Детоксицирующая способность почв и выделенных из них гуминовых кислот по отношению к гербицидам, страница 5

Свойства гуминовых кислот почв различной типовойпринадлежности и вида использованияГуминовые кислоты - важнейший компонент почвенного гумуса представляют собой группу высокомолекулярных азотсодержащихорганических кислот, молекула которых содержит ароматическиегруппировки (Кононова, 1963; Александрова, 1980). Наличие сложногоароматического ядра, в состав которого входят бензолполикарбоновыекислоты, фенолы, хиноны и другие циклические соединения, ипериферической части, представленной в основном фрагментамиуглеводов и аминокислот, обуславливает химическую гетерогенность ивысокую реакционную способность ГК по отношению к веществамразличных химических классов (Wershaw et al., 1977; Schnitzer, 1986;Орлов, 1992).Элементный состав ГК, содержание и природа функциональныхгрупп, соотношение фрагментов, составляющих структуру молекулы,различны в разных типах почв (Орлов, 1990; Crespo et al., 1990) (табл.

6),хотя пространственная и временная изменчивость почв являетсяпричиной существенных колебаний состава и свойств ГК даже впределах одной почвенной группы.Меньшиекоэффициенты варьирования характерны для ГКчерноземов, где условия гумификации более однородны, чем, например,в дерново-подзолистых почвах. Так, ГК дерново-подзолистых почвможно отнести к группе относительно молодых гуминовых кислот,находящихся в промежуточной стадии гумификации.26Таблица 6. Характеристики гуминовых кислот основных типов почв(Орлов, 1990).Тип почвыСодержаниеуглерода,ат. %Степеньбензоидности,%, гор. АСодержаниегидролизуемыхаминокислот,% к массе ГКСООН+ОНфенольные,мг-экв/100 г37,513,07-1063838,116,0-75342,532,4ДерновоподзолистыеСерыелесныеЧерноземы5-6500(ч.

типичный) (ч. типичный)Они наименее обуглерожены (содержание углерода составляет всреднем 53,5±7,6, масс.%) (Орлов, 1992), в них хорошо развитапериферическаялегкогидролизуемаячастьмолекулы; содержаниеароматических фрагментов понижено. ГК дерново-подзолистых почвхарактеризуются наиболее высокими молекулярными массами. Придвижениикюгусменатиповпочвообразованияприводитксущественным изменениям структуры ГК в серых лесных почвах иособенночерноземах:возрастаетобуглероженностьистепеньароматичности ГК, повышается их “зрелость”. Гуминовые кислотычерноземов представляют собой наиболее сформированные и химическистабильные продукты гумификации.

В них высоко содержание углерода(в среднем 57,9±5,1%), вклад негидролизуемой (ароматической) части вструктуру молекулы составляет около 44% (в дерново-подзолистых около 20%), молекулярно-массовое распределение компактное, асредние значения ММ значительно меньше, чем в дерново-подзолистыхпочвах (Орлов, 1992).Свойства гуминовых кислот и скорость их трансформациинаходятсявтеснойзависимостинетолькоотгенетическойпринадлежности почвы, но и от вида экосистемы, в результате27функционирования которой они (ГК) формируются: например, лес илилуг, а также от типа растительного сообщества (Тейт, 1991).Неоднородностьисложностьхимическогогумусообразователей, стадийность самого процессасоставагумификации иварьирование условий, в которых протекает этот процесс, а такжереакциивзаимодействияобразующихсягуминовыхкомпонентами минеральной части почвы являются,кислотспо мнениюАлександровой (1980), основными причинами полидисперсности игетерогенности химического состава гуминовых кислот.

Так, подпокровом хвойных лесов формируются почвы подзолистого типа,исходное органическое вещество которых составляют воска, смолы,дубильные вещества, лигнин; в результате продукты гумификацииобогащены бензолполикарбоновыми кислотами, хинонами, фенолами(Гришина,1986).Продолжительностьпериодабиологическойактивности, достаточная для глубокой трансформации органическихвеществ, должна бы приводить к образованию высокоароматичныхгуминовых кислот, чего на самом деле не происходит. Высокаяактивность разложения мощной надземной биомассы приводит косвобождению продуктов кислой природы в силу низкой зольностихвойных остатков.

В результате в почве создается кислая реакция,неблагоприятная для конденсации продуктов полураспада. К тому жепромывной режим способствует процессу активного выноса продуктовраспада органического вещества. Совокупность этих условий приводит кформированию относительно “молодых” ГК с хорошо развитойпериферической частью и слабовыраженным ароматическим ядром.В зоне распространения серых лесных почв в широколиственныхлесах, по сравнению с хвойными, интенсивность трансформациирастительных остатков существенно возрастает.

Это связано сосмягчением климатических условий, изменением химического состава28опада, в котором уменьшается содержание липидов, дубильных веществ,увеличиваетсяколичествобелковыхсоединений,минеральныхкомпонентов (Гришина с соавт., 1990). Гуминовые кислоты здесьобогащены карбоксильными и фенолгидроксильными группами, чтосвязано с высоким содержанием таннинов в листьях дуба. Степень ихароматичности несколько выше.Смену лесной формации на луговую в естественных условияхлучшевсегорассматриватьнапримерепереходазонышироколиственных лесов в зону луговых степей, где распространенычерноземные почвы.

Биомасса корневых систем в луговых сообществахв 3-4 раза превышает надземную массу. В составе травянистойрастительности повышено содержание соединений азота и углеводов, атакжеминеральныхкомпонентов.Продолжительностьактивноговремени гумусообразования на фоне оптимального увлажнения иблизкойкнейтральнойполимеризацииреакцииобразующихсясредыпродуктовсоздаетраспадаусловиядляорганическоговещества (Багаутдинов, 1994). Высокая биологическая активность почвлуговыхсообществспособствуетиспользованиювкачествеэнергетических и пищевых ресурсов легко гидролизуемых органическихкомпонентов как в растительных остатках, так и в гумусовых кислотах.Поэтому формирующиеся в черноземных почвах гуминовые кислотыимеют отчетливо выраженное ароматическое ядро и слаборазвитуюпериферию.

Стабилизации ГК способствуют карбонаты кальция имагния, а также контакт с обогащенной вторичными менераламиминеральной частью почвы. В работе Гришиной (1986) отмечаетсятакже, что миграция водорастворимых компонентов по почвенномупрофилю происходит кратковременно лишь в периоды таяния снега илидождей и не имеет такого принципиального значения, как в лесныхпочвах подзолистого типа.29В целом, для почв, находящихся под разной растительностью,выявлены следующие закономерности изменения элементного составаГК: для подзолистых почв содержание углерода возрастает в ряду “лес поле - луг”, а для черноземных - от степи к лесу.Структура и свойства ГК претерпевают значительные измененияпри вовлечении почв в сельскохозяйственное использование.

Наначальных стадиях обработки почв лесных экосистем и в последующиенесколько лет происходит общее существенное снижение содержанияорганического вещества, что характерно для всех минеральных почв,обрабатываемых в сельском хозяйстве (Тейт, 1991). При распашкелуговых почв на фоне первоначально прогрессирующих потерь гумусанаблюдается обогащение органическим веществом почвенных частицменьшегоразмера.Стечениемвременисодержаниеболеегумифицированных продуктов возрастает, что указывает на снижениеспособности почвы обеспечивать растения питательными веществами.Дальнейшему восстановлению и стабилизации уровня органическоговещества способствует регулярное внесение органических удобрений и вцелом проведение мероприятий, направленных на повышение степениокультуренности почв.Сулучшениемкультурногосостоянияпочвывозрастаетсодержание ГК в составе гумуса, причем эта тенденция проявляетсяпрактически независимо от типовой принадлежности почвы.

Так, посообщениюОрловаиБирюковой(1987),содержаниеуглеродагуминовых кислот в пахотных вариантах дерново-сильноподзолистыхпочв Нечерноземной зоны России на 3%, серых лесных - на 8 иоподзоленных и выщелоченных черноземов - на 17% выше, чем в ихцелинных аналогах. Существенным образом меняется и состав ГК.Согласно исследованиям Митусовой (1986), Багаутдинова и Хазиева(1992), выявлена общая тенденция увеличения содержания углерода в30ГК почв, в которые регулярно вносили органические удобрения. В табл.7 приведены состав и свойства бурых (БГК) и черных (ЧГК) гуминовыхкислот, формирующихся в условиях целины и пашни в серой леснойпочве и черноземе типичном.

Как видно из представленных данных,сельскохозяйственное использование этих почв способствовало ростуобуглероженности ГК, уменьшению гидролизуемой части молекулы,некоторомуувеличениюобщейкислотнотиисущественномувозрастанию степени бензоидности ГК.Таблица 2. Состав и свойства гуминовых кислот целинного и пахотноговариантов серой лесной почвы и чернозема типичного (Багаутдинов иХазиев, 1992).Элементныйсостав,ат. %% кОNУглеводыСерая20,8920,94Серая20,3020,90Чернозем20,9019,76Чернозем20,7519,15лесная,2,201,71лесная,2,032,65типичный,1,761,70типичный,1,781,62лес9,37,5пашня7,05,5целина7,04,4пашня5,83,6ГКСНБГКЧГК36,5438,2840,3539,05БГКЧГК37,4839,5440,1837,89БГКЧГК40,3043,1137,0335,42БГКЧГК41,3244,8036,1534,41массе СООН+ СтепеньОН,бензоидностиАмигэкв/100%нокисглоты9,45,30,800,7413166,53,80,880,7915209,03,10,720,6023368,02,70,780,692839Длительное применение высоких доз органических удобрений напесчаных Al-Fe-гумусовых подзолах ведет к укрупнению ароматическойчасти молекулы ГК, обогащению их азотом (Аммосова и Балаганская,1991).

При длительном паровании дерново-подзолистых почв в ГКнаблюдается отщепление боковых структур и относительное накоплениеароматических фрагментов; систематическое унавоживание этих почв(при периодическом известковании) способствует их обогащению менеесложными, менее “зрелыми” гуминовыми соединениями, в молекулах31которыхпреобладаютмалоконденсированныеструктурысвыраженными алифатическими цепями, вызывает гидратацию молекулГК (Гришина, 1989).