Роль лигнина в формировании гумуса почв (теоретические и методические аспекты), Ковалев И.В.

Разработана системная методология исследования биогеохимии лигнина в наземных экосистемах различных природных зон. Апробированная методика мягкого щелочного окисления органического вещества оксидом меди в азотной среде является наиболее перспективной для анализа содержания и состава лигнина в объектах наземных экосистем: не только в тканях растений, но и в дневных и погребенных почвах, включая минеральные малогумусные горизонты, в конкреционных новообразованиях, препаратах гуминовых кислот, гранулометрических фракциях почв. Установлено, что независимо от географической приуроченности экосистемы равнинных или горных ландшафтов, тип поступающего в почву лигнина определяется разными типами растительных ассоциаций: в хвойных лесах доминируют гваяциловые (ванилиновые) фенолы, широколиственным и мелколиственным лесам свойственны равные пропорции ванилинов и сирингилов, в степных экосистемах доминируют феруловые фенолы, а в луговых сообществах – циннамиловые структуры. По величинам лигниновых параметров VSC (общее количество продуктов окисления лигнина) С/V (циннамилы/ванилины), S/V (сирингилы/ванилины), К/F (кумарилы/ферулы), кислоты/альдегиды можно выделять разные типы растительных тканей (хвойные и лиственные, древесные и недревесные, травянистые разнотравные и злаковые). Впервые установлено, что наибольшее содержание лигниновых фенолов свойственно не надземным, а подземным тканям растений. Коэффициент корреляции содержания лигнина в почве и биомассы корней – 0.92-0.99. Однако наибольший вклад корневого лигнина присущ луговым и степным экосистемам, где отношение надземных органов к подземным достигает 20. Наименьшая роль корней в круговороте лигнина обнаружена в агро-антропогенных экосистемах с равными долями надземной и подземной биомассы. Эти факты могут быть свидетельством более значительной, чем мы привыкли думать, роли корневой биомассы в формировании гумуса почв. Установлены разные типы трансформации лигнина в почвах зональных экосистем. Степной тип биотрансформации лигнина характеризуется средними величинами показателя измененности биополимера (Т, %)– около 5%-10 % и максимальными величинами показателя окисленности (0,10-0,60) в черноземах и черноземовидных почвах. Лесной тип разложения лигнина отличает величина показателя измененности биополимера (Т, %) около 10 — 15% для серых почв и средние значения отношения ванилиновые кислоты/ванилин. Луговый тип биотрансформации лигниновых структур характеризуется близкими к 0 цифрами показателя трансформации лигнина и минимальными значениями отношений кислот к альдегидам в высокогорных луговых экосистемах. Тропический тип отличается наивысшими цифрами изменнености боковых цепок биополимера по отношению к исходным растительным тканям — до 50 % в коричневых почвах и красноземах. В агроэкосистемах показатели трансформации молекул лигнина близки к цифрам степного типа. Гетерогенность генезиса лигнина обуславливает возможность возникновения большого числа разнообразных низко-и высокомолекулярных продуктов разложения (ванилиновых, сирингиловых, феруловых и кумариловых семейств), сохраняющих композиционный состав биополимера в ряду: «ткани растений?подстилка – почва – дневные гуминовые кислоты – погребенные гуминовые кислоты». В обозначенном ряду увеличивается количество ароматических кислот по отношению к альдегидам во всех типах объектов независимо от общего количества лигнина в них и достигает максимума в препаратах гуминовых кислот из погребенных почв. Данный факт подтверждает образование в почвах унифицированных гуминовых веществ специфической природы, в формировании которых наряду с прочими ароматическими соединениями, участвует лигнин высших растений.