Элементный состав и структурные особенности гуминовых кислот пойменных почв дельты реки селенги

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведено исследование элементного состава и структуры гуминовых кислот пойменных почв дельты р. Селенга (Западное Забайкалье). Район исследований относится к дельтовому луговоболотному и лесостепному району, который представляет собой территорию, где активно идут отложения песчаных и илистых фракций, приносимых со всего бассейна. Здесь почвы и растительность являются природными биофильтрами. В зависимости от биоклиматических условий, режимов грунтовых вод, состава отложений формируются почвы, различающиеся составом гумуса и гуминовых кислот (ГК). В качестве объектов исследований служили аллювиальные (луговые, луговоболотные, луговые солончаковатые) почвы дельты Селенги, по классификации WRB – Fluvisols. Анализ ¹³С -ЯМР-спектров препаратов ГК исследованных пойменных почв позволил выделить диапазоны химических сдвигов, принадлежащих атомам углерода различных функциональных групп и молекулярных фрагментов. Данные ЯМР-спектроскопии показали, что гуминовые кислоты аллювиальной луговой почвы более обогащены ароматическими фрагментами, чем гуминовые кислоты луговоболотных и луговых солончаковатых почв. Несколько большая степень ароматичности в аллювиальной луговой и луговоболотной почве связана с экологическими условиями и компонентным составом предшественников гумификации. Возрастание доли алифатических структур и снижение доли ароматических фрагментов в составе препаратов ГК луговой солончаковой почвы позволяют судить об упрощении строения гуминовой кислоты. Грунтовое увлажнение в совокупности с засолением заметно снижает скорость трансформации почвенного органического вещества (ПОВ) и приводит к увеличению доли неокисленных алифатических фрагментов. Применение ЯМР-спектроскопии при изучении ПОВ существенно расширило представления о его составе и структуре, углубило понимание механизмов гумификации и трансформации почв различного генезиса.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. Ю. Мильхеев

Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: evg-milh@rambler.ru
Россия, 670047 Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6

Н. Д. Балданов

Бурятская ГСХА им. В. Р. Филиппова

Email: evg-milh@rambler.ru
Россия, 670047 Улан-Удэ, ул. Пушкина, 8

Список литературы

  1. Martin M.V., Gebuhr C., Daniel O., Wiltshire K.H. Characterization of a humic acid extracted from marine sediment and its influence on the growth of marine diatoms // J. Marine Biol. Associat. UK. 2014. V. 94(5). P. 895–906. https://doi.org/10.1017/S0025315414000368
  2. Fernandes A.N., Giovanela M., Esteves V.I. Elemental and spectral properties of peat and soil samples and their respective humic substances // J. Mol. Str. 2010. V. 971. P. 33–38 https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2010.02.069
  3. Nebbioso A., Piccolo A. Molecular characterization of dissolved organic matter (DOM): a critical review // Anal. Bioanal. Chem. 2013. V. 405. P. 109–124.
  4. https://doi.org/10.1007/s00216-012-6363-2
  5. Schaeffer A., Nannipieri P., Kästner M. From humic substances to soil organic matter–microbial contributions. In honour of Konrad Haider and James P. Martin for their outstanding research contribution to soil science // J. Soil. Sediment. 2015. V. 15. P. 1865–1881. https://doi.org/10.1007/s11368-015-1177-4
  6. Hayes M.H.B., Swift R.S. An appreciation of the contribution of Frank Stevenson to the advancement of studies of soil organic matter and humic substances // J. Soil. Sediment. 2018. V. 18. P. 1212–1231. https://doi.org/10.1007/s11368-016-1636-6
  7. Kleber M., Lehmann J. Humic substances extracted by alkali are invalid proxies for the dynamics and functions of organic matter in terrestrial and aquatic ecosystems // J. Environ. Qual. 2019. Vl. 48. P. 207–216. https://doi.org/10.2134/jeq2019.01.0036
  8. Dou S., Shan J., Song X., Cao R., Wu M., Li C., Guan S. Are humic substances soil microbial residues or unique synthesized compounds? A perspective on their distinctiveness // Pedosphere. 2020. V. 30(2). P. 159–167. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(20)60001-7
  9. Nobili M., Bravo C., Chen Y. The spontaneous secondary synthesis of soil organic matter components: a critical examination of the soil continuum model theory // Appl. Soil Ecol. 2020. V. 154. Р. 103655. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2020.103655
  10. Simpson A.J., Kingery W.L., Hayes M.H., Spraul M., Humpfer E., Dvortsak P., Kerssebaum R., Godejohann M., Hofmann M. Molecular structures and associations of humic substances in the terrestrial environment // Naturwissenschaften. 2002. V. 89. PP. 84–88. https://doi.org/10.1007/s00114-001-0293-8
  11. Lehmann J., Kleber M. The contentious nature of soil organic matter // Nature. 2015. V. 528. P. 60–68. https://doi.org/10.1038/nature16069
  12. Hatcher P.G., Dria K.J., Kim S., Frazier S.W. Modern analytical studies of humic substances // Soil Sci. 2001. V. 166. P. 770–794. https://doi.org/10.1097/00010694-200111000-00005
  13. Leenheer J.A. Systematic approaches to comprehensive analyses of natural organic matter // Ann. Environ. Sci. 2009. V. 3. P. 1–130.
  14. Stevenson F.J. Humus chemistry: genesis, composition, reactions. N.Y.: John Wiley and Sons, 1994. 512 p.
  15. Claridge T.D.W. High-resolution NMR techniques in organic chemistry. Amsterdam: Elsevier Ltd., 2016. 541 p.
  16. Hedges J.I., Eglinton G., Hatcher P.G., Kirchman D.L., Arnosti C., Derenne S., Evershed R.P., KögelKnabner I., De Leeuw J.W., Littke R., Michaelis W., Rullkotter J. The molecularlyuncharacterized component of nonliving organic matter in natural environments // Org. Geochem. 2000. V. 31. P. 945–958. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(00)00096-6
  17. Калабин Г.А., Каницкая Л.В., Кушнарев Д.Ф. Количественная спектроскопия ЯМР природного органического сырья и продуктов его переработки. М.: Химия, 2000. 408 с.
  18. Чуков С.Н. Структурнофункциональные параметры органического вещества почв в условиях антропогенного воздействия. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2001. 216 с.
  19. Mao J., Cao X., Olk D.C., Chu W., SchmidtRohr K. Advanced solidstate NMR spectroscopy of natural organic matter // Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 2017. V. 100. P. 17–51. https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2016.11.003
  20. Чуков С.Н., Лодыгин Е.Д., Абакумов Е.В. Использование ¹³С -ЯМРспектроскопии в исследовании органического вещества почв (обзор) // Почвоведение. 2018. № 8. C. 952–964.
  21. KogelKnabner I., Rumpel C. Advances in molecular aproaches for understanding soil organic matter composition, origin, and turnover: A Historical overview // Adv. Agron. 2018. V. 149. P. 1–48. https://doi.org/10.1016/bs.agron.2018.01.003
  22. Polyakov V., Abakumov E., Lodygin E., Vasilevich R., Lapidus A. Distribution of molecular weight of humic substances isolated from soils of tallgrass temperate rainforests (Chernevaya Taiga) // Agronomy. № 12(8). 1760. https://doi.org/10.3390/agronomy12081760
  23. Abakumov E.V., Polyakov V.I., Chukov S.N. Aрroaches and methods for studying soil organic matter in the carbon polygons of Russia (Review) // Euras. Soil Sci. 2022. V. 55(7). P. 849–860. https://doi.org/10.1134/S106422932207002X
  24. Lodygin E., Abakumov E. The Impact of agricultural use of retisols on the molecular structure of humic substances // Agronomy. 2022. № 12(1). 144.
  25. https://doi.org/10.3390/agronomy12010144
  26. Polyakov V., Loiko S., Istigechev G., Lapidus A., Abakumov E. Elemental and molecular composition of humic acids isolated from soils of tallgrass temperate rainforests (Chernevaya taiga) by1H-13C HECTCOR NMR spectroscopy // Agronomy. 2021. № 11(10). 1998. https://doi.org/10.3390/agronomy11101998
  27. Polyakov V.I., Chegodaeva N.A., Abakumov E.V. Molecular and elemental composition of humic acids isolated from selected soils of the Russian Arctic // Vestnik Tomskogo Gosudarstvennogo Universiteta, Biologiya. 2019. № 47. P. 6–21. https://doi.org/10.17223/19988591/47/1
  28. Жуков В.М. Климат Бурятской АССР. УланУдэ: Бурят. кн. изд-во, 1960. 188 с.
  29. Гынинова А.Б., Шоба С.А., Балсанова Л.Д., Гынинова Б.Д. Почвы дельты реки Селенги (генезис, география, геохимия). УланУдэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2012. 344 с.
  30. Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. М.: Изд-во МГУ, 1981. 273 с.
  31. IUSS working group WRB world reference base for soil resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World soil resources Reports No. 106. Rome: FAO, 2015. 192 p.
  32. Убугунова В.И., Убугунов Л.Л., Корсунов В.М., Балабко П.Н. Аллювиальные почвы речных долин бассейна р. Селенги. УланУдэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 1998. 290 с.
  33. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ, 1990. 324 с.
  34. Кленов Б.М. Устойчивость гумуса автоморфных почв Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. 173 с.
  35. Дергачева М.И., Некрасова О.А., Оконешникова М.В., Васильева Д.И., Гаврилов Д.А., Очур К.О., Ондар Е.Э. Соотношение элементов в гуминовых кислотах как источник информации о природной среде формирования почв // Сибир. экол. журн. 2012. № 5. С. 643–647.
  36. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. М.: Наука, 1996. 256 с.
  37. Winkler A., Haumaier L., Zech W. Insoluble alkyl carbon components in soils derive mainly from cutin and suberin // Org. Geochem. 2005. V. 36(4). P. 519–529.
  38. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2004.11.006
  39. Knicker H., Hilscher A., GonzálezVila F.J., Almendros G. A new conceptual model for the structural properties of char produced during vegetation fires // Org. Geochem. 2008. V. 39(8). P. 935–939. https://doi.org/10.1016/j.org-geochem.2008.03.021
  40. Simpson A.J., Simpson M.J. Nuclear magnetic resonance analysis of natural organic matter. Biophysicchemical processes in volving natural nonliving organic matter in environmental systems / Eds. N. Senesi, B. Xing, P.M. Huang. New Jersey: John Wiley & Sons Inc., 2009. P. 589–650.
  41. Ковалева Н.О., Ковалев И.В. Лигниновые фенолы в почвах как биомаркеры палеорастительности // Почвоведение. 2015. № 9. С. 1073–1086. https://doi.org/10.7868/S0032180X15((090063
  42. Чимитдоржиева Г.Д. Особенности органического вещества криогенных почв // Почвоведение. 1991. № 11. С. 125.
  43. Лодыгин Е.Д., Безносиков В.А., Василевич Р.С. Молекулярный состав гумусовых веществ тундровых почв (¹³С -ЯМР-спектроскопия) // Почвоведение. 2014. № 5. С. 546–552. https://doi.org/10.7868/S0032180X14010079
  44. Ибраева М.А., Шаухарова Д.Е., Джуманова М. Влияние засоления почв на микробиологическую активность // Почвовед/ и агрохим. 2020. № 2. С. 71–78.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Спектры ¹³С -ЯМР гуминовых кислот: 1 – аллювиальная луговая, 2 – аллювиальная луговоболотная, 3 – аллювиальная луговая солончаковатая почва.

Скачать (164KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024