Особенности элементного состава гуминовых кислот почв техногенных ландшафтов полигонов ТБО

Элементный состав гуминовых кислот (ГК) служит для определения особенностей гумификации в почвах разного генезиса, а также в почвах, находящихся под разным антропогенным воздействием. Первичные данные элементного анализа выделенных препаратов позволили определить элементный состав в расчете на беззольную пробу гуминовых кислот, результаты приведены в таблице 37.

00

о

Таблица 3 7

Элементный состав гуминовых кислот целинного и техногенно измененных черноземов (в расчете на беззольную навеску)

Горизонт

Граница гори-зонта, см

Гуминовые кислоты, массовая доля, %

С

Н

О

N

Зола

Разрез ООО. Целина. Чернозем обыкновенный карбонатный мощный среднегумусный легкоглинистый на карбонатной лессовидной глине

Ad

0-19

51,94

4,37

39,21

4,48

5,03

А

19-59

50,49

4,34

41,07

4,10

4,67

Полигон ТБО «ЗАПАДНЫЙ»

Разрез 001. Техно-чернозем гидрометаморфизированный насыщенный карбонатсодержащий

АВса

38-75

50,49

3,97

41,55

3,99

5,84

Свалка «СЕВЕРНАЯ»

Разрез 005. Залежь. Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на тяжелом лессовидном суглинке

Ad

0-15

47,50

4,69

42,67

5,14

7,40

Астаропах

15-32

47,97

4,36

42,51

5,16

9,28

В1

50-70

49,07

4,05

42,62

4,26

11,65

Разрез 006. Техно-чернозем насыщенный карбонатсодержащий турбированный

TGd

0-6

36,08

4,51

56,58

2,83

32,58

[А]са

16-55

49,41

4,18

43,00

3,41

5,80

Разрез 007. Технозем черноземовидный дерново-намытый насыщенный карбонатсодержащий глубокотурбированный

TGldiUP.

0-8

45,60

4,50

46,00

3,90

12,47

TG2|T„_r,

8-16

44,06

4,12

48,09

3,73

12,50

[А]са

42-65

46,08

4,19

46,01

3,72

13,01

Прикопка 008. Пелозем гумусовый глееватый подстилаемый бытовыми отходами

TGd _

11-C.i-Fe____________

0-6

51,74

5,68

38,10

4,48

6,15

В таблице 38 представлен элементный состав гумтновых кислот в атомных процентах. Из этих данных следует, что элементный состав препаратов ГК целинной и техногенно нарушенных почв неодинаков. Рассчитанные соотношения Н : С и О : С являются косвенными характеристиками, соответственно, ненасыщенности и окисленности молекул ГК. Как следует из многих литературных источников (Безуглова, 2001; Гречищева, 2000; Орлов, 1990; и т. д.), соотношение Н : С является достаточно показательным косвенным индикатором для характеристики содержания ароматических фрагментов в структуре ГК.

Практически везде наблюдается преобладание водорода над углеродом, причем характер отношения Н : С заметно увеличивается (1,48-1,11) в горизонтах техногенных напластований, что свидетельствует о максимальном вкладе ненасыщенных фрагментов в структуру их ГК, и явно уменьшается в горизонтах целинной почвы, залежи, погребенных и ненарушенных горизонтах- 1,08-0,94 (табл. 38).

Сравнительно высокие значения соотношения О : С, характерные для некоторых ГК техногенных горизонтов, указывают на повышенное содержание в этих препаратах кислородсодержащих функциональных групп. Углерод ГК распределяется по профилям техногенных почв таким образом, что максимальные значения обуглерожеиности (38,5-34,0 %) наблюдаются в погребенных и ненарушенных горизонтах, которые приближаются к значениям углерода ГК гумусово-аккумулятивного горизонта целинного чернозема (37,85-36,92 %).

Значения содержания кислорода в исследуемых препаратах ГК неоднородно. Наиболее окисленными являются ГК техногенных горизонтов (31,52-25,21 %) разреза 006 и отчасти разреза 007 (табл. 14), что подтверждается расчетом показателя степени окисленности (со) ГК по Д. С. Орлову (1990), который составляет от +0,87 до +0,34, что говорит об активном процессе гумификации в насыпных и намытых горизонтах. Этому способствует поступление растительных остатков, а также органических веществ, «смываемых» с бортов «тела» свалки и аккумулирующихся в микро- и мезопонижениях. Для сравнения, эталонное значение степени окисленности ГК черноземов по Д. С. Орлову (1990) составляет +0,13, чему точно соответствует значение степени окисленности дернового горизонта контрольной целинной почвы.

Особенный интерес представляет препарат ГК прикопки 008 - пелозем гумусовый глееватый подстилаемый бытовыми отходами. Прикопка заложена на рекультивированной части «тела» свалки и представляет иллюстрацию процесса первичного почвообразования.

Таблица 38

Элементный состав гуминовых кислот и степень их окисленности в целинной и техногенно измененных почвах

Горизонт

Граница горизонта, см

Содержание элементов, атомные проценты

Атомные отношения

со

Простейшая формула гуминовой кислоты

Средняя минимальная молекулярная масса ГК

С

Н

О

N

Н:С

О:С

(Н:С) испр.

C:N

Разрез ООО. Целина. Чернозём обыкновенный карбонатный мощный среднегумусный легкоглинистый на карбонатной лессовидной глине

Ad

0-19

37,85

37,89

21,46

2,80

1,00

0,57

1,76

13,55

+0,13

СЛАЛ

973

А

19-59

36,92

37,76

22,69

2,63

1,03

0,61

1,85

14,35

+0,21

СЛАЛ

1006

Полигон ТБО «3

Разрез 001. Техно-чернозем гидрометаморфизи

>АПАДР эованны

1ЫЙ»

й насыщенный карбонатсодержащий

АВ

38-75

38,06

35,80

23,56

2,58

0,94

0,62

1,77

14,75

4030

с4ЛАЛ

1056

Свалка «СЕ1

Разрез 005. Залежь. Чернозём обыкновенный карбонатный ере лессовиднок

ЗЕРНАГ

днемощ

суглин!

»

ный малогумусный тяжелосуглинистый на тяжёлом

Ad

0-15

34,01

39,86

22,96

3,19

1,17

0,67

2,07

10,80

+0,18

СЛАЛ

817

Астлропах

15-32

35,21

38,08

23,45

3,26

1,08

0,67

1,97

10,85

<25

802

В1

50-70

37,44

36,70

24,47

2,80

0,98

0,66

1,86

13,37

+озз

c41W,

1024

РазрезТехно-чернозем насыщенный карбонатсодержащий турби

эованный

Td

0-6

26,85

39,81

31,52

1,83

1,48

1,17

3,06

14,67

<87

СЛЛЛ

1469

[А]са

16-55

36,78

37,05

24.03

2,15

1,01

0,65

1,88

17.11

<30

с,ЛАЛ

1251

Разрез 007. Технозём чернозёмовидный дерново-намытый насыщенный карбонатсодержащий глубокотурби

рованный

Т1<Л

0-8

33,28

39,06

25,21

2,46

1,17

0,76

2,20

13,53

<34

СЛАЛ

1079

Т2Ин.Гд

8-16

33,23

36,97

27,26

2,54

1,11

0,82

2,21

13,08

<53

СЛАЛ

1078

[А]са

42-65

34,50

37,29

25,83

2,38

1,08

0,75

2,09

14,50

<42

СЛАЛ

1146

Прикопка 008. Пелозем гумусовый глееватый подстилаемый бытовыми отходами

ТРП-Ся-Ре

0-6

34,12

44,52

18,84

2,54

1,30

0,55

2,05

13,43

-0,20

с41н,АЛ

956

00 м

Анализ элементного состава гуминовых кислот чернозема обыкновенного карбонатного и техногенно преобразованных почв по Ван-Кревелену

Рис. 25. Анализ элементного состава гуминовых кислот чернозема обыкновенного карбонатного и техногенно преобразованных почв по Ван-Кревелену:

1 - Целина. Чернозём обыкновенный карбонатный мощный средиегу-мусный легкоглинистый на карбонатной лессовидной глине; 2 - черно-Д 2 зем гидрометаморфизированный насыщенный карбонатсодержащий;

'Х' j 3 - Залежь. Чернозём обыкновенный карбонатный среднемощный

|—* малогумусный тяжелосуглинистый на тяжёлом лессовидном суглинке;

4 - Техно-чернозем насыщенный карбоиатсодержащий турбирован--5 ный; 5 - Технозём чернозёмовидный дерново-намытый насыщенный q 6 карбонатсодержащий глубокотурбированный; 6 - Пелозем гумусовый глееватый подстилаемый бытовыми отходами.

< --направление деметилирования;

< -----направление дегидратации;

< --------- направление декарбоксилирования.

Исходя из полученных значений степени окисленности (-0,20), содержания кислорода - 18,84 % и избытка водорода - 44,52 % (табл. 38) можно сделать вывод о восстановленном характере почвенного материала данного препарата ГК. Но явное отсутствие источников переувлажнения в формирующемся «профиле» новообразованной почвы исключено уже самим воз-183

вышающимся положением «тела» свалки. Проявление восстанавливающего эффекта обусловлено биохимической средой, формирующейся внутри «тела» свалки, и воздействующей на свойства реплантанта. В результате биохимических превращений органической составляющей «тела» свалки с участием специфических групп микроорганизмов и их метаболитов образуются агрессивные продукты реакций - летучие жирные кислоты, а также водород (Вавилин и др., 2003).

О характере химических процессов, влияющих на формирование ГК, можно судить по диаграмме Ван Кревелена (рис. 25). Для препаратов ГК целинного чернозема, погребенных и ненарушенных горизонтов выражены процессы дегидратации, деметилирования и декарбоксилирования.

Для препаратов ГК горизонтов техногенно измененных почв (техночернозем гидрометаморфизированный насыщенный карбонатсодержащий) трансформация идет в сторону окисления, гидрогенизации, карбоксилирования и метилирования, что свидетельствует о возрастании алифатических цепочек в построении молекул ГК. В препарате пелозема гумусового глееватого подстилаемого бытовыми отходами направление изменений, происходящих с органическим веществом, смещено в сторону процессов восстановления и метилирования, что также свидетельствует о нарастании периферической части ГК (рис. 25).

Некоторые особенности строения молекул ГК иллюстрирует показатель зольности препаратов. Так как все препараты получены в одинаковых условиях, различные значения зольности свидетельствуют о высокой комплексообразующей способности ГК из техногенных горизонтов и глубоких ненарушенных генетических горизонтов (табл. 37), что обусловлено более развитой периферической частью молекул.

Для большей наглядности результатов элементного анализа были рассчитаны гипотетические формулы гуминовых кислот и нижние допустимые значения молекулярных масс. Для верхних горизонтов целинного чернозема и исследуемых техногенных почв данные формулы приведены в таблице 38. Как отмечает Д. С. Орлов (1974, 1990), составляя простейшие формулы ГК, надо помнить об их условности, которая вытекает, прежде всего, из сложного фракционного состава анализируемых препаратов. Но, возможно, они соответствуют составу ячейки молекулы, содержащей все обязательные структурные единицы в минимальных количествах.

Таким образом, характеризуя элементный состав ГК техногенно измененных горизонтов, представляющих собой смесь неоднородного почвенногрунтового материала, можно отметить следующие его особенности:

  • • меньшую обуглероженность гумуса,
  • • увеличение отношения Н : С,
  • • увеличение степени окисленности,
  • • высокую зольность препаратов ГК техногенных горизонтов по сравнению с препаратами ГК гумусо-аккумулятивного горизонта целинной черноземной почвы, а также погребенных и ненарушенных горизонтов;
  • • химическую «незрелость» ГК новообразованных техногенных горизонтов.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >