Вопрос 22. Гумус и его состав.

Гумусом называют сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации органических остатков. Содержание гумуса в почвах определяется условиями и характером почвообразовательного процесса; оно колеблется в верхних горизонтах от 1—2 до 12—15%, резко или постепенно уменьшаясь с глубиной.

В торфяных горизонтах и лесных подстилках общее количество органических веществ может достигать нескольких десятков процентов, но они образуют не гумус, а массу торфа или полуразложившиеся растительные остатки подстилки. Количество и состав гумуса в почвах динамичны вследствие постоянного поступления в них органических остатков и непрерывности процессов их разложения и гумификации.

В состав гумуса входят 3 группы органических соединений:

1. вещества органических остатков;

2. промежуточные продукты их трансформации;

3. гумусовые вещества.

Гумусовые вещества представляют собой систему высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений циклического строения и кислотной природы, которая предопределяет их взаимодействие с минеральной частью почвы и возможность прочного закрепления в ней.

Характерная особенность системы гумусовых веществ — ее гетерогенность, т. е. наличие в ней различных по стадии гумификации компонентов. Следствием гетерогенности являются варьирование ряда свойств и возможность расчленения системы на ряд фракций с относительно однородным типом строения, но различающихся между собой по химическому составу, размеру частиц, степени подвижности и роли в почвообразовании.

Принято различать две основные группы гумусовых кислот: группу темноокрашенных гуминовых кислот, накапливающихся на месте своего образования, и группу фульвокислот, окрашенную в желтый или бурый цвет, более подвижную и относительно легко передвигающуюся по профилю почвы, выделяют еще гумины — комплекс гуминовых кислот и фульвокислот, очень прочно связанный с минеральной частью почвы и не выделяющийся из нее при обычных способах экстрагирования гумусовых кислот.

Гуминовые кислоты —высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты циклического строения. Они хорошо растворяются в слабых растворах едких и углекислых щелочей, пирофосфата натрия, щавелевокислого натрия, фтористого натрия и аммиака с образованием растворимых солей, называемых гуматами.

В зависимости от концентрации и типа почвы растворы гуматов имеют вишнево-коричневую или черную окраску.

Гуминовые кислоты растворяются также в некоторых органических растворителях — диметилформамиде, натриевой соли этилендиамин-тетрауксусной кислоты, пиридине, диметилсульфоксиде, образуя ряд растворимых производных.

Из растворов гуминовые кислоты легко осаждаются водородом минеральных кислот, а с катионами двух- и трехвалентных металлов образуют нерастворимые в воде соли. Препараты гуминовых кислот, выделенные из почвы, окрашены в коричневый или черный цвет. Гуминовые кислоты очень слабо растворяются в воде и не растворяются в минеральных кислотах. Гуминовые кислоты состоят из углерода, водорода, кислорода и азота. Их элементный состав колеблется в некоторых относительно узких пределах: С от 52 до 62%, Н от 2,8 до 5,8, О от 31 до 39, N от 1,7 до 5%.

Содержание этих элементов в гуминовых кислотах зависит от типа почвы, химического состава разлагающихся остатков, условий гумификации. Наиболее обуглерожены гуминовые кислоты черноземов. Сельскохозяйственное использование почвы под пашню мало изменяет элементный состав этих кислот.

Данные спектрографических, химических, хроматографических и рентгенографических исследований свидетельствуют о том, что молекула гуминовых кислот имеет сложное строение.

Очень неоднородны формы азота в гуминовых кислотах. Они представлены аминными, аминокислотными и азотсодержащими гетероциклическими группировками.

Характерной особенностью гуминовых кислот является их гетерогенность по величине молекул и составу. Любой препарат гуминовых кислот легко расчленяется на ряд фракций, различных по молекулярной массе и с несколько различным элементным составом. Молекулярная масса молекул гуминовых кислот колеблется от 4000—6000 до 50 000—100 000 при использовании метода гельфильтрации.

Гуминовые кислоты не имеют кристаллической структуры, но, как показывают электронографические исследования и рентгеноструктурный анализ, их молекула характеризуется упорядоченным сетчатым строением.

Основная масса гуминовых кислот в любой почве с рН более 5 находится в виде нерастворимых в воде органо-минеральных производных, а в почвах с кислой реакцией (рН менее 5) — в форме дегидратированных гелей и частично растворяется при действии щелочных растворов, образуя молекулярные и коллоидные растворы.

Фульвокислоты — высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Они растворимы в воде, кислотах, слабых растворах едких и углекислых щелочей, пирофосфата натрия и водном растворе аммиака с образованием растворимых солей — фульватов. Растворяются они также во многих органических растворителях. Выделенные из почвы препараты фульвокислот окрашены в светло-бурый цвет, а растворы их в зависимости от концентрации имеют окраску от соломенно-желтой до оранжевой. Фульвокислоты состоят из углерода, водорода, кислорода и азота, но меньше, чем гуминовые кислоты, содержат углерода и больше кислорода. Колебания элементного состава в них таковы: С от 40 до 52%, Н от 4 до 6, О от 42 до 52, N от 2 до 6%. Фульвокислоты благодаря сильнокислой реакции и хорошей растворимости в воде энергично разрушают минеральную часть почвы.