CC BY
206
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ КАК ИНДИКАТОР ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВ
Борис Максимович Кленов
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Лаврентьева, 8/2;
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, профессор, тел. (383)363-90-30, e-mail: klenov@issa.nsc.ru
Показано, что элементный состав почвенных гуминовых кислот может быть показателем экологической устойчивости почв. Установлено, что в результате продолжительной земледельческой практики и орошения существенным образом изменяется природа гуминовых кислот, соотношение основных их структурных элементов, а также степень ароматичности гуминовых кислот.
Ключевые слова: экологическая устойчивость, гумус, гуминовые кислоты, распашка, орошение.
ELEMENTAL COMPOSITION OF HUMIC ACIDS AS AN INDICATOR OF ENVIRONMENTAL SUSTAINABILITY OF SOILS
Boris M. Klenov
Institute of Soil Science and Agrochemistry of SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Ac. Lavrentyev st., 8/2;
Siberian State Academy of Geodesy,630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St, leading researcher, professor, tel. (383)363-90-30, e-mail: klenov@issa.nsc.ru
It has been shown that elemental composition of humic acids can be as an indicator of environmental sustainability of soils. It has been revealed that the nature of humic acids, the ratio of principal their structural elements as well as the degree of aromaticity of humic acids are essentially changed as a result of farming.
Key words: environmental sustainability, humus, humic acids, plowing, irrigation.
В настоящее время проблема гумуса приобретает наибольшую практическую значимость, поскольку в глобальном масштабе происходят его потери. Проблема потерь гумуса стала наиболее серьезной в связи с деградацией почв под влиянием различных антропогенных воздействий и прежде всего распашки почв и длительного использования их в земледельческой практике. Потери гумуса из почв - глобальная проблема. Многочисленные литературные сведения, нередко противоречивые и неоднозначные, тем не менее, позволяют проследить общую тенденцию: потери гумуса постоянно идут из всех или почти из всех освоенных и длительно используемых почв и составляют до 1 т/га в год, а иногда и более.
В обширном районе России - Западной Сибири, обладающей огромными и разнообразными по качеству земельными ресурсами, потери гумуса и измене-
ние самой природы его составляющих весьма значительны, несмотря на относительную молодость земледелия по сравнению со многими районами планеты с более длительной историей использования почв в сельском хозяйстве. Литературные данные о потерях гумуса из почв Западной Сибири не столь многочисленны, тем не менее, они свидетельствуют о том, что в районах наибольшего освоения земель - в лесостепной и степной зонах - они могут составлять до 0,6-0,7 т/га.
Известно, что, что любое антропогенное воздействие на почву изменяет её как физическую и химическую среду обитания живых организмов и ведёт к сокращению биоразнообразия, а, значит, и к сокращению уровня гумуса. Кроме того, сокращение уровня гумуса сопровождается изменением его качества и структуры, т.е. природы в целом. Понятие природы гумусовых веществ весьма широкое и подразумевает в основном обычно элементный и вещественный состав его компонентов, среди которых одним из основных и наиболее устойчивых в экологическом отношении являются гуминовые кислоты. О наиболее высокой экологической устойчивости гуминовых кислот (ГК) по сравнению с другими компонентами гумуса можно определенно судить по многочисленным результатам определения возраста ГК методом радиоуглеродного датирования [1]. Вопрос экологической устойчивости гумуса или его составляющих или почвы в целом наиболее остро встает в связи с освоением почв и последующим использованием их в земледелии, а также в связи с поступлением в почву загрязнителей. В наиболее общем понимании экологическая устойчивость компонентов гумуса в агроэкосистеме - это их способность в целом сохранять значение своих параметров, в т.ч. и структурных, в пространстве и времени.
В данном сообщении по результатам элементного анализа гуминовых кислот, предпринята попытка показать, что именно природа гуминовых кислот, весьма устойчивых в экологическом отношении органических соединений почвы, может быть одним из основных индикаторов экологической устойчивости почв.
Препараты гуминовых кислот были выделены из чернозема выщелоченного (Новосибирская область) по общепринятой методике [2]. Элементный анализ выполнен с помощью анализатора PerkinElmer 2400 Series II CHNS/O Elemental Analyzer.
Таблица
Элементный состав гуминовых кислот
C H N O Атомные отношения CA,%
в % к весу сухого беззольного вещества H:C C:N
Целинный участок
51,8 4,4 4,0 39,8 1,01 15,1 18
Старопахотный участок, 120 лет использования
50,7 4,0 3,6 41,7 0,94 16,4 21
Орошаемый участок, 40 лет орошения, после 80-летнего использования в качестве пашни
54,1 3,8 3,9 38,3 0,84 16,1 30
Приведенные данные свидетельствуют о том, что по элементному составу ГК всех изученных почв мало чем отличаются между собой. В целом набор основных структурных элементов характеризует именно эту группу веществ почвенного гумуса. Сочетание составляющих элементов может быть самое различное, что, скорее, всего, зависит от ботанического состава составляющих органического опада и условий разложения этого опада. Однако соотношение структурных элементов может быть самое различное и выявлять некоторые закономерности. Соотношение атомов углерода и водорода, а также углерода и азота оказываются наиболее информативным. Например, снижение отношения С:Н по мере усиления антропогенной нагрузки на почву может указывать на то, что ГК приобретают наиболее высокую степень конденсированности (полимеризации) своих молекул, такие изменения в структуре ГК являются причиной ослабления их экологических функций. В частности, при этом гуминовые кислоты теряют свои поглотительные свойства в связи с потерей боковых функциональных групп. Видимо, любое антропогенное воздействие, в частности распашка почв и длительное их использование в последующей длительной земледельческой практике приводит к существенному изменению самой природы гумусовых веществ и ГК, в частности. Вместе с тем, дальнейшее снижение отношения Н:С происходит в связи с наложением орошения на старопахотные почвы. Этот факт позволяет сделать вывод, что под влиянием орошения гуминовые кислоты разрушаются сильнее, чем в условиях длительного использования почвы в неорошаемом земледелии. Небезынтересным оказывается поведение и азота в структуре гуминовых кислот. Приведенные данные (см. таблицу) позволяют отметить тенденцию возрастания отношения С^ , а, значит, и снижения содержания азота в гуминовых кислотах в связи с усилением антропогенной нагрузки. За многие годы использования почвы в неорошаемом и орошаемом земледелии ГК потеряли немалую долю азота, что вызывает необходимость разработки приемов по обогащению гуминовых кислот азотом.
В заключение следует отметить, что наиболее информативными показателями элементного состава гуминовых кислот являются величины С:Н, С^ и степень их ароматичности, или бензоидности [3]. Изменение этих показателей при антропогенном воздействии на почвенный покров свидетельствует об изменении экологических функций органического вещества почвы. В частности, возрастание ароматичности , а также снижение величины С:Н и увеличение С^ при длительном использовании почвы в земледелии сопровождается снижением поглотительной способности гуминовых кислот, а, следовательно, и ослаблением одной из основных их экологических функций.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Чичагова О.А. Радиоуглеродное датирование гумуса почв. М.: Наука, 1985.- 145 с.
2. Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981. - 272 с.
3. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации, М., МГУ, 1990. -
326 а
© Б.М. Кленов, 2013
