WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«ПАРАМАГНИТНАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЕННОГО ГУМУСА И ЕЕ ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ АНТРОПОГЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ (НА ПРИМЕРЕ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ) ...»

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

/ / __ Jd У- Ху? U

На правах рукописи

ЧУКОВ Серафим Николаевич

УДК 631.417.2

ПАРАМАГНИТНАЯ АКТИВНОСТЬ

ПОЧВЕННОГО ГУМУСА И ЕЕ ИЗМЕНЕНИЕ

ПРИ АНТРОПОГЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

(НА ПРИМЕРЕ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ)

Специальность 06.01.03 — почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА —1985 /:-?-i~

Работа выполнена на кафедре почвоведения и географии почв Ленинградского ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственного университета имени А. А. Жданова .

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных на­ ук, профессор! Л. Н.Александрова .

Научный консультант: кандидат биологических наук, до­ цент В. П. Цыпленков .

Официальные оппоненты: доктор биологических наук А. Д. Фокин, кандидат технических наук Я. М. Аммосова .

Ведущее предприятие — Почвенный институт им. В. В. До­ кучаева .



Защита состоится « а- » О^очЛЛл-О. 1985 г. в « Л ^ » часов на заседании Специализированного совета К.120.35.01 при Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тими­ рязева .

Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49, сектор за­ щиты диссертаций ТСХА .

С диссертацией можно ознакомиться в Ц Н Б ТСХА .

Автореферат разослан «

Ученый секретарь Специализированного совета — доцент /1/1^-^ Н. А. Гончарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. XXVI съезд КПСС и Продоволь­ ственная программа СССР определили в качестве основной задачи сельского хозяйства неуклонное повышение плодоро­ дия почв и «а его основе дальнейший рост урожайности и ва­ ловых сборов сельскохозяйственных культур. Для успешного решения поставленной задачи необходимы углубленные ис­ следования химизма процессов трансформации органическо­ го вещества почв • важнейшего фактора почвенного плодо­ — родия. Зона распространения серых лесных почв является важным земледельческим районом Нечерноземной зоны РСФСР. На этих почвах находится около 18% сельскохозяй­ ственных угодий страны, причем в лесостепной зоне Европей­ ской части СССР серые лесные почвы хозяйственно освоены почти полностью. Свойства этих почв к настоящему времени изучены достаточно хорошо, но по-прежнему нет ясности в вопросе о ^направленности и механизме трансформации орга­ нического вещества при различного рода.антропогенных воз­ действиях, прежде всего при распашке. Причина этого за­ ключается в том, что в настоящее время система показате­ лей состояния органического вещества достаточно сложна и имеет дело с экстрагированными из почвы препаратами. Та­ ким образом, представляет интерес поиск и разработка мето­ да, который бы позволял исследовать органическое вещество в нативном состоянии непосредственно в почве и был бы чув­ ствителен к изменению его качественного состава, в особен­ ности в условиях интенсивного сельскохозяйственного ис­ пользования (ПОЧВЫ .



Цель и задачи работы. Цель работы состояла в изучении процессов трансформации органического вещества серых лесных почв при антропогенном воздействии (распашке, по­ ступлении тяжелых металлов и др.) и оценке возможности применения метода ЗПР для контроля за качественными из­ менениями органического вещества в ходе этих процессов .

В программе исследований были поставлены следующие задачи:

I ~$лт :v К .

1. Разработать методические аспекты применения спек­ троскопии ЭПР к изучению органического вещества почв как в препаратах (твердых и в растворе), так и непосредственно в почвенных образцах .

2. Дать общую характеристику физико-химических свойств, группового и фракционного состава гумуса серых лесных почв .

3. Изучить взаимосвязь парамагнитной активности с про­ цессами трансформации органического вещества, протекаю­ щими в целинном состоянии и при антропогенном воздей­ ствии .

4. Исследовать методом ЭПР органическое вещество; не­ посредственно в почвенных образцах и дать оценку его изме­ нения при антропогенном воздействии .

Объекты исследования. В качестве основного объекта ис­ следования были выбраны два парных (находящиеся в пре­ делах одного почвенно-географического контура) разреза целинной и пахотной серой лесной почвы из района заповед­ ника «Лес на Ворскле» Белгородской области. Кроме того, дополнительно были исследованы образцы из разреза погре­ бенной серой лесной почвы, находящегося в одном почвенногеог.рафическом контуре с двумя основными разрезами, а так­ же из парных разрезов целинных и пахотных чернозема ти­ пичного (Белгородская область) и дерново-подзолистой поч­ вы (Ленинградская область) .

Методы работы. В качестве основного метода исследова­ ния был использован электронный парамагнитный резонанс (радиоспектрометр типа РЭ-1306). Физико-химические ха­ рактеристики почвенных образцов и препаратов гумусовых кислот определялись общепринятыми методами. Все опреде­ ления проведены в 3-кратной повторности .

Научная новизна. Предложен принципиально новый спо­ соб оценки качественного состава органического вещества почвы по спектру ЭПР, основанный на впервые обнаружен­ ном факте присутствия в почве не одного, как было известно ранее, а трех различных типов парамагнитных центров (ПМЦ), один из которых, с g-фактором 2,003, хорошо извес­ тен и локализован в молекулах гумусовых кислот, а второй, с g-фактором 2,002, находится в структуре инертных, прочно связанных с минеральной частью фракций органического ве­ щества. В данном случае метод ЭПР предлагается использо­ вать для изучения органического вещества в его нативном со­ стоянии непосредственно в почвенных образцах, не прибегая к различным экстрактивным процедурам. По результатам анализа литературных и собственных экспериментальных данных показано, что парамагнитная активность гумусовых кислот (концентрация ПМЦ с g-фактором 2,003) обратно проо лорциоиалыга их биотермодинамическон устойчивости и глу^ бине гумификации .



Впервые изучено влияние различных ка* тнонов на парамагнитную активность гуминовых кислот (ГК)" в растворе и показано присутствие в их молекулах двух ти­ пов ПМЦ с g-фактором 2,003, принадлежащих периферичес­ кой и ядерной части молекул ГК. По результатам исследова­ ния парамагнитной активности и других физико-химических свойств органического вещества серых лесных почв сделан вывод, что при распашке и других антропогенных воздейст­ виях его качественный состав заметно меняется. Наряду с об­ щим уменьшением количества органического вещества про­ исходит относительное накопление инертных прочно связан­ ных с минеральной частью фракций, возрастает биотермоди­ намическая устойчивость и глубина гумификации гумусовых кислот .

Практическая значимость и реализация результатов ра­ боты. Предложен новый способ оценки качественного соста­ ва органического вещества почв, простота и надежность ко­ торого позволяют рекомендовать его к внедрению как в прак­ тике научных исследований, так и производственных усло­ виях при агрохимическом обследовании почв. Полученные ре­ зультаты доведены до широкого круга специалистов путем публикаций и докладов на конференциях. Данные работы используются в читаемых на кафедре почвоведения и геогра­ фии почв ЛГУ курсах «Физико-химические методы исследо­ вания почв» и «Биохимия перегнойных веществ» .

Апробация полученных материалов. Основные материалы работы доложены на научных конференциях «Нечерноземные почвы и пути их рационального использования» (Ленинград, 1979, 1980, 1982, 1983 гг.), «Докучаевское почвоведение 100 лет на службе сельского хозяйства» (Ленинград, 1983 г.), «Современные методы физико-химических исследований и хи­ мико-аналитического контроля в сельском хозяйстве» (Тю­ мень, 1984 г.) и опубликованы в ряде статей .

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, практических рекомендаций и списка использован­ ной литературы, включающего 181 наименование (из них Г~ на иностранных языках). Содержание ее изложено на 173 страницах машинописного текста с 14 таблицами и 24 рисун­ ками .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 — «Современные представления о влиянии сельскохозяйственного освоения на органическое вещество почвы» — кратко изложено" современное состояние исследо­ ваний по динамике органического вещества в пахотных се­ рых лесных почвах и связи его с плодородием почвы. Отмечено, что, несмотря на единство взглядов в вопросе об общей направленности трансформации органического вещества поч­ вы при ее распашке, в литературе встречаются большие рас­ хождения в трактовке молекулярных механизмов этого про­ цесса. Указано, что анализ современной литературы не по­ зволяет предложить надежный, объективный критерий каче­ ственного состава органического вещества почвы в период ее интенсивного сельскохозяйственного использования .

В главе 2 — «Метод электронного парамагнитного резо­ нанса в изучении почв и гумусовых веществ» — кратко изла­ гаются основы теории спектроскопии ЭПР, освещаются со­ временные взгляды на природу парамагнетизма гумусовых веществ и роль ПМЦ в органическом веществе почвы. Рас­ сматриваются работы М. М. Кононовой (1965), И. Д. Комис­ сарова и Л. Ф. Логинова с соавторами! (1971), Н. Н. Бамбалова с' соавторами (1976), С. Л. Алиева с соавторами (1977), В. Ф. Бабанина с соавторами (1977, 1983) и других исследо­ вателей, указывающих, что парамагнитная активность яв­ ляется важнейшей характеристикой гумусовых веществ поч­ вы. Анализ литературы о влиянии органо-минеральных взаи­ модействий на парамагнитную активность гумусовых соеди­ нений показал, что подавляющее большинство работ выпол­ нено на единичных препаратах без исследования концентра­ ционных зависимостей, а соотношение гумусовых кислот с ка­ тионами часто во много раз превышает пропорции, возмож­ ные в естественных условиях. Сопоставление литературных (Д. С. Орлов, 1979; В. И. Касаточкин и др., 1969; Л. А. Блюменфельд и др., 1962) и полученных нами данных позволило предположить, что парамагнитная активность гумусовых кис­ лот обратно пропорциональна их биотермодинамической ус­ тойчивости и глубине гумификации. Указано, что, несмотря на принципиальную возможность, метод ЭПР крайне редко использовался для изучения органического вещества в его натнвном состояния непосредственно в почвенных образцах .

В главе 3 — «Характеристика объектов исследования» — излагаются результаты изучения общих физико-химических характеристик и группового и фракционного состава гумуса образцов из основных (целинного и пахотного) разрезов се­ рых лесных почв, а также образца гумусового горизонта по­ гребенной серой лесной почвы. Анализ полученных результа­ тов показывает, что в серой лесной почве при антропогенном воздействии (распашке, погребении и др.) происходит замет­ ное изменение многих физико-химических характеристик почв: резко надает содержание органического вещества и из­ меняется его качественный состав — относительно уменьшает­ ся доля подвижных фракций гумусовых кислот, сильно нада­ ет ёмкость поглощения. Между горизонтом Bi целинной и гуI .

мусовым горизонтом погребенной серой лесной почвы отме­ чено сходство в составе органического вещества, которое ха­ рактеризуется ярко выраженным гуматным составом с пре­ обладанием 2-й фракции гумусовых кислот, что обусловлено, очевидно, аналогичными бногидротсрмическими условиями гумусообразования в этих горизонтах .

В главе 4 — «Методические аспекты применения метода электронного парамагнитного резонанса к изучению гумусо­ вых кислот почвы» — предложены экспериментально обосно­ ванные оптимальные параметры регистрации спектров ЭПР твердых образцов гумусовых кислот (степень измельчения препарата, величина навески, мощность излучения СВЧ и амплитуда модуляции) .

Для регистрации спектров ЭПР рас­ творов ГК был изготовлен плоский капилляр из органическо­ го стекла и отработана методика его применения. Изучение влияния различных методов очистки на парамагнитные свой­ ства препаратов ГК позволило предложить мягкую, но доста­ точно эффективную методику их очистки, состоящую из по­ следовательной обработки щелочного экстракта (0,1 н NaOH) коагулятором (нас. р-р Na 2 S04), сверхскоростного центрифу­ гирования при 25 тыс. об/мин. и диализа, после которого пре­ парат сушили в вакууме над Р2О5 при t=40°C. Эта стандарт­ ная методика, применявшаяся нами для очистки всех иссле­ дованных образцов, позволяла.получать препараты с зольно­ стью 2—4% .

В главу 5 — «Применение метода электронного парамаг­ нитного резонанса для изучения органического вещества се­ рых лесных почв» — входят три раздела, отражающих основ­ ные результаты проведенных исследований .

В разделе 5.1 — «Исследование методом электронного па­ рамагнитного резонанса процесса взаимодействия Тумановых кислот с катионами» — излагаются результаты эксперимен­ тов но взаимодействию ГК различных почв с катионами же­ леза, марганца, меди, кальция, цинка, свинца и алюминии .

Исследование твердых препаратов комплексов показало, что при взаимодействии с катионами железа в ГК резко надаег содержание ПМЦ (они дают сигнал с g-фактором 2,003) .

В сухой смеси ГК с хлоридом железа этот факт не обнару­ живается. Очевидно, ПМЦ ГК непосредственно участ­ вуют в реакции с катионами железа. Анализ формы линии сигнала ЭПР полученных препаратов методом линейных анаморфоз показал, что ПМЦ ГК можно условно раз­ делить на две группы: ПМЦ, находящиеся на близком рас­ стоянии друг от друга, локализованные, по-видимому, в «ядерной» части ГК (для них характерен обмен энергией друг с другом — так называемое сшш-спиновос обменное взаимодействие) и ПМЦ, рассеянные по молекулам ГК, возможно локализованные в их «периферической» части (для них характерно спин-решетное обменное взаимодействие, в случае которого обмен энергией происходит между ПМЦ и остальной частью молекулы). При возрастании концентрации железа в ГК начинают относительно преобладать ПМЦ «ядерной» части — они, повидимому, реагируют с катионами железа медленнее, чем ПМЦ «периферической» части. Этот факт может свидетельствовать о труднодоступности ПМЦ «ядерной» части ГК для катионов железа .

Изучение динамики интенсивности наблюдаемых в спект­ ре ЭПР ПК сигналов с ^-факторами 4,3 и 2,11 показало, что при малых концентрациях катиона железа (до 0,5 мг-экв. на 1 г ГК) происходит резкое увеличение первого сигнала, а второй начинает увеличиваться только лри дальнейшем по­ вышении концентрации железа. Следует отметить, что п пре­ парате сухой смеси ГК с хлоридом железа наблюдается за­ метное увеличение только сигнала с g-факгором 2,11. Это позволяет предположить, что сигнал с g-фактором 4,3 вызван атомами железа, химически связанными с молекулами ГК, а сигнал с ^-фактором 2,11 может быть обусловлен железом, или поверхностно адсорбированным молекулами ГК, или его минеральными формами, присутствующими в ГК уже как ме­ ханическая примесь (такой же сигнал наблюдается у чистого хлорида железа) .

При изучении парамагнитных свойств ГК в растворе воз­ никла необходимость подробного исследования влияния рН раствора'на концентрацию ПМЦ в ГК. Полученная зависи­ мость, приведенная на рисунке 1, свидетельствует, что в об­ ласти значений рН от 2,5 до 10,6 концентрация ПМЦ увели­ чивается в среднем на 10—15% на единицу рН. Это явление можно объяснить стабилизацией семихиноидных радикалов при подщелачивании среды. В области значений рН 2,0 и ни­ же (до 0,8) концентрация ПМЦ вновь начннаег повышаться, что может быть связано с сильной коагуляцией и частичным кислотным гидролизом молекул ГК .

Гетерогенность ПМЦ в ГК, обнаруженная при изучении твердых препаратов комплексов ГК с железом, была под­ тверждена исследованиями железо-гуминовых комплексов в растворе, результаты которых представлены на рисунке 2. Во всех ГК наблюдается зона насыщения, которая возникает, очевидно, после истощения ПМЦ «периферийных» структур ' ГК и далее сменяется новым падением концентрации ПМЦ, обусловленным вступлением в реакцию с катионами ПМЦ «ядерной» части ГК. Таким образом, по положению зоны на­ сыщения можно оценить количественное соотношение двух типов ПМЦ. Из рисунка 2 видно, что в ГК чернозема и па­ хотной серой лесной почвы можно отметить несколько меньшее содержание ПМЦ периферической часта, чем в ГК це­ линной темно-серой лесной почвы. Опыты по комлексообразованию ГК с другими катионами также подтверждают эют вывод и позволяют разделить использованные катионы на три группы. Железо, медь и марганец активно взаимодейст­ вуют с ПМЦ ГК до почти полного исчезновения ПМЦ. Кати­ оны свинца и алюминия реагируют лишь с частью ПМЦ ГК, а взаимодействие катионов кальция ii цинка с ПМЦ ослож­ няется образованием комплексов с переносом заряда (Л. Л. Блюмеиярельд и др., 1962; 3. В. Григорьева и др., 1967), что может привести даже к увеличению парамагнитной ак­ тивности ГК .

• В разделе 5.2 — «Использование метода электронного па­ рамагнитного резонанса при изучении степени гумификации органического вещества серых лесных почв» — излагаются результаты изучения естественного уровня парамагнитной ак­ тивности различных фракций гумусовых кислот, выделенных из исследованных почв. Если проинтерпретировать данные таблицы 1 в соответствии с предложенной выше гипотезой использования парамагнитной активности в качестве показа­ теля, обратно пропорционального биотермодинамической ус­ тойчивости и глубине гумификации гумусовых кислот, то можно отметить, что препараты из горизонта Ai целинной се­ рой лесной почвы имеют самую высокую парамагнитную ак­ тивность и низкую оптическую плотность, что свидетельст­ вует об их слабой биотермодинамической устойчивости и не­ большой глубине гумификации. В то же время гуминовые кислоты чернозема имеют весьма низкую парамагнитную ак­ тивность и высокую оптическую плотность, что, в согласии с литературными данными, свидетельствует об их большой глу­ бине гумификации и высокой биотермодинамической устой­ чивости .

Следует отметить, что препараты из горизонтов В( целинной и А] погребенной серых лесных почв сравнительно близки по свои парамагнитным свойствам к гуминовым кис­ лотам чернозема. Препараты горизонта Апах. пахотной серой лесной почвы по концентрации ПМЦ в ГК занимают проме­ жуточное положение в этом ряду, однако фульвокислоты име­ ют самую низкую парамагнитную активность (этому факту пока трудно дать исчерпывающую интерпретацию) .

Таким образом, сопоставляя данные по концентрации ПМЦ и оптической плотности, можно заключить, что при рас­ пашке, погребении и связанных с ними 'изменениях биогидротермического режима гумусообразования в гумусовом горизонте серой лесной почвы происходит относительное накоп­ ление биотермодинамически высокоустойчивых глубоко гумифнцированных соединений с высокой оптической плотностью и" низкой парамагнитной активностью. Трансформация гумуТаблица 1 Данные спектроскопии ЭПР по препаратам гумусовых кислот КПМЦ,' спнн/г-1016 Е 0,001% ГК Горизонт Препарат (р-фактор= 1 см, 465 нм =2,00»

ГКч1, 50,7 0,064 Серая лесная ГК-2 203,2 Л, ФК-1»+1 17„3 ФК-2 140,6 Г.К-4.' П,2 0,076 Серая лесная ГК-2 64,0 ' ФК-1а+1 6,1 ФК-2 70,2 27,0 0,067 ГК-'Ь Серая лесная ГК-2 63,8 ФК-la+I ФК-2 SJ "пахГК-,1 0,002 17,0 Чернозем ГК-2 46,5 ФК-1а+1 '16,5 ФК-2 14,7 Л ГК-1 12,4 0,073 ГК-2 Серая лесная 27,5 ФК-1а+1 12,9 АпогрФК-2 10,1 <

–  –  –

—"*•*•ЙЮ ЯЯГ~^ Рис.7 Влияние инкубации на пара­ магнитную активность образца це- -оттг, и р ^ т т ^ ^ ^ л / ^ ™ » м м. 1 »

SS'Lrr^^SSSSSSSLjyS0" линной серой лесной почвы. ром ±-еС1ч на парамагнитную ак­ ч тивность образца дерново-подзолистой почвк .

совых соединений, происходящая в серой лесной почве при распашке, в целом адекватна изменению биогидротермичееких условий гумусообразования, которое заключается в рез­ ком сокращении поступления органических остатков и замет­ ной интенсификации микробиологической деятельности по разложению гумусовых веществ. Отметив существенные из­ менения парамагнитной активности в препаратах гумусовых кислот, мы поставили цель зафиксировать эти изменения в самих почвенных образцах .

В разделе 5.3 — «Изучение парамагнитной активности ор­ ганического вещества непосредственно в почве» — излагают­ ся результаты изучения парамагнитной активности органи­ ческого вещества в его нативном состоянии собственно в поч­ венных образцах. Эти исследования дают редкую возмож­ ность изучать почву как цельную гетерополиднсперсную сис­ тему, не прибегая к предварительному экстрагированию ор­ ганического вещества в виде каких-либо условных фракций .

Анализ известных нам литературных источников по этому во­ просу показал, что все исследователи, изучавшие спектры ЭПР образцов почв, обнаруживали в области ц-фактора 2,0 только один узкий сигнал с g-фактором 2,003. В полученном нами спектре ЭПР горизонта Ai целинной серой лесной поч­ вы в указанной области наблюдается такой же единичный узкий синглетный пик с g-фактором 2,003; принадлежащий ПМЦ, наблюдавшимся нами в препаратах гумусовых кислот, выделенных из этого образца почвы. Однако в спектре ЭПР образца гумусового горизонта пахотной серой лесной почвы, представленном на рисунке 3, наряду с известным сигналом с g-фактором 2,003, впервые были обнаружены еще два — с ^-факторами 2,002 и 2,008 ранее никем не наблюдавшиеся ни в почвенных образцах, ни в выделенных из них препаратах гумусовых соединений. Такой спектр ЭПР'может свидетель­ ствовать о наличии в этом образце почвы не одного, как было известно ранее по литературным данным, а трех различных типов ПМЦ .

Проявление в гумусовом горизонте пахотной серой лесной почвы новых типов ПМЦ можно объяснить влиянием рас­ пашки, при которой в этом горизонте произошла частичная деструкция и минерализация органического вещества, о чем можно судить по уменьшению содержания общего углерода .

Данные по исследованию образцов гумусовых горизонтов чернозема типичного и дерново-подзолистой почвы, представ­ ленные в таблице 2, подтверждают вывод, сделанный нами на образцах серых лесных почв .

Концепция' ведущей роли деструктивных процессов в проявлении нового типа ПМЦ была подтверждена в ряде экс­ периментов по гидролизу и окислительной деструкции органического вещества "Целинных почв. Результаты, представлен­ ные.в таблице 2 и на рисунке 4, показывают, что как гидро­ лиз и удаление гумусовых кислот раствором щелочи, так и

•окислительная деструкция органического вещества раство­ ром перекиси водорода вызывают сильное уменьшение сигнала 2,003 от гумусовых кислот и появление значи­ тельного количества ПМЦ 2,002. Однако использован­ ные методы не в состоянии деструктировать и удалить все ор­ ганическое вещество. Для окончательного вывода о природе нового типа ПМЦ была использована термодеструкция в ар­ гоне. Данные, представленные на рисунке о, показывают, что

•соединения с ПМЦ 2,002 оказались значительно менее устой­ чивыми к воздействию температуры, чем ПМЦ гумусовых соединений. Этот результат позволяет выдвинуть гипотезу об органическом происхождении нового типа ПМЦ, которая лодтверждается данными по сравнительно быстрому насыщению сигнала 2,002 от увеличения мощности СВЧ при регистрации спектра ЭПР, представленным на рисунке 6, что также ука­ зывает- на органическую природу этих ПМЦ (Л. Л. Блюменфельд и др., 1962) .

После лабораторных, экспериментов по искусственной де­ струкции органического вещества встала необходимость ис­ следования роли естественных природных факторов в появле­ нии ПМЦ 2,002 в почве. Пахотные почвы, например, больше чем целинные, подвергаются облучению солнечным ультра­ фиолетом, однако искусственное облучение горизонта А( це­ линной серой лесной (почвы вызвало лишь значительное уве­ личение числа уже имевшихся в ней ПМЦ 2,003, как это вид­ но из таблицы 2, и не привело к появлению каких-либо до­ полнительных сигналов в этой области спектра .



Для выяснения роли микробной деструкции в появлении нового типа ПМЦ был заложен опыт по длительному инкуби­ рованию образца горизонта Ai целинной серой лесной почвы .

Результаты, представленные на рисунке 7, показывают, что инициирование микробной деятельности слабым раствором глюкозы приводило к резкому усилению деструкции, о чем

•можно судить по увеличению числа ПМЦ 2,003. С течением времени, однако, установилась тенденция к снижению их кон­ центрации. В образце с 250-дневным сроком инкубации, на' ряду с уменьшением содержания общего углерода, происхо^,дит изменение качественного состава органического вещест­ ва. Возрастает его биотермодинамическая устойчивость н глубина гумификации. Этот срок оказался, однако, недоста­ точным для коренных изменений в качественном и количест­ венном составе органического вещества, необходимых для. проявления ПМЦ 2,002. :

-. По нашему мнению,. требованию достаточной продолжителыюсти инкубирования при почти полном отсутствии по­ ступления свежих органических остатков вполне отмечает гу­ мусовый горизонт погребенной серой лесной почвы. В нем, как это видно из таблицы 2, слабый сигнал от ПМЦ 2,003 сочетается с достаточно интенсивным сигналом от ПМЦ 2,002 .

Ранее по результатам анализа группового и фракционного состава гумуса и по исследованию препаратов гумусовых кис­ лот уже был сделан вывод о высокой бнотермодинамической устойчивости и глубокой гумификации относительно прочно связанных с минеральной частью гуминопых кислот погре­ бенного горизонта. Таким образом, можно предположить, что микробная деструкция органического вещества является, повидимому, основным фактором, приводящим к появлению ПМЦ 2,002. Весьма интересен также обнаруженный нами факт присутствия небольшого количества ПМЦ 2,002 в ряде образцов почвообразующих пород, что свидетельствует о про­ никновении соединений с этими ПМЦ на большую глубину .

После выяснения природы и происхождения нового типа ПМЦ для определения их реакцнонноспособности был по­ ставлен опыт по взаимодействию ПМЦ с катионами железа .

Результаты, представленные на рисунке 8, свидетельствуют об относительно высокой реакцнонноспособности ПМЦ 2,003 и полной инертности ПМЦ 2,002. Таким образом, на основа­ нии полученных результатов можно сделать вывод, что сиг­ нал 2,002 обусловлен ПМЦ, находящимися в структуре инерт­ ных органических веществ, прочно связанных с минеральной частью. Эти, по-видимому, не очень высокомолекулярные ве­ щества, являясь пионерами органо-минеральных взаимодей­ ствий, занимают самые прочные комплсксообразующие пози­ ции на поверхности кристаллических решеток минералов, формируя своеобразную матрицу, ПМЦ которой в дальней­ шем, если происходит гумусово-аккумулятианый процесс, уча­ ствуют в закреплении и достройке более высокомолекулярных гумусовых соединений. При распашке и других воздействиях, изменяющих биогидротермические условия гумусообразования, начинают преобладать деструктивные процессы, приво­ дящие вновь к относительному увеличению доли ирочносвязанных с минеральной частью соединений, несущих в своей структуре ПМЦ 2,002 .

|Проведеииые исследования позволяют предложить прин­ ципиально новый показатель качественного состава органи­ ческого вещества, при определении которого после регистра­ ции спектра ЭПР образца почвы выбирают сигналы с ^-фак­ торами 2,002 и 2,003 и определяют их количественное соотно­ шение по следующей формуле:

И ir _ (ДНг.ооз)2 Га а»

(ДНгосз) 2 1з*с2 где ДН — ширина линии, отн. ед., I — амплитуда лшнпг, отн. ед .

При практических расчетах для тех образцов, в которых сигнал от ПМЦ 2,002 не проявляется, его нужно принимать за уровень практической чувствительности прибора (для ра­ диоспектрометра РЭ-1306 — около 5ХЮ12 спинов в навеске,

•взятой для получения спектра ЭПР). По величине коэффи­ циента К можно судить о соотношении в почве активных и пассивных, прочно связанных с минеральной частью, инерт­ ных фракций органического.вещества. Данные таблицы 2 показывают, как изменяется качественный состав органичес­ кого вещества при распашке почвы .

Принципиальная новизна предлагаемого показателя и способа его определения состоит в том," что метод ЭПР ис­ пользуется в данном случае для исследования всего органи­ ческого вещества в его нативном состоянии и определяются непосредственные реакционные центры молекул, а не отдель­ ные условные фракции. В результате этого значительно по­ вышается надежность, информативность и скорость опреде­ ления, что позволяет рекомендовать указанный способ для контроля за качественным составом органического вещества

•почвы в период ее сельскохозяйственного использования .

Выводы

1. По результатам проведенных исследований были раз­ работаны некоторые методические аспекты применения мето­ да ЭПР к изучению органического вещества почв, предложе­ ны экспериментально обоснованные параметры подготовки образцов и регистрации спектров ЭПР. Специальное исследо­ вание/проведенное для изучения влияния различных методов "очистки на парамагнитную активность препаратов гумусовых кислот, позволило выбрать наиболее мягкую, но достаточно эффективную методику очистки этих препаратов .

2. По результатам анализа литературных и полученных нами экспериментальных данных показано, что величина па­ рамагнитной активности гумусовых кислот обратно пропор­ циональна их биотермодинамнческой устойчивости и глубине гумификации. При распашке, погребении и связанных с ними л!эменениях биогидротермических условий гумусообразования происходит трансформация органического вещества, которая заключается в относительном накоплении биотермодинамически высокоустойчивых и глубоко гумифнцированных соеди­ нений с высокой оптической плотностью и низкой парамагннтной активностью... .

3. При исследовании твердых препаратов комплексов ГК чернозема с катионами железа показано, что сигнал ЭПР с ^-фактором 4,3 в молекулах ГК обусловлен железом, входя­ щим в комплекс с ГК, а сигнал с g-фактором 2,11 вызван ми­ неральными формами железа, присутствующими в молекулах ГК как минеральная примесь. При исследовании формы ли­ нии сигнала ЭПР от ПМЦ. П \ была показана их гетероген­ ность. Их можно разделить на ПМЦ периферической части и ПМЦ ядерной части ГК, причем первые взаимодействуют с катионами железа гораздо быстрее последних .

4. Наличие двух типов ПЛ1Ц подтверждено в эксперимен­ тах по комплексообразованию различных ГК с катионами же­ леза в растворе. Обнаружена зона насыщения ПМЦ перифе­ рических алифатических структур, по положению которой можно • оценить количественное соотношение двух типов ПМЦ. В ГК чернозема и пахотной серой лесной почвы отме­ чено несколько меньшее содержание ПМЦ периферической части, чем в ГК целинной темно-серой лесной почвы .

5. Эксперименты по комплексообразованию ГК целинной темно-серой лесной почвы в растворе с различными катиона­ ми показали, что железо, марганец и медь сильно взаимодей­ ствуют с ПМЦ ГК, что приводит к резкому падению пара­ магнитной активности. Катионы свинца и алюминия реагиру­ ют лишь с частью ПМЦ ГК, а взаимодействие катионов каль­ ция и пинка с ПМЦ осложняется образованием комплексов с переносом заряда, что может привести даже к увеличению концентрации ПМЦ в ГК .

6. Зависимость парамагнитной активности ГК в растворе от реакции среды была изучена в диапазоне 0,8—10,6 еди­ ниц рН. В области значений рН от 2,5 до 10,6 концентрация ПМЦ увеличивается в среднем на 10—15% на единицу рН, что объясняется стабилизацией семихиноидных радикалов при подщелачпванип среды. При рН 2,0 и ниже концентрация ПМЦ вновь начинает повышаться, что может быть связано с сильной коагуляцией и частичным кислотным гидролизом ГК .

7. В спектре ЭПР пахотных горизонтов пахотной серой лесной почвы, пахотного чернозема, пахотной дерново-подзолнетой почвы, а также в гумусовом горизонте целинной дер­ ново-подзолистой почвы, наряду с наблюдающимся ранее сиг­ налом с g-фактором 2,003 от ПМЦ гумусовых кислот, впер­ вые были обнаружены еще два сигнала с g-факторами 2,002 и 2,008, что свидетельствует о присутствии в исследованных почвах не одного, как было ранее известно по литературным данным, а трех различных типов ПМЦ .

8. Показано, что обнаруженные нами сигналы, отсутству­ ющие в гумусовых горизонтах целинных черноземах и темносерой лесной почвы, могут проявляться в них из-за частичной деструкции органического вещества в результате распашки и сельскохозяйственного использования почвы. Деструктивная концепция была подтверждена при искусственной обработке образцов целинных почв растворами перекиси водорода, ед­ кого натра и хромовой смесью .

9. В числе природных факторов, вызывающих появление новых типов ПМЦ, ведущим является, по-видимому, микро­ биологическая деятельность. В спектре ЭПР образца гумусо­ вого горизонта погребенной серой лесной почвы наблюдают­ ся те же три сигнала в области g-фактора 2,0, что и в спектре пахотного горизонта пахотной серой лесной почвы .

Этот факт также может служить доказательством аналогии результатов процессов трансформации органического вещест­ ва при распашке и погребении .

10. Полученные данные позволяют отнести ПМЦ с д-фактором 2,002 к органическому веществу. Они, по-видимому, ло­ кализованы на органических молекулах, труднодоступность или прочность связи которых с минеральной частью обуслов­ ливает их химическую инертность ' и не позволяет подверг­ нуться деструкции или гидролизу .

11. Проведенные исследования позволили предложить принципиально новый способ оценки качественного состава органического вещества почв путем определения соотноше­ ния фракций активного и пассивного органического вещества непосредственно в почвенном образце по спектру ЭПР .

" Рекомендации Метод электронного парамагнитного резонанса, как мощ­ ный современный инструментальный метод, можно рекомен­ довать к самому широкому внедрению в практике научных изысканий в области исследования органического вещества почв. Наиболее продуктивно этот метод может использовать­ ся в исследовании степени гумификации гумусовых соедине­ ний и их реакций с различными органическими и неоргани­ ческими компонентами почвы, а также для изучения органи­ ческого вещества в его нативном состоянии непосредственно в почвенных образцах .

По результатам проведенных исследований, мы предлага­ ем надежный, точный и быстрый способ определения качест­ венного состава органического вещества непосредственно в почвенных образцах с помощью регистрации сигналов ЭПР с

-факторами"2,003 и 2,002, по соотношению которых можно судить о количественном соотношении активных и пассивных фракций органического вещества. Предлагаемый способ мо­ жет быть особенно удобен для контроля за динамикой изме­ нения качественного состава органического вещества при сельскохозяйственном использовании.почвы .

Список опубликованных работ

1. Ц ы п л е н к о в В. П., Ч у к о в С. Н. Влияние различ­ ных методов очистки препаратов гуминовых кислот на их фи­ зико-химические свойства. — В сб.: Развитие фундаменталь­ ных и прикладных исследований. Секция биологии Ленингр .

гос. ун-та. Л., 1984, с. 132—137. (Рукопись деп. в ВИНИТИ 11.06.84 г. № 3843—84) .

2. Ц ы п л е н к о в В. П., Ч у к о в С. Н. Использование метода ЭПР при изучении степени гумификации органическо­ го вещества по профилю серой лесной почвы. — В сб.: Гене­ зис, свойства и плодородие почв. Саранск, 1984, с. 135—141 .

3. Ц ы п л е н к о в В. П., Ч у к о в С. Н. О парамагнит­ ной активности некоторых почв. — Вестник ЛГУ, сер. Биоло­ гия, 1984, вып. 3, № 15; с. 89—94 .

4. Ц ы п л е н к о в В. П., Ч у к о в С. Н. Парамагнитная активность органического вещества некоторых почв. — Поч­ воведение, 1984, № 11, с. 123—129 .

Л 74442 20/11—85 г. Объем I п. л. Заказ 467. Тираж 100 Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44 Бесплатно •






Похожие работы:

«Никитина Лариса Валерьевна ВКЛАД НЕОДНОРОДНОСТИ БЕЛКОВ САРКОМЕРА В СОКРАТИТЕЛЬНУЮ ФУНКЦИЮ МИОКАРДА И ЕЕ РЕГУЛЯЦИЮ 03.03.01 – физиология Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Екатеринбург 2014 Работа выполнена в лаборатори...»

«Center of Scientific Cooperation Interactive plus Ханова Татьяна Геннадьевна канд. пед. наук, доцент ФГБОУ ВО "Нижегородский государственный педагогический университет им. К. Минина" г. Нижний Новгород, Нижегородская область Платова Альбина Геннадьевна заведующая МБДОУ "Д/С №319" г. Нижний Новгород, Нижегородская область Таранова Та...»

«Center of Scientific Cooperation Interactive plus Насыбуллина Гулия Салимзяновна учитель начальных классов ГБОУ "Нурлатская школа-интернат для детей с ОВЗ" г. Нурлат, Республика Татарстан ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ИГРА "ЗНАТОКИ ПРИРОДЫ" Аннотация:...»

«1 ОГЛАВЛЕНИЕ Глава 1. Территория заповедника. (Л.В. Клец) 4 Глава 5. Погода (Т.А. Липкович) 10 Глава 7. Флора и растительность.7.1 Редкие виды флоры заповедника (М.Ф. Вакурова) 7.2. Растительность и её изменения Флуктуации растительных сообществ 77 Продуктивность надземной части трав...»

«Б ЮЛЛЕТЕНЬ НОВЫХ ПОСТУПЛЕНИЙ В БИБЛИОТЕКУ МГИМО ЛЕТО 2018 г. СОДЕРЖАНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ Экология ОБЩЕСТВЕННЫЕ И ГУМАНИТАРНЫЕ НАУКИ Социология История. Исторические науки Всемирная история История международных отношений. История дипломатии История России Политика. Политология Внешняя политика. Международные...»

«Государственное бюджетное дошкольное образовательное учреждение детский сад № 4 комбинированного вида Пушкинского района Санкт-Петербурга Сценарий экологического досуга на тему: "Весна пришла природа ожила" по произведению К.И. Чуковского "Путаница" подготовител...»

«XJ9800131 ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ s: и ||,.,t.iiil И Дубна Р19-97-296 В. Л. Корогодина, А. Пантелеева, И. А . Ганичева, Е. А. Кузнецова, Г. А. Лазарева, Л. А. Мельникова, Ю. В. Мокрое, В. И. Корогодин,4 ВЛИЯНИЕ МОЩНОСТИ ДОЗЫ СЛАБОГО ГАММА-ОБЛУЧЕНИЯ НА МИТОЗ И АДДИТИВН...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра общей экологии и методики преподавания биологии Денисова Александра Сергеевна ОПТИМИЗАЦИЯ ПОДРАЩИВАНИЯ ЛИЧИНОК ВЕСЛОНОСА В УСЛОВИЯХ ИНКУБАЦИОННОГО ЦЕХА С...»

«Бюллетень Союза по сохранению сайгака Saiga News лето 2007: Выпуск 5 Издается на 6-ти языках для информационного обмена по вопросам экологии и охраны сайгака Союз по сохранению сайгака Содержание Союз по сохранению сайгака (SCA) развивает...»




 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.