01.09.2017
31.08.2017
08.08.2017
14.07.2017
06.07.2017
19.06.2017
19.06.2017
19.06.2017
15.06.2017
12.06.2017
Роль лигнина и протеинов в обменной способности
 26.08.2012

Попытку выяснить роль лигнина и протеинов как главных компонентов гумуса, с точки зрения Ваксмана, в обменной способности сделали Ваксман и Айер. По их данным, исследованные ими протеины имели несколько более высокую обменную способность, чем лигнин; так, у глиадина она оказалась равной 67 мг•экв. Но комплексы их, полученные осаждением смесей щелочных растворов лигнина и протеина путем подкисления или путем прибавки СаСl2 (с одновременным подкислением), обнаружили гораздо более высокую обменную способность, о чем можно судить по следующим данным:

Роль лигнина и протеинов в обменной способности

Следовательно, произошло значительное увеличение емкости обменного поглощения на 557,17 мг•экв (т. е. приблизительно в 7 раз). Причины этого явления пока еще не изучены. В качестве одного из возможных объяснений Ваксман предполагает, что связь протеина с лигнином происходит за счет групп NH2 первого - с карбонильными группами второго, благодаря чему протеины теряют амфолитоидность и приобретают резко выраженный ацидоидный характер (так как их карбоксильные группы уже не уравновешиваются основными амидными). Это предположение еще не подтверждено соответствующими исследованиями.
В зависимости от соотношения лигнина с протеином емкость поглощения лигно-протеиновых комплексов в опытах Ваксмана и Айера, при осаждении СаСl2, колебалась от 148,5 до 90 мг•экв, уменьшаясь при относительном уменьшении протеина. При осаждении лигно-протеинатов растворами FeCl3 и AlCl3 емкость поглощения (к кальцию) сильно уменьшалась, подобно тому, как это наблюдается и на гуминовой кислоте.
На основании полученных данных Ваксман и Айер считают, что искусственные лигно-протеиновые комплексы по своей способности к обменному поглощению имеют большое сходство с гуминовой кислотой, тем более, что полученная ими из почвы гуминовая кислота (α-гумус но терминологии Ваксмана) имела обменную емкость такого же порядка, именно 135,9 мг•экв. Этот вывод, однако, нельзя считать достаточно обоснованным, так как полученные авторами величины обменной емкости поглощения для лигно-протеиновых комплексов значительно ниже (в 2- 3 раза) по сравнению с емкостью нейтральных гуматов кальция по данным, приведенным выше. Совпадение емкости поглощения лигно-протеинатов с емкостью гуминовой кислоты из почвы объясняется большим содержанием в последней золы (25,4%), состоявшей, вероятно, главным образом из полуторных окислов, присутствие которых сильно понижает обменную способность гуминовой кислоты к основаниям.
Выводы Ваксмана и Айера находятся также в противоречии с выводами Мак-Джорджа, который установил, что обменная способность обнаруживает прямую линейную зависимость от содержания углерода и не зависит от содержания азота и отношения С : N, тогда как по Ваксману и Айеру обменная способность лигно-протеинатов увеличивается с увеличением содержания азота.
Если, кроме того, принять во внимание, что содержание лигнина в собственном смысле этого слова, как было уже отмечено раньше, очень незначительно, то следует прийти к выводу, что предполагаемые Ваксманом лигно-протеинаты не имеют существенного значения в обменной поглотительной способности гумуса.
Как уже было указано, в составе гумуса не исключено присутствие комплексов гуминовой кислоты с протеинами (или с продуктами их распада). Электрокинетическое поведение некоторых искусственных комплексов гуминовой кислоты с протеинами было изучено Матсоном, который установил, что в этих комплексах гуминовая кислота играет роль аниона, а протеины - роль катиона. Полученные комплексы имели более высокую изоэлектрическую точку по сравнению с гуминовой кислотой и более низкую - по сравнению со свободными протеинами (в пределах рН от 4 до 2,8). При рН выше изоэлектрической точки (до рН 4,5) вхождение протеинов в комплекс с гуминовой кислотой уменьшает отрицательный заряд последней, на основании чего можно предполагать и уменьшение обменной способности к основаниям при нейтральной реакции.
Только что сказанное, вероятно, можно отнести и к группе «фульвокислот» Одена, которая включает в себя часть «гемицеллюлез» и продуктов распада белков, определяемых в гидролизатах при кипячении 2% НСl и в кислых фильтратах после осаждения гуминовой кислоты. Роль этой группы в обменной поглотительной способности пока совершенно неясна. Относительно гемицеллюлез-полисахаридов имеются единичные данные о незначительной их способности к обменному поглощению. Более значительной должна быть емкость поглощения гемицеллюлез-полиуронидов и пектина, так как пектиновые кислоты имеют невысокий эквивалентный вес - около 450-200. Эрлих высказал предположение, что образующаяся при разложении пектиновых веществ тетрагалактуроновая кислота может давать нерастворимые соли, а в свободном состоянии обусловливать кислую реакцию (Ehrlich, 1927). Но наличие тетрагалактуроновой кислоты в гумусе пока еще не установлено. Косвенным доводом в пользу предположения о заметной роли гемицеллюлез-полиуронидов в обменной способности является довольно высокая способность к адсорбции оснований у свежих сфагновых мхов, в составе которых гемицеллюлезы, в том числе полиурониды, играют крупную роль, тогда как содержание лигнина и протеинов незначительно.
По исследованиям Одена, поглощение сфагновыми мхами аммиака, однако, имеет другой характер, чем поглощение гуминовыми кислотами, так как почти не сопровождается образованием растворимых солей. На обменную способность производных уроновых кислот в гумусе должны оказывать влияние сопровождающие их моно- и диаминокислоты, подобно тому, как протеины оказывают влияние на обменную способность гуминовой кислоты. Этот вопрос требует, однако, дальнейшего изучения.
Чистая целлюлеза не обнаруживает способности к обменному поглощению, но целлюлеза, обработанная хлором или КМnO4. т. е. оксицеллюлеза, содержащая примесь уроновых кислот, приобретает незначительную обменную способность.
Таким образом, за исключением гуминовых кислот, роль отдельных компонентов гумуса в обменной способности пока изучена недостаточно. Особенно неясен вопрос о взаимном влиянии отдельных компонентов на обменную способность гумуса в целом при различном его составе. Имеющиеся данные пока позволяют считать, что чем больше относительное содержание гуминовых кислот (не связанных с полуторными окислами), тем выше обменная способность гумуса при реакции, близкой к нейтральной. Особого внимания для дальнейшего изучения заслуживает вопрос о роли гемицеллюлез и азотистых соединений, входящих в состав группы «фульвокислот» Одена, - как в отдельности, так и в комплексе друг с другом и с гуминовыми веществами.
Источником обменных оснований, связанных с гумусом, являются, во-первых, основания из числа зольных элементов, содержащихся в растительных остатках, во-вторых, основания силикатов и алюмосиликатов, подвергающихся разложению под влиянием гумусовых кислот, в-третьих, углекислые соли, отчасти фосфорнокислые и соли более сильных минеральных кислот. При карбонатности пород наибольшее значение имеют углекислые соли, ввиду легкости, с которой гуминовые кислоты вытесняют углекислоту из карбонатов. Этим объясняется насыщенность гумуса основаниями (имея в виду насыщение карбоксильных групп) на карбонатных породах на стадии слабой или умеренной выщелоченности.
Главную роль в качестве обменных оснований в большинстве почв, как известно, играет кальций, в меньшей мере - магний. В почвах солонцового типа соотношение между кальцием и магнием может изменяться в сторону преобладания магния и одновременно с этим появляется в заметных количествах натрий, реже калий. В почвах, не насыщенных основаниями, некоторое значение приобретает аммоний, хотя продолжительность его существования в виде обменного основания (даже при отсутствии нитрификации) ограничивается возможностью перехода в более прочное соединение с гуминовыми веществами. Для кислых почв не исключена также возможность присутствия в качестве обменных оснований алюминия, вероятно в виде иона Аl(ОН)++ и двувалентного железа. Наличие обменных ионов окисного железа (в виде Fe(OH)++), по-видимому, может быть в более редких случаях ввиду того, что ферриионы гидролизуются при более кислой реакции, чем ионы алюминия и закисного железа.