15. Органо-минеральные производные гумусовых кислот.

Благодаря большому набору функциональных групп органические вещества активно реагируют с минеральной частью почвы, образуя различные органо-минеральные производные.

Формирование органо-минеральных производных — обязательное звено любого типа почвообразовательного процесса, и оно начинается уже на самых первых стадиях гумификации.

К главным компонентам минеральной части почвы, которые принимают участие в широком спектре разнообразных реакций с органическими соединениями, относятся первичные и вторичные глинистые минералы, оксиды и гидроксиды кремния, железа и алюминия, обменные катионы, различные соли. Во взаимодействие с ними вступают как промежуточные продукты распада и гумификации, так и собственно гумусовые кислоты. Итогом взаимодействия может стать мобилизация гумусовыми кислотами компонентов минеральной части почвы с образованием подвижных органо-минеральных соединений, мигрирующих в почвенном профиле и, таким образом, способствующих профильной дифференциации вещественного состава. В другом случае образуются мало- или нерастворимые продукты, что способствует аккумуляции органо-минеральных производных на месте взаимодействия.

Простые гетерополярные соли. Этот тип соединений образуется при участии ионной связи. Типичными гетерополярными солями гумусовых кислот являются гуматы и фульваты щелочных и щелочноземельных оснований.

Реакция протекает в эквивалентных количествах и обратима. Катионы при таком типе взаимодействия, особенно натрий, калий и аммоний, легко диссоциируют и обмениваются на другие катионы почвенного раствора.

В образовании гуматов и фульватов принимают участие катионы почвенного раствора, элементы, высвобождающиеся при разложении растительных остатков, катионы солей, формирующих твердую фазу почвы (например, карбонаты, гипс), обменные катионы, а также основания, которые могут быть мобилизованными гумусовыми кислотами из кристаллической решетки первичных и вторичных минералов. В пахотных почвах важным источником оснований являются химические мелиоранты, органические и минеральные удобрения.

Гетерополярные соли гумусовых кислот характеризуются различной растворимостью и миграционной способностью. В общем виде их поведение в почвенном профиле можно охарактеризовать следующим образом.

Гуматы натрия, калия и аммония, а также фульваты щелочных и щелочноземельных оснований хорошо растворяются в воде и могут мигрировать в почвенном профиле.

Гуматы кальция плохо растворимы в воде и выпадают в осадок, способствуя формированию гумусово-аккумулятивных горизонтов. Однако при дефиците кальция в почвенном растворе свежеосажден- ные гуматы кальция склонны к пептизации и могут вовлекаться в миграционные процессы. Гуматы магния более подвижны, чем гуматы кальция, и в виде гидратированного геля способны к миграции в почвенном профиле.

Следует отметить, что в чистом виде гетерополярные соли гуминовых и фульвокислот не имеют широкого распространения и встречаются лишь в отдельных типах почв, таких, например, как солонцы, особенно содовые. В почвах обычно формируются более сложные органо-минеральные производные, относимые к комплексно-гетеропо- лярным солям.

Комплексно-гетерополярные соли. Комплексно-гетерополярные соли образуются при взаимодействии гумусовых кислот с поливалентными катионами. Экспериментально доказано участие в образовании этих соединений железа, алюминия, меди, цинка, никеля. Образуются они за счет координационной и ионной форм связи.

Характерная особенность комплексно-гетерополярных солей заключается в том, что металл вытесняет водород части кислых функциональных групп и образует за счет координационной связи комплексное соединение, входя в анионную часть молекулы. При этом часть карбоксильных и фенольных групп этого соединения остается свободной и может вступать в реакции обмена с щелочными и щелочноземельными катионами по типу гетерополярной соли.В итоге получается комплексно-гетерополярное соединение двойственной природы. Оно содержит металл в анионной части молекулы и способные к обменным реакциям катионы. Если оставшиеся свободными кислые функциональные группы не взаимодействуют с основаниями, то такие соединения проявляют себя как своеобразные металлгумусовые кислоты.Положение металлов в ряду может меняться в зависимости от особенностей гумусовых кислот и реакции среды.

Миграционная способность комплексно-гетерополярных соединений различна. Она зависит не только от природы гумусовых кислот, но и от степени насыщенности их металлом и состава обменных катионов, удерживаемых свободными функциональными группами. Высокой миграционной способностью обладают соли фульвокислот, и только при очень высокой степени насыщенности их металлом они коагулируют, переходят в твердую фазу почвы, формируя многочисленные конкреции. Гидратированные соли гуминовых кислот с относительно невысоким содержанием алюминия и железа в анионной части молекулы и одновалентными катионами в качестве обменных также обладают высокой подвижностью.

Адсорбционные комплексы. Этот тип соединений образуется путем сорбции гумусовых веществ и их солей минеральными компонентами твердой фазы почвы. Сорбция может протекать с участием различных механизмов: ионного обмена, хемосорбции, комплексообразовательной сорбции, за счет интерламеллярного поглощения органических веществ. Сорбционные взаимодействия играют важную роль в формировании специфических органо-минеральных соединений твердой фазы почв, гумусово-аккумулятивных горизонтов и в образовании водопрочных агрегатов.

Экспериментально изучены глиногумусовые, алюмо- и железогумусовые комплексы. Кроме того, чисто гипотетически выделяются кремнегумусовые комплексы.

Алюмо- и железогумусовые комплексы представляют собой типичные продукты хемосорбции, которые образуются за счет химической реакции между компонентами на поверхности раздела твердая фаза — раствор, сопровождаемой межмолекулярными формами связи. В отличие от комплексно-гетерополярных солей в этих комплексах преобладает минеральная основа.

Их образование возможно за счет сорбции гумусовых кислот гелями полуторных оксидов и сорбции золей R2O3 на осадках гумусовых кислот. Возможна и взаимная коагуляция золей полуторных оксидов и гумусовых кислот или их солей.

Глиногумусовые комплексы образуются путем сорбции гумусовых кислот на поверхности минералов. Здесь возможна непосредственная химическая связь через функциональные группы гумусовых кислот и гидроксиды алюмокислородных октаэдров. Существенную роль в явлениях сорбции могут играть положительно заряженные азотсодержащие группировки гумусовых кислот. В сорбции гумусовых веществ, по-видимому, очень велика роль поливалентных катионов, особенно железа и алюминия, способных к образованию связи одновременно с гумусовой кислотой и отрицательно заряженными группами на поверхности глинистых минералов.

Большую роль в сорбции гумусовых кислот глинистыми минералами играют обменные катионы, что было доказано экспериментальным путем.

Минералы с высоким содержанием обменного натрия адсорбируют незначительное количество гуминовой кислоты.