Электронный парамагнитный резонанс гуминовых кислот торфов Среднего Приобья

Литература

1. Савченко, В.А Экологические проблемы Таймыра / В.А. Савченко. - М.: СИП РИА, 1998. - 194 с.

2. Методика опытов на сенокосах и пастбищах. Ч.1. - М., 1970. - 182 с. Ч. II. - М., 1971. - 176 с.

3. Программа и методика проведения научных исследований по луговодству / А.А. Кутузова [и др.]. - М.: ВНИИК им. В.Р. Вильямса, 2000. - 85 с.

4. Аринушкина, Е.В. Руководство по химическому анализу почв / Е.В. Аринушкина. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 342 с.

5. Тихановский, А.Н. Биологическая рекультивация нарушенных земель в Ямало-Ненецком автономном округе / А.Н. Тихановский, Т.К. Названова // Науч. вестн. - Салехард, 2001. - Вып. 8. - С. 26-28.

6. Тихановский, Т.А. Биологическая рекультивация земель на Крайнем Севере / А.Н. Тихановский // Аграрная наука. - 2004. - № 8. - С. 12-13.

7. Рекомендации по приемам создания и использования газонов в различных районах Крайнего Севера / Акад. коммун. хоз-ва. - М., 1972. - 49 с.

8. Акульшина, Н.П. Экологическая противоэрозионная и почвозащитная система мер на трассах магистральных трубопроводов на Европейском Севере / Н.П. Акульшина, Н.Н. Лобовиков, Г.К. Андросов // Экология нефтегазового комплекса: мат-лы 1-й всесоюз. конф. (3-6 октября 1988 г., Надым). - М., 1989. -Вып. 1. - Ч.1. - С. 65-72.

9. Система биологической рекультивации нарушенных земель при строительстве газопроводов и восстановления растительности деградированных пастбищ в тундровой и лесотундровой зонах Крайнего Севера: метод. рекомендации / Г.И. Лосик [и др.]. - Норильск, 2006. - 24 с.

--------♦-----------

УДК 631.4 М.П. Сартаков, А.А. Миронов

ЭЛЕКТРОННЫЙ ПАРАМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ ТОРФОВ СРЕДНЕГО ПРИОБЬЯ

Впервые с помощью метода ЭПР исследован уровень электронного парамагнетизма гуминовых кислот торфов Среднего Приобья Ханты-Мансийского АО. Выявлены их различия, которые позволили диагностировать особенности молекулярной структуры препаратов, зависящей от ботанического состава торфа и своеобразных экологических условий.

Введение. Накопление гуминовых кислот в торфяных отложениях происходит благодаря тому, что эти соединения обладают наибольшей термической устойчивостью по сравнению с другими компонентами, входящими в состав органического вещества торфа. Гуминовые кислоты оказывают большое влияние на физические и химические свойства торфа в целом и во многом определяют своеобразие экологических условий торфяных болот. Однако оценка роли гуминовых кислот в природных процессах пока еще существенно ограничивается ввиду их переменного состава и недостаточности сведений о химической природе и молекулярном строении.

Электронный парамагнетизм является важным свойством гуминовых кислот, характеризующим своеобразие их молекулярной структуры в целом.

Анализ спектров ЭПР позволяет извлекать многообразные сведения о среде, в которой находится парамагнитная частица.

Для сравнительной оценки препаратов гуминовых кислот различных торфов, по интегральной интенсивности сигналов ЭПР существенную информацию предоставляет определение количества парамагнитных центров в исследуемых веществах, которая дает возможность вычислить условную среднестатистическую молекулярную массу. Простая форма сигнала ЭПР дает основание сделать допущение о наличие в молекуле только одного неспаренного электрона [2].

Объекты и методы исследования. Нами изучены гуминовые кислоты торфов типичных для Среднего Приобья, в основном верховых и переходных болот.

Образцы отбирались из поверхностных слоев торфа в Нефтеюганском и Ханты-Мансийском районах Ханты-Мансийского АО. Выделение ГК проводили по ранее описанной методике [2]. Ботанический состав сгруппированных по видам торфов приведен в таблице 1.

Таблица 1

Ботанический состав исследованных торфов

Шифр образца Основная, составляющая торф растительность % R Тип и вид торфа

Сфагновые то рфа

1.1 Сфагнум узколистный лишайники 35 20 30 Сфагновый верховой

1.4 Сфагнум бурый 90 15 Сфагновый фускум-торф верховой

2.7 Сфагнум бурый (фускум) 25 20 40 Сфагновый фускум-торф верховой

2.8 Сфагнум бурый (фускум) 50 35 Сфагновый фускум-торф верховой

Древесные и древесно-травяные торфа

1.2 Сосна 70 25 Древесный переходной

2.4 Береза пушистая Осока вилюйская, омская, дернистая 25 45 65 Древесно-осоковый низинный

2.6 Сосна 45 50 Древесный переходной

Осоковые и осоково-травяные торфа

2.2 Осока вздутая Вахта 30 45 40 Осоково-вахтовый переходной

2.3 Осока вздутая Вахта 45 40 45 Осоково-вахтовый переходной

2.5 Осоки кочкарные 90 50 Осоковый переходной

2.9 Осока шаровидная 55 30 Осоковый верховой

2.10 Осоки неопределенные Пушица 35 50 55 Осоково-пушицевый переходной

Шейхцериевый торф

2.1 Шейхцерия 80 30 Шейхцериевый верховой

Примечания: R - степень разложения торфа; % - преобладающие в торфе растения. Первая цифра шифра образцов; 1 - Нефтеюганский р-н, 2 - Ханты-Мансийский р-н.

Уровень электронного парамагнетизма определялся на спектрометре PS 100. Спектры поглощения снимались на спектрофотометрах фирмы Perkin Elmer instruments. Исследование образцов на содержание углерода, азота и водорода выполнялось на CHN-анализаторе фирмы «Hwlett Packard» модель 185 «В».

Результаты и обсуждения. Для идентификации чистоты препаратов ГК был проведен элементный анализ и исследованы спектры поглощения.

Средний элементный состав гуминовой кислоты торфов Среднего Приобья следующий: С - 57,13%; Н - 4,68%; N - 1,76%; О - 36,43%, зольность - 0,843%. В инфракрасной области спектра светопоглощение гуминовых кислот не имеет принципиальных отличий, что свидетельствует об аналогии их строения. Результаты исследований абсорбции света гуминовыми кислотами в видимой области подтверждают это положение. Электронные спектры всех ГК описываются кривыми одинаковой формы с монотонным увеличением поглощения в сторону коротких длин волн. Индекс Д4/Д6 изменяется незначительно (от 4,9 до 6,4). Данные исследования не выявили принципиальных отличий и являются достаточно однородными для всех препаратов, в отличие от электронного парамагнетизма.

Количественное определение парамагнитных центров в гуминовых кислотах показывает, что различные препараты имеют неодинаковое содержание неспаренных электронов. Оно колеблется от 9,20 -10-14 до 2,36 -10-14 на 1 мг образца. Кроме того, определение удельного числа спинов на мг в образцах гуминовых кислот торфа, дает возможность вычислить «молекулярную массу» (табл. 2).

Молекулярная масса, вычисляемая по содержанию ПМЦ, имеет определенное преимущество перед другими методами, так как характеризует твердое состояние гуминовых кислот, в то время как ее величина, определяемая другими способами, относится к макромолекулам в растворе. Следствием этого может являться пониженная величина молекулярного веса гуминовых кислот по сравнению с величинами, характеризующими их твердое состояние [2].

М = N0/ №,

где М - молекулярная масса;

N - число Авогадро (6,021 023);

Nе - число парамагнитных центров в 1 г вещества.

В наших исследованиях наименьшую молекулярную массу имеет гуминовая кислота осокового торфа обр. №2.9 - 0,65 10-6 и наибольшую гуминовая кислота древесного торфа обр. №1.2 - 2,55 10-6, который содержит 70% сосны (табл. 2).

Таблица 2

Содержание ПМЦ и «молекулярная масса»в гуминовых кислот торфов Среднего Приобья

№ образца Тип и вид торфа Концентрация спинов в образце, спин/мг Условная молекулярная масса

Сфагновые торфа

1.1 Сфагновый верховой 3,20-10-14 1,88-10-6

1.4 Сфагновый фускум-торф верховой 3,33-10-14 1,81 '10-6

2.7 Сфагновый фускум-торф верховой 3,16-10-14 1,90 -10-6

2.8 Сфагновый фускум-торф верховой 5,88-10-14 1,32 -10-6

Древесные и древесно-травяные торфа

1.2 Древесный переходной 2,36-10-14 2,55-10-6

2.4 Древесно-осоковый переходной 4,04-10-14 1,49 -10-6

2.6 Древесный переходной 5,46 -10-14 1,10-10-6

Осоковые и осоково-травяные торфа

2.2 Осоково-вахтовый переходной 4,32-10-14 1,39 -10-6

2.3 Осоково-вахтовый переходной 4,37-10-14 1,38-10-6

2.5 Осоковый переходной 6,25-10-14 0,96 -10-6

2.9 Осоковый верховой 9,20-10-14 0,65-10-6

2.10 Осоково-пушициевый переходной 7,82-10-14 0,77 10-6

Шейхцериевый торф

2.1 Шейхцериевый переходной 3,60 '10-14 1,67 -10-6

Проведенные количественные измерения парамагнитных центров относительно стандарта ТЭМПО показали, что наибольший уровень электронного парамагнетизма имеют гуминовые кислоты, полученные из осоковых и осоково-пушицевых торфов (9,25-10-14, 6,25 -10-14), для них характерно наименьшее значение молекулярных масс (0,65 10-6, 0,96 10-6) и более глубокий уровень гумификации. В ГК древесных, осокововахтовых, шейхцериевого и сфагновых торфов концентрация спинов в образцах изменяется от 2,36 -10-14 до 5,88 -10-14, что свидетельствует о более ранних стадиях гумификации и высоких значениях молекулярных масс (от 1,38-10-6 до 1,90 -10-6), вследствие наличия нерегулярных периферических цепей сформированного из данного ботанического состава торфа.

У препаратов, имеющих меньшую молекулярную массу, возрастает интенсивность светопоглощения, что подтверждается исследованиями методом электронной спектроскопии. Это находится в согласии с общими принципами электронной теории, на основании которой можно полагать, что интенсивность поглощения световой энергии прямо пропорционально площади поперечного сечения молекулы [2].

Отсюда следует, что важными факторами, определяющими разнообразие гуминовых кислот торфов Среднего Приобья, являются различия в размерах макромолекул, неодинаковое количество ядер в конденсированных ароматических системах (5-6) и изменение количества двойных связей, образованных углерод-углеродными двойными связями с сопряжением, которое обеспечивает свободное движение делокализо-ванных электронов в приделах всей молекулы.

Выводы

1. Впервые с помощью метода ЭПР получены данные о молекулярном строении гуминовых кислот различных типов и видов торфов Среднего Приобья Ханты-Мансийского АО.

2. Гуминовые кислоты торфов Среднего Приобья обладают электронным парамагнетизмом. По содержанию ПМЦ, которое в определенной мере характеризует размер сопряженной системы, все гуминовые кислоты можно расположить в убывающей последовательности по группам: 1 - осоковые и осоково-пушицевые торфа; 2 - древесно-осоковые, осоково-вахтовые; 3 - древесные, сфагновые и шейхцериевые торфа.

Литература

1. Комиссаров, И.Д. Влияние способа извлечения гуминовых кислот из сырья на химический состав получаемых препаратов / И.Д. Комиссаров, И.Н. Стрельцова // Науч. тр. Тюменского СХИ. - Тюмень, 1971. -Т.14. - С. 34-48.

2. Комиссаров, И.Д. Электронный парамагнитный резонанс в гуминовых кислотах / И.Д. Комиссаров, Л.Ф. Логинов // Науч. тр. Тюменского СХИ. - Тюмень, 1971. - Т.14. - С. 99-116.

---------♦-----------

УДК 631.87(571.51) Е.И. Волошин

РЕСУРСЫ СОЛОМЫ НА УДОБРЕНИЕ В КРАСНОЯРСКОМ КРАЕ

В статье проведен расчет баланса соломы на удобрение в земледелии края. Установлено, что в среднем по краю 1,93-2,11 т/га соломы необходимо использовать на посевах зерновых культур в качестве органических удобрений.

Солома является важным источником органического удобрения. В среднем она содержит 0,5% азота, 0,25% фосфора, 0,8% калия и 35-45% углерода в форме различных органических соединений. На химический состав соломы оказывают влияние плодородие почв, погодные условия и уровень применения удобрений. Основная часть соломы злаковых растений представлена клетчаткой, лигнином и пентозами. В состав входят также магний, кальций, сера и микроэлементы.

С одной тонной соломы зерновых культур в почву поступает 810 кг органического вещества, 5-14 кг -азота, 0,7-2,4 кг - фосфора, 10-17 кг калия, 3-12 кг - кальция и 0,8-3,0 кг магния.

Использование соломы на удобрение улучшает физико-химические свойства почв и повышает ее микробиологическую активность. При разложении ее в почве выделяется большое количество углекислого газа, который необходим для фотосинтеза растений. Соединяясь в почве с водой, часть углекислого газа образует угольную кислоту, которая является активным реагентом для разрушения первичных минералов и высвобождения подвижных соединений фосфора и калия, необходимых для питания растений.

Солома является энергетическим материалом для образования гумуса. По своему влиянию на гуму-сообразование она оказывает такое же действие, как и подстилочный навоз. Систематическое внесение соломы обеспечивает положительный баланс и увеличивает содержание общего, лабильного и водорастворимого гумуса, валового азота и его минеральных форм.

Под влиянием соломы улучшается водный и температурный режим почв. Применение ее оказывает положительное влияние на агрофизические свойства почв. После внесения соломы уменьшается плотность почвы, увеличивается ее пористость, коэффициент структурности и количество водопрочных агрегатов.

При применении соломы на удобрение решаются следующие экологические вопросы:

утилизируется и минерализуется значительная масса органического вещества, элементы которого полностью поглощаются почвенным комплексом, без выделения в атмосферу;

солома повторно включается в круговорот минерального и органического питания растений и используется для формирования новой биомассы растений и получения урожая сельскохозяйственных культур;

солома, разлагаясь в почве, не загрязняет ее высокими концентрациями нитратного азота, органическим фосфором, калием и микроэлементами;