Вопрос 23. Гуминовые и фульвокислоты

Гуминовые кислоты — это группа высокомолекулярных органических кислот характерного темного цвета, хорошо растворимых в щелочах и нерастворимых в органических и минеральных кислотах. Вступая в реакцию с кальцием, магнием, калием и другими содержащимися в земле щелочными металлами, гуминовые кислоты преобразуются в соли — гуматы, которые не растворяются в воде и имеют свойство закрепляться в почвах. Гуминовые кислоты из-за своих уникальных свойств представляют наиболее ценную часть гумуса, поскольку благодаря им необходимые растениям питательные микроэлементы становятся доступными для растений.

Гуминовые кислоты улучшают способность почвы поглощать и удерживать в своей толще ионы и молекулы различных полезных веществ из растворов, что способствует накоплению питательных элементов. Известно, что при наиболее благоприятных условиях гумификации органических остатков образуется гумус, обогащенный именно гуминовыми кислотами.

Фульвокислоты — это группа желтоокрашенных азотсодержащих гумусовых кислот. В отличие от гуминовых в них содержится малое количество углерода, зато отмечается повышенное содержание кислорода и водорода. Отличающиеся повышенной активностью соли фульвокислот (фульваты) практически моментально растворяются в воде и практически не удерживаются в почвах. Однако фульвовая кислота способствует увеличению в размерах клеточных пор корневой системы растений, что позволяет клеткам более активно поглощать питательные вещества. Фульвокислоты принимают активное участие в нейтрализации содержащихся в почве токсинов, обладают антиоксидантными свойствами.

В зависимости от соотношения гуминовых и фульвовых кислот выделяют два основных типа гумуса: гуматный и фульватный. Первый вид гумуса характерен для черноземов и темно-каштановых почв. Вообще, наибольшие запасы гумуса традиционно наблюдаются в почвах подзоны типичных черноземов. Содержание гумуса в таких почвах обычно достигает до 10% (в верхнем слое). Не случайно именно чернозем является своеобразным почвенным эталоном, наиболее объективно отражающим свойства почв. Фульватный тип гумуса свойственен сероземам, светло-каштановым почвам, бурым, подзолистым и дерново-подзолистым почвам.

Гуминовые кислоты состав. Они изучены лучше других. Их элемент­ный состав и структура непостоянны. Содержание углерода в гуминовых кислотах 52—58%, водорода 3,3—4,8, азота 3,6—4,1 и кислорода 34—39 %. При переходе от северных лесных почв к южным степным уменьшается гидратация, понижается окисленность гуминовых кислот и повышается содержание углерода. Постоянным компонентом гуминовых кислот является азот; Часть его представлена аминокислотами, находящимися в не­прочной связи с ядром гуминовой кислоты. Другая часть связана с ядром прочно. Наличие в составе гуминовых кислот прочно свя­занного азота свидетельствует о том, что эти кислоты являются продуктами конденсации полифенов, источником которых служат дубильные вещества и лигнин с аминокислотами.

В группе гуминовых кислот выделяют бурые гуминовые кисло­ты, находящиеся в почве преимущественно в свободном состоя­нии, и черные, которые образуют соли с кальцием и магнием. Бу­рые гуминовые кислоты называют еще ульминовыми. Они имеют менее конденсированное ядро и более подвижны.

По химическому строению гуминовые кислоты представляют собой настоящие органические кислоты, т. е. соединения, в со­став которых входят карбоксильные группы (СООН). Таких групп в молекуле гуминовых кислот четыре, т. е. эти кислоты яв­ляются четырехосновными. Молекулярная масса их около 1400. Кроме карбоксильной гуминовой кислоты имеют три—шесть фенольных групп (ОН), первичные и вторичные спиртовые группы (ОН), а также метоксильные (ОСНз) и карбонильные (СО) группы. В состав ядра молекул гуминовых кислот входят бензольные кольца. Гуминовые кислоты в свободном виде представляют собой черный блестящий порошок игольчатого или зернистого строе­ния. При обработке водой они дают слабые коллоидные раство­ри буроватого цвета. Со щелочными катионами — натрием, ка­мнем, аммонием, литием гуминовые кислоты дают соли, малорастворимые в воде с образованием молекулярных растворов. Такие растворы в тонком слое прозрачны, бурого цвета, а в толстом слое непрозрачны и черного цвета. С двухвалентными катионами кальция, бария, магния и другими, а также с трехвалентными ка­тионами железа и алюминия гуминовые кислоты дают соли, нера­створимые в воде.

Фульвокислоты состав. Представляют собой настоящие органические кислоты, относящиеся к группе оксикарбоновых кислот, содержат азот. Элементный состав фульвокислот подзолистой почвы следующий: углерода 45,3 %, водорода 5, кис­лорода 47,3, азота 2,4 %. Таким образом, содержание углерода и азота в фульвокислотах значительно ниже, а кислорода значитель­но выше, чем в гуминовых кислотах. Они имеют те же функцио­нальные группы (карбоксильные, фенольные и др.), что и гумино­вые кислоты, но ядро фульвокислот отличается менее выражен­ным ароматическим строением, а боковых радикалов у них боль­ше, чем у гуминовых кислот. Они менее конденсированы и имеют более простое строение.

Фульвокислоты способны разрушать минералы, образовывать комплексные и внутрикомплексные соединения с гидроксидами и играют существенную роль в подзолообразовании. Экви­валентная масса фульвокислот равна 160, т. е. вдвое ниже, чем у гуминовых кислот. Свободные фульвокислоты имеют коллоид­ный характер. Степень диссоциации фульвокислот значительно выше, чем у гуминовых кислот. Соли фульвокислот со щелоч­ными и щелочноземельными металлами растворимы в воде. С алюминием и железом фульвокислоты дают соединения, нера­створимые в воде при нейтральной реакции, но растворяющие­ся при кислой или щелочной реакции раствора. В почве фуль­вокислоты, видимо, связаны с гуминовыми кислотами, образуя с ними соединения типа сложных эфиров. В гумусово-иллювиальных горизонтах некоторых подзолистых почв фульвокислота закреплена в форме соединений с железом и особенно с алюми­нием.