Сорбция водорастворимого органического вещества на каолините и мусковите в условиях лабораторного модельного эксперимента

Аннотация

Изучали закономерности сорбции водорастворимого органического вещества (ВОВ) в составе водных вытяжек, полученных из образцов горизонта H торфянисто-подзолисто-глееватой почвы, на каолините и мусковите. Вытяжки содержали разное количество водорастворимого Сорг, в основном с молекулярными массами около 20 кДа, представленного преимущественно гидрофильными соединениями, но с разным соотношением гидрофобных и гидрофильных компонентов. Установлено, что сорбция компонентов ВОВ в условиях проведения экспериментов зависит от концентрации Сорг в вытяжках, от соотношения гидрофильных и гидрофобных компонентов, от соотношения минерал (г) : водная вытяжка (ВВ) (мл) и практически не зависит от рН. Гидрофобные компоненты ВОВ и ароматические соединения в большей степени сорбируются на поверхности каолинита по сравнению с мусковитом. Наблюдаемое уменьшение сорбции Сорг на обоих минералах при пересчете сорбции на единицу площади внешней поверхности в экспериментах с соотношением минерал (г) : ВВ (мл) 1:50 по сравнению с соотношением 1:10 может свидетельствовать как о разнородности сорбционных центров на поверхности минералов, так и о конкуренции за эти центры между компонентами ВОВ изученных водных вытяжек. Существенных изменений на кривых молекулярно-массового распределения компонентов ВОВ после взаимодействия с каолинитом и с мусковитом не выявлено.

Литература

1.    Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Л., 1980.
2.    Детерман Г. Гель-хроматография. Гель-фильтрация. Гель-проникающая хроматография. Молекулярные сита / Пер. с нем. М., 1970.
3.    Золовкина Д.Ф., Караванова Е.И., Степанов А.А. Сорбция водорастворимых органических веществ минеральными горизонтами подзола // Почвоведение. 2018. № 10.
4.    Караванова Е.И., Белянина Л.А., Степанов А.А. Водорастворимое органическое вещество и кислотность почвенных растворов главных типов почв ЦЛГПБЗ // Почвоведение. 2007а. № 5.
5.    Караванова Е.И., Малинина М.С., Белянина Л.А. и др. Сравнение водных вытяжек и почвенных растворов торфянисто-подзолисто-глееватых почв ЦЛГБЗ // Почвоведение. 2007б. № 4.
6.    Караванова Е.И. Водорастворимые органические вещества: Фракционный состав и возможности их сорбции твердой фазой лесных почв (обзор литературы) // Почвоведение. 2013. № 8.
7.    Караванова Е.И., Белянина Л.А. Соcтав почвенных растворов основных типов почв Центрального Лесного государственного природного биосферного заповедника // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2007. № 2.
8.    Караванова Е.И., Золовкина Д.Ф. Влияние состава подстилок на характеристики их водорастворимых органических веществ // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2020. № 2.
9.    Караванова Е.И., Золовкина Д.Ф., Степанов А.А. Биохимическая устойчивость водорастворимого органического вещества подстилки иллювиально-железистого подзола до и после взаимодействия с минеральными горизонтами // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2019а. № 4.
10.    Караванова Е.И., Одинцов П.Е., Степанов А.А. Закономерности минерализации органических веществ почвенных растворов подзолистой почвы // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2019б. № 3.
11.    Котельников Н.А., Соколова Т.А., Толпешта И.И. и др. Содержание бензойной кислоты в подзолистой почве и ее сорбция на монтмориллоните // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2022. № 1.
12.    Малинина М.С., Караванова Е.И., Белянина Л.А. и др. Сравнение состава водных вытяжек и почвенных растворов торфянисто-подзолистых глееватых почв Центрального лесного государственного биосферного заповедника // Почвоведение. 2007. № 4.
13.    Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М., 1990.
14.    Соколова Т.А. Низкомолекулярные органические кислоты в почвах: источники, состав, содержание, функции в почвах (обзор) // Почвоведение. 2020. № 5.
15.    Appel C., Ma L.Q., Rhue et al. Point of Zero Charge Determination in Soils and Minerals via Traditional Methods and Detection of Electroacoustic Mobility // Geoderma. 2003. Vol. 113.
16.    Bolan N.S., Adriano D.C., Kunhikrishnan A. et al. Dissolved organic matter: biogeochemistry, dynamics, and environmental significance in soils // Advances in Аgronomy. 2011. Vol. 110.
17.    Cecchi A.M., Koskinen W.C., Cheng H.H. Sorption-desorption of phenolic acids as affected by soil properties // Biol. Fertil. Soils. 2004. Vol. 39.
18.    Chefetz B., Eldad S., Polubesova T. Interactions of aromatic acids with montmorillonite: Ca2+ and Fe3+-saturated clays versus Fe3+–Ca2+-clay system // Geoderma. 2011. Vol. 160, № 3-4.
19.    Chen H., Koopal L.K., Xiong J. Mechanisms of soil humic acid adsorption onto montmorillonite and kaolinite // Journal of Colloid and Interface Science. 2017. Vol. 504.
20.    Chen H., Koopal L.K., Xu J. Selective Adsorption of Soil Humic Acid on Binary Systems Containing Kaolinite and Goethite: Assessment of Sorbent Interactions // Eur. J. Soil Sci. 2019. Vol. 70.
21.    El Sayed M.E.A.; Khalaf M.M.R.; Gibson D. Assessment of Clay Mineral Selectivity for Adsorption of Aliphatic /Aromatic Humic Acid Fraction // Chem. Geol. 2019. Vol. 511.
22.    Feng X., Simpson A. J., Simpson M. J. Chemical and mineralogical controls on humic acid sorption to clay mineral surfaces // Organic Geochemistry. 2005. Vol. 36.
23.    Ghosh S., Wang Z.-Y., Kang S. Sorption and Fractionation of a Peat Derived Humic Acid by Kaolinite, Montmorillonite, and Goethite // Pedosphere. 2009. Vol. 19.
24.    Gupta V., Miller J.D. Surface force measurements at the basal planes of ordered kaolinite particles // Journal of Colloid and Interface Science. 2010. Vol. 344.
25.    Kaiser K., Guggenberger G. Sorptive stabilization of organic matter by microporous goethite: sorption into small pores vs. surface complexation // European Journal of Soil Science. 2007. Vol. 58.
26.    Kalbitz K., Schwesig D., Rethemeyer J. Stabilization of dissolved organic matter by sorption to the mineral soil // Soil Biology & Biochemistry. 2005. Vol. 37.
27.    Keil R.G., Mayer L.M. Mineral Matrices and Organic Matter. Treatise on Geochemistry / 2nd Edition. http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.01024-X
28.    Kleber M., Eusterhues K., Keiluweit M. et al. Mineral-Organic Associations: Formation, Properties, and Relevance in Soil Environments // Advances in Agronomy. 2015. Vol. 130.
29.    Kögel-Knabner I. The macromolecular organic composition of plant and microbial residues as inputs to soil organic matter // Soil Biology and Biochemistry. 2002. Vol. 34, № 2.
30.    Kögel-Knabner I. The macromolecular organic composition of plant and microbial residues as inputs to soil organic matter: Fourteen years on // Soil Biol Biochem. 2017. Vol. 105.
31.    Kolchanova K., Tolpeshta I., Izosimova Y. Adsorption of Fulvic Acid and Water Extractable Soil Organic Matter on Kaolinite and Muscovite // Agronomy. 2021. Vol. 11. https://doi.org/10.3390/agronomy11122420
32.    Kriaa A., Hamdi N., Srasra E. Determination of Point of Zero Charge of Tunisian Kaolinites by Potentiometric and Mass Titration Methods // J. Chin. Chem. Soc. 2008. Vol. 55.
33.    Liu Y., Alessi D.S., Flynn S.L. Acid-base properties of kaolinite, montmorillonite and illite at marine ionic strength // Chemical Geology. 2018. Vol. 483.
34.    Lützow M.V., Kögel-Knabner I., Ekschmitt et al. Stabilization of organic matter in temperate soils: Mechanisms and their rlevance under different soil conditions – A review // Eur. J. Soil Sci. 2006. Т. 57, № 4.
35.    Specht C.H., Kumke M.U., Frimmel F.H. Characterization оf NOM Adsorption to Clay Minerals by Size Exclusion Chromatography // Wat. Res. 2000. Vol. 34, № 16.
36.    Wang K., Xing B. Structural and Sorption Characteristics of Adsorbed Humic Acid on Clay Minerals // J. Environ. Qual. 2005. Vol. 34.
37.    Zhang L., Luo L., Zhang S. Integrated investigations on the adsorption mechanisms of fulvic and humic acids on three clay minerals // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2012. Vol. 406.
38.    Zhao H., Bhattacharjee S., Chow R. Probing Surface Charge Potentials of Clay Basal Planes and Edges by Direct Force Measurements // Langmuir. 2008. Vol. 24.
39.    Zhou Z.; Gunter W.D. The Nature of the Surface Charge of Kaolinite // Clays Clay Miner. 1992. № 4.
40.    Zsolnay A. Dissolved organic matter: artefacts, definitions, and functions // Geoderma. 2003. Vol. 113. http://doi.org/10.1016/S0016-7061(02)00361-0