18.Состав гумуса и строение гумусовых веществ

Состав и строение органического вещества являются весьма сложными. При разложении исходных растительных остатков, состоящих из углеводов, белков, лигнина, дубильных веществ, смол и жиров, в почвах и породах могут возникать различные продукты распада, вплоть до образования углекислоты в воде. Одновременно идут процессы синтеза с образованием из простых органических соединений более сложных. Так, в результате синтетических процессов идет гумификация органических остатков, приводящая к образованию гумуса.

Гумус имеет широкое распространение среди органического вещества горных пород и почв. В почвах, например, его содержание доходит до 80—90% от общего количества органического вещества, которое в свою очередь достигает в некоторых почвах 10—20%.

В состав гумуса входят четыре главные группы соединений (Кононова, 1963; Тюрин, 1965):

гуминовые кислоты,

креновые и апокреновые кислоты (фульвокислоты),

гумин и ульмин, или гумусовые угли,

гиматомелановая кислота.

Каждая из этих групп включает в себя целую серию различных соединений, близких по своему составу и свойствам.

Гуминовые кислоты по внешнему виду представляют коллоидное вещество черного цвета. По своему составу это органические кислоты, состоящие из углерода, азота, кислорода и водорода.

Существенное значение имеет тот факт, что молекулы гуминовых кислот не являются компактными, а имеют «губчатое» строение с множеством микропор. Этим в значительной степени определяется их водоудерживающая способность и сорбционные свойства. Под электронным микроскопом гуминовые кислоты имеют вид мельчайших сферических частиц диаметром 80—100 А, склонных соединяться в цепочки с образованием агрегатов. В кислой среде агрегирование частиц гуминовых кислот происходит благодаря водородным связям.

Фульвокислоты (креновая и апокреновая) в естественном состоянии представляют еще более коллоидные соединения, чем гуминовые кислоты. По своему составу это органические кислоты, относящиеся к группе оксикарбоновых кислот. Фульвокислоты разрушительно действуют на минералы; склонны к образованию комплексных соединений типа R2O3; при соединении с железом и алюминием образуют соли, нерастворимые в воде.

Гумин и ульмин представляют самую инертную часть почвенного гумуса, нерастворимую в воде и щелочи. Предполагалось, что гумины и ульмины занимают промежуточное положение между гуминовыми кислотами и углями, в соответствии с чем эти вещества были названы «гумусовыми углями». Согласно последним представлениям И. В. Тюрина и Е. Л. Гуткиной (1940), Д. Хана (1945, 1956) и Н. Г. Зырина (1948), гумины почвенного гумуса по своему составу и строению довольно близки к гуминовым кислотам. Гумин и ульмин очень прочно связаны на поверхности глинистых минералов, особенно монтмориллонитовой группы. Этим, очевидно, можно объяснить потерю способности гумусовых углей растворяться в воде и щелочах.

Гиматомелановые кислоты, выделяющиеся из геля гуминовой кислоты с помощью спирта, во многом сходны с гуминовыми кислотами. Это сходство проявляется как в элементарном составе, так и в их строении. Поэтому многие исследователи не считают гиматомелановые кислоты самостоятельной группой гумусовых веществ, а относят их к спирторастворимой фракции гуминовых кислот.