Гумус - це гетерогенна динамічна полідисперсна система висо-комолекулярних азотистих ароматичнихсполук кислотної при­роди.

Уміст гумусу в поверхневих горизонтах грунтів коливається від 0,5 до 20%, різко або поступово зменшуючись з глибиною.

Характерною особливістю гумусових речовин є їх гетеро­генність, тобто наявність різних за стадією гуміфікації, молекуляр­ною масою, хімічним складом, а значить, властивостями компонентів.

Гумусні речовини поділяють на три групи сполук: гумінові кис­лоти, фульвокислоти, гуміни.

Гумінові кислоти (ГК) темно-коричневого або чорного забарв­лення, розчинні в слабких лугах, утворюючи гумати, слабко розчинні у воді. До їх складу входять вуглець (50-62 %), водень (2,8-6,6%), кисень (31-40%), азот (2-6%) і зольні елементи. Залежно від умісту вуглецю, ГК поділяють на дві групи: сірі або чорні (високий уміст Ca) і бурі. Елементарний склад молекул гумінових кислот непостій­ний. Молекулярна маса коливається від 4 тис. до 100 тис. ат. од. Хімічні властивості, ємність вбирання, взаємодія з мінералами ґрун­ту зумовлені наявністю в молекулі ГК функціональних груп (кар­боксильної, фенолгідроксильної, амідної, карбонільної тощо).

Молекула гумінової кислоти має складну будову (рис. 14) і скла­дається з: 1) ядра - це ароматичні та гетероциклічні угрупуйання (азотовмісні гетероцикли, феноли, ароматичні альдегіди, 50-65% маси молекули гумінової кислоти). У процесі старіння гумусу збільшується ступінь конденсованості, ущільненості ядра, у зв'язку з чим зменшується рухомість гумінової кислоти; 2) периферійної ча­стини гумінової кислоти, що складається з аліфатичного ланцюжка (вуглеводневі та амінокислотні групи, 25-40% від маси молекули)

та функціональних груп (карбоксильних, гідроксильних, амінних тощо, 10-25%). Наявність карбоксильних та гідроксильних груп зу­мовлює кислотні властивості, ємність поглинання, розчинність, здатність утворювати органо-мінеральні сполуки тощо.

Гумінові кислоти не мають кристалічної будови, але молекули їх упорядковані й сітчасті за структурою, сферичної форми, діамет­ром біля 3-8 нм, об'єднуються між собою і створюють асоціати. Роз­чини гумінових кислот пересуваються в електричному полі, при всіх значеннях pH молекули мають негативний заряд. Основна маса гу­мінових кислот при pH, більшому від 5, знаходиться у вигляді нероз­чинних у воді продуктів, а при pH, меншому від 5, - дегідратованих гелів, тому частково розчиняються, утворюючи молекулярні й ко­лоїдні розчини.

Гумінові кислоти різних типів ґрунтів мають відмінності в ряду від підзолистих грунтів до чорноземів: збільшуються відношення С:Н, частка ядра, оптична щільність, гідрофобність, зменшується роз­чинність, здатність до пептизації

Фульвокислоти (ФК) світло-жовтого, світло-бурого забарвлен­ня, розчинні у воді й лугах, утворюючи фульвати, їх елементарний склад відрізняється від складу гумінових кислот. Вони містять вуг­лець (41^6%), водень (4-5), азот (3-4), кисень (44-48%). Отже, фуль­вокислоти містять менше вуглецю і більше кисню, ніж гумінові, а також відрізняються співвідношенням ядра і периферійної частини в молекулі (слабо виражене ядро і більша частина периферії). Водні розчини фульвокислот сильно кислі (pH = 2,6-2,8), молекулярна маса коливається від 2 до 500 тис. ат. од., енергійно руйнують мінеральну частину ґрунту, дуже лабільні.

Гумін тепер прийнято називати рештками, що не гідролізують­ся. Це сукупність гумінових і фульвокислот, які міцно зв'язані з міне­ральною частиною ґрунту. До їх складу входять також компоненти рослинних решток, що важко розкладаються мікроорганізмами: це­люлоза, лігнін, вуглинки. Гуміни не розчиняються в жодному роз­чиннику, тому їх називають інертним гумусом.

Поряд з традиційним поглядом, на сьогодні досить популярна думка, що, крім ГК, ФК та гуміну, до складу гумусу входять гіма-томеланові кислоти - група гумусових речовин із проміжними влас­тивостями між фульвокислотами й гуміновими кислотами. Раніше їх відносили до групи гумінових кислот.

4. Органо-мінеральні сполуки в ґрунті.

Органічні речовини ґрунту постійно взаємодіють із мінераль­ною частиною. За характером взаємодії виділяють три групи орга-но-мінеральних речовин.

Першу групу складають солі органічних неспецифічних кислот (щавелевої, мурашиної, оцтової, лимонної) і гумусових специфічних кислот із катіонами лужних і лужноземельних металів. Механізм утворення гуматів і фульватів полягає в обмінній реакції між вод­нем кислих функціональних гумусових кислот і катіонами:

Обмінна реакція протікає в еквівалентних кількостях і є зво­ротною. В утворенні гуматів беруть участь зольні елементи рослин, що вивільнюються при розкладі останніх, а також обмінні катіони дифузного шару ґрунтових колоїдів та основи, що входять до скла­ду кристалічних решіток первинних, вторинних мінералів. Утворені солі гумусових кислот - гумати й фульвати мають неоднакові вла­стивості. Гумати одновалентних катіонів (натрію, амонію, калію) добре розчинні у воді, легко вимиваються з грунту. Тому грунти, що містять гумати натрію (солонці), легко збіднюються гумусом за ра­хунок його міграції в нижні горизонти. Гумати кальцію й магнію нерозчинні у воді, утворюють водостійкі гелі, тому накопичуються у верхньому горизонті грунту (чорноземи). Фульвати всіх катіонів розчинні у воді, тому легко мігрують по профілю, вимиваються з ґрунту (підзолисті ґрунти). Характерною особливістю гуматів і фуль-ватів є здатність до обмінних реакцій з іншими катіонами, тобто до формування фізико-хімічної обмінної здатності ґрунтів.

Другу групу становлять комплексні солі типу хелати, що ут­ворюються при взаємодії неспецифічних органічних кислот з поліва­лентними металами (залізо, алюміній, мідь). Метал у хелатах вхо­дить до аніонної частини молекул і не здатний до обмінних реакцій. Вільні карбоксильні і фенолгідроксильні групи здатні обмінюватись з катіонами лужних і лужноземельних металів. Отримані сполуки називаються комплексно-гетерополярними солями.

_кр(соон)„ _{+м м+ к} \ї_м?соо^_м]^соони
{он)_т - > і он " V),„-, '

де М⁺ - катіони Fe, Al тощо.

Ємність зв'язування заліза в хелати гумінових кислот коливається від 50 до 150 мг/г ГК, алюмінію - від 27 до 55 мг/г ГК. Ємність зв'язуван­ня заліза у хелати фульвокислот - до 250 мг/г, а алюмінію - до 140 мг/г.

Рухомість комплексних сполук різноманітна і залежить від типу гумусової кислоти, обмінних катіонів, насиченості вільних функціо­нальних груп. Найбільш рухомі алюмо- та залізофульватні солі. Як­раз вони створюють різноманітні плівки на поверхні структурних агрегатів в ілювіальному горизонті.

Третю групу складають органо-мінеральні сполуки, утворені при взаємодії гумусових кислот та їх солей з кристалічною решіт­кою несилікатних півтораоксидів і глинистих мінералів. При цьому можливі такі шляхи їх утворення:

1) хімічний зв'язок (через місток або безпосередньо) із мінералами;

2) адсорбція на поверхні мінеральної частинки;

3) проникнення лінійних структур молекул гумусових кислот у міжпакетний простір глинистих мінералів.

Утворення органо-мінеральних сполук може супроводжуватись їх міграцією по ґрунтовому профілю або акумуляцією на місці ут­ворення. Гумати деяких лужних металів та алюмінію добре розчиня­ються у воді і, як наслідок, легко пересуваються з водними потока­ми. Проте гумати кальцію - погано розчинні. Фульвати лужних і лужноземельних металів добре розчиняються та володіють високою міграційною здатністю.

Дата добавления: 2015-10-13