Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 52
Текст из файла (страница 52)
В щелочной среде молекула теряет протон и становится анионом:196СООНСООеCOO©фIон- фIон|H3N—С—Н ^ H 3 N — С — Н ^ H 2 N — С — Н.Iн+|и+|RRRкислая среда ^ щелочная средаПри электрофорезе аминокислоты, в зависимости от их заряда,движутся к катоду или аноду. При некотором значении рН молекулынесут равные по величине отрицательные и положительные заряды.Такая молекула неподвижна в электрическом поле, а величина рН,при которой частица несет равные по величине отрицательные и положительные заряды, называется изоэлектрической точкой.
Газоэлектрические точки аминокислот, как правило, отличаются от рН 7 и неодинаковы. Это вызвано тем, что кислотность кислой группы цвиттериона — МНз+ не равна по величине основности основной группы —СОО~, причем эти свойства определяются строением молекулы.Изоэлектрические точки являются важной характеристикой и других составных частиц почв, в частности гумусовых кислот, тонкодисперсных минералов. Одновременное присутствие положительных и отрицательных зарядов — характерное свойство твердых фаз почвы. Этим,в частности, объясняется способность почв, особенно торфянистых,сорбировать такие анионы, как С1~ и NO3 - .В литературе раньше встречался термин «почвенный белок», подкоторым понимали азотсодержащие органические соединения, близкиепо количеству азота и составу аминокислот к белкам.
В указанномсмысле этот термин употреблять не следует, поскольку такого составаазотсодержащие продукты могут быть получены при гидролизе гуминовых кислот. Правильнее говорить о возможном присутствии в почвахсвободных или связанных (адсорбированных) белков, принадлежащихгруппе неспецифических соединений.Другой важной группой азотсодержащих веществ являются нуклеиновые кислоты и продукты их распада. Рибонуклеиновая кислота РНКсодержит остатки фосфорной кислоты, D-рибозы и четырех гетероциклических аминов (оснований): аденина, гуанина, цитозина и урацила.В состав дезоксирибонуклеиновой кислоты ДНК входят фосфорнаякислота, D-2-дезоксирибоза, аденин, гуанин, тимин и цитозин. Эти гетероциклические амины (основания) являются производными пиримидина и пурина:У i)NУ I)пиримидинпуримПроизводными пиримидина являются урацил (I), тимин (II) ицитозин (III):Оo<Vo*VHHIINH.HOV 1Ш197К производным пурина относятся аденин (IV) и гуанин (V):НОNH 2N=*SNNH^42NнЖYНуклеиновые кислоты найдены в почвах.
По данным X. Кортецаи М. Шнитцера, около 8% всего почвенного азота представлено пуриновыми и пиримидиновыми основаниями, а в фульвокислотах на ихдолю может приходиться до 19% N. Однако, по другим данным, доляоснований не превышает 1 %• от общего содержания азота. Различнаяоценка вклада пуриновых и пиримидиновых оснований в формирование запасов азотсодержащих соединений почв вызвана как природнымварьированием свойств почв, так и методическими трудностями определения малых количеств оснований в сложной смеси гумусовых веществ.
Тем не менее пуриновые и пиримидиновые основания представляют особый интерес для химии гумуса, поскольку они постоянно поступают в почву с бактериальными и растительными остатками и могут служить прямым источником гетероциклических соединений азотапри формировании специфических гумусовых кислот.Значительная часть почвенного азота представлена аминосахарами.Прямыми методами после гидролиза почвы были идентифицированыD-глюкозамин, D-галактозамин и ряд других соединений:нD-галактозаминАминосахара входят в состав сложного комплекса полисахаридов,образующих клеточные стенки, мембраны, капсулы бактерий и грибного мицелия, и выполняют роль, аналогичную роли целлюлозы в высших растениях.Хитин — полисахарид, состоящий из остатков N-ацетил-глюкозамина, образует наружный скелет насекомых, ракообразных и с ихостатками попадает в почву. Поскольку хитин не растворим в щелочах,его остатки могут входить в состав так называемого почвенного«гумина».ГЛАВА 10ГУМУСОВЫЕ КИСЛОТЫ.СОСТАВ И СВОЙСТВАГумусовые кислоты, главные и специфические продукты гумификации органических остатков в почвах, изучали многие выдающиесяхимики и почвоведы.
После выделения гуминовой кислоты из торфаФ. Ахардом в 1786 г. последовала серия блестящих исследований, вы198полненных в первой половине XIX в. К. Шпренгелем, Я. Берцелиусом,Р. Германом, А. Тэером; затем во второй половине XIX в. публикуютсяклассические работы Я. Ван-Беммелена, П. А. Костычева. В первойчетверти XX в. тонкие экспериментальные работы выполняютА. А. Шмук, О. Шрейнер, Е. Шори, С. Оден, А. Г. Дояренко и многиедругие исследователи. В 30—40-е гг. формируются уже несколько школисследователей гумусовых кислот. Школа советских исследователейбыла создана академиком И. В.
Тюриным; большой вклад в изучениегумусовых кислот внесли М. М. Кононова, С. С. Драгунов, В. В. Геммерлинг, В. И. Касаточкин, Л. Н. Александрова, В. В. Пономарева.В Западной Европе немалое влияние на развитие исследований оказали Е. Вельте, У. Шпрингер, Г. Бейтельшпахер, В. Фляйг; на американском континенте — С. Ваксман, Ф. Стевенсон, Дж.
Бремнер,М. Шнитцер; в Японии — К. Кумада, К. Киюма, Т. Хаяси, Т. Нагаи.Обширные исследования, особенно в последние три десятилетия, проведены также учеными стран СЭВ, Франции, Италии, Испании,Австралии.Одна из главных задач, которая решалась в этих исследованиях —изучение химического строения гумусовых кислот. С этой целью былииспользованы наиболее совершенные инструментальные методы анализаи накоплены сведения о всех важнейших свойствах гумусовых кислот.Элементный состав гумусовых кислотЭлементный состав используется не только в качестве важнейшейхарактеристики гумусовых кислот как особого класса органических соединений, но и в связи с генетическими почвенными исследованиями.Посредством определения элементного состава дается оценка особенностей органического вещества типов, подтипов, разновидностей почв(включая культурные варианты) и отдельных генетических горизонтов.Исходным и априорным основанием для такого рода оценок служитсоответствие состава гумусовых кислот условиям почвообразования,предположение о непрерывном изменении элементного состава в ходепочвообразования.Сведения об элементном составе гумусовых кислот используютсяв современной литературе для суждения о степени их конденсироваиности, «зрелости», в качестве показателя направления процесса гумификации, для вычисления простейших формул гумусовых кислот и т.
п.Гуминовые кислоты (ГК) содержат (мае. %) 46—62% С, 3—6% N,3—5% Н и 32—38% О. Это среднестатистические пределы, а в индивидуальных препаратах возможны некоторые отклонения. Для фульвокислот (ФК) характерно более низкое содержание углерода — 36—44%, в их составе 3—4,5% N, 3—5% Ни 45—50% О, т. е. они отличаютсяОт ГК пониженным содержанием углерода и повышенным — кислорода.Кроме этих четырех элементов ГК и ФК практически всегда содержат серу, фосфор и катионы различных металлов.
Содержание серысоставляет десятые доли процента, иногда до 1,0—1,2%, фосфора —сотые и десятые доли процента. Серу можно считать обязательнымконституционным элементом; она присутствует, в частности, в составеаминокислоту СООНметионина СН 3 —S—СН 2 —СН 2 —С—НNNH2199соони цистина S—СН2—С—НXNH2.соон 'S—СНа—С—Н4NH2Кроме того, сера входит в состав ГК и в виде адсорбционныхкомплексов (сульфатная сера).Фосфор представлен остатками нуклеопротеидов, инозитолфосфатов, фосфолипидов, хемосорбированных фосфатов.Катионы металлов не являются конституционными компонентамиГК и ФК, а их присутствие говорит об образовании простых или комплексных солей гумусовых кислот.На основании высокого содержания углерода В.
И. Касаточкинотнес ГК к классу карбонизованных соединений. Однако многие компоненты растительных остатков содержат не меньше, а зачастую ибольше углерода, чем ГК. Так, в лигнине содержится 65% С, в липидах — около 72%. В то же время углеводы сравнительно бедны углеродом и обогащены кислородом; в глюкозе содержится 40% С.
Такимобразом, по элементному составу ГК занимают промежуточное положение между лигнином и углеводами, а фульвокислоты близки к углеводам и протеинам.Среднее процентное (по массе) содержание углерода в гуминовыхкислотах, даже одного типа почв, колеблется в довольно широких пределах (табл. 45).Т а б л и ц а 45Среднее содержание углерода и вероятные пределы его колебаний в гуминовыхкислотах, в % на сухое беззольное веществоИсточник гуминовой кислотыс, %Среднееквадратичноеотклонение, оКоэффициент варьирования, V, %Вероятные пределыколебаний, MltoТорфяно-болотные почвы,торфяникиПойменные, луговые темноцветные почвы, рендзиныДерново-подзолистые,подзолыБурые, лесные почвы, буроземыСерые лесные почвыЧерноземыКаштановые почвыСолонцы, солодиСероземыКраснозем,красноцветные почвыГорно-коричневые почвыГорно-луговые почвыГумусово-аллофановые,пепловые (Япония)Из растительных остатков58,72,814,853,1—64,354,93,857,046,8—63,053,44,057,645,3—61,555,12,304,250,5-58,754,557,955,954,556,054,83,842,963,164,974,004,317,15,15,79,17,27,246,4—62,652,0—63,848,6—63,2не опр.47,6—64,4не опр.55,254,558,34,7510,202,478,618,74,3—»——»—53,1—63,556,12,825,050,5—61,7200Среднее квадратичное отклонение а при достаточной численностивыборки составляет, как правило, 3—4%, а коэффициент варьирования — 5—8%; при малом числе определений эти значения соответственно увеличиваются.
Распределение величин содержания углерода вразличных пробах гуминовых кислот практически не отличается отнормального закона; поэтому гуминовые кислоты отдельных типови групп почв можно рассматривать как однородные совокупности, применяя к ним законы нормального распределения.Причины существенных колебаний элементного состава ГК в пределах одной группы почв могут быть различными.
Главную роль, видимо, играет пространственная и временная изменчивость почв, а составкислот зависит как от гетерогенности почв, так и от той биохимической ситуации, которая имела место к моменту взятия почвенногообразца. Меньшие коэффициенты варьирования характерны для составаГК черноземов, где условия гумификации значительно более однородны, чем, например, в дерново-подзолистых почвах.По средним данным, элементный состав гуминовых кислот различных типов почв довольно близок, а максимальная разница в содержании углерода между препаратами из дерново-подзолистых и черноземов не превышает 5%.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
