Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Гуминовые кислоты из различных почв попроцентному содержанию углерода образуют практически непрерывный ряд, постепенное и на каждом этапе недостоверное изменениесвойств в котором приводит к достоверным различиям по составу между далеко отстоящими членами этого ряда. Постепенность изменениясостава хорошо иллюстрирует рис. 38, где ясно выражены два мак//////IVVVIVIIVIIIIXЛXI6055504035JOоLE252015Ю51В"0»й»Рис. 38.
Средний элементный состав гуминовых кислот (весовые проценты)I — торфяно-болотные почвы, II — пойменные, луговые, III — темноцветные, рендзины, IV — дерново-подзолистые, V — серые лесные, VI — бурые лесные, VII —черноземы, VIII — каштановые, IX — сероземы, X — солонцы, солоди, XI — краснозем, красноцветныесимума процентного содержания углерода: для кислот из торфяно-болотных почв и для черноземов.Выражение элементного состава в весовых процентах не дает правильного и полного представления ни о роли отдельных элементов впостроении вещества, ни о тех изменениях, которые происходят с гумусовыми веществами в ходе почвообразования.
Истинное представление можно получить, используя атомные доли или атомные проценты,201которые показывают число атомов данного элемента в процентах кобщему числу атомов в молекуле вещества.Разночтения, возникающие при использовании весовых и атомныхпроцентов при характеристике гумусовых кислот, ясны из следующегопримера: если в группе —СНз два атома водорода будут замененыатомом кислорода, то весовое содержание углерода уменьшается от 80до 41,4%, тогда как количество углерода в атомных процентах увеличивается от 25 до 33%, т. е.
при фактическом увеличении доли атомов,представленных углеродом, можно было бы прийти к ошибочномувыводу о снижении роли углерода в построении молекулы, если пользоваться весовыми процентами.Средний элементный состав гуминовых кислот существенно изменяется, если его вычислить в атомных процентах (табл. 46). ЗначиТ а б л и ц а 46Средний элементный состав гуминовых кислотСодержание, ат.
%Источник гуминовойкислотыТорфяно-болотныепочвы, торфяникиПойменные, луговыеТемноцветные почвы, рендзиныДерново-подзо»листые, подзолыБурые лесные почвы, буроземыСерые лесные почвыЧерноземыКаштановые почвыСолонцы, солодиСероземыКрасноземы, красноцветные почвыГорно-луговыепочвыИзрастительныхостатковАтомные отношенияСНоNН:СО: СC:N40,241,016,82,01,020,4220,141,136,420,22,30,890,4917,937,441,519,82,21,110,5317,00,5415,637,539,820,32,41,0637,442,217,92,51,130,4814,938,140,319,2'2,41,060,5015,942,537,735,242,119,917,42,42,80,831,120,470,4617,713,540,539,042,136,440,133,419,918,121,83,22,82,70,901,030,790,490,460,52'12,713,915,642,732,022,33,00,750,5214,237,043,516,72,81,180,4513,2тельно более рельефно выявляется роль отдельных элементов: на первое место по количеству выходит, как правило, водород, тогда какатомы углерода составляют всего лишь 36—43% от общего числа атомов в молекуле.
Это указывает на значительную замещенность ароматических колец и развитие боковых алифатических цепей. Доля атомовазота остается постоянной и равной 2—2,7%.Фульвокислоты существенно отличаются от гуминовых кислот поэлементному составу. Они содержат значительно меньше углерода ибольше кислорода (табл. 47).В зональном ряду почв заметна слабо выраженная тенденция уменьшения содержания углерода в фульвокислотах бурых лесных почв,сероземов и черноземов. Пониженная обуглероженность фульвокислотчерноземов и повышенная дерново-подзолистых на первый взгляд не202Т а б л и ц а 47Средний элементный состав фульвокислот различных почвСодержание, ат.
%ПочваПодзолистые идерново-подзолистыеБурые, лесные, буроземыСерые лесныеЧерноземы, каштановыеСероземыКоричневыеКрасноземы, красноцветныеГорно-луговыеЛуговые, пойменныеТемноцветные,рендзиныАтомные отношенияСНоNН:С0:СC:N33,439,325,32,01,180,7616,630,840,926,12,21,330,8513,931,930,940,940,625,326,31,92,21,281,310,790,8517,014,329,432,236,641,734,933,426,730,927,92,22,02,11,421,080,910,910,960,7613,316,317,630,231,942,141,225,424,42,32,51,391,270,840,7913,212,832,939,426,01,71,200,7918,8сколько неожиданна, так как для гуминовых кислот характерна противоположная картина.
Однако эту особенность можно объяснить, еслиисходить из интенсивности микробиологической деятельности как определяющем факторе формирования гумусовых кислот. При повышенной биологической активности происходит быстрое разрушение неспецифических соединений и наиболее простых гумусовых веществ. Поэтому высокая биохимическая активность черноземов способствуетотщеплению боковых цепей от молекул гуминовых кислот и обуглероживанию последних с накоплением наиболее устойчивых продуктов.Фульвокислоты в подобных условиях являются одной из наиболеедоступных для микробов групп почвенного гумуса и поэтому быстроиспользуются микроорганизмами, обновляются. В результате доля фульвокислот в составе гумуса снижается, а сами фульвокислоты оказываются представленными наиболее молодыми и наименее обуглероженными формами.
В дерново-подзолистых почвах при пониженной биохимической активности гуминовые кислоты оказываются обогащеннымипериферическими алифатическими цепями, фульвокислоты накапливаются, соответственно, в больших количествах, а поскольку условия дляих сохранения оказываются более благоприятными, возникает возможность образования и накопления более сложных форм фульвокислот,обогащенных углеродом. Таким образом, соотношение процессов гумификации и минерализации органического вещества обусловливает вчерноземах резкую дифференциацию двух основных групп почвенногогумуса, а в дерново-подзолистых почвах — относительное сближениесостава гуминовых кислот и фульвокислот.Элементный состав позволяет получить информацию о принципахстроения гумусовых кислот, некоторых их свойствах, а также выявитьхимические изменения и процессы, происходящие в процессе гумификации.
С этой целью используют различные приемы интерпретацииэлементного состава, в том числе графико-статистический анализ поД. ван Кревелену.203Графико-статистический анализ. В основе этого вида анализа лежит вычисление атомных отношений Н : С и О : С. Для вычисленияатомных отношений найденное процентное содержание элемента в гумусовой кислоте делят на его атомную массу, а затем рассчитываютсоответствующие отношения для пар элементов. Эти отношения равныотношению числа молей двух сравниваемых элементов в составе ГКили ФК. Если, например, состав ГК из мощного чернозема выраженследующими величинами (мае. % ) :С —57,95%; Н —3,45%; N — 4,03%; 0 — 34,57%,то число молей каждого элемента в 100 г ГК равно:[С] = -Ё1^_12,01 = 4 ,83,» '[Н]i J = ^ 1 0- 1 = 3,42,1[N] = - i i ° ! = 0,29, [0] = - ^ L = 2,16.1Jl14,01J,16Отсюда легко найти атомные или мольные отношения:С:Н=1,4; С: 0 = 2,2; С: N = 16,7; Н : С = 0,71; О:С = 0,45.Атомные отношения С : Н, С : О, С : N (см.
табл. 46 и 47) показывают, какое количество атомов углерода приходится на один атомводорода, кислорода или азота. Отношения Н : С и О: С показывают,сколько атомов Н и О приходится в молекуле ГК (ФК) на один атомуглерода. Чем выше отношения С : Н, С : О, С : N, тем большую рольиграют атомы углерода в построении молекул. Повышение отношенияН : С указывает на возрастание доли алифатических цепочек. Чем больше замещено водородных атомов в результате образования связейIС—С, чем меньше групп—С—Н, —СН 2 —, —СН3, тем ниже отноше-Iние Н : С .Пользуясь величиной отношения Н : С, можно определить типстроения углеродного скелета молекулы. В углеводородах отношениеН : С изменяется по простому закону, и для них эта задача решаетсянаиболее просто.
Насыщенные углеводороды — парафины — имеютотношения Н : С более 2,0, для циклопарафинов эти отношения составляют от 1,5 до 1,8—2,0, ароматическим углеводородам свойственныотношения Н : С менее 1,0. На рис. 39 показана графическая зависимость между отношением Н : С и числом атомов углерода в молекутле п для различных углеводородов. По таким графикам можно определить тип углеводорода, зная его элементный состав.Для гуминовых кислот эту задачу решить значительно труднее.Дело в том, что в ГК, как и в ФК, значительная часть водорода замещена на кислородные атомы, и поэтому найденные при анализе величины Н : С надо исправить на содержание кислорода.
Исправленноезначение (Н:С) И сп Р с учетом кислородных функций в ГК можно найтипо формуле:(Н : С)„спр= (Н : С) Й С Х +2(0 : С) -0,67,где (Н : С)исх — отношение, найденное по результатам элементного анализа ГК; 2- (О : С) -0,67 показывает число замещенных водородных атомов. Коэффициент 2 вводится потому, что один атом кислорода можетзамещать два атома водорода, как, например, при образовании карбонильной группы >СН 2 ->->С = 0.
Но поскольку для ГК характерныразличные кислородные функции, включая >С—ОН (здесь введение204кислорода не меняет отношения Н : С ) , то вводится дополнительныйкоэффициент 0,67, учитывающий распределение кислорода по функциональным группам.Рассмотрим конкретный пример. Отношение Н : С гуминовых кислот черноземов равно 0,83 (табл. 46). Поскольку величина 1/га небольше 0,001, то на графике (рис.39) можно воспользоваться абсциссой 1//г = 0. Значение ординаты, равное 0,83, указывает, что ГК по составу ближе к ароматическим углеводородам, чем к парафинам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
