Характеристика гуминовых кислот торфов среднего приобья (стр. 1 из 8)

На правах рукописи

Сартаков Михаил петрович

ХАРАКТЕРИСТИКА ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ

ТОРФОВ СРЕДНЕГО ПРИОБЬЯ

Специальность 03.02.13 – Почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Тюмень – 2011

Работа выполнена в Тюменской государственной сельскохозяйственной академии

Научный консультант:	доктор биологических наук, профессор Комиссаров Игорь Дисанович
Официальные оппоненты:	доктор биологических наук, профессор Чуков Серафим Николаевич доктор биологических наук, профессор Синявский Игорь Васильевич доктор сельскохозяйственных наук, с.н.с. Моторин Александр Севостьянович
Ведущая организация:	Институт почвоведения и агрохимии

Защита состоится «23» декабря 2011 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.01 при Тюменской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7, тел./факс: (3452) 46-87-77, E-mail: dissTGSHA@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменской

государственной сельскохозяйственной академии.

Реферат разослан «___» __________ 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат с.-х. наук В.В. Рзаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Изучение гуминовых кислот имеет более чем вековую историю с естественной и закономерной эволюцией взглядов на процессы их образования, состав и свойства. К настоящему времени накоплен значительный материал, но природа этой группы органических соединений не может ещё считаться достаточно изученной. Не представляется окончательно решенным механизм гумификации, недостаточно полно изучены свойства гуминовых кислот и их природа в зависимости от возраста и условий формирования. До настоящего времени дискуссионы вопросы о молекулярной массе гуминовых кислот, об их гетерогенности, размерах и форме молекул.

Болотные почвы (торфы) можно рассматривать не только как месторождения полезных ископаемых, но и как важный резерв расширения аграрного производства.

О процессе гумификации можно судить по результатам исследования физико-химических свойств гуминовых кислот.

Гуминовые кислоты играют важную роль в процессах гумификации органического вещества, в цикле углерода, особенно в торфоболотных экосистемах, являются основным носителем биологической активности препаратов, получаемых из торфа.

Гуминовые кислоты широко используются в сельском хозяйстве, в медицине, есть попытки модифицировать гуминовые кислоты и на их матрице готовить препараты другого назначения для различных промышленных продуктов, например в электротехнике. Гуминовые препараты нашли применение в процессах крашения, в нефтяной промышленности, в изготовлении керамических изделий и в качестве сорбентов в атомной технике.

Наши исследования на основе использования современной инструментальной техники были выполнены для характеристики гуминовых кислот торфов Среднего Приобья, которые являются перспективным сырьем для гуминовых производств. Все это вызывает необходимость получения более широкой и углубленной информации о физико-химических показателях гуминовых кислот и их взаимосвязи с исходным органическим сырьем, его ботаническим составом и степенью трансформации.

Цель работы: изучение химической природы и физико-химических свойств гуминовых кислот, выделенных из различных типов и видов торфов на территории Среднего Приобья.

Задачи исследований:

- определить и интерпретировать элементный состав;

- дать характеристику физико-химических свойств гуминовых кислот различного происхождения по данным спектральных исследований;

- провести количественный анализ и определить функциональные особенности гуминовых кислот методом спектроскопии ЯМР¹³С;

- определить уровень электронного парамагнетизма гуминовых кислот торфов Среднего Приобья;

- оценить термическую устойчивость гуминовых кислот различных торфов;

- выявить связь между ботаническим составом, степенью разложения, условиями гумификации торфа и физико-химическими показателями гуминовых кислот;

- установить влияние гуминовых кислот на ферменты класса гидролаз, подкласса липазы.

Научная новизна: Впервые с использованием современных инструментальных и химических методов исследований: элементный и функциональный состав, ядерный магнитный резонанс (ЯМР), электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), ифракрасные спектры поглощения (ИК), электронные спектры, термическая характеристика и адсорбция; получены данные о физико-химических свойствах гуминовых кислот торфов Среднего Приобья.

По результатам элементного анализа гуминовых кислот выявлены диапазоны содержания элементов и их атомные отношения. Установлена зависимость процентного содержания кислотно-основных функциональных групп в гуминовых кислотах от степени разложения исходного торфа. Определена закономерность по данным ЯМР¹³С содержания ароматических и алифатических структурных фрагментов. Установлено по данным электронных спектров, что гуминовые кислоты имеют разные значения коэффициентов экстинкции у сфагновых, травяных и древесных торфов. По ИК спектрам не выявлено различий у видов торфов. Установлены значительные различия уровня электронного парамагнетизма гуминовых кислот различных видов торфов. Определена зависимость теплоты сгорания по синхронному термическому анализу от вида торфа. Выявлена связь между адсорбционной способностью гуминовых кислот и степенью разложения исходного торфа. Определена ингибирующая способность гуминовых кислот по отношению к ферменту липаза.

Определен барьер степени разложения исходных торфов – 35%, при превышении которого разница в физико-химических свойствах гуминовых кислот практически не обнаруживается, за исключением гуминовых кислот древесных торфов. На основе данного анализа выделены препараты со специфическими параметрами.

Теоретическая значимость: Установлена зависимость химических и физико-химических свойств гуминовых кислот от ботанического состава исходных торфяно-болотных почв Среднего Приобья и их степени трансформации, что углубляет теорию гумификации.

Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы при крупномасштабной оценке торфяного сырья, служить источником информации для получения гуминовых препаратов. Исследования необходимы для создания технологий производства новых видов продукции для сельского хозяйства, медицины и техники.

Принципы анализа гуминовых кислот могут использоваться в учебном процессе высших учебных заведений и в научно-исследовательских институтах.

Защищаемые положения:

1. Гуминовые кислоты, полученные из торфов различных ландшафтных провинций Среднего Приобья, имеют схожую «скелетную» структуру макромолекул.

2. Физико-химические параметры гуминовых кислот торфов Среднего Приобья зависят от ботанического состава и степени разложения исходного торфа.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 научные работы, 1 монография и 11 статей в журналах из перечня ВАК.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлены на III и V Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере» в Санкт-Петербургском ГУ (Санкт-Петербург, 2005 и 2010); на IV Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере» в Московском ГУ (Москва, 2007); на конференции «Наука и образование аграрному производству» в Тюменской ГСХА (Тюмень, 2006); на Всероссийской конференции «Химия растительных веществ и органический синтез» (Сыктывкар, 2009); на Региональной конференции «Проблемы изучения и использования торфяных ресурсов Сибири» (Томск, 2009).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 302 наименования, из них 67 – иностранных авторов. Работа изложена на 295 страницах машинописного текста, содержит 36 таблиц, 96 рисунков и 20 приложений.

Личное участие. Автору принадлежит проведение всех 3-х этапов экспедиционных полевых работ по отбору образцов, извлечение гуминовых кислот в лабораторных условиях, проведение физико-химические методов исследований. Все полученные научные данные статистически обрабатывались и обобщались диссертантом.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В литературном обзоре рассмотрены гуминовые кислоты торфов различных ландшафтов и географических выделов, которые накладывают свой отпечаток на процессы гумификации и соответственно на структуру образующихся в результате этого гуминовых кислот. Обстоятельно рассмотрены методы получения гуминовых кислот, их физико-химические свойства и молекулярное строение. Рассматривается модель И.Д. Комиссарова и Л.Ф. Логинова (1971). Освещены особенности биологического действия гуминовых кислот.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве объектов исследования были использованы гуминовые кислоты, выделенные из поверхностных слоев верховых, переходных и низинных торфов Среднего Приобья, которые отбирались в Нефтеюганском (образцы 1.1, 1.2, 1.3, 1.4), Ханты-Мансийском (образцы 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 2.10, 2.11, 2.12, 2.13), Октябрьском (образцы 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8), Белоярском (образцы 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10, 4.11, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5), Кондинском (образцы 6.1, 6.2, 6.3), Березовском (образцы 7.1, 7.2, 7.3, 7.4) и Сургутском (образец 8.1) районах Ханты-Мансийского автономного округа (рис. 1).

Рисунок 1 – Места отбора образцов торфов для извлечения гуминовых кислот