научная статья по теме АМИНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ ТУНДРОВЫХ ПОЧВ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «АМИНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ ТУНДРОВЫХ ПОЧВ»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 6, с. 685-692

= ХИМИЯ ПОЧВ

УДК 631.417.4

АМИНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ

ТУНДРОВЫХ ПОЧВ*

© 2015 г. Р. С. Василевич, В. А. Безносиков

Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН, 167982, Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28 е-таП: vasilevich.r.s@ib.komisc.ru Поступила в редакцию 14.11.2013 г.

Идентифицированы и количественно определены аминокислотные фрагменты периферической части молекул гуминовых и фульвокислот тундровых почв. Установлена значительная массовая доля аминокислот в препаратах гуминовых кислот, превышающая их содержание в фульвокислотах. Выявлены закономерности аминокислотного состава гумусовых веществ по профилю почв и в зависимости от степени гидроморфизма и различия в относительных мольных долях аминокислотных групп (нейтральных, основных, кислых, циклических). Отношение мольной доли окси- и гетероциклических аминокислот отражает степень гумификации почв.

Ключевые слова: Н^ис Сгуо8о1, Н^ис Gleysol, $1а§шс СашЫ8о1, Епёо§1еу1с $1а§шс СашЫ8о1, гумино-вые и фульвокислоты, аминокислотные фрагменты.

Б01: 10.7868/80032180Х1506012Х

ВВЕДЕНИЕ

Состав и количество аминокислот (АК) характеризуют степень полимеризации органического вещества, отражая различные уровни биологической активности почв [14]. Аминокислоты и полипептиды гумусовых веществ (ГВ) являются одним из ближайших резервов азотного питания растений [7]. Источником аминокислот ГВ служат белки, входящие в состав отмерших остатков живых организмов. Аминокислотный состав гумусовых кислот часто используется в виде маркеров, отражающих изменения параметров окружающей среды под влиянием как природных, так и антропогенных факторов. Изменение характера растительности, например, при лесных вырубках, мелиорации, а также сельскохозяйственном использовании почв приводит к изменению количественного и качественного состава как свободных и связанных АК почвы, так и олиго- и полипептидных фрагментов гумусовых кислот [8, 9, 13]. Аминокислотные фрагменты гуминовых кислот (ГК) выполняют важную экологическую роль в цикле тяжелых металлов в почвах тундровой зоны. Ранее считалось, что связывание тяжелых металлов ГВ осуществляется преимущественно карбоксильными и фенольными группами ядерной части молекул. Установлено, что в области природных

* Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 13-04-00070-а и Президиума УрО РАН № 12-У-4-1003.

концентраций с0(Н§2+) 0.050—0.50 мкмоль/дм3 хе-мосорбция ионов ртути (II) с гуминовыми кислотами — результат взаимодействия с аминокислотными фрагментами молекул ГК и лишь с увеличением концентрации комплексообразование протекает по салицилатным и фенольным группам ядерной части молекул [5].

Цель исследования — определить особенности аминокислотного состава препаратов гумусовых веществ тундровых почв.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Территория исследования расположена в Большеземельской тундре Воркутинского р-на Республика Коми. В подзоне южной гипоаркти-ческой тундры выражены два растительных сообщества: мохово-лишайниковая и кустарниковая тундры. Характерной чертой растительного покрова являются мозаичность, быстрая пространственная смена растительных группировок и соответственно изменчивость и комплексность их распределения. В мохово-лишайниковой тундре наиболее распространены мхи, лишайники, присутствуют травянистые растения: мятлик арктический, мятлик высокогорный, осоки, щучка арктическая, василисник альпийский; из кустарничков — багульник, дриада, ива полярная и сетчатая, голубика. Кустарниковая тундра характеризуется преобладанием в растительном покрове

кустарниковых (карликовой березы и ивы) и ку-старничковых сообществ в сочетании с моховыми, сфагновыми и лишайниково-сфагновыми болотами. Растительная ассоциация для тундровой поверхностно-глеевой освоенной почвы — сеянный мятликово-лисохвостный бессменный луг (возраст около 50 лет) [2, 15, 19].

Объекты исследований: гидроморфные почвы мохово-лишайниковой тундры — торфянисто-тундровые глеевые и торфяно-тундровые глеевые; автоморфные почвы кустарниковой тундры — тундровые поверхностно-глеевые и тундровые по-верхностно-глеевые освоенные. Мерзлотные почвы Большеземельской тундры являются более теплыми по сравнению с почвами криолитозоны Западной и Восточной Сибири вследствие более мягких условий климата, связанных с влиянием атлантических воздушных масс и буферным действием Уральского хребта [12]. Почвообразовательный процесс в тундре контролируется в основном климатическими условиями и характером растительности. Характерными особенностями почвообразования являются оглеение и торфона-копление. Слабое развитие почвообразовательных процессов обусловливается специфичностью гидротермического режима, однообразием и бедностью почвенной микрофлоры, незначительным участием или полным отсутствием травянистой растительности целинных почв. Поэтому дерновый процесс в тундре проявляется очень слабо, а нередко и вовсе не выражен [2, 10].

Особенностью исследованных почв являются кислая реакция среды всего профиля, высокое содержание углерода в грубогумусовых органогенных горизонтах (от 18.6 до 30.0%) и резкое его снижение вниз по профилю. Тип гумуса всех исследованных почв гуматно-фульватный в органогенных горизонтах (С гк/С фк 0.60—0.77) и фуль-ватный (С гк/С фк 0.12—0.42) в остальной части минеральной толщи. Гидроморфные почвы характеризуются слабой степенью гумификации органического вещества (С гк/С общ 15.0—16.2%), поверхностно-глеевые — средней (21—23%). Морфологическое описание и более подробное исследование гумусного состояния опубликованы ранее [4, 11]. Доля негидролизуемого остатка исследованных почв достигает 60%. В составе ГК тундровых почв доминирующими являются фракции свободных ГК1 и прочносвязанных с глинистыми минералами ГК3. Доля фракции ГК3, связанной с оксидами металлов и глинистыми минералами в составе гумуса гидроморфных почв, значительно превышает ее содержание в авто-морфных почвах. Содержание фракции ГК2, связанной с кальцием, в тундровых почвах низкое. В группе фульвокислот доминируют фракции ФК1 (лабильные) и ФК3 (связанные с наиболее устойчивыми оксидами). Гумус гидроморфных почв отличается незначительным содержанием обладаю-

щей высокой лабильностью фракции ФК1а и фракции 2, связанной с кальцием [4].

Препараты гуминовых и фульвокислот выделены из органогенных горизонтов тундровых почв по методике, рекомендованной Международным обществом по изучению гумусовых веществ IHSS [25]. Аминокислотный состав 6 моль/дм3 HCl вытяжки исследовали методом жидкостной хроматографии на ионообменных смолах (анализатор аминокислот ААА 339). Разделение смеси аминокислот на отдельные компоненты осуществляли на хроматографической колонке, заполненной ионообменной смолой "Ostión". Количество каждой аминокислоты в элюате определяли фотометрическим методом по поглощению при X = 520 нм окрашенного в желтый цвет соединения, образующегося в результате постколоночной реакции аминокислоты с нингидрином (согласно аттестованной методике КХА МВИ № 88-17641-97-2010).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

По данным 13С-ЯМР-спектроскопии характеристическими признаками молекулярной структуры исследованных препаратов гумусовых веществ являются низкая степень ароматичности (для ФК 4.1-26.4, для ГК 18.4-28.3%), высокая доля фрагментов гидролизной части молекул: алифатических групп (для ФК 8.8-18.1, для ГК 24.3-50.4%), олиго- и полисахаридных фрагментов (для ФК 42.0-71.8, для ГК 10.1-26.9%), амино- и метоксигрупп (для ФК 5.6-8.2, для ГК7.8-10.9%) [11].

В гидролизатах гуминовых и фульвокислот идентифицированы 15-17 аминокислот. Массовая доля АК в составе ГК достигает 17.7% (48% от общего содержания азота), что значительно больше, чем в ФК (7.8%) (табл. 1). Содержание аминокислот ГК органогенных горизонтов значительно варьирует в зависимости от степени гидроморфизма тундровых почв и увеличивается в ряду торфяно-(торфянисто)-тундровых глеевых с массовой долей АК 9.6-11.0% к тундровым поверхностно-гле-евым освоенной (14.1%) и целинной (17.7%) почв. Это связано с тем, что в надземной части кустарниковой и травянистой растительности в отличие от мхов и лишайников происходит более значительное накопление азота. Во-вторых, низкий запас аминокислотных фрагментов ГВ гидроморфных почв определяется особенностями биологического круговорота в системе почва-растение. Питательные вещества, поступающие в подстилку, при медленном разложении мохово-лишайниково-кустарничкового опада перехватываются живыми корнями [6]. В составе доминирующей растительности массовая доля аминокислот представлена следующим рядом (%): гилокомиум блестящий (мох) (Hylocomium splendens) 2.31 ± 0.11, лисохвост

Таблица 1. Массовая доля аминокислот в ГВ почв (п = 3, Р = 0.95), %

Почва

Массовая доля АК в сухом веществе юс (АК)

Массовая доля азота АК от общего азота юАК (N)

Гуминовые кислоты

Торфяно-тундровая глеевая (гор. О) 11.0 ± 0.5 39.1 ± 2.9

Торфяно-тундровая глеевая (гор. Т) 9.6 ± 0.4 37,9 ± 2.8

Торфянисто-тундровая глеевая (гор. О) 10.6 ± 0.5 39.9 ± 2.9

Тундровая поверхностно-глеевая освоенная (гор. Ад) 14.1 ± 0.7 38.5 ± 2.9

Тундровая поверхностно-глеевая освоенная (гор. А1В§) 15.6 ± 0.7 41 ± 3

Тундровая поверхностно-глеевая (гор. А0) 17.7 ± 0.9 48 ± 4

Типичная подзолистая (гор. А0) 13.3 ± 0.6 49 ± 4

Серая лесная* (гор. А) 5.89 -

Чернозем* (гор. А) 6.09 -

Фульвокислоты

Торфяно-тундровая глеевая (гор. О) 6.4 ± 0.3 44 ± 7

Торфянисто-тундровая глеевая (гор. О) 5.6 ± 0.3 37 ± 7

Тундровая поверхностно-глеевая (гор. А0) 6.2 ± 0.3 39 ± 8

Тундровая поверхностно-глеевая освоенная (гор. Ад) 7.8 ± 0.4 37 ± 3

* Данные О.Е. Трубецкой с соавт. [17].

луговой (Alopecurus L.) и мятлик луговой (Poa pratensis) (злаки) 3.5 ± 0.4, ива феликолистная (Salix phylicifolia) 7.7 ± 0.4, ива мохнатая (Salix lanata) 7.6 ± 0.4, береза карликовая (Betula nana) 9.7 ± 0.5 и является основным фактором содержания АК гумусовых веществ.

Анализ данных литературы и собственных результатов показывает контрастное увеличение содержания аминокислотных фрагментов в структуре ГК при зональном пере

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Сельское и лесное хозяйство»