CC BY
38
555^»— Аграрный вестник Урала №10 (102), 2012 г. -<^3
Агрономия
исследование гуминовых кислот аллювиальных почв обь-иртышского междуречья методом рентгенодифрактометрии
И. Д. КОМИССАРОВ, 625003, г. Тюмень, ул. Республики, д. 7; заслуженный деятель наука РФ, доктор биологических наук, тел. 89505016330;
профессор, заведующий кафедрой, е-таШ [email protected] Тюменская государственная сельскохозяйственная академия,
М. П. САРТАКОВ, кандидат биологических наук, доцент, 628012, г. Ханты-Мансийск, Югорский государственный университет ул. Чехова, стр. 16
Положительная рецензия представлена А. А. Новиковым, доктором химических наук, профессором, заведующим кафедрой химии Югорского государственного университета.
Гумификация отмерших растительных организмов и их микробных метаболитов является глобальным природным процессом в планетарном масштабе. Гуминовые вещества входят в состав органического вещества почв, торфов, ископаемых углей, некоторых сланцев и сапропелей. Они образуются в результате сложных биохимических преобразований органической массы и являются фактором его «консервации», предохраняя в известной мере от тотальной минерализации [3].
Изучение процессов гумификации и гумусонако-пления играет стержневую роль в понимании генезиса почв в различных зональных и азональных условиях [1].
Известное разнообразие гуминовых веществ обусловлено неоднородностью условий их образования и особенностями взаимодействия с минеральной составляющей почв. Именно поэтому в генетическом почвоведении и в оценке плодородия почв существовала и существует большая потребность в объективной характеристике состава гумуса и его отдельных компонентов [5].
Важной частью гумуса, с точки зрения теории гумификации веществ, являются собственно гумино-вые кислоты и фульвокислоты. В их составе и особенностях молекулярных структур содержится информация о специфике гумификационного процесса, отражающая особенности исходного органического материала и условия, в которых протекает процесс. Поэтому все больше возрастает интерес к исследованию «тонкой» структуры гуминовых веществ, с применением современной инструментальной техники. Несмотря на то, что прикладное значение этих исследований в полной мере еще не используется почвоведами и агрохимиками, перспективность таких работ у большинства специалистов не вызывает сомнений.
Цель и методика исследований.
В качестве объектов исследования были использованы препараты гуминовых кислот, выделенных из поверхностных слоев почв Обь-Иртышского междуречья вблизи г. Ханты-Мансийска (табл. 1). Они формировались в различных условиях обводненности и естественно можно предполагать, что различия гумификации органической массы должны находить отражение в их молекулярной структуре.
Главным фактором, принимающим участие в формировании аллювиальных почв, является полая вода, периодически заливающая пойму. Полые воды приносят и отлагают на пойме различные по химическому, механическому и количественному выражению вещества. Эти воды, содержащие растворенные вещества в различной степени, влияют на почвообразовательные процессы, являются источником пополнения грунтовых вод. Под влиянием огромной массы воды возникают особые, отличные от водораздельных пространств, микроклиматические условия.
Одним из основных факторов почвообразования является дерновый процесс. В условиях избыточного увлажнения на аллювиальных почвах образуется особенно мощная плотная дернина. При дальнейшем повышении увлажнения почв происходит заболачивание и образование болотных почв, а так же аллювиальных торфяников.
Извлечение гуминовых кислот проводилось по ранее описанной методике [3]. Рент-генодифрактометрические исследования осуществлялись на ускорителе частиц в Институте ядерной физики СО АНФР.
Результаты исследований.
Для описания конфигураций макромолекул, их размеров и пространственного размещения, важное значение имеет рентгенографическое исследование [4].
При столкновении движущихся со скоростью света электронов с разными спинами и позитронов возникает рентгеновское излучение, которому на специальном оборудовании устанавливается нужная для исследования длина волны. Для аморфных гуминовых препаратов наиболее эффективно использовать в обычных рентгеновских дифрактометрах (ДРОН) «мягкое» излучение кобальта или железа. Проведенные нами исследования на общепринятом медном излучении с более короткой длиной волны не позволили достигнуть необходимой разрешающей способностью для аморфных гуминовых кислот. Такие результаты могут иметь лишь ограниченное использование для определения состава минеральных компонентов препаратов. Поэтому при использовании ускорителя была установлена длина волны 1,7711.
Гуминовые препараты, полученные из почв затапливаемой и незатапливаемой поймы, характеризу-
Таблица 1
Почвы для получения гуминовых препаратов
Шифр образца Исходная почва Период избыточного увлажнения почв
Ад Аллювиальные дерновые Периодическое увлажнение в отдельные годы от 14 до 19 дней
Аб/итг Аллювиальные болотные иловато-торфянисто-глеевые Постоянное увлажнение с процессом оглеения от 70 до 90 дней (максимум — 97-135 дней)
8
www.m-avu. па^. ги
333^»— Аграрный вестник Урала № 10 (102), 2012 г.
Агрономия^
1 2
150-
<и
н
о
о
и
рр
к
о
X
■ <и н и К
100
50-
Т“
10
~г-15
20
“И—
25
Угол дифракции 20, град Рисунок 1
Рентгеновские дифрактограммы гуминовых кислот:
1 — аллювиальные дерновые почвы; 2 — аллювиальные болотные почвы
ются дифракционными максимумами, высокой интенсивности, равной для этих типов почв, соответствующей межплоскостному расстоянию 4,8 А.
Также имеются максимумы, соответствующие среднему периоду 2,8 и 2,1 А. Они определяют присутствие в препарате диоксида кремния.
Дифрактограммы всех исследованных нами препаратов гуминовых кислот характеризуются только наличием диффузных максимумов, что свидетельствует о неупорядоченной молекулярной структуре. На этом фоне проявляются некоторые пики, которые, несомненно, можно отнести к минеральным компонентам вследствие высокой зольности препаратов, в то же время можно отметить, что имеются области локальной упорядоченности в макромолекуле самих гуминовых кислот.
Это относится, прежде всего, к диффузному максимуму в области 22о при 20 углах дифракции, что соответствует 4,8 А межплоскостных расстояний. Это характеристическая у полоса. Принято считать, что, чем меньше интенсивность этой полосы, тем меньше периферических цепей и больше упорядоченность молекулы (рис. 1) [2].
В полученных нами дифрактограммах менее выраженная интерференция при углах 20 равных 21,78о у гуминовых кислот дерновых почв в сравнении с гуминовыми кислотами аллювиальных болотных почв, свидетельствует о более низком содержании периферических фрагментов. Это в определенной мере отражает особенности процесса гумификации в условиях различной гидроморфности.
Диффузная полоса интерференции с максимумом при 20 углах, равных 13,66о, характеризует расстояние между соседними ароматическими ядрами. Ее идентичность у гуминовых кислот почв разного
происхождения может свидетельствовать об аналогии скелетной структуры макромолекул гуминовых кислот [4].
Максимумы, соответствующие среднему периоду 3,57-3,6 А свидетельствуют о межплоскостных расстояниях между сетками ароматически упорядоченного углерода. Если эта полоса интерференциии имеет высокую интенсивность, то структуру молекулы гуминовой кислоты можно считать более упорядоченной [4].
Таким образом, на примере сравнения рентгеновских дифрактограмм гуминовых кислот аллювиальных дерновых почв и аллювиальных болотных почв, можно видеть подтверждение информации об особенностях гумификации в почвах Объ-Иртышской поймы, полученной другими методами исследований.
Выводы.
1. Впервые получены данные о молекулярном строении гуминовых кислот почв Объ-Иртышской поймы, формирующихся в условиях различной обводненности.
2. Показано методом рентгенодифрактометрии на встречных пучках, что гуминовые кислоты аллювиальных дерновых почв имеют меньшую выраженность гамма полосы и отличаются особенностями других параметров рентгенографической картограммы, свидетельствующих о более регулярной упорядоченности макромолекул по сравнению с ГК выделенными из аллювиальных болотных почв.
3. Наибольшую сформированность — «зрелость» молекулярной структуры — имеют гуминовые кислоты аллювиальных дерновых почв, которые являются наиболее перспективными для сельскохозяйственного освоения.
Литература
1. Александрова Л. Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Л. : Наука, 1980. 287 с.
2. Касаточкин В. И., Зильбербранд О. И. Рентгенография и инфракрасные спектроскопия в применении к исследованию строения гуминовых веществ // Почвоведение. 1956. № 5. С. 80-85.
3. Комиссаров И. Д. Гуминовые препараты. Тр. Тюменского СХИ, 1970. Т. 14. С. 4-5.
4. Комиссаров И. Д. Логинов Л. Ф. Рентгеноструктурная характеристика гуминовых препаратов, поученных из окисленного угля и торфа щелочной зкстракцией. Тр. Тюменского СХИ, 1970. С. 91-99.
5. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М. : МГУ, 1990. 325 с.
www. т-вуи. narod. ги 9
