Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Органические вещества почвы




Читайте также:
  1. II. Неорганические
  2. IX.3.1.3. Основные химические вещества
  3. А) В процессе плавления вещества его энтропия возрастает
  4. Абиотические факторы почвы
  5. Аварийно химически опасные вещества (АХОВ).
  6. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТЬЮ ВОЗДУХА И ПОЧВЫ, ТЕМПЕРАТУРОЙ ПОЛИВНОЙ ВОДЫ
  7. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОЙ ВОЗДУХА И ПОЧВЫ
  8. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОЙ ПОЧВЫ И ТЕПЛОЗАЩИТНЫМ ЭКРАНОМ
  9. Агрегатные состояния вещества.
  10. Агротехнические требования к прикатыванию почвы

На долю органических веществ приходится 5-95% общей массы твердой фазы почв. Их количественный и качественный состав определяет практически все агрономически ценные свойства почв. Перечень различных органических соединений, входящих в состав почв, очень велик, их содержание в почвах меняется в широких пределах – от нескольких % до следовых количеств – и определяется в основном процессами почвообразования.

Органические вещества по своему происхождению, характеру и функциям делятся на 2 группы: органические остатки и гумус.

Гумус представлен совокупностью специфических и неспецифических органических веществ почвы, кроме соединений, входящих в состав живых организмов и их остатков. В составе гумуса выделяют три группы соединений: специфические и неспецифические гумусовые вещества и промежуточные продукты распада и гумификации. Специфические гумусовые вещества образуются непосредственно в почве в результате протекания процессов гумификации. Среди них выделяют гуминовые вещества, гумусовые кислоты и гумин.

Основное количество неспецифических органических веществ по­ступает в почву с растительными остатками.

Химический состав остатков живых организмов в различных экосистемах имеет общие черты, хотя количественное содержание отдельных компонентов изменяется в широких пределах. Среди неспецифических органических веществ, поступающих в почву с остатками растительного происхождения, преобладают углеводы, лигнин, белки и липиды (табл. 3.6), остальные вещества содержатся в относительно небольших количествах.

Таблица 4. Среднее содержание основных органических компонентов в остатках некоторых растений, %(мас.) на сухое беззольное ве­щество

 

Организмы Зола Углево- ды Лигнин Белки и родствен- ные им вещества Липиды и дубильные вещества
Бактерии 2-10 есть 40-70 1-40
Водоросли 20-30 55-70 10-15 1-3
Лишайники 2-6 65-90 8-10 3-5 1-3
Мхи 3-10 45-85 - 5-10 5-10
Папоротники 6-7 40-60 20-30 4-5 2-10
Хвойные: древесина хвоя   0,1-1 2-5   60-75 30-40   25-30 20-30   0,5-1 3-8   2-12 5-20
Лиственные: древесина листья   0,1-1 3-8   60-80 25-45   20-25 20-30   0,5-1 4-10   5-15 5-15
Многолетние травы: злаки бобовые   5-10 5-10   50-75 40-35   15-25 15-20   5-12 10-20   2-10 2-10

Углеводы.Общее содержание углеводных компонентов в почвах колеблется от 5-7 до 25-30% от общего количества органических веществ, но их преобладающая часть находится в связанной форме. Углеводы входят в состав гумусовых кислот и гумина.



Свободные углеводы (не связанные с гумусовыми кислотами) активно участвуют в химических превращениях. Они образуют комплексные соединения с ионами тяжелых металлов, вступают в химическое или адсорбционное взаимодействие с глинистыми минералами, способствуя созданию почвенной структуры. При минерализации аминосахаридов высвобождается необходимый растениям азот. Углеводы – один из важнейших источников углерода и энергии для почвенных микроорганизмов. Кроме того, некоторые сахара стимулируют развитие корневых систем.

В почвах встречаются представители всех классов углеводов: моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Свободные моносахариды обнаруживаются в почвенном растворе в микроколичествах и быстро утилизируются микроорганизмами. Медленнее трансформируются олигосахариды, состоящие из 2-10 моносахаридных остатков. К олигосахаридам относятся сахароза, мальтоза, лактоза, целлобиоза и др. Полисахариды соста­вляют главную массу углеводов во всех органических остатках и наиболее устойчивы в почвах. Среди важнейших полисахаридов, встречающихся в почвах, следует назвать целлюлозу, крахмал, хи­тин.



Лигнин.В общей массе органических соединений, поступающих в почву, доля лигнина составляет 15-30%. Лигнин — один из наибо­лее устойчивых к разложению компонентов растительных тканей. Его углеродный скелет сходен со скелетом ароматических продук­тов деструкции гумусовых кислот, поэтому многие исследователи относят его к основным гумусообразователям. В основе строения макромолекулы лигнина лежит фенилпропановое звено С6 – С3 (рис.).

В качестве заместителей в ароматическом кольце могут быть атомы и группы: –ОН, CO–, –ОСН3; в пропановой цепочке –ОН, –О–, =С=О и др. Соотношение структурных единиц в лигнинах раз­личного происхождения неодинаково. В древесине хвойных растений преобладают конифериловые структуры, в лиственных – синаповые (сиреневые), в травянистых растениях – n-кумаровые.

 

Рис. Структурные ядра молекул лигнина:

1 — фенилпропановое звено; 2 — n-кумаровый спирт; 3 — конифериловый спирт; 4– синаповый спирт

 

Лигнин хорошо гумифицируется, причем содержание углерода в нем постепенно падает, несколько снижается содержание водорода и количество гидроксилов, очень резко уменьшается количество метоксильных групп. Диметилирование – один из характерных элементарных процессов гумификации. Второй путь трансформации лигнина – распад до мономеров – сопровождается последующим деметилированием и окислением продуктов распада.. К ним относятся n-кумаровый альдегид, конифериловый альдегид, сиреневая кислота, n-оксибензальдегид, n-оксибензойная кислота и другие.



Низкомолекулярные продукты распада лигнина легко вступают в реакции полимеризации и конденсации с аминокислотами и другими азотсодержащими соединениями. Конечными продуктами этих реакций могут быть азотсодержащие гетероциклы.

Важнейшими неспецифическими азотсодержащими ве­ществами, которые обнаруживаются в почвах в свободном состо­янии, являются белки. Помимо них следует назвать аминокисло­ты, аминосахариды, нуклеиновые кислоты, хлорофилл, амины. Тер­мин «свободное состояние» несколько условен, так же как и в от­ношении углеводов и других соединений. Он означает только, что то или иное соединение не входит в состав специфиче­ских гумусовых веществ.

Значительная часть почвенного азота представлена аминосахаридами. В почве идентифицированы D-глюкозамин, D-галактозамин и ряд других соединений. Аминосахариды входят в состав сложного комплекса полисахаридов, образующих клеточные стенки, мембраны, капсулы бактерий и грибного мицелия и выполняют роль аналогичную роли целлюлозы в высших растениях. Одним из полисахаридов является хитин, состоящий из остатков N-ацетилглюкзамина. Хитин образует наружный скелет насекомых. ракообразных и с их остатками попадает в почву. Поскольку хитин нерастворим в щелочах, его компоненты могут входить в состав почвенного гумина, или негидролизуемого остатка.

В группу липидов включают все вещества, извлекае­мые из почвы органическими растворителями. Главными компонен­тами этой группы являются воска и смолы, извлекаемые из почв спиртобензольным экстрактом. Воска образованны сложными эфирами высших жирных кислот и высокомолекулярных одноатомных (иногда двухатомных) спиртов. Кроме того, в составе восков всегда присутствуют свободные спирты и кислоты, а также углеводороды и различные примеси. Входящие в состав восков кислоты и спирты обычно представлены насыщенными соединениями с неразветвленной углеродной цепочкой и числом углеродных атомов от 12 до 34. В наибольших количествах присутствуют кислоты с числом углеродных атомов от 16 до 26, причем преобладают кислоты с четным числом углеродных атомов: пальмитиновая – C15H31COOH, стеариновая – C17H35COOH, арахиновая – C19H39COOH, бетеновая –C21H43COOH, лигноцериновая – C23H47COOH, церотиновая – C25H51COOH и др. Обнаружены в почвах и непредельные жирные кислоты, например олеиновая – CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7 – COOH.

Аналогичный характер имеют и высшие спирты, например цетиловый спирт CH3(CH2)14CH2OH. В торфяных восках были найдены спирты с длиной углеродной цепи С20, С22, С24, С25, С26, С28, С30. Такой состав восков указывает на их родство с восками растительных остатков, в которых преимущественно содержатся соединения, образованные насыщенными неразветвленными кислотами и спиртами с четным числом атомов углерода в молекуле.

В составе липидов встречаются вещества, стимулирующие рост растений, а также ингибиторы и токсины, как, например, диоксистеариновая кислота CH3(CH2)7CHOHCHOH(CH2)7COOH и масляная кислота CH3(CH2)2COOH.

Доля липидов в составе органического вещества минеральных горизонтов почв колеблется от 2-14 до 10-12% от его общего содер­жания. В органогенных горизонтах А0 и торфах липиды накапли­ваются в значительно больших количествах (до 15-20%).

Степень кислотности и щелочности почвенных растворов, вы­тяжек и суспензий оценивают величиной рН, чаще измеряют рН водной вытяжки или водной суспензии, а не рН почвенных растворов. Кислотность почвенных растворов связана с присутствием в почвах свободных органиче­ских (главным образом гумусовых) и неорганических (преимуще­ственно угольной) кислот и других органических и минеральных соединений, среди которых можно выделить соединения, содержащие фенольные ОН-группы, а среди минеральных компонентов — со­держащие катионы А13+ и Fe3+.

Кислотные свойства катионов и основные свойства анионов определяются их способностью к гидролизу. Константа гидролиза КГ иона равна:

КГ = КW / КД, где

КW – ионное произведение воды;

КД - константа диссоциации слабого электролита (кислоты или основания), которым образована соль

Ионное произведение чистой во­ды меняется при атмосферном давлении от 0,1139 · 10-14 (0°С) до 9,614 · 10-14 (60°С), а около 25°С имеет значение 1,008 · 10 -14. По­этому для почвенных растворов обычно принимают:

КГ · КД = 10-14, или рКГ + рКД = 14, где

рКГ и рКД – отрицательные логарифмы соответствующих кон­стант.

Для наиболее часто встречающихся в почве ионов значения рКГ:

 

S2- + H2O ↔ HS- + OH- 13,8

PO43- + H2O ↔ HPO42- + OH- 12,4

CO32- + H2O ↔ HCO3- + OH- 10,3

H3SiO4- + H2O ↔ H4SiO4 + OH- 9,4

H2BO3- + H2O ↔ H3BO3 + OH- 9,1

HPO42- + H2O ↔ H2PO4- + OH- 7,2

HCO3- + H2O ↔ H2CO3 + OH- 7,0

HS- + H2O ↔ H2S + OH- 6,4

 

Сравнение значений рКГ показывает, что наиболее сильно гидролизуются с образованием гидроксил-ионов, т.е. основ­ными свойствами обладают ионы S2-, РО43- и СО32-.

 

 


Дата добавления: 2014-11-13; просмотров: 29; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.012 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты