Молекулярно-массовое распределение гуминовых веществ почв Западного Забайкалья

Молекулярная масса (ММ) — главная характеристика любого химического вещества, которая характеризует строение гуминовых (ГК) и фульвокислот (ФК), а также позволяет дать оценку их почвенно-геохимической роли. Молекулярные массы гуминовых веществ (ГВ) по данным многих авторов составляют от 700 до 200000 Дальтон (Да) [1]. ММ обусловливает способность гумусовых кислот к растворению, миграционную и поглотительную способность, а также степень поглощения микроорганизмами и высшими растениями. В отличие от простых органических веществ (ОВ), характеризующихся единственным значением ММ, гумусовые кислоты полимолекулярны, поэтому такие системы характеризуют молекулярно-массовым распределением (ММР). Наиболее эффективным приемом определения ММР гумусовых кислот, является гель-хроматография. Цель работы — изучить характер молекулярно-массового распределения гуминовых веществ (ГВ) различного генезиса методом гель-фильтрации.

Объекты и методы исследования

Объектами исследований послужили препараты ГК и ФК, полученные по методике Орлова, Гришиной [2] из органогенного слоя лугово-черноземных мерзлотных почв южной части Витимского плоскогорья (Еравнинская котловина) [3] и каштановые мучнисто-карбонатные глубокопромерзающие почвы Селенгин-ского среднегорья [4]. Лугово-черноземные мерзлотные почвы развиваются в условиях горной лесостепи юга Витимского плоскогорья, где мерзлота достигает 70‒100 м, а почва протаивает на глубину — всего 1,5‒3,0 м. Каштановые почвы относятся к холодным [5], несмотря на то, что они являются самыми теплообеспеченными в регионе. Каштановые почвы, преимущественно распространены в межгорных понижениях на склонах южной экспозиции. Молекулярно-массовое распределение исследовали методом гель-проникающей хроматографии. Фракционирование осуществляли с применением полимерного сорбента декстрана (сефадекс G-100sf), для растворения и элюируещего раствора использовали 0,01 н. NaOH. Молекулярные массы рассчитаны по Детерману [6].

Результаты и обсуждение

Методом эксклюзионной хроматографии установлен характер ММР ГК и ФК из органогенного горизонта лугово-черноземной мерзлотной и каштановой почвы Забайкалья. В гель хроматограммах ГВ были обнаружены области, которые соответствовали 3 фракциям гуминовых кислот (рис. 1), фульвокислоты содержат лишь одну фракцию в низкомолекулярной области. Высокомолекулярная фракция со средневесовыми ММ более 100 кДа, составляет большую часть ГК (56%) лугово-черноземной мерзлотной почвы. Фракция со средними значениями ММ 50-70 кДа достигает 33%. Наиболее дисперсные вторая и третья фракции с молекулярными массами 10‒15 и 5-8 кДа составляют 11%.

Рис. 1. Молекулярно-массовое распределение ГК почв

Для ГК каштановой почвы доля вещества со средневесовыми ММ более 100 кДа равна 42%, со средними значениями составляет 38%, низкомолекулярная фракция равна 20%. Значительная доля низкомолекулярной фракции ГК в каштановых почвах, может быть связана с длительным использованием в сельском хозяйстве, приводящим к всплеску биологической активности почв в летний период и спаду в зимний период, в связи с более суровыми температурными условиями. В таких условиях происходит модифицирование органического вещества, которое приводит к обрыву периферических цепей и снижению ММ гуминовых кислот.

На ММР ГК лугово-черноземных мерзлотных почв оказывают два фактора. Во-первых значительное содержание углеводных компонентов и аминокислотных остатков положительно воздействует на размер молекул ГК и, как следствие, происходит рост средневзвешенной молекулярной массы. Во-вторых, по мнению Орлова [1], процессы промерзания и оттаивания значительно влияют на трансформацию фракционно-группового состава гумуса и тем самым оказывают влияние на расщепление молекул ГК до более низкомолекулярных фрагментов. Оба этих фактора приводят к тому, что при переходе от сезонно- промерзающих каштановых почв к мерзлотным лугово-черноземным не происходит дальнейшего увеличения значений средневзвешенных ММ исследованных ГК.

Подобный характер ММР с выраженной полидисперсностью и четким разделением фракций встречается у ГК дерново-подзолистых, луговых, торфяных почв европейской части России, образующихся в условиях повышенного увлажнения и ослабленной микробиологической активности. В таких препаратах обнаруживаются как наиболее высокомолекулярные, так и низкомолекулярные фракции ГК.

Варьирование содержания различных фракций в составе ГВ почв разного генезиса обусловливает характер поступления органического вещества в почву и локальные условия в зоне гумусообразования. В окислительных условиях преобладают процессы химической и микробиологической минерализации; в анаэробных — наряду с замедленной минерализацией ОВ происходит его консервация и, возможно, относительное накопление микробиологически устойчивых к дальнейшей трансформации компонентов. С окислительной деструкцией органического вещества связаны потери гумуса и ухудшение структуры почв.

Заключение

Таким образом, результаты хроматографического фракционирования препаратов ГК, показывают, что лугово-черноземная мерзлотная почва более реакционно способна в отношении металлов и органических соединений, за счет более высокого содержания высокомолекулярных фракций. Гуминовые кислоты каштановой почвы, где обнаруживаются фракции как с минимальными так и с наиболее высокими ММ, выступают агентами кислородного гидролиза минералов, обусловливая высокую подвижность ГВ. Гуминовые кислоты луговочерноземной почвы будут, напротив, закрепляться на месте образования, формируя аккумулятивные характеристики профиля почв.