Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Природа гуминовых веществ и их роль в биосфере 6
1.1. Генезис и функции гуминовых кислот 6
1.2. Молекулярное строение гуминовых кислот 16
1.3. Структурные изменения гуминовых кислот различных типов почв 22
Глава 2. Объекты и методы изучения 34
2.1. Препараты гуминовых кислот 36
Глава 3 Характеристика каштановых почв сухой степи Забайкалья .. 38
3.1 Эколого-генетическая характеристика каштановых почв... 38
3.2 Накопление и разложение органического вещества 49
3.3. Содержание, запасы и состав гумуса каштановых почв в связи с их фациальностью 58
Глава 4. Гуминовые кислоты каштановых почв 76
4.1 Элементный состав 77
4.2 Электронные спектры поглощения 84
4.3 Инфракрасные спектры поглощения 89
4.4 Функциональные группы 97
4.5. Количественная спектроскопия 13С-ЯМР 100
Выводы 113
Использованная литература 114
- Структурные изменения гуминовых кислот различных типов почв
- Накопление и разложение органического вещества
- Содержание, запасы и состав гумуса каштановых почв в связи с их фациальностью
- Инфракрасные спектры поглощения
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ
Гуминовые вещества (ГВ) - естественный продукт совместной эволюции минерального и живого в истории Земли, обязательный и необходимый компонент, обеспечивающий существование современных жизненных форм. ГВ обнаруживаются в различных частях биосферы, литосферы и гидросферы, но все же основная роль в формировании гуминовых веществ принадлежит почвам.
Особое значение в их формировании и функционировании занимает органическое вещество, и от его содержания и качественного состава зависят многие генетические свойства почв и уровни почвенного плодородия (Кононова, 1963; Орлов, 1974; Александрова, 1980; и др.).
Вопросы охраны и рационального использования криоаридных почв региона связаны с изучением главнейших структурных единиц гумуса -гумусовых веществ, а в составе последнего - гуминовых кислот (ГК), от природы которых зависит устойчивое функционирование почвы в целом (Орлов, 1990). Данные по этому вопросу для почв региона, а в частности, для доминирующих в сухостепных ландшафтах каштановых почв, позволяют констатировать факт о том, что они разрушаются, появляются движущиеся пески, снижается биологическая продуктивность.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: исследование изменения структуры гуминовых кислот, формирующихся в экстремальных природно-климатических условиях.
ЗАДАЧИ:
Выявить современное гумусное состояние каштановых почв.
Выделить из них малозольные сухие препараты ГК.
3. Определить элементный состав ГК, функциональные группы,
исследовать их методами видимой и инфракрасной (ИК) спектроскопии.
4.Установить структуру гуминовых кислот методом ,3С - ЯМР спектроскопии; дать количественный анализ структурных фрагментов углерода макромолекул ГК.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
Впервые из каштановых почв региона получены малозольные сухие препараты ГК и дана их физико-химическая характеристика, позволяющая выявить особенности свойств ГК и почвы в целом; редактированием |3С- ЯМР -спектров, количественно определен фрагментный состав углерода макромолекул ГК.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ
Полученные данные по изменению структуры ГК послужат теоретической основой для объяснения современной гумусной ситуации, сложившейся в почвах сухой степи под влиянием криогенеза и дефляции. Учитывая этот фактор, на этих почвах необходимо соблюдать систему противодефляционных мероприятий.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Гумусное состояние каштановых почв Забайкалья складывается
неудовлетворительно для агроландшафтов.
2. Гуминовые кислоты, сформированные в условиях длительносезонной
мерзлоты, отличаются малоконденсированной ароматической природой
молекул и развитой алифатической частью.
3. Физико-химические показатели гуминовых кислот свидетельствуют о
низкой устойчивости гумуса и почвы в целом к разрушению.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Результаты работ обсуждались на международной научно-практической конференции «Почва как связующее звено функционирования антропогеннопреобразованных экосистем», прошедшей в г. Иркутске в 2001 г.; на региональной научно-практической конференции, посвященной 70-летию биолого-географического факультета БГУ (Улан-Удэ, 2002); на ежегодных научно-практических конференциях преподавателей и аспирантов БГУ.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 5 работ.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Диссертация изложена на 129 страницах текста компьютерного набора, состоит из введения, 4 глав и выводов. Содержит 21 таблицу, 14 рисунков. Список литературы включает библиографию из 180 наименований, в том числе 23 иностранных авторов.
Структурные изменения гуминовых кислот различных типов почв
Согласно современным понятиям состав и структура гумусовых веществ почв, одной из групп которых являются гуминовые кислоты, зависят от экологических условий их формирования, в том числе от сочетания термического и влажиостного режимов, при которых протекает этот процесс. Гуминовые кислоты и фульвокислоты образуют в почве единую транс -аккумулятивную систему, где первые являются аккумулятивным компонентом и закрепляются минеральной частью почв там, где они образовались, а вторые частично связываются в комплексы с ГК и частично мигрируют в глубину (Дергачева, 1984). Количество ФК, которое гуминовые кислоты способны связывать в комплекс, обусловливается термодинамическим потенциалом их макромолекул. Поэтому в разных биоклиматических условиях система гумусовых веществ почв имеет разное соотношение компонентов (Кононова, 1963; Дергачева, 1984,1989; Орлов, 1980; и др.). При прочих равных условиях, чем влажнее климат, тем больше образуется при гумификации фульвокислот, чем теплее - больше гуминовых.
В настоящее время имеется ряд работ, в которых обобщены материалы по составу гумуса почв разных природных зон. Нами приводится обобщенная таблица (табл. 1) из работы Д.С. Орлова и Л.А. Гришиной (1981), из которой следует, что значения гумусных показателей почв в зональном ряду плавно изменяются от тундровых к черноземам и обратно к каштановым, в зависимости от климатических условий.
В Западной Сибири от зоны тундры до зоны сухих степей также отмечается плавное изменение климатических показателей: среднегодовая температура возрастает от -6,6 до +2,5 С, вегетационный период (период биологически активных температур) увеличивается от 40 до 145 дней; количество осадков снижается от 500 до 250 мм в год, основная их часть во всех зонах выпадает в течении вегетационного периода. Такое изменение климатических показателей отразилось на основных параметрах гумусового состояния, в частности на содержании гумуса и на Сгк:СфК. Содержание гумуса возрастает от южной тундры с глеевато-слабоподзолистыми почвами (0,5-1,5 %) до лесостепи с черноземами оподзоленными и выщелоченными (8,0-13,0 %), затем идет снижение его до каштановых почв сухой степи (2,2-5,0 %). Показатель Сгк:СфК возрастает от 0,3-0,6 в глеевато-слабоподзолистых почвах тундры и подзолах тайги до 1,8 -2,6 в оподзоленных и выщелоченных черноземах, в каштановых почвах идет снижение до 1,5-1,8 (Дергачева, 1989; Кленов, 1981; Корсунова, 1974а,б; Лапазина, 1971; и др.)
Оценку особенностям органического вещества типов, подтипов, разновидностей почв в целом и отдельных генетических горизонтов можно дать по элементному составу ГК. Являясь отражением условий почвообразования, элементный состав ГВ всецело зависит от них и в первую очередь от химического состава разлагающихся органических остатков и условий гумификации, и сохраняет свои основные параметры в течение длительных геологически соизмеримых отрезков времени. Основные сведения об элементном составе ГК многих почв обобщены Д.С. Орловым (1974, 1990); почвы Западной Сибири Б.М. Кленовым ( 1971, 1976,1981, 2000); Т.М. Корсуновой ( 1974а,б, 1976; 1983). Соответствие элементного состава ГК условиям почвообразования впервые убедительно показано В.В. Тищенко и М.Д. Рыдалевской (1936) на примере сопряженного ряда почв европейской части России (от подзолистой до каштановой). В этой классической работе установлено, что изменение условий почвообразования в сторону повышения температуры и уменьшения влажности сопряжено с образованием продуктов разложения органических остатков, более богатых углеродом и бедных водородом. По мнению этих авторов, таковыми являются почвы южных районов. Они более химически совершенны и зрелы по сравнению с северными, процессы дегидратации и окисления пошли в них дальше и привели к более сложному строению молекул.
Наибольшим содержанием углерода отличаются ГК черноземов (58-59 %) и гумусо-аллофановых почв (Убогов, Комиссаров, 1974; Орлов, 1990). Наименьшее содержание углерода характерно для ГК подзолистых почв и подзолов - 50 -57 % (Тищенко, Рыдалевская, 1936; Александрова, Найденова, 1970; и др.). В подзолистых почвах Западной Сибири его содержание равно 47 -48 % (Кленов, Корсунова, 1976), которое имеет общепринятое объяснение -влияние повышенной кислотности и влажности, при которых реакции конденсации исходных веществ ослаблены усилением гидролитического распада образовавшихся гумусовых соединений. По мнению Б.М. Кленова (2000), в почвах с повышенной биологической активностью (черноземах, каштановых) быстрее протекает реакция конденсации и вместе с ней более ярко выражено отщепление аминокислотных и углеводных периферических составляющих, которое может явиться одной из причин более обуглероженных соединений.
Данные элементного состава ГК лугово-черноземных мерзлотных почв (Вишнякова, 1999) отличаются от аналогичных почв Западной Сибири и Казахстана (Базилевич, 1959; Убогов, Комиссаров, 1974; Бильдебаева, 1977). Для первых количество углерода равно 51,4 - 52,4, а для вторых - 58,0 -60,4 %, то есть количество углерода мерзлотных почв существенно ниже, несколько понижено содержание водорода, азота, что может быть отнесено к региональным особенностям состава ГК, которые формируются в жестких природно-климатических условиях из обедненных азотом растительных остатков (Вишнякова, 1999).
По данным современных авторов, элементный состав ГК одного типа почв может колебаться в различных пределах, иногда изменения бывают большими даже для установленных для различных типов почв. Причиной варьирования могут стать: 1) изменчивость гумификации, которая влечет изменчивость самих ГК в пространстве и времени; 2) различия приемов выделения; 3) ошибки при подготовке проб и проведении анализов. Например, при повышенной зольности препаратов ГК результаты определения углерода оказываются заниженными на 1-7 % на каждые 10 % золы Наличие ароматических структур негидролизуемой части молекул позволяет учитывать степень бензоидности (СБ). В черноземах европейской части России СБ равна 46 %, дерново-подзолистых —10 % (Тищенко, Рыдалевская, 1936). В почвах Западной Сибири: серые оподзоленные - 20 %; черноземы выщелоченные -28 % (Корсунова, 1974а). По величине степени бензоидности гумусовые кислоты почв Западной Сибири, Б.М. Кленов (1981) подразделяет на три группы: до 20 %, от 20 -30, и свыше 30. Соответственно -низкая, средняя и высокая степень бензоидности. Существенно низка СБ мерзлотных почв Забайкалья - 15-25 %, которая объясняет большую ранимость этих почв, подверженность их дефляции и деструкции гумуса (Вишнякова, 1999; Чимитдоржиева и др., 2000). Величины СБ хорошо коррелируют с содержанием углерода в ГК и совпадают в величинами коэффициентов экстинкции, которые высчитывают по спектрам поглощения в видимой области.
Накопление и разложение органического вещества
Плотность растительного покрова, густота, биомасса корневых систем определяют уровень накопления органических веществ и основных элементов питания в почвенном профиле. Основное поступление свежей органической массы в зоне сухих степей Забайкалья происходит за счет корней естественной растительности. При постоянном дефиците влаги и элементов питания корни сухостепной растительности переплетают верхнюю толщу почв, образуя мощную дернину, масса корней образует биологический экран, удерживающий многие элементы питания, концентрируя их в верхних горизонтах почвы, и гумусовый горизонт имеет малую мощность. Корневая масса в сухой степи в слое 0-20 см достигает до 200 ц/га, корневая масса лугового разнотравья составляет 130 ц/га. (Чимитдоржиева, 1990). По данным М.М. Кононовой (1963), в условиях Казахстана и Западной Сибири дернина и корни растительности на целине в слое 0-20 см составляют 200-250 ц/га; по данным В.И. Волковинцера (1978), для степных криоаридных почв Горного Алтая эта цифра равна 150-260 ц на 1 гектар. Соотношение в каштановых почвах органической подземной массы над надземной биомассой равно 1:10; 1:25 (Ногина, 1964).
Это свидетельствует, что обогащение степных почв органическим веществом осуществляется главным образом за счет корневых масс растительности. Если В.В. Пономарева (1964) считает, что отношение всего растительного опада к запасам гумуса характеризует интенсивность гумификации растительных остатков, то ряд авторов, в частности В.И. Волковинцер (1978), для характеристики последней приводит отношение запасов только корней к запасам гумуса. Запасы гумуса в верхнем слое исследуемых образцов каштановых почв составляют - от 37 до 62 т/га. Незначительные запасы гумуса объясняются тем, что каштановые почвы формируются в условиях, когда значительная часть свежего органического вещества, по - видимому, минерализуется. Большое влияние также оказывает горный характер рельефа, легкий гранулометрический состав почв, подверженность дефляционным процессам. В качестве оценки интенсивности процесса гумификации многие используют величину степени гумификации (Сгк : C0QUI) 100 и/или глубины гумификации Сгк: СфК. Оба эти показателя нарастают по мере накопления гуминовых кислот, их "зрелости" (степени бензоидности). В исследуемых почвах эти показатели невелики, по сравнению с немерзлотными аналогами. Глубина гумификации является функцией объема поступающих растительных остатков, интенсивности их трансформации, зависящей от скорости отдельных стадий процесса. Кроме того, величина Сгк : СфК тесно коррелирует с периодом биологической активности почв. Коэффициент корреляции близок к 0,95, т.е. глубина гумификации напрямую зависит от длительности периода биологической активности почв (Орлов, 1977). Поскольку холодные каштановые почвы имеют непродолжительный период биологической активности, то и глубина гумификации невелика.
Нарастание биохимической активности почв и длительности вегетационного периода в зональном ряду почв способствует формированию гуматного гумуса и наиболее зрелых гуминовых кислот. Но в условиях криогенеза, при пониженных температурах, дефиците влаги резко сокращен период трансформации органических веществ растительных остатков, что способствует более длительному их разложению и сохранению слабогумифицированных компонентов и неспецифических соединений. Поэтому в таких условиях начинают преобладать фульвокислоты (Бирюкова, Орлов, 1978; Орлов, Гришина, 1981). О том, что в условиях сезонной и длительной мерзлоты формируется более подвижный фульватный гумус, отмечено в ряде работ (Чигир, 1974; Гришина, 1985). Кроме того, в условиях избыточного увлажнения наибольшее увеличение коэффициентов гумификации происходит за счет фульвокислотных фракций гумуса, что, вероятно, связано с деятельностью анаэробных бактерий (Люжин, 1968). В условиях Забайкалья адаптационная реакция на неблагоприятные экологические условия среды выражается у растений в изменении качественного состава: происходит накопление прочных, устойчивых веществ, таких как лигнин и клетчатка, за счет понижения содержания азота, простых углеводов и зольных элементов. Поэтому как надземная, так и подземная части растений содержат большой процент целлюлозо - лигнинного комплекса. Это отрицательно сказывается на скорости минерализации растительных остатков, обусловливая медленное их разложение. Субстраты, обогащенные биологически неустойчивыми формами органических соединений (например, простыми углеводами), подвержены быстрому микробиологическому окислению с образованием в качестве конечных продуктов СО2 и Н2О. Разложение органических остатков с высоким содержанием ароматических структур, в частности, лигнина, протекает замедленно, а продукты трансформации преимущественно используются на построение молекул гумусовых соединений. Следовательно, лигнин играет особо важную роль в процессах гумусообразования. Лигнин в почвах трансформируется как путем распада до мономеров, так и вследствие частичных изменений макромолекулы (Орлов, 1990). При аэробной гумификации в составе лигнина значительно снижается содержание метоксильных групп, возрастает количество карбоксильных, гидроксильных и карбонильных групп, общая емкость обмена и т.д., что в конечном итоге приводит к новообразованию гумусовых веществ (Тюрин, 1937; Туев, 1989). Сложный химический состав и циклическое строение лигнина значительно затрудняют его биохимическое разложение. Степень разложения лигнина при более длительном инкубировании оказывается на порядок ниже темпов разложения не только гемицеллюлоз, но и целлюлозы. Поэтому лигнин традиционно рассматривается как один из самых устойчивых компонентов растительных остатков, который является источником соединений для гумусовых веществ. Регистрация спектров ядерно-магнитного резонанса исследуемых нами образцов ГК позволила определить фрагментный состав углерода лигнинного комплекса, который присутствует во всех препаратах и равен от 0,8-2,9 % от общего содержания фрагментов. Способностью разрушать лигнин обладают многие микроорганизмы. Микробиологическое разложение лигнина, вероятно, осуществляется комплексом окислительных экзоферментов типа фенолоксидаз, продуцируемых грибами, бактериями и актиномицетами. Экстремальные климатические условия затрудняют рост и развитие растений, формируют их своеобразный качественный состав (высокая лигнинофицированность, обедненность азотом, фосфором, кальцием, магнием), а также низкая биологическая продуктивность приводит к незначительному поступлению органического вещества. Процессы превращения растительных остатков в почве происходят при участии совокупной деятельности ассоциаций микроорганизмов, которая выполняет связующую роль между гумусом и растениями.
Содержание, запасы и состав гумуса каштановых почв в связи с их фациальностью
В Забайкалье значительную площадь занимает зона сухих степей с каштановыми почвами, которые характеризуются небольшим запасом гумуса. Содержание гумуса составляет 1,0 -2,5 %. На сильно эродированных почвах количество его снижается до 0,5 % (Ишигенов и др, 1989; Намжилов, Кокорин, 1990). Для изучения состава гумуса исследуемых каштановых почв, с максимальной привязкой к обсуждаемым в литературном обзоре образцам, были заложены разрезы на целине и пашне. Морфологическое описание профилей разрезов приведено ниже. Разрезы описаны В.А. Ревенским, Э.В. Цыбиковой, 2001 г. Разрез I. Селенгинский район. Пашня (овес). Заложен в 6 км от развилки "Улан-Удэ - Петропавловка", в 200 м по правую сторону под "Крестом". А пах 0-20 см Серовато-коричневая, влажная супесь, мелковатая структура, пронизана корнями, переход по плотности и по ясной линии цвета. А„/пах 20-29 см Светло-коричневая, влажная супесь, бесструктурная, пронизана корнями, переход заметный по цвету, граница ровная. В 29-50 см Светло-коричневая, влажная, бесструктурная супесь, встречаются единичные корни, переход по вскипанию от НС1. Вк 50-84 см Серо-коричневая с белесым оттенком супесь, влажная, бесструктурная, корней нет, вскипание бурное, переход ясный по цвету. ВСК 84-100 см Цвет серовато-белесый, хрящеватый, влажный, без корней, бесструктурный, вскипание слабое, переход ясный по цвету и слабому вскипанию С 120-150см Супесь серого цвета, бесструктурная с прослойками темно-серого, крупного песка и камней, увлажненная, не вскипает, переход заметный по гранулометрическому составу. Включения - мелкие камни с корочками карбонатов. Разрез 2. Селенгинский район. Целина. Заложен в 1,7 км от развилки «Улан-Удэ -Петропавловка» в 300 метрах от трассы, с юго-западной стороны пологой сопки. Почва каменистая. Растительность низкорослая: полынь холодная, гонеолимон красивый, житняк гребенчатый, лук двузубчатый, карагана узколистная, полевица монгольская. Проективное покрытие 30-40 %. А 0-11см Супесь буровато-коричневого цвета, бесструктурная, влажная, встречаются единичные камни, пронизана камнями, переход по линии ровный, по цвету ясный. 81 11-24 см Супесь светлее предыдущего слоя, серо коричневая, бесструктурная, пронизана корнями, увлажненная, встречаются единичные камни. Переход заметный. 82 25 - 56 см Супесь буровато-желтого цвета, с включениями отдельной щебенки и хряща, много камней, бесструктурная, с большими затеками гумусового горизонта в виде карманов, с включениями слоя буро-зеленого цвета, не вскипает, переход ясный. С 56-100 см Супесь бурого цвета, с большим включением камней, бесструктурная, перемешана со слоями щебенки буро-кирпичного цвета, следы разрушенной породы, переход по линии слабого вскипания от НС1. На глубине 70 см кипит бурно, на глубине 100 см - слабо. Основное скопление карбонатов находится на глубине 70-80 см. Разрез 3. Заиграевский район. Целина. Заложен в 500 м от с. Ацагат, в 300 м от трассы «Улан-Удэ - Хоринск». Рельеф холмисто - увалистый. Разрез заложен на высокой надпойменной террасе, в верхней трети юго-западного склона под сухостепной растительностью, в составе которой полынь горькая, подорожник, хамеродос прямостоячий, астра альпийская. Проективное покрытие 40-50 %. А 0-21 см Буровато-коричневая супесь. На поверхности и внутри горизонта мелкие камни, влажная, средней плотности, непрочно-комковатой структуры. Обильно пронизана корнями.
Переход в нижележащий горизонт неравномерный, ясный по цвету. Bi 21-49 см Буровато-желтого цвета супесь, слабоуплотнена, много камней, влажный, встречаются единичные корни. Переход по вскипанию от НС1. Вк 49 - 85 см Буровато-желтого цвета супесь, много камней. Встречаются белесые карбонатные пятна, нижняя сторона камней покрыта корочкой карбонатов, которая бурно вскипает, влажный, бесструктурный. В нижней части горизонта крупное рыхлое включение сизо - зеленого цвета с глянцевой поверхностью. Нижележащий горизонт подстилают крупные камни скальных пород. Разрез 4. Иволгинский район. Пашня. Опытный участок Иволгинского полустационара. А„ах 0-20 см Буровато-коричневатая супесь, комковато пылеватой структуры, сухая, рыхлая, присутствуют растительные остатки. Переход заметный по плотности. Ац/цах 20-28 см Буровато-коричневатая супесь, уплотнена, слабо щебнистая, непрочнокомковатой структуры, слегка увлажнена, пронизана корнями. Переход к следующему горизонту постепенный В 28-50 см Желтовато-бурая супесь, уплотнена, непрочно-комковатой структуры, увлажнена слабо, имеются корни, переход ясный по вскипанию.
Инфракрасные спектры поглощения
Инфракрасная спектроскопия (ИКС) дает богатую информацию о наборе важнейших атомных группировок и типов связей, а также и информацию о конкретном расположении отдельных групп. Преимущество этого метода заключено в исследовании изучаемого объекта без применения каких-либо воздействий, кроме растирания.
Систематические исследования ИК-спектров ГК проводятся у нас в стране с 1957 г. Все авторы, изучавшие инфракрасные спектры ГК, выделенные из различных типов почв, отмечают их сходство. Для них характерен определенный набор полос поглощения, что позволяет говорить об общем мотиве их построения (Касаточкин и др., 1958; Ларина, Касаточкин, 1966; Орлов и др., 1962; Болдырев, Алешин, 1964; Назарова, 1977; Орлов, 1990). Общность спектров привела к выводу о существовании особого класса соединений, образование которых обусловлено одинаковыми и направленными закономерностями (Орлов, 1990). Наряду с общностью гумусовых кислот, как особого класса соединений, ИК- спектры позволяют выявить и некоторые особенности, связанные со строением и условиями образования. Большее содержание группировок СНг и СНз и относительно пониженная роль ароматических структур выявлена в препаратах, выделенных из лесных почв. В спектрах ГК степных черноземов более ярко выражены полосы поглощения, свойственные бензоидным компонентам (Орлов, Зуб, 1963).
Инфракрасные спектры гуминовых кислот, выделенных из исследуемых почв, позволяют выявить общий мотив их построения и сходство со спектрами, полученными для почв другими авторами (Орлов, 1974; Орлов и др., 1962) (Рис. 5-9). Максимальная интенсивность полос поглощения отмечена для гидроксильных, карбоксильных и метоксильных групп. Различия между ГК сводятся в основном к разной интенсивности отдельных полос, по которой можно судить о большем или меньшем преобладании ароматической или алифатической частей в молекулах, оценить долю вклада отдельных группировок в построении молекул и отметить наличие некоторых типов связей.
Нами были обнаружены интенсивные полосы поглощения при длинах волн в области 3400 см 1, вызванные колебаниями гидроксильных групп -ОН; в области 2920 см"1, вызванные метиленовыми группировками, на преобладание в препаратах этих групп указывает и характер полос в области 1375-1480 см 1; ГК обладают сильным поглощениями в области 1700 см 1, принадлежащими карбоксильным группам; в области 1625-1610 см 1 вызванными ароматическими С=С, карбонильными С=0, хинонами, связанными с группами ОН водородной связью; 1260-1200 см 1 относимым к карбоксильной группе.
Наличие на ИК - спектрах всех исследуемых препаратов хорошо выраженной полосы валентных колебаний в области 1716.8- 1718.0 см , обусловлено у ГК в основном карбонилами карбоксильной группы, а иногда и С=0 кетонов и альдегидов. Сильное поглощение в этой области свидетельствует о обогащеніюсти молекулы ГК карбоксильными группами и о низкой зольности препаратов. О низкой золе также свидетельствуют полосы при 1150 -1050 см " , относимые к третичным, вторичным и первичным группам спиртов. Зола в препаратах составляет: ГК - 1,39 %, ГК2 - 1,45 %, ГК3 -1,81 %, ГК4 -1,09 %,ГК5- 1,07%.
Повышенное содержание азота определяют полосы Амид 1 со средней интенсивностью при 1650 см"1, обусловленные группами С=0 амидов или OCN-, и в диапазоне 1540-1545 см 1- Амид 2, выраженные группами NH или OCN. Полосы ароматических С=С связей от 1622.0- 1626.9 и 1512.0- 1515,0 см" имеют незначительную интенсивность, что может указывать на молодой возраст ГК, а отсюда на низкую консервативность гумуса этого типа почв. Интенсивность поглощения в области 1620 см"1 ослабляется в ряду ГК: 4-1-5-2-3, т.е наибольшее количество ароматических компонентов обнаружено в варианте ГК4, а наименьшее в ГКз, что является подтверждением соответствующих показателей величин Н/С, СБ, Е - величин, (табл. 15,17 ). Поглощение в этой области, вероятно, имеет сложное происхождение. Помимо С=С ароматической природы сдвиг полос в коротковолновую область, может быть вызвано двойными связями групп С=0 и наложением амидной группы.
Колебания С-Н в ароматических кольцах дают сигналы и при меньших частотах. По наличию спектров со слабой интенсивностью в области 860-730 см , можно сделать вывод о содержании ароматических колец более чем с двумя незамещенными атомами водорода. В коротковолновой области полосы поглощения в диапазоне 2920.8-2922.0 и 2848.0- 2861.0 см 1 вызваны колебаниями групп СНг и СНз (метильные и метиленовые группировки). Интенсивность поглощения структурных группировок углерода в этих диапазонах невелика, что позволяет предполагать о малой роли алканов в построении ГК, и алифатическая (гидролизуемая) их часть, вероятно, большей частью сложена группами аминокислот и углеводов. Таким образом, анализ характера ИК- спектров свидетельствует о том, что в исследуемых ГК присутствуют все компоненты углерода, биотермодинамически обусловленные природным отбором структуры этой органической макромолекулы. В них более развита алифатическая часть и понижено содержание ароматических компонентов, из чего можно сделать вывод о низкой устойчивости гумуса сухостепных почв против разрушающих его факторов. О последнем ярко свидетельствуют масштабы деградированных земель в сухостепной зоне региона.
Похожие диссертации на Гуминовые кислоты каштановых почв Западного Забайкалья
