Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Сравнительная характеристика фульвокислот, выделенных по методам Тюрина и Форсита

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Уланкина, Анна Валерьевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Современные представления о природе и свойствах фульвокис-лот.

1.1. История изучения почвенного гумуса и вопросы терминологии.

1.2. Работы по изучению фульвокислот с 30-х годов XX века.

1.3. Современные представления о природе и свойствах фульвокислот.

ГЛАВА 2. Методы выделения фульвокислот.

ГЛАВА 3. Состав и свойства фульвокислот.

3.1. Элементный состав фульвокислот.

3.2. Оптические свойства фульвокислот.

3.3. Аминокислоты и углеводные компоненты фульвокислот.

3.4. Молекулярно-массовое распределение фульвокислот.

3.5. Функциональные группы фульвокислот.

ГЛАВА 4. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Объекты исследования.

4.2 Методы исследования.

ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Сравнительная характеристика фульвокислот, выделенных по методам Тюрина и Форсита"

В последнее время в области изучения гуминовых кислот (ГК) и фульвокислот (ФК) почв достигнуты определенные успехи. Однако ряд вопросов не нашел еще должного освещения в науке. Это относится к строению, химической структуре, происхождению ФК, которые являются наименее изученной группой гумусовых кислот.

Наша работа посвящена изучению свойств, состава и сравнительной характеристике ФК, выделенных из различных природных объектов: чернозем типичный, аллювиально-луговая почва и торф верхового болота. Актуальность. Более 200 лет ученые занимаются изучением гумусовых кислот почв. Термин фульвокислоты впервые ввел С. Оден (1919) для группы гумусовых веществ торфяных вод, полагая, что они являются аналогами креновой и апокреновой кислот Берцелиуса. К настоящему времени исследователи рассматривают ФК как специфическую самостоятельную группу гумусовых кислот. Собран большой материал, касающийся содержания, состава и свойств ФК. Многие ранее опубликованные данные позволяют говорить о значительном сходстве ФК с гуминовыми кислотами. Но, в частности, было подробно показано, что ФК также и существенно отличаются от ГК по молекулярным массам, коэффициентам экстинкции, полидисперсности; все эти показатели очень близки для ФК различного происхождения. Однако, по многим другим показателям между ними почти нет различий. И хотя часто подчеркивается, что пути формирования ГК и ФК различны, но дело, видимо, не в их происхождении, а в различиях тех частей, которыми представлены сами молекулы ГК. В частности, было показано, что легкогидролизуемая, отщепляемая часть ГК по многим параметрам мало отличается от ФК.

Однако, еще И. В. Тюриным в 40-х гг. XX века и позже рядом других исследователей, было высказано утверждение о сомнительности существования фульвокислот. Он почти во всех работах, посвященных ФК, делал оговорку на то, что ФК всегда связаны с ГК и обнаруживаются только после предварительного осаждения ГК в кислой среде. Также И. В. Тюрин писал, что ГК и ФК взаимно связаны и находятся в форме соединений по типу сложных эфиров. И при действии щелочей происходит омыление этих соединений, и только после этого отделяются так называемые ФК. Таким образом, он приписывал ФК право на самостоятельность, хотя и в форме сложных эфиров.

В дальнейшем было высказано предположение о сомнительности существования ФК как об индивидуальных соединениях [26]. Ряд исследований показал, что состав и строение ФК, выделенных из одинаковых объектов, но различными методами (методами Тюрина и Форсита) различаются по своему строению и свойствам. Было показано, что ФК выделенные по Форситу, по строению и химическому составу стоят ближе к ПС и составляют лишь малую долю всех ФК, определяемых по Тюрину. Все сказанное говорит о возможности того, что ФК выделенные по Тюрину - это набор простых веществ, либо отщепляемых от ГК в аналитической процедуре, либо это - продукты распада гуминовых веществ, либо других органических соединений, образующих клетки живых организмов.

До настоящего времени дать четкий ответ о природе и происхождении ФК не представляется возможным, в тоже время вопрос о существовании ФК как индивидуальных соединений является актуальным для дальнейшего изучения ФК как природных объектов.

Цель работы: дать сравнительную характеристику состава и свойств ФК, выделенных из трех природных объектов (чернозем типичный, аллювиаль-но-луговая почва и торф верхового болота) двумя различными методами метод группового и фракционного состава гумуса по Тюрину и метод

Форсита).

Основные задачи:

1. выделить ФК по принятой методике анализа группового состава гумуса по Тюрину, с последующей очисткой их по Форситу;

2. произвести количественную оценку выхода ФК по методам Тюрина и Форсита;

3. определить основные характеристики выделенных ФК, а именно: элементный состав, оптические свойства, молекулярно-масеовое распределение;

4. определить состав аминокислот, входящих в ФК;

5. определить количество функциональных групп.

Научная новизна: Будет дана характеристика состава и свойств ФК выделенных различными методами.

Диссертационная работа состоит из введения, 5-ти глав и выводов. Автор искренне благодарит научного руководителя профессора, доктора биологических наук Д. С. Орлова за постоянное внимание, помощь в работе, ценные советы и замечания. Особую признательность за неизменную поддержку, помощь в работе и доброжелательность автор выражает всему коллективу кафедры химии почв, преподавателям и сотрудникам факультета почвоведения МГУ им. М. В. Ломоносова.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Уланкина, Анна Валерьевна

выводы

Для характеристики состава гумуса может быть предложено несколько способов изложения. Кроме обычно используемых отношений Ст:СФК, характеризующей меру гидролизуемости гуминовых веществ, их конден-сированность (подразумевая под последним степень развития сопряженных двойных связей), удобно использовать такие показатели, как Сге :Собщ. и (Сге+С^):Собщ., характеризующие степень гумифицирован-ности органического вещества почв.

Согласно полученным результатам углерод ФК по Форситу составляет не более 30 % от углерода ФК, находимых по методу Тюрина. ФК по Форситу представлены соединениями отличающимися пониженным содержанием углерода и имеют значительно большую степень окис-ленности, чем ФК по Тюрину.

ФК по Форситу имеют более высокую оптическую плотность и содержат значительно меньшее количество углеводов, чем ФК по Тюрину. По содержанию аминокислот ФК по Форситу количественно и качественно отличаются от ФК по Тюрину (в ФКф полностью отсутствуют некоторые аминокислоты, а именно - аргинин, гистидин, лизин, метионин и цистин). Полученные результаты по содержанию азота аминокислот и аммонийного азота ФК по Тюрину исследуемых почв сходны, что свидетельствует о близкой природе этих форм азота в периферической части молекулы фульвокислоты.

Анализ молекулярно-массового распределения показал, что ФК по Тюрину содержат две фракции (в торфе - 3 фракции). Гель-хроматограммы ФК, выделенные по методу Форсита, показали, что они более однородны, о чем свидетельствует наличие у них всего 1 фракции (торф - 2 фракции), и эти ФК имеют меньшие значения молекулярных масс.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Уланкина, Анна Валерьевна, Москва

1. Александрова Л. Н. Органическое вещество почв и процессы его трансфор-мации. Л., 1980.

2. Ваксман С. А. Гумус. Происхождение, химический состав и значение его вприроде (перевод с англ.). М.: Сельхозгиз, 1937.

3. Горелова Т. А. Особенности органического вещества торфяных, тофяноглеевых и торфянисто-подзолисто-глеевых почв. Автореф. канд. дис. М., 1982.

4. Дояренко А. Г. Гуминовые вещества как азотистая составная часть почвы.

5. Изв. Московск. СХИ. 1900, т. 6, с. 48-56.

6. Драгунов С. С. Методы исследования гуминовых веществ. Труды Почвенного ин-та им. В. В. Докучаева. 1951, т. 38, с. 65-98.

7. Драгунов С. С., Мурзаков Б. Г. Гетерогенность фульвокислот обыкновенного чернозема. Почвоведение. 1970, № 3, с. 115-121.

8. Драгунов С. С., Мурзаков Б. Г., Гостенков. Специфические и неспецифические вещества ФК. Почвоведение. 1971, № 5, с. 84-90.

9. Зырин Я. Г., Овчинникова М. Ф., Орлов Д С. Аминокислотный состав гуминовых и фульвокислот некоторых типов почв. Агрохимия. 1964, № 4, с. 51-58.

10. Карпухин А, И., Фокин А. Д. Применение гелевой хроматографии для определения молекулярного веса фульвокислот. Изв. ТСХА. 1970, вып. 5, с. 131-136.

11. Карпухин А. И., Фокин А. Д. Применение гелевой хроматографии для изучения фульвокислот и железо-фульватных соединений. Особенности почвенных процессов дерново-подзолистых почв. М., 1972, с. 102-115.

12. Кононова М. М. Проблема почвенного гумуса и современные задачи егоизучения. М., 1951.

13. Кононова М. М. Органическое вещество почвы. Его природа, свойства иметоды изучения. Изд. АН СССР. 1963

14. Кононова М. М, Александрова И. В. Применение метода распределительной хроматографии на бумагу при изучении форм азота гумусовых веществ. Почвоведение. 1956, № 5, с. 86-92.

15. Кононова М. М, Александрова И. В. Биохимия процесса гумусообразования и некоторые вопросы питания растений. Известия АН СССР. Сер. Биол. 1958, № 1, с. 79-85.

16. Корюшкина С. Р. Исследования некоторых физико-химических свойствфульвокислот Нечерноземья. Вестник МГУ. 1976. № 7, с. 24-27.

17. Крупский Н. К, Бацула А. А., Мамченко О. А. Аминокислотный составгуминовых и фульвокислот некоторых типов почв Левобережной Украины. Научн. докл. высш. школы. Биол. науки. 1974, № 5, с. 32-38.

18. Крыстанов С. А. Характеристика органического вещества основных типовпочв Северной Болгарии. Автореф. канд. дис. М., 1968.

19. Лозе Ж., Матье К Толковый словарь по почвоведению. М., «Мир». 1998,398 с.

20. Найденова О. А. Опыт применения высокочастотного титрования дляопределения функциональных групп в гумусовых кислотах. Химия, генезис и картография почв. М., 1968. с. 26-41.

21. Найденова О. А. К методике получения чистых препаратов фульвокислотдерново-подзолистой почвы и чернозема. Записки ЛСХИ. 1973, т. 206.

22. Овчинникова М. Ф., Орлов Д. С. Распределение азота по фракциям органических веществ почв. Вестник МГУ. 1964, № 3, с. 11-18.

23. Околелеова А. А. Влияние орошения на природу и свойства гумусовыхкислот степных почв Нижнего Поволжья. Автореф. канд. дис. М., 1985.

24. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.:1. МГУ, 1990. 325 с.

25. Орлов Д. С. Химия почв. М., Изд. Моск. ун-та. 1992. 400 с.

26. Орлов Д. С. Органическое вещество почв России. Почвоведение. 1998, №9, с. 1049-1057.

27. Орлов Д. С. Почвенные фульвокислоты, история их изучения, значение иреальность. Почвоведение. 1999, № 9, с. 1165-1171.

28. Орлов Д С., Гришина Л. А. Практикум по химии гумуса. М., 1981.

29. Орлов Д. С., Карпухин А. И. Кальций-фульватные соединения и доступность кальция растениям. Почвоведение. 1994, № 5, с. 30-36.

30. Орлов Д. С., Милановский Я Ю. Гель-хроматография в почвоведениивозможности и ограничение метода. Современные физические и химические методы исследования почв. М.: МГУ. 1987, с. 94-118.

31. Орлов Д. С., Овчинникова М. Ф. Различные формы соединений азота всероземе, черноземе и дерново-подзолистой почве. Агрохимия. 1966, № 1, с. 33-38.

32. Пашков К С., Садовникова Л. К, Фридланд Е. В. Неспецифические соединения почвенного гумуса. М.: Изд-во МГУ, 1984,144 с.

33. Пономарева В. В. О методах выделения и химической природе фульвокислот. Почвоведение. 1947, № 12, с. 114-119.

34. Пономарева В. В., Плотникова Т. А. Гумус и почвообразование. Л., 1980.

35. Раскатов В. А. Исследование состава и физико-химических свойств почвенных фульвокислот. Дисс. канд. биол. наук. М., 1980.

36. Садовникова Л. К Углеводные компоненты гумусовых веществ почвы.

37. Автореф. канд. дис. М., 1976.

38. Соломинская Б. А. Исследование некоторых физико-химических свойствфульвокислот. Автореф. канд. дис. М., 1969.

39. Титова Н. А. Железогумусовые комплексы некоторых почв. Почвоведение. 1962, № 12, с. 38-44.

40. Тюрин И. В. Органическое вещество почв и его роль в почвообразовании иплодородии. M.-JL: Сельхозгиз, 1937.

41. Тюрин И. В. К вопросу о природе фульвокислот почвенного гумуса. Труды

42. Почвенного ин-та В. В. Докучаева АН СССР. 1940, т. XXIII.

43. Тюрин И. В. Органическое вещество почвы и его роль в плодородии. М.,1965.

44. Уланкина А. В. Аминокислотный состав фульвокислот, выделенных по методам Тюрина и Форсита. Вестн. Моск. ун-та. Сер. Почвоведение. 2001, № 4, с. 35-38.

45. Уланкина А. В. Сравнительный аналих фульвокислот, выделенных по методам Тюрина и Форсита. Почвоведение. 2001, № 12, с.1443-1447.

46. Черников В. А., Раскатов В. А., Конниц В. А. Сравнительное изучение элементного состава фульвокислот различного происхождения. Изв. ТСХА. 1982, вып. 5, с. 83-90.

47. Черников В. А., Раскатов В. А., Кончиц В. А. Состав и свойства фульвокислот черноземов с различной молекулярной массой. Почвоведение. 1991, № 1, с. 29-38.

48. ЮхнинА. А., Орлов Д. С. Фракционирование фульвокислот на угле. Научн.доклады высш. школы. Биол. науки. 1972, № 5, с. 69-74.

49. Aiken G. R., Thurman Е. М., Malcolm R. L. Comparison of XAD Macroporousresins for the concentration of FA from aqueous solution // Anal. Chem., 1979, v. 51, № 11, p. 1979.

50. Alberts J. J., Filip Z. Sources and characteristics of fiilvic and humic acids from asalt marsh estuary // Sci. Total Environ. 1989, v. 81-82, p. 353-361.

51. Barriuso E., Andreux F., Portal J.-M. Quantitative study of humic and fiilvicacids extracted from a mountain soil (Umbric Dystrochrept), a methodological discussion// Sci. Sol. 1986, № 1, p. 31-38.

52. BerzeliusJ. Lehrbuch der Chemie. 3 Aufl. Ubers. von Sohler, 1839, bd. 8, s. 11378.

53. Beyer L. The chemical composition of soil organic matter in classical humiccompound fractions and in bulk sumples (a review) // Z. Pflanzenernaehr. Bo-denk., 1996, bd. 159, s. 527-539.

54. Bhandari G. S., Maskina M. S., Randhawa W. S. A study of humic and fiilvicfraction of some soils of different agro-climatic regions of the Erstwhile Penjab. Geoderma. 1970, v. 3, № 3, p. 239-248.

55. Chattopadhyay A., Nayak D. C., Varadachari C. Distribution of aminoacids insoil humic fractions // J. Ind. Soc. Soil Sci. 1985, v. 33, p. 403.

56. Cheshire M. V. el at Nature of soil carbohydrate and its association with soilhumic substances // J. Soil Sci., 1992, v. 43, p. 359-373.

57. Clark F. E., Tan K. N. Identification of polysaccharide ester linkage in humicacids // Soil Biol., Biochem, 1969, v. 1, p. 75-85.

58. DormaarJ. F. Polysaccharides in chernozemic soil of Southern Alberta // Soil

59. Sci. 1967, v. 103, № 6, p. 417.

60. Uriel W. V. Studies on the conversion of amino acids in soil // Acta botan. Neerl.,1961, v. 10, №3.

61. Forsyth W. G. C. Studies on the more soluble complexes of organic matter //

62. Biochem. J. 1947, v. 41, № 2.

63. GregorJ. E„ Powell H. K, J. Acid pyrophosphate extraction of soil FA // J. Soil

64. Sci. 1986, v. 37, p. 577-585.

65. Gregor J. E, Powell H. K. J. Effects of extraction procedures on fulvic acidproperties // Sci. Total Environ. 1987, v. 62, p. 3-12.

66. Griffith S. M, SchnitzerM. Analytical characteristics of humic and fulvic acidsextracted from tropical volcanic soils I I Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 1975, v. 39, p. 861-970.

67. Guidi G., Petruzzelli G., Sequi P. Characterization of amino acid and carbohydrate components in fulvic acid // Canad. J. Soil Sci. 1976, v. 56, № 3, p. 159.

68. Hansen E. H., Schnitzer M. Molecular weigth measurement of polycarboxylicacids in water by vapor pressure osmometry // Analyt. Chem. Acta. 1969, v. 46, p. 247-254.

69. Hqyashi Т., Nagai T. On the components of soil humic acids 9. The carbohydratecomposition of different components // Soil Sci., Plant Nutr. 1962, v. 8, № 4, p. 22-29.

70. Hobson R. P., Page H. J. Studies on the carbon and nitrogen cycles in the soil.

71. VIII. The nature of the organic nitrogen compounds in the soil: «nonhumic» nitrogen // J. Agric. Sci., 1932, v. 22, p. 516-522.

72. Hongve D., Akesson G., Becher G. Comparison of molecular weight distributionand acid/base properties between the IHHS Nordic fulvic acids and whole water humic substances // Sci. Total Environ., 1989, v. 81/82, p. 304-314.

73. Kallianou C. S., Yassoglou N. J. Analytical and physical characteristics of humicsubstances in relation to vegetation on three alfisols in Greece // Geoderma. 1985, v. 36, p. 293-300.

74. Kallianou C. S., Yassoglou N. J., Ziechmann W. Characterization of humic substances obtained from calcareous soils from Greece with various extractants. 1. Chemical characterization // Ztschr. Pflanzenern., Bodenk. 1987, bd. 150, h. 108-112.

75. KosakJ., Honda G. Uronic acid in humus // Soil, Plant Food. 1955, v. 2, № 3.

76. Kuwatsuka S., Watanabe A., Itoh K., Shigemitsu Agai Comparison of twomethods of preparation of humic and fulvic acids, IHSS method and NAGOYA method // Soil Sci. Plant Nutr., 1992, v. 38, p. 23-30.

77. LeenheerJ. A. Comprehensive approach to preparative isolation and fractionationof dissolved carbon from natural waters and wastewaters // Environ. Sci. Tech-nol. 1981, v. 15, p. 578-587.

78. Lowe L. E. Soluble polysaccharide fraction in selected Alberta soils // Canad. J.

79. Soil Sci. 1968, v. 48, p. 215.

80. Malcolm R. L. Geochemistry of stream fulvic and humic substances. // Humic

81. Substances in soil, sediment and water: geochemistry, isolation and characterization (eds. G. R. Aiken, D. M. McKinght, R. L. Wershaw, P. MacCarthy). Wiley-Intersience, NY., 1985, p. 181-209.

82. Malcolm R. L, The uniqueness of humic substances in each of soil, stream andmarine environments I I Analytica Chimica Acta, 1990b, v. 232, № 1. p. 19-30.

83. Marinsky J. A., ReddyM. M. Vapor-pressure osmometric study of the molecularweight and aggregation tendency of a reference soil fulvic acid // Analytica Chemica Acta, 1990, v. 232, № 1, p. 123-130.

84. Oden S. Die Huminauren. Kolloidchemische Beihefte. 1919, bd. 11, h. 3-9, s. 75266.

85. Ogner G. Fractionation of humus hydrolysates by ion exchange resin I I Soil Sci.1970, v. 110, №2, p. 86.

86. Pandeya S. B. Ligand competition method for determining stability constants offulvic acids iron complexes // Geoderma. 1993, v. 3-4, № 3-4, p. 219-231.

87. Parsons J. W. Isolation of HS from soils and sediments // Humic Substances andtheir Role in the Environment (Eds. Frimmel F. H. And Christman R. F.). Wiley, NY., 1988, p. 3-14.

88. Pettersson C., Arsenie I., EphraimJ., BorenH., AllardB. Properties of fulvicacids from deep groundwaters // Sci. Total Environ., 1989, v. 81-82, p. 287-296.

89. Rey F., FerreiraM. A., Facal P., Machado A. S. C. Effect of concentration, pHand ionic to strength on the viscosity of solutions of a soil flilvic acid // Can. J. Chem., 1996, v. 74, p. 1-5.

90. Rice J. A., MacCarthy P. Statistical evaluation of the elemental composition ofhumic substances // Org. Geochem., 1991, v. 17, № 5, p. 635-648.

91. Ricca G., Severini F. Structural investigations of humic substances by IR-FT,13C-NMR spectroscopy and comparison with a maleic oligomer of known structure // Geoderma, 1993, v. 58, p. 233-244.

92. Saiz-Jimenez C. Pyrolysis/metylation of soil fulvic acids: benzencarboxylic acidsrevisited // Environ. Sci. Technol., 1994, v. 28, p. 197-200.

93. SchnitzerM. The synthesis, chemical structure, reactions and functions of humicsubstances // in: Humic Substances. Effect on soil and plants (Eds. Burns R. G., Dell'Agnola G., Miele S. et al.). Roma. 1986, p. 14-28.

94. Schnitzer M, Gupta U. C. Some chemical characteristics of the organic matterextracted from the О and В 2 horizons of a gray wooded soil // Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 1964, v. 28, № 3, p. 374-382.

95. Schnitzer M., Khan S. U. Humic substances in the environment. Dekker, NY.,1972.

96. SchnitzerM., KhanS. U. (eds.) Soil organic matter. Elsevier, Amsterdam, 1978.

97. Schreiner O., Shorey E. C. Chemical nature of soil organic matter // U. S. Dept.

98. Agric. Bur. Soils Bull., 1910, p. 74.

99. Stevensen F. S. Chemical nature of nitrogen in fulvic fraction of soil organic matter// Soil Sci. Soc. Amer. Proc., I960, v. 24, № 6.

100. Stevenson F. J. Humus Chemistry. Wiley, NY., 1982.

101. Swift R. S. Organic matter characterization // in: Methods of soil analysis. Part 3.

102. Cemical methods. SSSABook Series no. 5, 1996, p. 1011-1069.

103. Thurman E. M, Malcolm R. L. Preparative isolation of aquatic humic substances

104. Environ. Sci. Technol., 1981, v. 15, p. 463-466.

105. Tsutsuki K, Kuwatsuka S. Chemical studies on soil humic acids. 2. Compositionof oxygen-containing functional groups of humic acids // Soil Sci. Plant Nutr. 1978, v. 24, № 4, p. 547.

106. Turski R., Chmielewska B. Kwasy huminowe gleb czarnoziemnych I I Roczniki

107. Gleboznawcze. 1986, т. 37, № 3-4, s. 107.

108. Watanabe A., Kuwatsuka S. Chemical characteristics of soil fulvic acids fractionated using polyvinylpyrrolidine (PVP) // Soil Sci. Plant Nutr., 1991, v. 38, p. 3141.

109. Watanabe A., Kuwatsuka S. Ethanol-soluble and insoluble fractions of substances in soil fulvic acids // Soil Sci. Plant Nutr., 1992, v. 38, p. 391-399.

110. Wright J. R., SchnitzerM. Oxygen-containing functional groups in the organicmatter of the A 0 and В horizons of a podzol // Transact. 7й1 Intern. Congr Soilh

111. Sci., USA. 1969, v. 2, p. 120-127.

112. Yadav K, Yha К К Sugars in the humus of soils as affected by manure and moisture//! Ind. Soc. Soil Sci., 1987, v. 35,p. 304-311.