углерода в ГК исследуемых почв существенно ниже, поскольку почвы Забайкалья фор- мируются в экстремально холодных климатических условиях.

Пересчет данных в атомные проценты и атомное отношение, прежде всего Н/С, свидетельствует, что количество атомов углерода и водорода в макромолекуле ГК находится почти на одном уровне. Однако более высокое значение Н/С у ГК каштановых почв, по сравнению с таковым луговых, указывает на то, что ГК в первом случае имеют меньшую степень ароматичности, чем во втором.

Величина атомного отношения С/N, отражающая роль азотсодержащих соединений в процессе гумификации, свидетельствует о низкой обогащенности ГК азотом, так как они фор- мируются из обедненных азотом растительных остатков [2, 6].

Рассчитанное по разности содержание кислорода в исследуемых препаратах высокое, поскольку сюда включается содержание серы, фосфора и других элементов. В целом колебания О/С находятся в пределах, характерных для ГК как группы природных соединений. ГК из более увлажненных районов (луговая почва) отличаются меньшей степенью окисленности, чем засушливых.

Степень бензоидности (СБ) ГК, отражающая соотношение ароматических и алифатических частей в молекулах, составляет 19,5% и 10% соответственно. Эти цифры значительно ниже таковых аналогичных почв Западной Сибири, которые составляют 45% и 20% в каштановых и луговых почвах [1].

Под влиянием криоаридных условий, низкой продолжительности периода биологической активности процессы окисления и дегидратации имеют низкую интенсивность, что приводит к накоплению неспецифических органических компонентов в периферической части молекулы ГК, поэтому и СБ их невысока.

Поглотительная способность органического вещества почв в основном обеспечивается наличием функциональных групп гумусовых кислот, взаимодействующих с катионами, по количеству которых можно реально оценить реакционную способность ГК. Суммарное содержание кислых функциональных групп в ГК каштановых и луговых почв составляет соответственно 810 мг-экв/100 г и 550 мг-экв/100 г, причем большая часть приходится на карбоксильные группы. Полученные результаты коррелируют с высокой степенью окисленности ГК. Анализ функциональных групп свидетельствует о том, что степень реакционной способности и адсорбционных свойств ГК исследуемых почв высока и находится на уровне аналогичных почв Западной Сибири, что имеет большое экологическое значение.

Данные элементного состава ГК каштановых и луговых почв свидетельствуют о том, что в условиях присутствия мерзлоты в почвогрунтах из обогащенных целлюлозо-лигнинным комплексом растительных остатков формируются ГК с пониженным содержанием углерода и азота в молекулах.

Изменение условий почвообразования в сторону постепенного повышения температуры и уменьшения влажности сопряжено с образованием продуктов разложения органических остатков, более богатых углеродом. На направление процесса оказывает влияние не только изменение климатических условий, но и химические и биологические факторы – реакция среды, состав органических остатков.

Заключение

Молекула ГК каштановых почв характеризуется слабо конденсированной ароматической природой с незначительным уровнем степени бензоидности; луговых – также невысокой степенью ароматизации и развитой периферической частью.

Структура ГК почв, сформированных под влиянием длительного воздействия холода, свидетельствует о неустойчивости гумуса и почвы в целом к разрушению.