СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ГУМУСОВЫЕ ВЕЩЕСТВА ПОЧВ

ГК представляют собой более устойчивые со­единения, чем органические соединения, попадающие в почву с ра­стительными остатками. Поэтому неспецифические органические соединения почвы существуют относительно короткие промежутки времени, и непрерывная цепь превращений растительных остатков и продуктов их трансформации задерживается на стадии образо­вания гуминовых кислот. ГК подвергаются мине­рализации с образованием СО₂ и Н₂О или образуют фрагменты, участвующие в синтезе новых молекул гумусовых кислот. Этот про­цесс протекает очень медленно, и время жизни гуминовых кислот составляет сотни и тысячи лет.

ГК представляют собой группу веществ, извле­каемых из почвы щелочами в виде темно-окрашенного раствора (гуматов натрия, аммония или калия) и осаждаемых минеральными кислотами в виде аморфного осадка – геля.

ГК имеют следующий элементный состав: 46-62% углерода, 3-5% водорода, 32-38% кислорода и 3-6% азота. Ко­лебания в элементном составе ГК объясняются тем, что они не являются химически индивидуальными кислотами опре­деленного строения, а представляют собой группу высокомолеку­лярных соединений, сходных по составу и свойствам.

По данным газохроматографических исследований, нижний предел молекулярных масс ГК определяется значе­ниями 5000-6000 Дальтон (Д). Встречаются кислоты с молекуляр­ной массой 400000-650000 Д. Однако основное количество ГК имеет молекулярную массу 20000-80000 Д.

До настоящего времени формулы ГК установле­ны лишь гипотетически. Наиболее полно накопленные эксперимен­тальные данные учтены и отражены в формулах, предложенных И. Д. Комиссаровым в 1971 г. и Д. С. Орловым в 1977 г. (рис. 3.5). Светлоокрашенные гумусовые вещества, остающиеся в растворе по­сле подкисления щелочной вытяжки и отделения ГК, определяют как ФК. Элементный состав ФК характеризуется меньшим, чем у ГК, со­держанием углерода, и повышенным – кислорода. Содержание элементов в ФК составляет: 36-44% углерода, 45-50% кислорода, 3-5% водорода и 3-4,5% азота.

Кроме этих четырех элементов ГК и ФК практически всегда содержат серу, фосфор и катионы различных металлов. Содержание серы составляет десятые доли процента, иногда до 1,0-1,2%, фосфора – сотые и десятые доли процента. Серу можно считать обязательным конституционным элементом. Она присутствует в составе аминокислот – метионина и цистина. Кроме того сера входит в состав ГК в виде адсорбционных комплексов (сульфатная сера).

Фосфор представлен остатками нуклепротеидов, инозитолфосфатов, фосфолипидов, хемосорбированных фосфатов.

Катионы металлов не являются конституционными компонентами ГК и ФК, а их присутствие говорит об образовании простых или комплексных солей гумусовых кислот.

Многие компоненты растительных остатков содержат больше углерода, чем ГК. Так, в лигнине содержится 5% углерода, в липидах – около 72%. В тоже время углеводы сравнительно бедны углеродом и обогащены кислородом (в глюкозе содержится 40% углерода). Таким образом, по элементному составу ГК занимают промежуточное положение между лигнином и углеводами, а ФК более близки к углеводам и протеинам.

Рис. 3. - Формула структурной ячейки гуминовой кислоты (по Д. С. Орлову)

По данным гель-хроматографических исследований, ФК всех типов почв представлены одной или двумя фракциями с молекулярными массами 10000-15000 и 4000-6000 Д.

Несмотря на то, что ФК по сравнению с ГК имеют более высокую растворимость и меньшую молекулярную массу, об их строении известно еще очень мало. В со­ответствии с гипотезой X. Кодама и М. Шнитцера, фрагмент стро­ения ФК включает в себя два ароматических кольца, шесть групп СООН, две кетонные группы С=О, два фенольных и три спиртовых гидроксила.

Таблица 3.7- Среднее количество кислородсодержащих функциональных групп в гумусовых кислотах, ммоль/100 г почвы

Количественно и качественно установлено присутствие в соста­ве молекул ГК кислот и ФК различных функци­ональных групп: аминогрупп, амидных, альдегидных, карбоксиль­ных, карбоксилатных, кетонных, метоксильных, фенольных, хинонных, гидроксихинонных, пептидных групп, а также спиртовых и фенольных ОН-групп.

Общую кислотность гумусовых соединений обусловливает при­сутствие в молекулах карбоксильных и фенольных ОH-групп. В ФК кислотность преимущественно связана карбок­сильными группами. В ГК количество фенольных и карбоксильных ОН-групп практически одинаково (табл. 3.7).