ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Образование, функционированиеI пигменты, ферменты, витамины, низкомолекулярные соединения, а также зольные элементы. Из всех перечисленных соединений, присутствующих в растительных остатках в значительных количествах (10—30%), наибольшей микробиологической устойчивостью, т. е. наименьшей скоростью микробного разложения, обладает лигнин. В основном же сухое вещество растительных остатков состоит из углеводов и лигнина, представленных в различном соотношении, поэтому скорость разложения существенно зависит от химического состава растительных остатков. Например, древесина и хвоя содержат много лигнина, а также смол, дубильных веществ, но мало азотистых соединений, и разложение этих остатков идет медленно. Относительное содержание основных химических соединений в составе растительных остатков различного ботанического состава приводится в табл. 5. Высокая микробиологическая устойчивость лигнина, а также близость этого соединения по элементному составу и некоторым структурным компонентам к гумусовым, веществам дало в свое время основание С. А. Ваксману считать лигнин одним из основных источников почвенных гумусовых кислот. Это представление долгое время было господствующим в учении о почвенном гумусе. Однако в последующих работах было показано, что лигнин не является обязательным источником гумуса и что гумусовые или гумусоподоб-ные вещества могут формироваться при определенных условиях из различных органических соединений и при Таблица» 5. Химический состав некоторых растительных остатков, % к сухому веществу (по А. Е. Возбуцкой, 1908 г.)
отсутствии в их составе лигнина. Не исключено, что в трансформации растительных остатков в почве определенная роль может принадлежать витаминам, ферментам, гормонам и другим биологически активным соединениям, присутствующим в опаде в небольших количествах. Поскольку направление и скорость превращения растительных остатков, а также свойства образующихся продуктов существенно зависят от состава трансформирующихся соединений (и от условий разложения), рассмотрим в общих чертах основные свойства и характер строения основных исходных химических веществ, поступающих в почву. Белки — высокомолекулярные природные соединения, являющиеся поликонденсатами а-аминокислот. Молекулярные массы белков колеблются в широких пределах — от 5000 до нескольких миллионов. Молекулы белка представляют собой в различной степени упорядоченные полипептидные цепи. Ароматические структуры в составе белков обязаны своим происхождением ароматическим аминокислотам. Белки содержат кислотные карбоксильные группы и основные аминогруппы. Средний элементный состав белков следующий (в процентах па Сухой вес): С «* 50—55; Н — 6,5-1 7,3; О - 21,5-23,5; N - 15,0-17,6; 8 - 0,3-2,5. Целлюлоза — (СбНю05)п — полисахарид, построенный из элементарных звеньев ангидро-(3-глюкозы. В молекулу входит 1000—12 000 глюкозных остатков, т. е. молекулярные массы лежат в пределах 105 — 106' атомных единиц массы. Макромолекула целлюлозы наряду с ангидроглюкозными звеньями может содержать остатки других моносахаридов (гексоз и пен-тоз), а также уроиовьтх кислот. Целлюлоза имеет сложную надмолекулярную структуру и относится к кристаллическим полимерам. Элементный состав (в процентах на сухой вес): С — 44,5; Н —6,1; 0 — 49,4. Гемицеллюлоза — полисахарид, входящий в состав клеточной стенки растительной ткани наряду с целлюлозой и лигнином. Относительно хороню растворяется в щелочных растворах и гидролизуется. В состав гидролизата входят остатки ксилозы, арабинозы и уро-новых кислот, а также камеди. Их степень полимеризации обычно не превышает 150, т. е. молекулярные массы имеЮт порядок не более 104. Элементный состав обычный для полисахаридов. Лигнин — аморфное вещество ароматической природы, которым пропитаны одревесневшие стенки растительных клеток. Состав лигнина представлен на 62— 65% углеродом, на 5—6% водородом и на 29—33% кислородом. В некоторых лигнинах обнаруживается до 1—2% азота. В состав лигнина входит много метоксиль-ных групп (—ОСНз) и свободных гидроксилов. Основным структурным элементом лигнина является окси-гидрокомифериловый спирт. Лигнин с большим трудом разрушается микроорганизмами. Липиды — гетерогенная группа веществ, не растворимых в воде, но растворимых в неполярных органических растворителях. В структурном отношении липиды образованы простыми углеводородными цепями и сложными циклическими молекулами. В состав липидов входят жирные кислоты — насыщенные и ненасыщенные, нейтральные жиры, фосфолипиды, гликолипиды, спирты и воска, терпены, стероиды. Эта группа веществ представлена наименее окисленными органическими соединениями растительного происхождения. Можно лишь весьма ориентировочно указать средний элементный состав растительных липидов (в процентах на сухой вес) С-70-80; Н - 10-15;,0 - 6-12. Дубильные вещества (танниды) представляют собой весьма однородную группу веществ полифеноль-ной природы. Особенно много этих соединений (до 10— 15%) содержится в коре древесных растений. Различные танниды могут содержать от 50 до 60% углерода. Танниды взаимодействуют с белками, образуя прочные водородные связи между фенольными оксигруппами и функциональными - группами белка, главным образом группами, содержащими азот. Если на основании данных о среднем химическом (вещественном) составе различных растительных остатков (см. табл. 5) рассчитать их элементный состав, то будут получены следующие данные (для высших растений): С-50-55%; Н-6,2-6,8%; 0-36-43%; N — 0,1—3,2%, т. е. содержание отдельных элементов, за исключением азота, варьирует не так уж сильно. Итак, сЬвременная наука располагает подробными сведениями об исходном материале, из которого формируется огромный по массе фонд органического вещества почвы. Этот фонд в большинстве случаев в 20— 100 раз превышает размеры ежегодного поступления органического вещества в почву и в 4—40 раз больше живой биомассы растений и других организмов, населяющих различные биогеоценозы. Таким образом, процесс накопления мертвого органического вещества, сконцентрированного в современных почвах, приобрел поистине глобальные масштабы. Мертвое органическое вещество почвы — самый крупный фонд органического вещества в современной биосфере и в то же время, как ни парадоксально, это наименее изученная часть органического вещества на Земле. Возможно, что такая ситуация сложилась из-за неправильного отношения к этой части органического вещества как к отходам, отбросам «биосферного производства». Но в естественных ненарушенных экосистемах, в природе отходов не существует. Биосфера — классический пример «безотходного производства». Отмершее органическое вещество живет новой жизнью в многообразных почвенных процессах, играет огромную роль в формировании важнейших свойств почвы, в том числе плодородия, участвует в разнообразнейших биогеохимических круговоротах. П. А. Костычев еще в прошлом веке писал, что перегной (т. е. гумус) — не мертвая масса, но в каждой точке дышит разнообразными проявлениями жизни.
Прежде чем говорить о биогеохимическом круговороте органического вещества в почвах, целесообразно хотя бы вкратце охарактеризовать органическое вещество почвы в целом, тот относительно стабильный фонд, который является непременной составной частью практически всех почв. Органическое вещество почвы прежде всего — это смесь различных соединений- (рис. 12), среди которых исходные вещества отмерших растительных остатков по содержанию занимают подчиненное положение. Основу органического вещества большинства почв, как уже говорилось, составляют специфические гумусовые вещества, возникшие в результате сложных биохимических и физико-химических трансформационных процессов, называемых процессом гумификации. На этом процессе как звене биогеохимического круговорота мы остановимся ниже, а сейчас вернемся к органическому веществу почвы. К настоящему времени накоплен значительный материал, содержащий сведения о составе, структуре и многих свойствах гумусовых веществ. Гумусовые вещества прежде всего «являются не химическими индивидуальными соединениями, а группой веществ, обладающих лишь общими чертами строения, но варьирующих по своей природе и свойствам» (Кононова,
Таблица С. Средний элементный состав органической части гумусовых веществ, в весовых % (по Орлову, 1974)
1957). Это варьирование проявляется в элементном составе гумусовых веществг; различного происхождения, в наборе структурных единиц, составляющих молекулу, молекулярных массах, растворимости и т. д. Гумусовые вещества делят на четыре (иногда три) группы: гуминовые кислоты, фульвокислоты, гиматомелановые кислоты и гумин (см. рис. 12). Две первые группы, т. е. гуминовые и фульвокислоты, изучены лучше других, поскольку с их наличием связываются многие важные свойства почв. В частности, гуминовые кислоты, соли которых обладают низкой растворимостью, играют в почве роль природных структурообразователей, способствуют формированию благоприятных воздушных и водно-физических свойств. Относительно хорошо растворимые соли фульвокислот способствуют развитию водной миграции вещества, особенно в почвах избыточного увлажнения. В табл. 6 приводятся данные по среднему элементному составу органической части гумусовых веществ различного происхождения. Выделенные из почвы гумусовые вещества содержат также многие так называемые зольные элементы, остающиеся в составе золы после сжигания органических веществ — кремний, железо, алюминий, фосфор, кальций, микроэлементы и т. д. Однако их содержание существенно зависит не только от типа почвы, но и от используемых методов выделения и очистки препаратов гумусовых веществ, поэтому вопрос о роли и формах связи зольных элементов в молекулах гумусовых веществ во многом остается открытым. Благодаря исследованиям, выполненным в разное время большой группой советских и зарубежных ученых, появилась возможность получить представление об основных структурных единицах, составляющих молекулы гумусовых веществ. На рис. 13 показана диаграмма структурного состава гумусовых веществ, построенная по обобщенным данным Д. С. Орлова. Обращает на себя внимание в общем однотипный характер и одинаковое соотношение структурных фрагментов в гуминовых кислотах из разных почв и повышенное по сравнению с гуминовыми кислотами содержание метилпентоз, гексоз и аминосахаров в фульвокислотах. В вопросе о молекулярных массах гумусовых веществ исследователи в общем придерживаются единого мнения, что как гуминовые, так и фульвокислоты обладают четко выраженной полидисперсностью. Однако данные о верхних и нижних границах молекулярных масс весьма разноречивы. Наиболее часто встречающиеся значения лежат в пределах от 600—700 до десятков и сотен тысяч атомных единиц массы. Относительно легкое гидролитическое отщепление некоторых структурных фрагментов от молекул гумусовых веществ дает основание для условного разделения гумусовой макромолекулы на две составные части — ядро и отщепляемые периферические фрагменты. Согласно современным представлениям о структурных единицах гумусовых веществ, микробиологически I термодинамически устойчивые ядерные фрагменты образованы преимущественно циклическими и ароматическими структурами. Ядро гумусовых молекул богаче углеродом по сравнению со средним содержанием в молекуле. Периферические, отщепляемые при гидролизе фрагменты, представлены линейно полимеризо-ванными цепочками углерода, несущими различные реакционноспособные группы — карбоксилы, карбони-лы, гидроксилы, метоксильные и аминогруппы и др. (рис. -13). Одна из гипотетических моделей, отражающих структуру и характер связи гумусовых веществ с минеральной частью почвы, представлена на рис. 3. Как видно на рисунке, почвенный гумус по химической структуре вполне может конкурировать с самыми сложными белковыми молекулами.
Образование, функционирование И баланс Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|