ХИМИЯ ПОЧВЫ. ОРГАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПОЧВЫ

Гуматы. Формы связи между органическими и минеральными веществами почвы

В свободном состоянии в почве находится лишь небольшая часть гумусовых веществ; основная часть их связана с минеральными веществами почвы.

Взаимодействие гумусовых веществ с минеральной частью почвы приводит к образованию различных соединений. В зависимости от подвижности образующихся соединений происходит аккумуляция гумусовых и связанных с ними минеральных веществ в верхних горизонтах почвы или миграция продуктов взаимодействия по почвенному профилю.

К основным видам связи гумусовых веществ с компонентами минеральной части почв относятся:

а)         соединение с одновалентными и двухвалентными катионами, находящимися в почвенном растворе или на поверхности глинных минералов (образование гуматов и фульватов Na, NH4, К, Са, Mg);

б)        взаимодействие с воднорастворимыми и коллоидальными формами полуторных окислов (несиликатными формами R2O3) и

в)         взаимодействие с глинными минералами.

Выше мы уже отмечали, что гуматы одновалентных оснований (Na, NH4, К) растворимы (точнее, высокодисперсны). В почвах, где гуминовые кислоты связаны с Na, при достаточном увлажнении происходит передвижение гуматов вниз по профилю (солонцы). Что же касается соединений с катионами фульвокислот, то фульваты всех одновалентных и двухвалентных катионов хорошо растворимы и подвижны в условиях кислой, нейтральной и слабощелочной реакций, имеющих место в почвах.

Алюмо- и железогумусовые соединения образуются в почве также в результате обменной реакции между несиликатными формами полуторных окислов и водородом функциональных групп (Л. Н. Александрова, 1962). Исследования показывают, что в некоторой части они являются внутрикомплексными соединениями.

Внутрикомплексными или клешневидными соединениями, или хелатами (от греческого слова «хела»— клешня), называются соединения, состоящие из центрального металлического иона и окружающих его радикалов органических молекул.

В отличие от обычных комплексных соединений, в которых каждый радикал соединен только одной координационной связью с центральным ионом, во внутрикомплексных соединениях радикал органической молекулы соединен с центральным ионом несколькими координационными связями, причем образуется кольцевая связь в пределах радикала.

Элементами, вступающими в координационную связь с металлами, являются азот, кислород, сера.

Гумусовые вещества — гуминовые и фульвокислоты — обладают значительной способностью к образованию комплексных и внутри- комплексных соединений (хелатов) с железом и алюминием (а также с медью и другими поливалентными катионами, но не с Са); эта способность в большой мере определяется наличием в молекулах гумусовых кислот гидрофильных групп, расположенных в боковых радикалах. Поскольку у фульвокислот отношение гидрофильных групп к гидрофобным шире, чем у гуминовых кислот, именно фульвокислоты обладают большей способностью хелатирования (Кононова, 1963).

Взаимодействуя с минералами, гумусовые кислоты извлекают (вырывают) из них Al, Fe, Мп, Си и другие элементы и образуют с ними подвижные комплексные и внутрикомплексные соединения; при этом происходит разрушение минералов  .

В алюмо- и железогумусовых соединениях основные комплексные катионы железа и алюминия не только замещают водород карбоксильных и фенолгидроксильных групп, но связаны и с другими компонентами гумусовой частицы. Таким компонентом может быть азот ядра или аминокислотных боковых цепей.

"Подвижность ( = растворимость) соединений гуминовых кислот с полуторными окислами находится в зависимости от состава катионов, замещающих водород функциональных групп: если этим катионом является Na, алюмо- и железогуминовые гели легко пептизи- руются и мигрируют по профилю; при насыщении Са они представляют собой гели, постепенно дегидратирующиеся.

Соединения фульвокислот с алюминием и железом изучались В. В. Пономаревой (1949). Эти исследования показали, что растворимость продуктов взаимодействия фульвокислот с полуторными окислами зависит от соотношения между компонентами и степени разведения.

Чем уже отношение R203 к фульвокислотам, т. е. чем относительно больше фульвокислот, тем выше предельная концентрация R203, при которой комплексное соединение остается подвижным. При этом, как уже упоминалось выше, зона подвижности железо- фульватных комплексов во много раз шире зоны подвижности алюмофульватных комплексов ( 17).

Подвижностью железофульватных и алюмофульватных соединений объясняется усиленное выщелачивание железа и (в меньшей мере) алюминия в процессе подзолообразования. При наличии промывного режима такие соединения мигрируют вниз по почвенному профилю, пока не достигают зоны, где нарушаются условия их устойчивости и полуторные окислы выпадают, образуя иллювиальный горизонт. Большую роль при этом играет жизнедеятельность микроорганизмов, участвующих в разложении комплексов гумусовых веществ с полуторными окислами (Аристовская, 1963).

Алюмо- и железогумусовые комплексы содержатся во всех типах почв, но их количество и степень насыщенности полуторными окислами, а также степень их подвижности неодинаковы. В недавних исследованиях Кононовой и Титовой (1961) и Титовой (1962), проведенных методом электрофореза на бумаге с гумусовыми веществами, выделенными из разных почв, выяснилось, что гуминовые кислоты из чернозема могут образовать с железом только неподвижные комплексы, а гуминовые кислоты из подзолистой почвы — как неподвижные, так и подвижные.

Наименее изучен вопрос о характере связи между гумусовыми веществами и глинными материалами. Эта связь имеет большое значение в структурообразовании. Ниже мы остановимся на ней в связи с вопросом о структуре.