Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 62

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 62)

Схема процесса гумификации (по Александровой)1) новообразование гумусовых кислот;2) их дальнейшая гумификация и консервация;3) постепенное медленное разрушение гумусовых кислот.По Л. Н. Александровой, первый элементарный процесс новообра­зования гуминовых кислот заключается в окислительном кислотообразовании. Окисление происходит с участием оксидаз и осуществляетсяв несколько этапов:С^СОН^СНО-^СООН.В этих реакциях участвуют высокомолекулярные соединения различ­ных классов, входящие в состав растительных остатков, и их крупныефрагменты.

Поэтому уже на первых этапах образуются высокомоле­кулярные кислоты с различными молекулярными массами. Прямыеэксперименты подтвердили, что при гумификации растительных остат­ков новообразованные гуминовые кислоты имеют более высокие моле­кулярные массы, чем гуминовые кислоты соответствующих почв. В хо­де дальнейшей гумификации молекулярные массы уменьшаются. Этоподтверждается и наблюдениями в природе: наиболее гумифицирован239ные черноземные гуминовые кислоты имеют меньшие молекулярныемассы, чем гуминовые кислоты подзолистых почв. Согласно изложен­ной выше конденсационной гипотезе должно было бы наблюдатьсяобратное явление, а именно: по мере развития гумификации в резуль­тате реакций конденсации и полимеризации молекулярные массы гуминовых кислот должны нарастать.Таким образом, наблюдения за изменением молекулярных массподтверждают гипотезу Л.

Н. Александровой. Об этом же говорит инарастание оптических плотностей гумусовых кислот: более гумифицированные продукты при меньших размерах молекул обогащены бензоидными структурами и сопряженными двойными связями, но обедненыалифатическими цепями.Вторым элементарным звеном гумификации, по Л. Н. Александро­вой, является формирование азотистой части молекул гумусовых кис­лот. Наряду с обогащением гумифицирующихся остатков карбоксиль­ными группами (карбоксилирование) происходит изменение содержа­ния в них азота и форм соединений азотсодержащих группировок.Л.

Н. Александрова указывала, что при гумификации растительныхостатков, богатых белками, происходит постепенное снижение содер­жания азота в образующихся гуминовых кислотах. Если же гумифицируются вещества, бедные азотом, то содержание азота в продуктахгумификации постепенно нарастает. Таким образом, по Л. Н. Алек­сандровой, возможны как частичная потеря азота, так и его накопле­ние в ходе гумификации, что хорошо подтверждается аналитическимиданными.

Если в богатых белками листьях клевера содержится7—8% N (на сухое вещество), а в листьях дуба — 4—6, то в корняхзлаков только 2—3% N. Гуминовые кислоты, независимо от источни­ков, содержат 4—5% N. Существенная особенность трансформации азот­содержащих компонентов заключается в том, что по мере развитияпроцесса гумификации снижается доля гидролизуемых форм соедине­ний азота и нарастает относительное содержание более устойчивых,негидролизуемых компонентов, в том числе азота гетероциклическихсоединений.Второй этап процесса, по Л.

Н. Александровой, дальнейшая гуми­фикация новообразованных гумусовых кислот (см. рис. 54). Смыслэтого положения заключается в том, что трансформация молекул гу­мусовых кислот происходит непрерывно, от зарождения молекулы доее полной минерализации. Какой-либо конечной стадии нет, конечногопродукта не образуется. В ходе второго этапа новообразованные мо­лекулы постепенно приобретают черты, наиболее характерные для гу­мусовых кислот; в таком состоянии, подвергаясь только медленной ми­нерализации, они могут находиться в почве сотни и тысячи лет.

Этоподтверждается результатами определения возраста гуминовых кислотметодами радиоуглеродного (по 14С) датирования. После длительноговремени пребывания в почве, гуминовые кислоты или минерализуютсядо конечных продуктов, или образуют фрагменты, участвующие в син­тезе новых молекул гумусовых кислот. Это третий этап процесса гуми­фикации.На втором этапе наряду с перегруппировкой азотсодержащихфрагментов происходит частичная перестройка основного скелета мо­лекулы, снижается доля алифатических цепей в результате их частич­ного разрушения, нарастает степень ароматизации.

И хотя гумусовыекислоты остаются высокомолекулярными, но средние молекулярныемассы уменьшаются, понижается относительное содержание наиболеевысокомолекулярных фракций в составе препаратов. Новообразован240ные гумусовые кислоты взаимодействуют с минеральными компонен­тами почвы. В зависимости от реакции почвенного раствора в почвесохраняются и накапливаются или свободные гумусовые кислоты, или:образуются продукты их взаимодействия с катионами металлов — раз­личные соли.Схема процесса гумификации по Л. Н.

Александровой хорошообъясняет многие известные экспериментальные данные и, в частности,полидисперсность гумусовых кислот, динамику изменения молекуляр­ных масс. Но ее также следует рассматривать только как сравнительностройную гипотезу.Конденсационная гипотеза М. М. Кононовой не исключает участиявысокомолекулярных фрагментов в процессе гумификации. Гипотеза'Л. Н.

Александровой не исключает реакций конденсации как одногоиз механизмов трансформации преимущественно высокомолекулярныхсоединений. Можно полагать, что оба пути гумификации возможны иреально сосуществуют. Преобладание одного из них, по Д. С. Орлову,,зависит от условий почвообразования. В почвах подзолистых, полу­пустынных, некоторых высокогорных, где ослаблена микробиологиче­ская деятельность, должен преобладать путь трансформации промежу­точных высокомолекулярных продуктов распада, как это описаноЛ.

Н. Александровой. В этих почвах мало ферментов, низка их актив­ность, и это не способствует расщеплению органических остатков домономеров в сравнительно короткие сроки. Поэтому длительно сохра­няются высокомолекулярные компоненты, постепенно трансформируясьв гумусовые кислоты, обладающие высокими молекулярными массами,в состав которых входят сравнительно мало измененные цепочки поли­пептидов и полисахаридов. Таковы гуминовые кислоты дерново-подзо­листых почв.В почвах с высокой биохимической активностью, особенно в чер­ноземах, можно ожидать более глубокого и более быстрого фермента­тивного расщепления высокомолекулярных соединений до мономеров.В таких почвах роль реакций конденсации свободных мономеров иликонденсации мономеров с высокомолекулярными соединениями ока­жется более весомой. Соответственно, молекулы гумусовых кислот втаких почвах должны иметь менее развитую периферию алифатическихцепей, большую ароматичность.

Эти представления лежат в основекинетической теории гумификации (см. с. 242).Среди других представлений о путях образования гумусовых кис­лот следует упомянуть гипотезу чисто биологического их происхожде»ния, высказанную впервые, видимо, В. Р. Вильямсом, по мнению кото­рого перегнойные вещества являются прямыми продуктами жизне­деятельности (синтеза) низших незеленых растений. Он считал ихэкзоэнзимами микроорганизмов, которые выделяются последними вовнешнюю среду и с помощью которых незеленые микроорганизмы дей­ствуют на мертвое органическое вещество, разрушают его для полу­чения энергии и пищи. В.

Р. Вильяме использовал для перегнойныхкислот названия, предложенные Я. Берцелиусом, и считал, что ульминовая, или бурая, перегнойная кислота выделяется анаэробными бак­териями; гуминовая, или черная, перегнойная кислота синтезируетсяаэробными бактериями; креновая, или бесцветная, перегнойная кислотаобразуется в результате жизнедеятельности грибов.Взгляды В. Р. Вильямса на происхождение, номенклатуру и свой­ства гумусовых веществ представляют в настоящее время историче­ский интерес.

В то же время накопилось много данных о том, чтомногие почвенные микроорганизмы (бактерии, грибы, актиномицеты)24 Гдействительно синтезируют различные, в том числе и темноокрашенные, пигменты. Эти пигменты по многим свойствам напоминают гуминовые кислоты, и их можно рассматривать как прогуминовые вещест­ва. Пигменты почвенных микроорганизмов были подробно изучены со­ветскими исследователями С. П.

Лях и Т. Г. Мирчинк.Кинетическая теория гумификацииОсобенности гумусовых кислот и качественного состава гумусаразличных типов почв можно объяснить не прибегая к помощи конк­ретных химических или биохимических реакций, а исходя только изустановленных фактов различной биотермодинамической устойчивостиорганических соединений различных классов. Известно, например, чтолигнин более устойчив к биодеградации, чем белки, а полисахаридыустойчивее моноз. Гуминовые кислоты с большим трудом разлагаютсяи используются микроорганизмами, чем фульвокислоты.От устойчивости соединений зависит скорость их распада или тран­сформации; используя эти представления, можно с кинетических пози­ций подойти к анализу процесса гумификации.Высокую термодинамическую устойчивость гумусовых веществотмечал еще В.

Р. Вильяме. Можно считать, что гуминовые кислотыявляются первой стабильной формой органического материала в поч­венных условиях. Поскольку гумусовые вещества биотермодинамически более устойчивы, чем органические соединения попадающих в поч­ву растительных остатков, то гумусообразование правомочно рассмат­ривать как преимущественно такой процесс своеобразного «естествен­ного отбора», при котором относительно непрочные вещества расти­тельных остатков и продуктов их трансформации быстро разлагаютсяи существуют лишь относительно короткие промежутки времени, анепрерывная цепь превращений задерживается на том звене, котороепредставлено наиболее устойчивыми соединениями — гуминовыми кис­лотами.Этот общий принцип «отбора» определяет только одну сторонуявления — направленность процесса гумификации.

Характеристики

Список файлов книги