Оценка протолитических свойств органических полиэлектролитов почв методом pK-спектроскопии

Аннотация

Цель исследования. Проверить возможность использования метода pK-спектроскопии для оценки кислотно-основных свойств гуминовых веществ и водорастворимых фракций почв.

Место и время проведения. Исследованные препараты фульвокислот выделены из органогенных горизонтов торфянисто-подзолистой поверхностно-оглеенной (Eutric Albic Stagnic Histic Retisol (Loamic)), целинной и пахотной подзолистых почв (Eutric Albic Retisols (Loamic)). Почвы расположены на территории средней тайги (Максимовский стационар Института биологии ФИЦ КНЦ УрО РАН, расположенный в 8 км к западу от г. Сыктывкар и поле Сыктывкарского совхоза в 5 км к юго-западу от г. Сыктывкар). Период отбора почв – с 1 по 30 августа 2014 года. Для изучения протолитических свойств жидкой фазы почвы отобраны образцы органогенных горизонтов трех почв: дерново-подзолистая неоглеенная (Eutric Albic Retisol (Loamic)), дерново-подзолистая глееватая (Distric Gleyic Retisol (Loamic) и дерново-подзолистая глеевая (Eutric Albic Retisol). Почвы расположены на расстоянии 1 км к северо-западу от села Крутотыла Прилузского района (Республика Коми, Россия). Период отбора почв – с 1 по 10 июля 2018 года.

Методы. Потенциометрическое титрование растворов органических полиэлектролитов почв проводили при температуре 25±1 °C. ЭДС титрованных растворов измеряли на иономере pH-150 с помощью стеклянного электрода ЭСЛ-15-11. Аликвоты водных растворов фульвокислот и почвенных вытяжек титровали растворами HCl или NaOH. Титрование проводили в диапазонах рН от начальной точки титрования до 3,0 при титровании раствором кислоты и до 10,0 при титровании раствором основания. Титрование растворов органических соединений проводили в 3–5-кратной повторности. Для расчета pK-спектров систем по кривым потенциометрического титрования использовали компьютерную программу «PKSVD».

Основные результаты. Результаты апробации метода pK-спектроскопии показали, что данный метод является более наглядным и информативным, чем традиционный метод непрерывного потенциометрического титрования. Программа «PKSVD» позволяет рассчитывать pK-спектры с достаточно высокой точностью для сложных природных полиэлектролитов, таких как фульвокислоты и водорастворимые органические вещества почв. Использование программы «SPLINE» для сглаживания экспериментальной зависимости позволяет улучшить результаты построения pK-спектра. Использование метода pK-спектроскопии позволило определить значения констант кислотности групп сложных природных систем, рассчитать число кислотных групп, получить новые результаты как фундаментального, так и прикладного характера. В исследованных органических полиэлектролитах почв выявлено наличие от трех до пяти ионогенных групп со значениями pK от 3,2 до 9,6.

Заключение. Метод pK-спектроскопии, использующий линейный регрессионный анализ с ограничениями на неотрицательность решений, открывает широкие возможности для потенциометрического анализа сложных протолитических систем, в том числе различных объектов окружающей среды. Этот метод значительно расширяет представления о физико-химических свойствах гумусовых веществ и почвенного органического вещества.