ЛЕСОВЕДЕНИЕ. 2017. № 2. С. 140-149

СОСТАВ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВАХ ТАЕЖНЫХ ЭКОСИСТЕМ РЕСПУБЛИКИ КОМИ
Е. Д. Лодыгин, В. А. Безносиков
Институт биологии Коми НЦ УрО РАН
Россия, 167982, г. Сыктывкар, ГСП‑2, ул. Коммунистическая, 28
E‑mail: lodigin@ib.komisc.ru

Поступила в редакцию 12 апреля 2016 г.

Для подзолистых и болотно-подзолистых почв среднетаежной подзоны Республики Коми дана структурно-функциональная характеристика специфических (гумусовых) веществ. Методом спектроскопии ядерного магнитного резонанса (¹³С-ЯМР) идентифицированы и количественно определены следующие функциональные группы и молекулярные фрагменты: карбоксильные (-СООН); карбонильные (-С=О); CН₃-, СН₂-, СН- алифатические; -С-ОR спиртов, эфиров и углеводов; фенольные (Аr-OH); хинонные (Ar=O); ароматические (AR-). Анализ молекулярной структуры препаратов гумусовых веществ показал, что гуминовые кислоты содержат в своем составе значительное количество ароматических фрагментов (до 44.6%), что обусловливает их высокую устойчивость. В углеродном скелете фульвокислот преобладают алифатические цепочки и структуры типа углеводов и аминокислот (до 77.8%). В торфянисто-подзолисто-глееватой почве гумусовые вещества более обогащены алифатическими структурами по сравнению с подзолистыми почвами. Окультуривание почв приводит к изменению содержания функциональных групп в составе гумусовых веществ, выражающемуся в относительном повышении доли ароматических молекулярных фрагментов и уменьшении карбоксильных функциональных групп. Методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) определено содержание свободных радикалов в структуре гумусовых веществ. В гуминовых кислотах исследованных почв содержание свободных радикалов в 1.5-5 раз больше, чем в препаратах фульвокислот. Сельскохозяйственное использование снижает парамагнитную активность гумусовых соединений более чем на 20% по сравнению с целинными аналогами, что приводит к накоплению в пахотном горизонте биотермодинамически устойчивых и более гумифицированных соединений.

Ключевые слова: средняя тайга, почвы, молекулярные фрагменты, функциональные группы, свободные радикалы.

Работа выполнена в рамках госбюджетной темы № Гр. 115020910065.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

• Бабанин В.Ф., Ильин Н.П., Орлов Д.С., Федотова Т.В., Яблонский О.П. О природе линий в спектрах ЭПР гумусовых кислот // Почвоведение. 1977. № 1. С. 65-72.


• Горбачев В.Н., Дмитриенко В.К., Попова Э. П. Почвенно-экологические исследования в лесных биогеоценозах. Новосибирск: Наука, 1982. 185 с.


• ГОСТ 11306-83. Торф и продукты его переработки. Методы определения зольности. Утвержден Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 21.09.1983 № 4465. М.: Изд-во стандартов, 1995. 7 с.


• ГОСТ 17.4.3.01-83. Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб. Утвержден Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 21.12.1983 № 6393. М.: ФГУП Стандартинформ, 2008. 3 с.


• ГОСТ 17.4.4.02-84. Охрана природы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического и гельминтологического анализа. Утвержден Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 19.12.1984 № 4731. М.: ФГУП Стандартинформ, 2008. 7 с.


• ГОСТ 28168-89. Почвы. Отбор проб. Утвержден Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 26.06.1989 № 2004. М.: ФГУП Стандартинформ, 2008. 6 с.


• Дергачева М. И. Методы почвоведения в археологических исследованиях. Новосибирск: Новосибирский гос. университет, 2007. 96 с.


• Каницкая Л.В., Медведева С.А., Волчатова И.В., Бабкин В. А. Исследования превращений лигнина древесины лиственницы под действием гриба Phanerochaete sanguinea методом количественной спектроскопии ЯМР ¹Н и ¹³С // Химия в интересах устойчивого развития. 1997. № 5. С. 599-603.


• Карпачевский Л. О. Лес и лесные почвы. М.: Лесная пром-сть, 1981. 264 с.


• Ларионова А.А., Золотарева Б.Н., Колягин Ю.Г., Квиткина А.К., Каганов В.В., Кудеяров В. Н. Состав структурных фрагментов и интенсивность минерализации органического вещества в почвах зонального ряда // Почвоведение. 2015. № 10. С. 1232-1241. DOI: 10.7868/ S0032180X15100068.


• Лодыгин Е.Д., Безносиков В.А., Василевич Р. С. Молекулярный состав гумусовых веществ тундровых почв (¹³С-ЯМР-спектроскопия) // Почвоведение. 2014. № 5. С. 546-552. DOI: 10.7868/S0032180X14010079.


• Лодыгин Е.Д., Безносиков В.А., Чуков С. Н. Структурно-функциональные параметры гумусовых веществ подзолистых и болотно-подзолистых почв. СПб.: Наука, 2007. 145 с.


• Орлов Д. С. Гуминовые вещества в биосфере // Соросовский образовательный журнал 1997. № 2. С. 56-63.


• Орлов Д.С., Гришина Л. А. Практикум по химии гумуса. М.: Изд-во Московского гос. университета, 1981. 272 с.


• Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Суханова Н. И. Химия почв. М.: Высшая школа, 2005. 561 с.


• Перминова И. В. Анализ, классификация и прогноз свойств гумусовых кислот. Автореф. дис. д-ра хим. наук. Москва, 2000. 50 с.


• Путеводитель научной почвенной экскурсии. Лесная зона (сезонно-промерзающие почвы). Сыктывкар: Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, 2002. 100 с.


• Фокин А.Д., Князев Д.А., Кузяков Я. В. Включение ¹⁴С и ¹⁵N аминокислот и нуклеиновых оснований в гумусовые вещества и скорость обновления их атомно-молекулярного состава // Почвоведение. 1993. № 12. С. 39-46.


• Хабибуллина Ф.М., Кузнецова Е.Г., Васенева И. З. Микромицеты подзолистых и болотно-подзолистых почв в подзоне средней тайги на северо-востоке европейской части России // Почвоведение. 2014. № 10. С. 1228-1234. DOI: 10.7868/S0032180X14100049.


• Холодов В.А., Константинов А.И., Кудрявцев А.В., Перминова И. В. Строение гуминовых кислот почв зонального ряда по данным спектроскопии ЯМР 13С // Почвоведение. 2011. № 9. С. 1064-1073.


• Чуков С. Н. Изучение гумусовых кислот антропогенное нарушенных почв методом ¹³С-ЯМР // Почвоведение. 1998. № 9. С. 1085-1093.


• Чуков С. Н. Структурно-функциональные параметры органического вещества почв в условиях антропогенного воздействия. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского госуниверситета, 2001. 216 с.


• Barancikova G., Senesi N., Brunetti G. Chemical and spectroscopic characterization of humic acids isolated from different Slovak soil types // Geoderma. 1997. V. 78. N 3-4. P. 251-266. DOI: 10.1016/S0016-7061(97)00033-5.


• Bayer C., Neto L .M., Mielniczuk J., Dieckow J., Amado T.J.C. C and N stocks and the role of molecular recalcitrance and organomineral interaction in stabilizing soil organic matter in a subtropical Acrisol managed under no-tillage // Geoderma. 2006. V. 133. N 3-4. P. 258-268. DOI: 10.1016/j.geoderma.2005.07.012.


• Dick D.P., Gonçalves C.N., Dalmolin R.S.D., Knicker H., Klamt E., Kogel‑Knabner I., Simoes M.L., Martin‑Neto L. Characteristics of soil organic matter of different Brazilian Ferralsols under native vegetation as a function of soil depth // Geoderma. 2005. V. 12. N 3-4. P. 319-333. DOI: 10.1016/j.geoderma.2004.05.008.


• Jezierski A., Czechowski F., Jerzykiewicz M., Drozd J. EPR investigations of structure of humic acids from compost, soil, peat and soft brown coal upon oxidation and metal uptake // Applied Magnetic Resonance. 2000. V. 18. N 1. P. 127-136. DOI: 10.1007/BF03162104.


• Liang B.C., Gregorich E.G., Schnitzer M., Schulten H. R. Characterization of water extracts of two manures and their absorption on soils // Soil Science Society of America journal. 1996. V. 60. N6. P. 1758-1763. DOI: 10.2136/sssaj1996.03615995006000060021x.


• Lodygin E.D., Beznosikov V. A. The molecular structure and elemental composition of humic substances from Albeluvisols // Chemistry and Ecology. 2010. V. 26. N 4. P. 87-95. DOI: 10.1080/02757540.2010.497759.


• Perez M.G., Neto L.M., Saab S.C., Novotny E.H., Milori D.M.B.P., Bagnato V.S., Colnago L.A., Melo W.J., Knicker H. Characterization of humic acids from a Brazilian Oxisol under different tillage systems by EPR, ¹³C NMR , FTIR and fluorescence spectroscopy // Geoderma. 2004. V. 118. N 3-4. P. 181-190. DOI: 10.1016/ S0016-7061(03)00192-7.


• Rivero C., Senesi N., Paolini J., D’Orazio V. Characteristics of humic acids of some Venezuelan soils // Geoderma. 1998. V. 81. N 3- 4. P. 227-239. DOI: 10.1016/ S0016-7061(97)00110-9.


• Saab S.C., Martin‑Neto L. Studies of semiquinone free radicals by ESR in the whole soil, HA, FA and humin substances // Journal of the Brazilian Chemical Society. 2004. V. 15. N 1. P. 34 -37. DOI: 10.1590/ S0103-50532004000100007.