Свойства водорастворимых органических веществ, выделенных из почв методами центрифугирования и вакуумной фильтрации

Аннотация

Были изучены особенности состава и свойств водорастворимых органических веществ (ВОВ) в зависимости от их локализации в разных частях порового пространства почвы, что влияет на их устойчивость к биодеструкции. ВОВ дернового и гумусового горизонтов перегнойно-гумусовой глеевой почвы, искусственно насыщенной до полной влагоемкости, выделяли методом последовательного центрифугирования из пор диаметром более и менее 30 мкм. По общей концентрации углерода и фенольных соединений, спектрам поглощения и флуоресценции растворы достоверно не отличаются, но сильное варьирование показателей (отношение максимальных и минимальных значений в 4–15 раз) свидетельствует о неоднородности состава извлекаемых веществ. Концентрация простых фенолкарбоновых кислот (ФКК) в растворах крупных пор гумусового горизонта в 4–8 раз выше, чем в более мелких, доминируют салициловая, бензойная и коричная кислоты (75% от общего количества). В мелких порах преобладают р-гидроксибензойная и бензойная кислоты (67% от общего количества). ВОВ подзолистой почвы, присутствующие in situ в горизонте (ЕLВТg) при влажности почвы 22%, были получены с помощью вакуумных лизиметров из пор диаметром более и менее 14,7 мкм. В растворах из крупных пор ВОВ содержат больше С, N, фенольных соединений; судя по спектрам поглощения, имеют бо́льшую молекулярную массу и степень ароматичности. Вещества мелких пор более гидрофобны и характеризуются более широким отношением C:N, т.е. потенциально более устойчивы к разложению. Преимущественная приуроченность фенольных соединений к растворам крупных пор обеспечивает возможность их сохранения в почве за счет переноса с потоками влаги в нижние горизонты, где они химически стабилизируются в виде органоминеральных соединений.

Литература

1. Запрометов М.Н. Основы биохимии фенольных соединений. М., 1974.

2. 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.

3. Караванова Е.И., Тимофеева Е.А. Химический состав растворов в макро- и микропорах верхних горизонтов некоторых почв Центрального Лесного государственного природного биосферного заповедника // Почвоведение. 2009. № 12.

4. Buckingham S., Tipping E., Hamilton‐Taylor J. Dissolved organic carbon in soil solutions: a comparison of collection methods // Soil Use and Management. 2008. Vol. 24, № 1.

5. Cecchi A.M., Koskinen W.C., Cheng H.H., Haider K. Sorption-desorption of phenolic acids as affected by soil properties // Biology and Fertility of Soils. 2004. Vol. 39, № 4.

6. Chenu C., Hassink J., Bloem J. Short-term changes in the spatial distribution of microorganisms in soil aggregates as affected by glucose addition // Biology and Fertility of Soils. 2001. Vol. 34, № 5.

7. Christ M.J., David М.В. Temperature and moisture effects on the production of dissolved organic carbon in a Spodosol // Soil Biology and Biochemistry. 1996. Vol. 28, № 9.

8. Gallet С., Keller С. Phenolic composition of soil solutions: comparative study of lysimeter and centrifuge waters // Soil Biology and Biochemistry. 1999. Vol. 31, № 8.

9. Gao J., Jansen, B., Cerli C., Helmus R., Mikutta R., Dultz S., Guggenberger G., Kalbitz K. Competition and surface conditioning alter the adsorption of phenolic and amino acids on soil minerals // Eur. J. Soil Sci. 2017. Vol. 68, № 5.

10. Gmach M.R., Cherubin M.R., Kaiser K., Cerri C.E.P. Processes that influence dissolved organic matter in the soil: a review // Scientia Agricola. 2020. Vol. 77, № 3. https://doi.org/10.1590/1678-992x-2018-0164

11. Jaffrain J., Gérard F., Meyer M., Ranger J. Assessing the Quality of Dissolved Organic Matter in Forest Soils Using Ultraviolet Absorption Spectrophotometry // Soil Science Society of America Journal. 2007. Vol. 71, № 6.

12. Juang R.S., Tseng R.L, Wu F.C. Role of microporosity of activated carbons on their adsorption abilities for phenols and dyes // Adsorption. 2001. Vol. 7, № 1.

13. Kaiser K., Guggenberger G. Storm flow flushing in a structured soil changes the composition of dissolved organic matter leached into the subsoil // Geoderma. 2005. Vol. 127, № 3–4.

14. Kalbitz K., Solinger S., Park J.-H., Michalzik B., Matzner E. Сontrols on the dynamics of dissolved organic matter in soils: a review // Soil Science. 2000. Vol. 165, № 4.

15. Kramer M., Sanderman J., Chadwick O., Chorover J., Vitousek P. Long-term carbon storage through retention of dissolved aromatic acids by reactive particles in soil // Global Change Biology. 2012. Vol. 18, № 8. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2012.02681

16. Lützow M. v., Kögel‐Knabner I., Ekschmitt K., Matzner E., Guggenberger G., Marschner B., Flessa H. Stabilization of organic matter in temperate soils: mechanisms and their relevance under different soil conditions — a review // European Journal of Soil Science. 2006. Vol. 57, № 4.

17. Marques R., Ranger J., Gelhaye D., Pollier B., Ponette Q., Goedert O. Comparison of chemical composition of soil solutions collected by zero-tension plate lysimeters with those from ceramic-cup lysimeters in a forest soil // Europ. J. Soil Sci. 1996. Vol. 47, № 3.

18. Marschner B., Kalbitz K. Controls of bioavailability and biodegradability of dissolved organic matter in soils // Geoderma. 2003. Vol. 113, № 3.

19. Nie M., Pendall E., Bell C., Wallenstein M.D. Soil aggregate size distribution mediates microbial climate change feedbacks // Soil Biol. Biochem. 2014. Vol. 68.

20. Ohno T. Fluorescence inner-filtering correction for determining the humification index of dissolved organic matter // Environ. Sci. Technol. 2002. Vol. 36.

21. Peuravuori, J., Pihlaja K. Molecular size distribution and spectroscopic properties of aquatic humic substances // Anal. Chim. Acta. 1997. Vol. 337, № 2.

22. Praveen‐Kumar Tarafdar J.C., Panwar J., Kathju S. A rapid method for assessment of plant residue quality // Z. Pflanzenernähr. Bodenk. 2003. Vol. 166, № 5.

23. Sepáková Š., Frouz J. Changes in chemical composition of litter during decomposition: a review of published 13C NMR spectra // J. of Soil Science and Plant Nutrition. 2015. Vol. 15, № 3.

24. Tharayil N., Bhowmik P.C., Xing B. Preferential sorption of phenolic phytotoxins to soil: Implications for altering the availability of allelochemicals // J. Agric. Food Chem. 2006. Vol. 54, № 8.

25. Toosi E., Schmidt J., Castellano M. Land use and hydrologic flowpaths interact to affect dissolved organic matter and nitrate dynamics // Biogeochemistry. 2014. Vol. 120, № 1–3.

26. Totsche K.U., Amelung W., Gerzabek M.H., Guggenberger G., Klumpp E., Knief C., Lehndorff E., Mikutta R., Peth S., Prechtel A., Ray N., Kögel-Knabner I. Microaggregates in soils // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2018. Vol. 181, № 1.

27. Yoshikawa S., Kuroda Y., Ueno H., Kajiura M., Ae N. Effect of phenolic acids on the formation and stabilization of soil aggregates // Soil Science and Plant Nutrition. 2018. Vol. 64, № 3. https://doi.org/10.1080/00380768.2018.1431011

28. Wang G.S., Hsieh, S.T. Monitoring natural organic matter in water with scanning spectrophotometer // Environ. Intern. 2001. Vol. 26, № 4.

29. Zsolnay A. Dissolved organic matter: artefacts, definitions, and functions // Geoderma. 2003. Vol. 113, № 3–4.