Роль различных органических веществ в формировании водопрочных агрегатов почвы

В формировании водопрочных агрегатов могут принимать участие различные компоненты, составляющие органическое вещество почвы: органические соединения неспецифической природы (полисахариды, полиурониды, слизистые вещества микробного происхождения, белковые вещества, битумы, смолы, лигнин), а также собственно гумусовые вещества – гуминовые кислоты и фульвокислоты.

При проведении ряда опытов с органическими соединениями неспецифической природы с: полисахаридами (гемицеллюлоза), полиуронидами, слизистыми веществами микробного происхождения, белковыми веществами, группами битумов, смол, восков и других органических соединений извлекаемых смесью спирта и бензола было выявлено, что они не играют заметной роли в формировании водопрочных агрегатов почвы.

Гуминовые кислоты и фульвокислоты.

И. В. Тюрин (1937) считал, что в процессе цементации макроструктурных агрегатов почвы главная роль принадлежит свежеобразованным гуминовым веществам, которые, кроме того, должны обладать и значительной устойчивостью к разложению, что является необходимым условием большей или меньшей прочности образующейся структуры.

И. Н. Антипов-Каратаев и И. А. Хаинский (1935) на основании косвенных наблюдений считали, что в структурообразовании участвуют молекулярно растворимые формы гуминовой и ульминовой кислот.

По мнению Н. А. Качинского и его соавторов (1950), структурные комки образуются при участии гуминовой и ульминовой кислот. Такие агрегаты почвы механически прочны и, что особенно важно, обладают водопрочностью, поэтому они длительное время могут противостоять размывающему действию воды.

Робинсон и Пейдж (1951) изучали стойкость агрегатов при удалении гумусовых веществ перекисью водорода. Оказалось, что по мере окисления гумусовых веществ агрегаты почвы теряли устойчивость и разрушались. На этом основании авторы сделали вывод, что гумусовые вещества цементируют почвенные частицы в агрегаты.

Одной из характерных особенностей гуминовых кислот и фульвокислот является их хорошая растворимость в щелочных растворах. Используя это свойства, И. Н. Антипов-Каратаев с соавторами (1948), А. Б. Рубашов (1949), В. В. Келлерман (1959) исследовали влияние гумусовых веществ на структуру почвы, наблюдая за распадом водопрочных агрегатов при непосредственном извлечении из них гуминовых кислот, фульвокислот и других органических веществ 0,1 н. раствором NaOH.

Удаление перегнойных веществ щелочным раствором вызывает сильное разрушение водопрочных агрегатов почвы. Это особенно резко проявилось на почвах Кура-Араксинской низменности, где агрегаты почти полностью распались. Количество фракций <0,25 мм в результате распада исходных водоустойчивых агрегатов достигло 70-80%. Несколько другая картина наблюдалась в черноземе. Исходные агрегаты распались полностью, но на более крупные фракции. Все это дает основания утверждать, что ведущая роль в образовании водопрочных агрегатов почвы играют именно перегнойные вещества типа гуминовых кислот и фульвокислот, так как они извлекаются совместно щелочным раствором.

А. В. Рубашов (1949) методом А. Ф. Тюлина (1928)выделил водопрочные агрегаты различного размера и пытался установить количественные закономерности содержания в них рыхлосвязанной гуминовой кислоты и фульвокислот. Однако устойчивой зависимости обнаружено не было. К такому же результату пришел С. А. Владыченский (1939).

И. Н. Антипов-Каратаев с сотрудниками (1948) и В. В. Келлерман (1959) изучали влияние гуминовых кислот и фульвокислот на образование водопрочных агрегатов в почвах различных типов.

Аналогичные исследования были проведены польскими учеными Бирецким и Гастолом (1961). Они подтвердили, что исследуемые агрегаты почвы как по общему содержанию, так и по содержанию гуминовых кислот и фульвокислот, независимо от вариантов опыта, не отличаются друг от друга. Но эти материалы не дают еще возможности установить, какая из фракций принимает участие в формировании водопрочной структуры почвы.

Японские ученые Егава и Секидо (1956) пытались выяснить влияние гуминовых кислот и фульвокислот на образование водопрочных агрегатов почвы размером 2,5-1 и 0,1 мм. Оказалось, что в агрегатах почвы размером 0,1 мм наблюдалась определенная тенденция увеличения фульвокислот, тогда как в агрегатох почвы размером 2,5-1,0 мм преобладали гуминовые кислоты. Это послужило основанием заключить, что гуминовые кислоты более эффективно действуют на образование агрегатов почвы, чем фульвокислоты.

Подтверждением этого может служить сравнение водопрочных агрегатов чернозема и подзолистой почвы. Агрегаты этих двух почв резко отличаются и по своей прочности и по качественному составу гумусовых веществ. Агрегаты чернозема содержат в 2-3 раза больше гуминовой кислоты по сравнению с агрегатами подзолистой почвы.

Д. В. Хан описывает свои опыты так. Нами было взято около двух грамм водоустойчивых агрегатов размером 3-1 мм, выделенных из чернозема и подзолистой почвы; их обработали буферным раствором КН₂РО₄+NaНРО₄, имеющим рН 5. Особенность этого раствора состоит в том, что он позволяет извлекать, по нашим наблюдениям, только фульвокислоты, не затрагивая гуминовых кислот. Извлечение проводилось в течение, примерно, 15 дней. Контролем, служили водоустойчивые агрегаты почвы той же величены, обработанные дистиллированной водой. Результаты показали, что удаление фульвокислот из водопрочных агрегатов чернозема в количестве 8% и из подзолистой почвы до 17% от общего содержания гумусовых веществ не вызывало никакого разрушения агрегатов. Фульвокислоты непрочно закрепляются на поверхности глинистых минералов группы монтмориллонита, и оказалось, что около 40% адсорбируемых кислот извлекается дистиллированной водой. Все это дает основание считать гуминовые кислоты наиболее активной частью гумусовых веществ почвы при образовании водопрочных агрегатов.

К 1969 году накопилось много экспериментальных данных, подтверждающих неоднородность гуминовых кислот почвы. Впервые на это обратил внимание А. А. Шмук (1924). Он пришел к выводу, что гуминовая кислота почвы обладает коллоидными свойствами и находится в двух модификациях: А- коллоиднорастворимая в воде, Е- нерастворимая.

По химическому составу обе формы гуминовых кислот близки. Однако по внешнему виду растворимая гуминовая кислота А резко отличается от нерастворимой гуминовой кислоты Е. Первая представляет собой блестящие черные жирные частички с раковистым изломом; вторая – сероватого оттенка с матовой поверхностью без раковистого излома.

Л. Н. Александрова (1949) при помощи водного диализа разделила гуминовую кислоту из чернозема на три фракции различающиеся по элементарному составу; они также характеризуются различной емкостью поглощения и разной устойчивостью к коагулирующему действию электролитов.

М. М. Кононова (1960) при помощи хроматографического метода и электрофреза показала, что гуминовые кислоты и фульвокислоты, выделенные из дерново-подзолистой почвы и чернозема, неоднородны. О неоднородности гумусовых веществ свидетельствуют работы <1 мк. Затем из нее были извлечены щелочью две фракции гумусовых веществ: до и после декольцирования.

Полученные донные показывают, что 1 и 2 фракции гуминовых кислот заметно различаются по химическому и групповому составу. Во всех случаях содержание углерода в первой фракции меньше, чем во второй. Обратная зависимость наблюдается по содержанию азота.