Диссертация (Экологическая оценка влияния различных гуминовых препаратов на состояние техногенно-измененных серых лесных почв), страница 5

Так в среднем содержание ГК составляет 24,5; 37,7; и 39,1% дляверхового, переходного и низинного типов торфа соответственно. Для ФКнаблюдается обратная тенденция – снижение содержания при переходе от25верхового к низинному типу торфа: 17,9; 17,0; и 16,8% (верховой, переходный,низинный).Наиболее высокой реакционной активностью характеризуются ГК верхнихгоризонтов торфяных залежей, т.к. они в наибольшей степени окислены, и,следовательно,имеютповышенноесодержаниекислородсодержащихфункциональных групп.

В нижних слоях залежи, напротив, ГК менее окислены,более ароматизированы и характеризуются большей химической стабильностью(Раковский В.Е., Пигулевская Л.В., 1978).Многие авторы сходятся во мнении, что гумусовые кислоты, выделенные изторфапосоставу исвойстваммаксимальноблизкик почвенным, ихарактеризуются высокой химической и биологической активностью (ДрагуновС.С., 1957; Кухаренко Т.А., 1957; Куликова Н.А., 2008).В последние годы все большую популярность как источник получениягуминовых препаратов получает сапропель. Россия является мировым лидером позапасам сапропеля, их величина оценивается примерно в 230 млрд.

м3.Сапропель представляет собой донные илистые отложения пресноводныхводоёмов, состоящие из остатков растительных и животных организмов, а такжепримесей различных веществ. Химический состав сапропелей в значительнойстепени зависит от их возраста и условий образования. В среднем же сапропелисодержат 5-15% сухого вещества, в котором содержание органического веществаколеблется от 10 до 35%. В составе органического вещества сапропеляприсутствуют следующие компоненты (%): гуминовые кислоты  11-43;фульвокислоты  5-23; гемицеллюлоза  10-52; негидролизуемый остаток  5-23;целлюлоза  2-6; битумы  6-17. Неорганическая часть сапропелей представленаоксидами кремния, железа, алюминия, магния, марганца, фосфора, а такжемикроэлементами, такими как марганец, цинк, бор, медь, молибден, кобальт и др.Необходимо отметить, что сапропель среди других каустобиолитов являетсяодним из самых «молодых» образований, в минимальной степени подвергшемсядействию процессов гумификации и выветривания, по причине чего он содержитбольшое количество низкомолекулярных гуминовых веществ, в том числе26фульвокислот.

Отличительной чертой гумусовых кислот, выделенных изсапропеляявляетсяобогащенностьихструктурыуглеводно-пептиднымифрагментами и высокое содержание азота.От других каустобиолитов, сапропель отличает большое количестворазнообразных по химическому составу минеральных примесей.

По мнению рядаавторов, данное обстоятельство дает возможность получать гуминовые препаратыс высоким содержанием макро- и микроэлементов, что особенно интересно спозиций их применения в сельском хозяйстве, с другой стороны, такая химическаягетерогенностьтребуетприменениягораздоболеесложныхтехнологийпереработки сырья, и, кроме того, в составе минеральных примесей могут быть иопасные токсиканты, такие как тяжелые металлы, ввиду загрязнения водоемов,служащих источником сапропеля (http://sapmirross.ru/index.php?page=obscheeopisanie-guminovyh-preparatov-iz-sapropelya;http://agrovektor.ru/art/725-sravnitelnyeharakteristiki-gumatov-poluchennyh-iz-raznyh-vidov-syrya.html; Сукачев В.Н., 1943).Широко распространенным источником получения гуминовых препаратовявляется уголь, и, в первую очередь, различные сорта бурых углей (в основномлеонардит).

Общемировые запасы угля по состоянию на 2014 г. составляют около900 млрд. т. Россия занимает одно из лидирующих положений в мире по запасамугля (как каменного, так и бурого) – на данный момент более 150 млрд. т(Безносиков В.А., 2014).Химический состав ископаемых углей в значительной степени зависит отусловий и длительности процесса углеобразования и варьирует для различных ихтипов.

В общем же органическая масса угля содержит углерода от 50 до 98%,водорода от 1,5 до 6% и кислорода от 0 до 25%, помимо данных основныхэлементов в органической массе также содержатся в небольшом количестве азот исера (Липович В.Г., Калабин Г.А., Калечиц В.И. и др., 1988).Как сырьевые источники получения гуминовых препаратов различные типыуглей неравноценны между собой, максимальным содержанием гумусовых кислотхарактеризуются бурые угли – до 75-85%.27По сравнению с торфом и сапропелем, уголь является наиболее «зрелым»каустобиолитом, что находит отражение в структуре и свойствах, входящих в егосостав гумусовых кислот.Специфичность ГК, выделенных из углей, по сравнению с другимиисточниками их получения прослеживается уже при анализе элементного состава,сведения о котором представлены в таблице 2.Таблица 2 ‒ Средний элементный состав гуминовых кислот, выделенных изразличных источников, % (Гостищева М.В., 2007)Источник гуминовыхкислотКаменный угольБурый угольТорфСапропельИз приведенных данныхС66,066,059,058,0следует,Содержание, % масс.НN4,41,84,61,35,52,26,34,8чтоГК углейО27,828,133,330,9характеризуютсяповышенным содержанием углерода по сравнению с такими молодымикаустобиолитами, как торф и сапропель, содержание же водорода, азота икислорода в них, напротив, ниже.

Количество углерода в составе ГКсвидетельствует о глубине протекания процесса трансформации органическоговещества: чем длительнее протекает данный процесс, тем в большей степениподвержены разрушению легкогидролизуемые алифатические фрагменты, и, тембольше молекулярная структура содержит ароматических конденсированныхвысоуглеродистых частей, что и характерно для ГК угля.

Многие авторыуказывают, что ГК угля могут содержать до 70 % ароматического углерода припочти полном отсутствии углеводных фрагментов (Фёдорова Т.Е. и др., 2003;Калабин Г.А. и др., 2005; Куликова Н.А., 2008). Значительная ароматичностьмолекулярных структур ГК угля также свидетельствует об их гидрофобности.28Прослеживается и низкое содержание азота в угольных ГК, что вероятнотакже связано с обедненностью их структуры алифатическими фрагментами, в томчисле азотсодержащими аминосахарами и протеиновыми компонентами.Высокое содержание водорода и кислорода в ГК торфа и сапропеля говорито значительном вкладе в их структуру периферической алифатической части, в томчисле углеводных фрагментов и ее обогащенности кислородсодержащимифункциональными группами, в отношении же угольных ГК наблюдается обратнаятенденция.Структурно-групповой анализ ГК, выделенных из различных источниковпоказывает, что с увеличением глубины процесса трансформации органическоговещества,наблюдаетсяснижениесодержаниякислородсодержащихфункциональных групп (рисунок 5).Рисунок 5  Пределы колебания содержания кислородсодержащихфункциональных групп в ГК каустобиолитов различных стадий углеобразования(Кухаренко Т.А., 1957)29Приведенные данные о количестве функциональных групп в различныхисточниках ГК хорошо согласуются с данными об их элементном составе,свидетельствующими о снижении содержания водорода и кислорода по мереувеличения длительности процесса гумификации каустобиолита.Таким образом, можно заключить, что гумусовые кислоты, выделенные изуглей, как более «зрелых» каустобиолитов по сравнению с торфом и сапропелем,обладают следующими характерными особенностями:‒высокая степень ароматичности молекулы;‒низкое содержание алифатических структурных фрагментов исущественная деградированность углеводно-пептидного комплекса;‒относительно низкое содержание азота;‒высокая степень конденсированности ароматических структур;‒пониженноесодержаниекислородсодержащихфункциональныхгрупп.Исходя из вышеизложенного следует, что гумусовые кислоты, выделенныеиз различных сырьевых источников, характеризуются неодинаково, имеютопределенную специфику состава и строения.

Целесообразность использованиягуминовых препаратов на основе того или иного сырья определяется спектромстоящих задач и проблем, решение которых обуславливает необходимостьприменения гуминовых препаратов. При использовании гуминовых препаратовдля целей детоксикации природных сред решающую роль играет способностьгумусовых кислот в их составе вступать в различного рода взаимодействия стоксикантами, изменяя их подвижность и поведение в окружающей среде.

Как ужебыло указано выше, основополагающую роль в данном аспекте играет количествокислородсодержащих функциональных групп, в первую очередь, карбоксильных.С этих позиций, как на сырье для получения гуминовых препаратов стоит обратитьвнимание на «молодые» каустобиолиты торф и сапропель. Высокое содержаниеминеральных примесей в сапропеле является ограничивающим фактором егоиспользованиядляполучениягуминовыхпрепаратов.Наиболее30предпочтительным представляется использование торфа, как источника гумусовыхкислот с высокой реакционной способностью и биологической активностью.1.2.2.

Основные технологии производства гуминовых препаратовВ настоящее время для получения гуминовых препаратов используетсяразличные технологии. С середины 60-х годов прошлого века и до началанынешнего практически единственной технологией производства гуминовыхпрепаратов являлась технология щелочной экстракции гуматов из органическогосырья.