Специфические особенности элементного состава гуминовых и гиматомелановых кислот торфов Ханты-Мансийского автономного округа

ВЕСТНИК ЮГОРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

_________________________2014 г. Выпуск 3 (34). С. 66-69__________________

УДК 631.4

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ГУМИНОВЫХ И ГИМАТОМЕЛАНОВЫХ КИСЛОТ ТОРФОВ ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА

О. В. Рыбачук, М. П. Сартаков, Е. М. Осницкий, И. Д. Комиссаров

Актуальность. Продуктом гумификации органических остатков растительных и животных организмов являются гуминовые вещества. Одним из важнейших компонентов гумино-вых веществ являются гуминовые и гиматомелановые кислоты. Несмотря на значительный материал, накопленный к настоящему времени, природа этой группы органических соединений считается еще недостаточно изученной. Не решен механизм гумификации, остаются дискуссионными вопросы о молекулярной массе, гетерогенности, размерах и форме молекул. Все это вызывает необходимость получения более широкой и углубленной информации о составе, структурных особенностях и свойствах гуминовых и гиматомелановых кислот.

Цель исследований: изучение элементного состава гуминовых и гиматомелановых кислот различных торфов на территории средней тайги.

Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования нами были выбраны гуминовые и гиматомелановые кислоты, выделенные из поверхностных торфогенных слоев верховых и переходных торфов средней тайги, которые отбирались в Нефтеюганском (образцы 1.1), Ханты-Мансийском (образцы 2.6, 2.14), Октябрьском (образцы 3.1, 3.3, 3.4), Белоярском (образцы 4.2, 4.8, 4.9) районах ХМАО - Югры.

Извлечение гиматомелановых кислот проводилось экстракцией из торфа кипящим спиртом в аппарате Сокслета с целью более полного извлечения [1]. Гуминовые кислоты извлекались по ранее описанной методике [2].

Определение углерода, водорода и азота проводили на элементном анализаторе фирмы EuroVector mod.EA3000.

Результаты и их обсуждение. Результаты проведенного элементного анализа позволяют характеризовать некоторые особенности гуминовых и гематомелановых кислот различных торфов средней тайги и дают информацию о принципах их строения (табл. 1). Для этих целей удобнее использовать не процентное выражение состава гуминовых кислот, установленное в анализе, а атомные отношения элементов, составляя простейшие формулы и применяя принципы графостатистического анализа [5, 7].

Таблица 1 - Элементный состав гуминовых и гематомелановых кислот

Гуминовые кислоты

Шифр Виды торфа R% C H N O H/C O/C N/C

1.1 Сфагновый, В 30 53,31 4,38 1,62 40,69 0,98 0,57 0,03

2.6 Древесный, П 50 54,84 5,02 1,64 38,5 1,09 0,53 0,03

2.14 Шейхцериевый, П 35 58,25 4,62 1,71 35,43 0,94 0,46 0,03

3.1 Древесно-травяной, П 30 58,56 4,96 1,68 34,80 1,01 0,45 0,02

3.3 Пушицевый, П 25 57,83 4,50 1,61 36,06 0,93 0,47 0,03

3.4 Сфагновый, В 20 54,78 4,59 1,94 38,69 0,99 0,53 0,03

4.2 Пушицевый, В 55 56,56 4,21 1,71 37,52 0,88 0,49 0,02

4.8 Сфагновый, В 10 55,49 4,98 2,80 36,73 1,06 0,49 0,04

4.9 Осоковый, П 40 56,62 4,25 1,98 37,15 0,89 0,49 0,02

Гиматомелановые кислоты

Шифр Виды торфа R% C H N O H/C O/C N/C

1.1 Сфагновый, В 30 67,60 8,70 0,64 23,07 1,53 0,26 0,01

2.6 Древесный, П 50 65,85 9,15 0,75 24,27 1,65 0,28 0,01

2.14 Шейхцериевый, П 35 61,02 7,58 1,09 30,32 1,48 0,37 0,02

3.1 Древесно-травяной 30 70,74 9,29 0,71 19,28 1,56 0,20 0,01

66

Специфические особенности элементного состава гуминовых и гиматомелановых кислот торфов...

3.3 Пушицевый, П 25 69,76 8,85 0,50 20,90 1,51 0,22 0,01

3.4 Сфагновый, В 20 71,09 9,50 0,47 18,95 1,59 0,20 0,01

4.2 Пушицевый, В 55 64,05 7,86 1,60 26,50 1,46 0,31 0,02

4.8 Сфагновый, В 10 70,40 8,89 0,61 20,11 1,50 0,21 0,01

4.9 Осоковый, П 40 66,75 8,85 0,62 23,80 1,58 0,27 0,01

Примечание: R-степень разложения исходного торфа, В - верховой торф, П - переходной торф.

Химический состав гуминовых и гиматомелановых кислот торфов средней тайги в расчете на беззольное вещество не одинаков.

Гиматомелановые кислоты отличаются от гуминовых большими значениями процентного содержания углерода и водорода и меньшими азота и кислорода. Н/С, О/С, N/С (табл. 1). Чем меньше эти отношения, тем большую роль играют атомы углерода в построении молекулярной структуры [6, 7]. Понижение атомных Н/С указывает на возрастание доли бензо-идных фрагментов и снижение доли алифатических боковых цепей в молекулах гуминовых кислот по сравнению с молекулами гематомелановых кислот.

Так же для выявления специфических различий проведено вычисление степени окислен-ности (со), рассчитаны эмпирические формулы, степень бензоидности и теплота сгорания (табл. 2).

Таблица 2 - Результаты расчетов элементного анализа гуминовых и гиматомелановых кислот торфов средней тайги

Гуминовые кислоты

Шифр Виды торфа R % Эмпирическая формула ю a Q ккал./кг

1.1 Сфагновый, В 30 C28H27NO16 +0,21 31 4574,06

2.6 Древесный, П 50 C38H42NO20 -0,03 31 5001,04

2.14 Шейхцериевый, П 35 C39H38NO18 -0,05 35 5183,07

3.1 Древесно-травяной, П 30 C41H41NO18 -0,10 34 5326,56

3.3 Пушицевый, П 25 C40H38NO19 -0,02 35 5096,67

3.4 Сфагновый, В 20 C38H36NO20 +0,08 32 4808,24

4.2 Пушицевый, В 55 C39H35NO20 +0,12 35 4868,84

4.8 Сфагновый, В 10 C23H25NO12 -0,08 32 5033,71

4.9 Осоковый, П 40 C34H30NO16 +0,10 35 4895,32

^иматомелановые кислоты

Шифр Виды торфа R % Эмпирическая формула ю a Q ккал./кг

1.1 Сфагновый, В 30 C123H189NO32 -1,02 30 7485,51

2.6 Древесный, П 50 C103H171NO29 -1,10 28 7461,66

2.14 Шейхцериевый, П 35 C66H97NO24 -0,73 29 7446,06

3.1 Древесно-травяной, П 30 C117H183NO24 -1,15 30 6924,94

3.3 Пушицевый, П 25 C166H250NO37 -1,06 31 6427,90

3.4 Сфагновый, В 20 C178H283NO36 -1,19 30 7225,10

4.2 Пушицевый, В 55 C47H68NO14 -0,84 30 8013,89

4.8 Сфагновый, В 10 C136H204NO29 -1,07 31 7870,56

4.9 Осоковый, П 40 C127H200NO34 -1,04 29 7761,76

Следует отметить, что степень окисленности является весьма полезным критерием для выявления специфики гумификации в различных условиях [4]. Согласно данных таблицы 2, четыре образца гуминовых кислот имеют окисленную форму и положительную величину ю, остальные образцы не высокую восстановленную форму. У гематомелановых кислоты восстановленная форма и отрицательная величина о выражена значительно сильнее и изменяется в приделах от 0,73 до 1,19. Также у гиматомелановых кислот значительно выше теплота сгорания ккал/кг.

Оценка атомных отношений позволяет решить некоторые вопросы механизмов трансформации растительных остатков и отдельных групп гумусовых веществ [3]. С этой целью

67

О. В. Рыбачук, М. П. Сартаков, Е. М. Осницкий, И. Д. Комиссаров

удобно воспользоваться диаграммой атомных отношений Ван-Кревелена (рис. 1), на которой представлены результаты анализа элементного состава ГК и ГМК изученных торфов [5].

На диаграмме можно выделить 2 различающихся области. Для 1-й области, где расположены гуминовые кислоты, среднее отношение Н/С = 0,97, О/С = 0,50, для 2-й области гима-томелановых кислот среднее отношение Н/С = 1,36, О/С = 0,23.

При переходе из области II к области I происходит декарбоксилирование (точнее, потеря атомов С и О в соотношении 1:2) и дегидратация (потеря атомов Н и О в соотношении 2:1). Различия между указанными областями связаны с разницей в количестве кислородных и водородных атомов.

Рисунок 1. Обобщенная диаграмма атомных отношений Н/С-О/С гиматомелановых (I) и гуминовых

(II) кислот торфов средней тайги

Выводы

1. Специфические особенности элементного состава гуминовых и гиматомелановых кислот торфов средней тайги проявляются в различном соотношении элементов, теплоте сгорания и степени окисленности.

2. Гуминовые и гиматомелановые кислоты имеют близкую «скелетную» структуру макромолекул, а обнаруженные различия указывают на меньшую «зрелость» гиматомелановых кислот по сравнению с гуминовыми кислотами.

Литература

1. Глебова, Г. И. Гиматомелановые кислоты почв и их место в системе гумусовых веществ : автореф. дис. ... канд. биол. наук [Текст] / Г. И. Глебова. - М., 1980. - 21 с.

2. Комиссаров, И. Д. Влияние способа извлечения гуминовых кислот из сырья на химический состав получаемых препаратов [Текст] / И. Д. Комиссаров, И. Н. Стрельцова // Научн. Тр. Тюменского СХИ. - Тюмень, 1971. - Т. 14. - С. 34-48.

3. Ларина, Г. В. Состав органического вещества и гуминовых кислот торфяного месторождения Баланак (Горный Алтай) [Текст] / Г. В. Ларина, М. И. Кайзер, Т. В. Вышникова // Вестник Томского государственного педагогического университета. - 2013. - № 8 (136). -С. 222-226.

68

Специфические особенности элементного состава гуминовых и гиматомелановых кислот торфов...

4. Орлов, Д. С. Практикум по химии гумуса [Текст] / Д. С. Орлов, Л. А. Гришина. - М., 1981. - 270 с.

5. Сартаков, М. П. Сравнительная характеристика химической природы и молекулярного строения гуминовых кислот почв Обь-Иртышской поймы : дис. ... канд. биол. н. [Текст] / М. П. Сартаков. - Тюмень, 2001. - 98 с.

6. Сартаков, М. П. Термическая деструкция, элементный состав и спектры поглощения гуминовых кислот торфов Ханты-Мансийского района [Текст] / М. П. Сартаков // Химия растительного сырья. - 2007. - № 2. - С. 89-93.

7. Сартаков, М. П. Элементный состав гуминовых кислот торфов Среднего Приобья [Текст] / М. П. Сартаков // Аграрный вестник Урала. - 2008. - № 2. - С. 84-85.

69