Charakterystyka swoistych związków próchnicznych

Do swoistych związków próchnicznych gleby należy kompleks bezpostaciowych substancji organicznych o barwie od żółtej poprzez brunatną do czarnej, do których należą: kwasy huminowe, kwasy fulwowe i huminy.

Kwasy huminowe – frakcja związków próchnicznych o barwie ciemnobrązowej do czarnej, któremogą być ekstrahowane z gleby za pomocą alkalicznych rozpuszczalników (NaOH). Są nierozpuszczalne w wodzie w warunkach kwaśnych (pH < 2) i dlatego ulegają strąceniu po zakwaszeniu roztworu.Kwasy fulwowe – frakcja związków próchnicznych o barwie żółtej do żółtobrązowej, rozpuszczalnych w wodzie w całym zakresie pH. Pozostają one w roztworze po strąceniu kwasów huminowych w wyniku zakwaszenia roztworu.Huminy – frakcja związków próchnicznych o barwie czarnej nierozpuszczalnych w wodzie w całym zakresie pH (nierozpuszczalne w zasadach i kwasach). Huminy należą do najmniej zbadanych substancji próchnicznych.Poszczególne frakcje próchniczne stanowią układ zróżnicowanych ale pokrewnych sobie związków organicznych. Różnią się one między sobą: masą cząsteczkową, liczbą grup funkcyjnych, stopniem polimeryzacji i innymi cechami.Można zaobserwować następujące zależności. Zawartość węgla oraz intensywność zabarwienia wzrastają wraz ze stopniem polimeryzacji i wzrostem masy cząsteczkowej (od kwasów fulwowych do humin). Natomiast zawartości tlenu, kwasowość i rozpuszczalność maleją ze wzrostem stopnia polimeryzacji. Kwasy fulwowe zawierają więcej grup funkcyjnych o charakterze kwaśnym, zwłaszcza grup COOH. Całkowita kwasowość kwasów fulwowych wynosi 900 – 1400 meq/100g i jest znacznie wyższa niż kwasów huminowych (400 – 870 meq/100g).Zdolności sorpcyjne związków próchnicznych przewyższają kilka lub kilkanaście razy pojemność sorpcyjną składników mineralnych kompleksu sorpcyjnego.Źródłem ładunków zależnych od pH są przede wszystkim grupy karboksylowe i fenolowe związków próchniczych, z których wodór, związany kowalentnie, oddysocjowuje w miarę wzrostu pH, przyczyniając się do powiększania ładunku ujemnego.Inną istotną różnicą w budowie kwasów humusowych jest to, że tlen w kwasach fulwowych jest w większości powiązany z grupami funkcyjnymi, natomiast większa część tlenu w kwasach huminowych jest związana z rdzeniem aromatycznym. (Stevenson 1979, Stevenson 1982)
Badania przeprowadzone przy użyciu mikroskopii elektronowej potwierdzają budowę polimeryczną kwasów huminowych. Poszczególne makrodrobiny mają kształt kulisty, świadczący o sferycznej ich budowie i są połączone ze sobą w formie pierścieni, łańcuchów i gron. Wielkość makrodrobin nie jest jednakowa dla wszystkich kwasów huminowych. (Drozd 1978)

Kwasy huminowe pod mikroskopem elektronowym, transmisyjnym. (Drozd 1978)

Kwasy huminowe gleb murszowych Kwasy huminowe gleb czarnoziemnych Kwasy huminowe gleb bielicowych

Ze względu na różnorodność i zmienność kwasów huminowych, nie można jednoznacznie określić ich struktury.Przyjmuje się, że kwasy huminowe są polimerami składającymi się z rdzenia aromatycznego, który jest połączony wiązaniami z aminokwasami, cukrami, peptydami, alifatycznymi kwasami i innymi składnikami o budowie alifatycznej. Rdzeń składa się z pierścieni aromatycznych typu fenoli lub związków zawierających azot w postaci cyklicznej (indol, pirymidyna i inne).
Przypuszczalny wzór strukturalny kwasu huminowego przedstawić można następująco:

Bardzo istotną część budowy cząsteczki stanowią grupy funkcyjne. Najważniejsze z
nich to grupy:

– karboksylowe – fenolowe– metoksylowe – chinonowe
– karbonylowe– alkoholowe

 

Model struktury kwasu fulwowego zawiera aromatyczne i alifatyczne struktury, obie obficie podstawione grupami funkcyjnymi zawierającymi tlen. (Stevenson 1982)

Skład elementarny substancji próchnicznych i roślinnych. (Kononowa 1968)

Związki % absolutnie suchej masy bezpopielnej
C
H
O
N
Kwasy fulwowe 44 – 49 3,5 – 5,0 44 – 49
2,0 – 4,0
Kwasy huminowe 52 – 62 3,0 – 5,5 30 – 33
3,5 – 5,0
Białka 50 – 55 6,5 – 7,3 19 – 24
15,0 – 19,0
Lignina 62 – 69 5,0 – 6,5 26 – 33

 

 

 

 

 

Stosunek kwasów huminowych do fulwowych

 

 

 

 

Zawartość kwasów huminowych i fulwowych w próchnicy waha się znacznie w zależności od typu gleby, ich procentowy udział oznacza się metodą sekwencyjnej ekstrakcji. Stosunek kwasów huminowych do fulwowych wskazuje na kierunek transformacji substancji organicznej w glebie.Próchnica gleb leśnychcharakteryzuje się wysoką zawartością kwasów fulwowych, natomiast próchnica gleb łąkowych i torfowych odznacza się dużą przewagą zawartości kwasów huminowych.Stosunek kwasów huminowych do fulwowych zazwyczaj zmniejsza się wraz ze wzrostem głębokości profilu. (Stevenson 1982)

Stosunek kwasów huminowych do kwasów fulwowych w wierzchnich poziomach wybranych gleb (Kononowa 1966)

Gleba
kw. huminowe/kw. fulwowe Gleba kw. huminowe/kw. fulwowe
Czarnoziem
2.0 – 2.5
Szara leśna
1.0
Szaroziem
1.7
Bielica
0.8
Kasztanowa ciemna
1.5 – 1.7
Tundrowa
0.3