 |
|
|
Биогеоценология. Биосфера. Почвы |
О ДЕСОРБИРУЮЩЕМ ДЕЙСТВИИ ПРИРОДНЫХ ЭКСТРАКТОВ
|
Смотрите также:
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
Присутствие органических веществ в природных водах, как известно, способствует миграции химических элементов.
Действие растворенных в воде органических веществ может быть чрезвычайно разнообразным: это может быть защитное действие на минеральные коллоиды, повышение кислотности среды, образование растворимых простых солей или комплексообразование с различными металлами [1—5]. Последний процесс особенно важен в связи с миграцией химических элементов, так как растворимые, малодиссоциированные комплексные соединения являются формой, наиболее способной к миграции. В последние годы в связи с развитием общих представлений о комплексных соединениях усилился интерес к природным комплексонам, способным переводить металлы непосредственно из кристаллических решеток минералов или из почвенного поглощающего комплекса в почвенные растворы [6—9]. Такие природные комплексоны существуют в живых организмах, после отмирания последних могут быть экстрагированы из них водой или вновь образоваться при разложении растительных и животных остатков.
Исследуя процессы сорбции и десорбции микроколичеств элементов в почвах, мы изучили десорбирующее действие некоторых природных вытяжек и установили на примере цинка комплексную природу этого действия. В число изученных элементов входили железо, цинк, кобальт и иттрий (обладающие высокими комплексообразующими свойствами), стронций (менее способный к комплексо- образованию) и цезий (практически не дающий комплексов). В работе были использованы радиоактивные изотопы этих металлов 59Fe, 65Zn, 60Co, 90Y, 90Sr, 137Cs. Изотопы были взяты в индикаторных количествах без добавления носителей. Основная часть опытов проведена с луговой почвой (Южный Урал); в некоторых опытах, кроме того, использованы чернозем (Курская обл.), краснозем (Грузия) и подзол (горизонт А^ (Московская обл.).
Было поставлено две серии опытов. В I серии была изучена десорбция железа, кобальта и цинка из различных почв водными вытяжками из желтых листьев березы, сосны, черемухи и осины, а также зеленой полыни. Для получения вытяжек листья и полынь, в количестве около 100 г, обрабатывали 5 л озерной воды и выдерживали неделю; во II серии опытов, где изучалась десорбция цинка, стронция, иттрия и цезия из луговой почвы, были применены более концентрированные экстракты из листьев осины, черемухи и березы, которые готовили 2-недель- ным настаиванием 1 л воды на 100 г листьев. Для сравнения во всех опытах проведена десорбция водой и 0,01 N раствором ЭДТА (одного из самых сильных комплексонов).
Методика опытов была следующей. Навеску почвы (1 г) перемешивали некоторое время (постоянное и достаточное для установления равновесия) с 40 мл раствора определенного радиоизотопа в дистиллированной воде. Затем жидкость центрифугировали, почву промывали 90 мл дистиллированной воды, обрабатывали 40 мл десорбирующего раствора и снова перемешивали с раствором до установления равновесия. По окончании десорбции раствор центрифугировали, и из него брали пробу для определения процента десорбции.
Результаты I серии опытов, представленные на рис. 1, показывают, что вытяжки десорбируют железо, кобальт и цинк меньше, чем раствор ЭДТА, но значительно больше, чем вода. Особенно сильно действуют вытяжки на кобальт и цинк; железо испытывает меньшее влияние, но и его десорбция вытяжками в среднем в полтора раза выше, чем десорбция водой. Во всех случаях вытяжки из осиновых листьев и из полыни оказывают большее влияние, чем вытяжки из листьев березы, черемухи и сосны. Десорбция на разных почвах происходит по-разному, причем легко заметить, что уменьшение количества гумуса в почве ведет к увеличению процента десорбции. Это можно объяснить, по-видимому, тем, что исследованные элементы связываются прочно органической частью почвы; уменьшение или отсутствие последней приводит к более легкому переходу элементов в раствор. Во II серии опытов (рис. 2) процент десорбции цинка несколько выше, чем в I серии, с более слабыми вытяжками, но порядок действия экстрактов не изменился. Поведение иттрия аналогично поведению железа, цинка и кобальта: он десорбируется вытяжками значительно больше, чем водой, но меньше, чем раствором ЭДТА. Другую картину дает стронций. В отличие от всех остальных изученных элементов, экстракты десорбируют стронций сильнее, чем раствор ЭДТА. В будущей работе необходимо выяснить причины этого явления. Наконец, цезий, элемент практически не комплексующийся, чрезвычайно мало десорбируется как раствором ЭДТА, так и вытяжками. На основании полученных результатов возникло предположение, что де- сорбирующее действие вытяжками объясняется процессами комплексообразова- ния; присутствующие в вытяжках природные комплексоны образуют с поглощенными почвой катионами комплексные растворимые соединения и, таким образом, переводят эти катионы из почвы в раствор. Это предположение имело следующие основания: во-первых, из всех изученных элементов только цезий, не дающий комплексов даже с ЭДТА, чрезвычайно мало десорбировался вытяжками; во-вторых, действие вытяжек в случае десорбции ими кобальта и цинка из подзола приближалось к действию ЭДТА (сильнейшего комплексона); в-третьих, нами было еще раньше установлено [10], что такой элемент, как кобальт, десорбируется из чернозема растворами солей и слабой кислотой (0,01 N HC1) незначительно, в то время как раствор ЭДТА десорбировал его на 100%, вытяжки - на 20-30%.
Для доказательства комплексонного действия вытяжек были поставлены специальные опыты с цинком. Прежде всего, был определен рН испытываемых вытяжек, так как довольно часто большую подвижность элементов в водах, богатых органическим веществом, объясняют повышенной кислотностью этих вод. Оказалось, что рН «березовых» вытяжек равнялся 8, а «осиновых» и «черемуховых» - 4. Для определения десорбции цинка из почвы водой с различным рН был поставлен специальный опыт. Из результатов опыта видно, что десорбция цинка водой в интервале рН от 8 до 4 остается постоянной и не превышает 1%; небольшое увеличение десорбции происходит при рН = 3, и только при рН = 2 десорби- руется значительное количество цинка: рН раствора 8 6 4 3 2
Процент десорбции цинка 0,3 0,5 0,4 3,0 20
Следовательно, десорбирующее действие испытанных вытяжек не имеет прямой связи с их активной реакцией.
Полагая, что цинк, десорбированный из почвы вытяжками, находится в растворе не в ионной, а в комплексной форме, мы изучили сорбцию цинка и этих растворов катионитом - смолой «Эспатит-1». Около 50% цинка в этих условиях не поглощается смолой, а остается в растворе (табл. 1).
Таблица 1 Экстракты . Березовый» . Осиновый» . Черемуховый» П роцент цинка, оставшегося в растворе после сорбции 56 42 45
Следующий опыт показал, что из водных растворов с рН, равным 8, 6, 4 и 3 цинк сорбировался смолой на 99%. Результаты этих опытов свидетельствуют о различных формах существования цинка в испытываемых растворах. В водных растворах цинк находится в ионной форме и целиком поглощается катионитом. В вытяжках из листьев осины, черемухи и березы цинк находится в комплексной форме и поглощается смолой частично, в соответствии с тем равновесием, которое устанавливается между сорбированной формой и комплексной, остающейся в растворе. Это равновесие определяется, с одной стороны, прочностью связи цинка со смолой, а с другой - константами устойчивости его соединений с комплек- сонами, находящимися в экстрактах.
Результаты проделанных опытов позволяют сделать вывод о большом влиянии природных вытяжек (водных настоев листьев и трав) на процессы миграции исследованных элементов в водах и почвах. Эти вытяжки десорбируют металлы из почвы и удерживают их в растворе в широком интервале рН. По-видимому, во всех вытяжках присутствуют те или иные природные комплексоны, способные давать с металлами-комплексообразователями прочные растворимые, малодиссоцииро- ванные соединения.
Литература 1. Роде А.А. Подзолообразовательный процесс. — М., 1937. 2. Пономарева В.В. Почвоведение. 1947. №12. 3. Пономарева В.В. Почвоведение. 1949. №11. 4. Тюрин И.В. Тр. Почв. инст. им. В.В. Докучаева. 1940. Т. 23. 5. Тюрин И.В. Почвоведение, 1944. №10. 6. МИшоп H.J., Wright I.R. Soil Sci. 1957. V. 84. №1. 7. В1оотЛеЫ С. Sci J. Food and Agric., 1955. №6. 8. Schufle J.A. Soil Sci. 1957. V. 84. №4. 9. Miller M.H., Ohlrogge A.J. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 1958. V. 22. №3 (225).
|
|
К содержанию книги: Статьи Тюрюканова по биогеоценологии
|
Последние добавления:
Происхождение и эволюция растений
Биографии ботаников, биологов, медиков