Влияние водорода на окислительно-восстановительные свойства и гумус черноземных почв (на примере модельных опытов)

Наталья Ивановна Суханова; Алексей Валериевич Кирюшин; Николай Владимирович Ларин

doi:10.31251/pos.v8i3.310

Авторы

Наталья Ивановна Суханова ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», г. Москва, Россия
Алексей Валериевич Кирюшин ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», г. Москва, Россия https://orcid.org/0000-0002-0773-8804
Николай Владимирович Ларин ФГБУН Институт физики Земли имени О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия

DOI:

https://doi.org/10.31251/pos.v8i3.310

Ключевые слова:

глубинный водород; черноземные почвы; гумус; гуминовые кислоты; фульвокислоты; гуминовые препараты; органическое вещество почв; спектры ЯМР1Н и ЯМ13С гуминовых кислот почв.

Аннотация

Цель исследования. На основании данных модельных опытов выявить изменение окислительно-восстановительной обстановки и ряда характеристик гумуса в черноземах под воздействием водородного потока.

Место и время проведения. Проведение модельных опытов осуществляли в лабораторных условиях факультета почвоведения МГУ. В опытах использовали пробы верхних пахотных горизонтов чернозема обыкновенного (Воронежская область) и чернозема выщелоченного (Липецкая область), отобранных на участках исследовательских полигонов вне действия водородного флюида.

Методы. Общее содержание органического углерода определили по методу Тюрина, растворенный органический углерод в почвенном растворе – методом каталитического окисления на ТОС-анализаторе с ИК-детектором, величины окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и рН водной суспензии – потенциометрически. Выделение и очистку препаратов гуминовых кислот (ГК) проводили методом, рекомендованным Международным гуминовым обществом (IHSS). Элементный состав препаратов ГК определили на элементном анализаторе Vario EL III. Измерения содержания элементов в почвенном растворе осуществили методом ИСП-ОЭС на оптико-эмиссионном спектрометре Agilent 5110 (М-МВИ-80-2008). Определение содержания железа несиликатных соединений проводили в вытяжке Мера-Джексона, железа слабоокристаллизованных соединений в составе несиликатных – в вытяжке Тамма. Спектры ЯМР¹Н и ЯМР¹³С гуминовых кислот получены на ЯМР-спектрометре «Bruker AMX-400».

Основные результаты. В серии модельных опытов показано, что в черноземных почвах под воздействием водородного потока резко меняются окислительно-восстановительные условия, интегральным показателем смены которых является снижение величины окислительно-восстановительного потенциала почвы до крайне низких значений; при этом наблюдается некоторое снижение актуальной кислотности. В таких условиях происходит трансформация гумуса. По данным спектров ЯМР ¹³С можно констатировать, что переувлажнение почвы незначительно влияет на фрагментный состав гуминовых кислот чернозема, тогда как поступающий водород обеспечивает деструкцию периферийной части гуминовых молекул без разрушения ароматических кластеров. В условиях модельного опыта в присутствии потока водорода в почве повышается содержание цитраторастворимого и оксалаторастворимого железа, а их соотношение свидетельствует об интенсификации глеевого процесса. Кроме того, усиливаются процессы выноса органического вещества из почвы в почвенный раствор, а возрастание концентрации в нем алюминия говорит о вероятном разрушении кристаллических решеток алюмосиликатов, входящих в состав твердой фазы почвы.