07.11.2017
31.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
Роль гумуса в обменной поглотительной способности
 26.08.2012

Гумус является важным фактором обменной поглотительной способности (или обменной адсорбции) почвы к катионам, так как емкость обменного поглощения у гумуса значительно выше, чем у глинистой фракции. Имеющиеся данные по определению этой емкости для гумуса в целом, по образцам хорошо русифицированного торфа или гумифицированных слоев лесных подстилок, дают величину от 186 до 200-210 мг•экв/100 г при рН около 7. Последняя величина, около 200-210 мг•экв, была получена также и нами для гумифицированных горизонтов лесных подстилок в смешанных лесах. Менее гумифидированные слои лесных подстилок, особенно из хвойных лесов, обнаруживают более низкую емкость обменного поглощения - до 100 мг•экв. Попытка определения емкости поглощения гумуса в минеральных горизонтах почв, которое может быть сделано только косвенно (например, по разности до и после прокаливания или окисления перекисью водорода), привела к сильно колеблющимся результатам, едва ли заслуживающим доверия по двум причинам. Одной из них является то, что в ряде случаев не производилось насыщения при нейтральной реакции и, следовательно, результаты несравнимы, а другой - малая надежность применявшегося метода разницы, так как общая емкость обменного поглощения гумуса и минеральных коллоидов едва ли является простой суммой обменной способности тех и других по отдельности.
Величина емкости обменного поглощения гумуса зависит от его состава, причем главное значение принадлежит относительному содержанию гуминовых веществ как растворимых, так и не растворимых в щелочи.
По данным Одена, эквивалентный вес гуминовой кислоты из торфа, на основании измерений электропроводности при титровании аммиаком, потенциометрического титрования и по содержанию кальция в гумате кальция (при нейтральной реакции), оказался равным 340 ± 10. Близкая к этому величина получается и из прежних данных Шпренгеля для нейтрального гумата кальция; такие же величины были получены Эренбергом и Баром, Матсоном и другими авторами. На основании этих данных, емкость обменного поглощения гуминовой кислоты, очищенной от гиматомелановой кислоты, равна 290-300 мг•экв/100 г.
Другого порядка величины получаются при определении емкости поглощения путем измерения адсорбции барита в присутствии избытка последнего. При этих условиях Хиссинк определил среднюю величину эквивалентного веса гумуса (для торфянисто-перегнойных почв) в 176 (с колебаниями от 155 до 194). Вслед затем Стадников и Коржев, применяя тот же метод к гуминовой кислоте Мерка, нашли, что эквивалентный вес последней равен приблизительно 147, что соответствует емкости поглощения в 680 мг•экв/100 г гуминовой кислоты. Для объяснения этого расхождения с данными Одена Стадников высказал предположение, что в условиях определения эквивалентного веса по Одену, т. е. при нейтральной реакции (в случае образования гумата кальция), происходит замещение водорода только в карбоксильных группах; при щелочной же реакции в присутствии избытка барита замещаются водороды и фенольных гидроксилов. В недавней работе Стадникова, Сыскова и Ушаковой это предположение было подкреплено результатами опытов адсорбции барита метилированными производными гуминовой кислоты. Так как число фенолгидроксилов в молекуле гуминовой кислоты (весом 1300-1400) почти равно числу карбоксильных групп, то отсюда понятно, что полное замещение водорода тех и других на барий в условиях избытка барита приводит приблизительно к удвоенной (несколько выше) величине емкости поглощения. Кроме химической реакции солеобразования в этих условиях наблюдаются и явления адсорбции основания, благодаря чему емкость поглощения несколько выше, чем следует из теоретических расчетов.
В естественных почвах условия для полного замещения не только карбоксильных, но и фенолгидроксильных групп, за редкими исключениями, отсутствуют, и более обычны случаи нормальной емкости поглощения, соответствующей замещению основаниями водорода только карбоксильных групп. При слабощелочной реакции в присутствии избытка карбоната кальция можно ожидать некоторое повышение емкости за счет замещения части гидроксильных групп, тогда как при недостатке оснований в кислых почвах часть карбоксильных групп остается свободной; в этом случае гуминовые кислоты содержат водород, способный к замещению на основания при нейтральной реакции.
Исходя из представления о гуминовой кислоте, как об окси-карбоновой кислоте с 4 карбоксильными и 3 фенолгидроксильными группами, можно теоретически предполагать существование 6 кислых солей. Вследствие нерастворимости и коллоидного характера большинства солей реакции солеобразования имеют, однако, пермутоидный характер, иначе говоря, замещение водорода на основания и обратно может происходить только у части молекул коллоидных мицелл, тогда как другая часть молекул, менее доступных для действия раствора, может остаться неизмененной. Особенно отчетливо такой пермутоидный характер реакций выражен у гуминовых кислот, не растворимых в щелочи. При таких условиях трудно ожидать образования кислых солей определенного состава, и в природе чаще всего, по-видимому, наблюдаются смеси солей различного состава друг с другом и со свободной гуминовой кислотой. То же самое можно сказать и относительно солей с различными катионами (или двойных солей), например о гумате кальция-магния, кальция-натрия и т. д. Этим объясняются прежние наблюдения об отсутствии постоянных стехиометрических отношений при образовании гуматов, на основании чего делались неправильные выводы, отрицавшие химический характер реакций гуминовой кислоты с основаниями.
Вопрос о емкости обменного поглощения гуминовых веществ, не растворимых в щелочи, пока не изучен. Принимая во внимание более уплотненную структуру и частичную ангидритизацию, для них можно предполагать более высокий эквивалентный вес и, следовательно, меньшую величину емкости поглощения. Наоборот, для гиматомелановой кислоты, дающей более высокодисперсные золи, эквивалентный вес (в условиях нейтральной реакции), по определению Одена, в 1,5 раза меньше, чем для гуминовой кислоты (200-220); следовательно, емкость поглощения ее в таком же отношении выше, чем у последней. То же самое, по-видимому, относится и к дегидрогуминовым кислотам Фукса.
Гораздо менее ясен вопрос об обменной способности других компонентов гумуса ввиду трудности их выделения в более или менее неизмененном состоянии. Некоторые данные, полученные по этому вопросу рядом авторов, имеют косвенное значение, так как относятся большей частью к препаратам растительного происхождения.
Обменная способность лигнина, выделенного щелочным или кислым способом, в условиях нейтральной реакции (метод нейтрального уксуснокислого кальция или бария), по данным Митчеля, Мак-Джорджа, Мюллера, Ваксмана и Айера, оказались очень незначительной, в пределах от 6-7 до 20 мг•экв/100 г лигнина. «Лигнин», выделенный из почвы по методу Филлипса спиртовым раствором щелочи, обнаружил, по Мак-Джорджу, более высокую обменную способность - от 38 до 178 мг•экв, но этот препарат, вероятно, представлял частично гумифицированный лигнин или содержал значительную примесь гуминовых веществ.