'

БИОХИМИЯ ЛИГНИНА В ПОЧВАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПЕРЕУВЛАЖНЕНИЯ

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

БИОХИМИЯ ЛИГНИНА В ПОЧВАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПЕРЕУВЛАЖНЕНИЯ Ковалев И.В., Ковалева Н.О. МГУ им. М.В.Ломоносова, ф-т почвоведения ИЭП МГУ им. М.В.Ломоносова


Слайд 1

Располагая знаниями о суммарном содержании и реже о структуре лигнина, либо в автоморфных, либо в болотных почвах, мы ничего не знаем о механизмах биохимических процессов его трансформации, протекающих в значительной части почв – в почвах периодического переувлажнения. Между тем временный или длительный сезонный застой влаги создает анаэробные условия в профилях почв с господством окислительных процессов и контрастным типом окислительно-восстановительного режима и на короткие сроки активизирует восстановительные процессы. Контрастность гидрологического режима должна отражаться и на свойствах органического вещества этих почв.


Слайд 2

Объект исследования: Коломенское ополье (Московская обл.)


Слайд 3

Брянское ополье


Слайд 4

Брянское ополье


Слайд 5

Почвы: серые глееватые почвы. Профильный ряд: A p,fs,g’ (0-25 cm) - EB p,fs,g’ (25 – 32 cm) - B1 g‘‘ (32-50 cm) - B2 g‘‘ (50-95 cm) - B3g‘‘‘ (95-125 cm) – BCg‘‘‘(125-140 cm). Профиль этих почв имеет мраморовидную окраску иллювиальных горизонтов (особенно гор B2g’’), большое количество ортштейнов в гор. Ар и ЕВ и серо-голубые кутаны.


Слайд 6

Методы исследования Для определения количественного содержания структурных фрагментов лигнина использовали метод мягкого щелочного гидролиза органического вещества почв оксидом меди в азотной среде с последующим использованием хроматографии тонкого слоя и газового хроматографического разделения (На газовом хроматографе с масс-спектрометром Hewlet-Packard Palo Alto CA USA фенолы разделялись на пламенно- ионизационном детекторе, оборудованном капиллярной колонкой. В качестве основного и маркирующего газа служил азот. Температура инъектора – +2500, детектора – +3000). Индивидуальные продукты реакции: ванилин, сиреневый альдегид, ванилиновая, сиреневая, п-кумаровая и феруловая кислоты - идентифицированы путем сравнения времени удерживания и пиков с известными компонентами и количествами, используемыми в качестве внешних стандартов (Методика Ertel J.R., Hedges J.I, 1984 в приведенной ниже модификации W.Amelung, 1997).


Слайд 7


Слайд 8

Интеграция пиков


Слайд 9

Щелочное окисление дает 11 фенолов, которые сгруппированы по их химической природе в 4 структурных семейства: - ванилиновые (V) - сирингиловые или сиреневые (S) - п-кумаровые (C) - феруловые (F) V, S, C ----альдегиды, кетоны, кислоты; F---кислоты ? продуктов окисления лигнина (VSC)-----общее содержание лигнина в образце


Слайд 10


Слайд 11

Окислительно-восстановительный режим серых оглеенных почв Окислительно-восстановительный режим (ОВП, мВ) светло-серых оглеенных осушенных и неосушенных почв. Почвы: светло-серые лесные: а – глееватая, осушенная гончарным дренажом; б – глееватая, осушенная пластмассовым дренажом; в – глееватая недренированная (контроль); г – глубокооглеенная (“автоморфная“).


Слайд 12

*------- VSC – суммарное количество продуктов окисления лигнина Б р я н с к о е о п о л ь е


Слайд 13

*---- VSC – суммарное количество продуктов окисления лигнина Т у л ь с к и е З а с е к и


Слайд 14

Содержание продуктов окисления лигнина (VSC), мг г-1 Сорг. в почвах изучаемых катен.


Слайд 15

Деструкция лигнина, Haider, 1998


Слайд 16

Продукты окисления лигнина в серых почвах


Слайд 17

«Лигниновые параметры» некоторых видов растений (Ковалева, Ковалев, 2006) Примечание. VSC – суммарное количество продуктов окисления лигнина; V – ванилиновые фенолы; S – сирингиловые фенолы; C – коричные фенолы


Слайд 18

«Лигниновые параметры» (КОЛОМЕНСКОЕ ОПОЛЬЕ) Примечание. V – ванилиновые фенолы; S – сирингиловые фенолы; C – коричные фенолы


Слайд 19

Т у л ь с к и е З а с е к и


Слайд 20

Брянское ополье


Слайд 21

Ковалева, Ковалев, 2004


Слайд 22

*--- VSC – суммарное количество продуктов окисления лигнина Показатели трансформации лигнина в серых лесных почвах, мг/г Собщ., (Брянское ополье)


Слайд 23

*----------- VSC – суммарное количество продуктов окисления лигнина Показатели трансформации лигнина в серых лесных окультуренных почвах, мг/г Собщ. Б р я н с к о е о п о л ь е


Слайд 24

Показатели трансформации лигнина, мг/г Собщ гор. Ар серых оглеенных почв, (Коломенское ополье) *----------- VSC – суммарное количество продуктов окисления лигнина **------- Т = 74 – (100 – К)(1 + (Ac/Al)v)-1, (Hedges J.I, Ertel J.R., 1984) где Т – % измененности боковых цепочек, (Ac/Al)v – отношение количества фенольных кислот к альдегидам в ванилиновых единицах, К – содержание кетонов в исходных растительных тканях (%ketone).


Слайд 25


Слайд 26


Слайд 27

** ----------- конкреции фракции >3 мм в почве единичны


Слайд 28

“Лигниновые” параметры


Слайд 29

Продукты окисления лигнина в ортштейнах серых почв, мг г-1 С


Слайд 30

Показатели трансформации лигнина в ортштейнах серых лесных почв, мг/г Собщ. *---- VSC – суммарное количество продуктов окисления лигнина


Слайд 31

* --- коэффициент концентрирования элемента или соединения в конкрециях;


Слайд 32


Слайд 33

Распределение углерода в молекулах гумусовых кислот серых лесных почв и конкреций (по данным ЯМР- спектроскопии), % от площади спектра


Слайд 34

Трансформация гидрологического режима под влиянием осушения


Слайд 35

Масса ортштейнов на 100 г почвы в гор.Ар, осушенных пластмассовым и гончарным дренажом и неосушенных серых глееватых почв


Слайд 36

Динамика распределения C и N (%) в ортштейнах (слой 0-10 см) серых лесных оглеенных почв. n ---------- повторность; * ------ статистически значимое уменьшение содержания углерода к контролю при p< 0,95; ° ---------- статистически значимое уменьшение содержания азота к контролю при p< 0,80; ** ------- статистически значимое уменьшение содержания углерода и азота по отношению к первым годам (1989-1992 гг.) последействия дренажа при p< 0,95


Слайд 37

* ---- коэффициент концентрирования элемента или соединения в конкрециях;


Слайд 38

Квантильное распределение показателей трансформации лигнина в ортштейнах серых почв. Глееватые почвы: а –осушенная в 1989-92 гг.; b –осушенная в 1999-2000 гг. Фракции ортштейнов: 1-2 мм; 2-3 мм; 3-5 мм *-----Статистически значимое уменьшение (р < 0,01) продуктов окисления лигнина (VSC, мг г-1 С),


Слайд 39

Почвы: а –осушенная в 1989-92 гг.; b –осушенная в 1999-2000 гг. Фракции ортштейнов: 1-2 мм; 2-3 мм; 3-5 мм **-----Статистически значимое увеличение отношений (р < 0,05) ванилиновые кислоты/ванилин, (ac/al)v


Слайд 40

Почвы: а –осушенная в 1989-92 гг.; b –осушенная в 1999-2000 гг. Фракции ортштейнов: 1-2 мм; 2-3 мм; 3-5 мм Статистически значимое увеличение отношений (р < 0,05) сиреневые кислоты/сиреневыe альдегиды (ac/al)s


Слайд 41

Показатели трансформации лигнина в ортштейнах серых оглеенных почв


Слайд 42

Распределение углерода в молекулах гумусовых кислот конкреций серых лесных почв (по данным ЯМР- спектроскопии), % от площади спектра


Слайд 43

    Заключение Обнаружено, что в формировании гумуса серых лесных почв принимают участие тoлько ткани покрытосеменных (лиственных и травянистых) растений. Причем пропорции лигниновых фенолов не изменились ни под влиянием распашки, ни под влиянием осушения. В пределах изучаемых катен во всех районах исследования максимум накопления фенольных соединений приходится на почвы мезопонижений с длительным господством восстановительных условий во всем профиле и почвы микрозападин, обладающих в весенний период двухъярусной верховодкой. Наиболее дренированные разности почв, приуроченные к водораздельным микроповышениям и склонам, обладают наименьшими количествами фенолов. Минерализация ароматических соединений лигнина в аэробных условиях сопровождается значительным увеличением доли фенольных кислот. Лигниновые параметры вторых гумусовых горизонтов резко отличны от характеристик современного органического вещества. Возможно, это результат их высокой устойчивости в процессах диагенеза.  


Слайд 44

В Fe-Mn ортштейнах серых лесных почв обнаружен лигнин высших растений. Его фракционный состав соответствует типу господствующей растительности. С увеличением размера ортштейнов количество продуктов окисления лигнина в них уменьшается за счет минерализации. Независимо от степени гидроморфизма серых лесных почв количество лигниновых продуктов в ортштейнах в 10 раз меньше, чем в мелкоземе вмещающего горизонта В ортштейнах гидроморфных почв преобладают фенольные кислоты над альдегидами. Осушение (12 лет) вызывает глубокую разрушительную трансформацию и таких, казалось бы, устойчивых соединений как лигнин в ортштейнах, особенно в крупных фракциях.  * Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (грант 04-04-49727) и DAAD (в Байройтском университете ФРГ)


Слайд 45

Спасибо за внимание!


×

HTML:





Ссылка: