Название: Основы биогеохимии - Добровольский В.В.

Жанр: Химия

Рейтинг:

Просмотров: 1656

Комплексы металлов с гумусовым веществом и гидроксидами трехвалентного железа весьма устойчивы. Так же устойчивы хемосорбционные образования, имеющие межмолекулярные связи. Наиболее легко переходят в раствор металлы, находящиеся в катионообменной форме. Следовательно, чем большая часть металла адсорбирована органическим веществом, тем более прочно он закреплен в почве. Чем большая часть находится в катионообменной форме, тем легче мобилизуется металл. Из металлов, фигурирующих в табл. 5.10, наиболее подвижен кадмий, наименее — свинец. В органическом веществе металлы настолько прочно связаны, что недоступны растениям. Поэтому растения, произрастающие на осушенных заболоченных почвах, богатых слаборазложенным органическим веществом с высоким содержанием меди, цинка и марганца, часто испытывают физиологический дефицит этих металлов. Катионообменная адсорбция в основном связана с высокодисперсными глинистыми минералами. Наряду с этой формой часть металлов закрепляется в глинистых минералах более прочно, очевидно, проникая в межпакетные пространства кристаллической структуры этих минералов.

Металлы, адсорбированные гумусом, наиболее активно связываются с карбоксильными (СООН) и фенольными (ОН) группами, замещая водород. При этом образуются хелаты, в которых металл входит в анионную часть молекулы органического вещества. Согласно Л.Н.Александровой (1967),металл соединен координационными связями и не проявляет себя как катион. Схема образования комплекса следующая:

Комплекс может также присоединять металл в обмен на Н+ во внешних функциональных группах:

Следовательно, металл может входить как в анионную, так и в катионную часть молекулы гумусовой кислоты. Как отмечалось в разд. 5.2, молекулы гумусовых соединений различаются количеством функциональных групп и степенью сконденсированности «ядра». Поэтому на адсорбцию влияют не только свойства металлов, но и особенности строения гумусовых соединений.

При взаимодействии металлов с гидроксидами Fe3+ возникает связь между ионом металла и двумя группами (ОН)". На схеме представлено возможное взаимодействие металла с рентгеноаморф-ным гидроксидом Fe3+, состав которого отвечает гидрогетиту:

Адсорбция рассеянных элементов и равновесие между твердой и жидкой фазами почвы имеют важное значение для поступления этих элементов в растения. Установлено, что существует два типа поступления элементов в растения (Рубин Б. А., 1974). Первый из них — активный процесс поглощения элемента клеткой против градиента его концентрации, второй — пассивный перенос в направлении градиента. Активное поглощение происходит с затратой энергии и, как правило, селективно, обусловливая биогеохимическую дифференциацию элементов, рассмотренную в разд. 2.3. Пассивное поглощение осуществляется попутно с процессом транспирации.

Тип поступления элементов в растения зависит от концентрации их в почвенном растворе. При низких концентрациях, свойственных рассеянным элементам в условиях геохимического фона, основное значение имеет активное селективное поглощение элементов растениями. В случае аномально высокого обогащения раствора элементом, обычно содержащимся в ничтожном количестве, происходит его пассивное поступление в растения.

Уровни концентрации рассеянных элементов в почвенных растворах имеют исключительно важное значение для нормальной жизнедеятельности растений. В процессе эволюции у растений выработались некоторые механизмы блокирования излишнего количества рассеянных элементов, в первую очередь тяжелых металлов. В.Б.Ильин и М.Д.Степанова (1980) предположили, что рассеянные металлы в той или иной мере могут задерживаться на периферии корня в зоне пояска Каспари. Возможно, имеются физиологические механизмы, предохраняющие репродуктивные органы. Однако защитное действие растений весьма ограничено, а для некоторых элементов, например цинка, — отсутствует (Бан-сал Н. А. и др., 1982). Необходимая для растений низкая концентрация тяжелых металлов главным образом обеспечивается равновесиями между твердой и жидкой фазами почвы.

Концентрация рассеянных элементов в почвенных растворах является важным фактором нормальной жизнедеятельности не только высших растений, но и почвенной микробиоты. Имеющиеся данные свидетельствуют, что почвенные микроорганизмы адаптированы к неодинаковым уровням концентрации цинка, меди, свинца, кадмия, молибдена, кобальта и других рассеянных элементов. На этом основании В. В. Ковальский (1974) предположил, что в почвах существуют разные экологические типы одного и того же вида микроорганизмов, приспособленные к определенным уровням содержания рассеянных элементов.

С.В.Летунова (1978) изучила микроорганизмы в почвах Сум-сарского свинцово-цинкового месторождения и установила, что наиболее устойчивы к избытку тяжелых металлов грибы, наименее — бактерии. В то же время наибольшее содержание цинка обнаружено в сухом веществе спорообразующих бактерий (5154,1 мг/кг сухого вещества бактерий), актиномицетов (до 483,7 мг/кг), грибов (251,0 мг/кг) и неспороносных бактерий (до 118,0 мг/кг). Максимальное содержание свинца также относится к спорообразующим бактериям (1466,7 мг/кг), затем следуют неспорообразу-ющие бактерии (до 246 мг/кг), актиномицеты (101,7 мг/кг) и грибы (96,4 мг/кг).