Автореферат (1151660), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Проведен элементный анализ ГК сапропелей 9 озер, который показал, что все они содержат большее, чем ГК почв количество водорода – 6-8% (4-5% ГК почв), меньшее количество углерода –29-49,1% (53-58% ГК почв) и сходное с почвенными ГК количество азота – 3,6-4,5% (3,8-4,8% ГК почв) (таблица 4).
Таблица 4 – Элементный состав ГК исследованных сапропелей
Источник ГК, сапропели озер | Массовые доли элементов, % | Атомные доли элементов, % | Атомные отношения | ||||||||||||
С | Н | N | S | О* | С | Н | N | S | О | Н/С | О/С | С/N | | ||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |
Тростенское | 49,07 | 7,18 | 3,43 | 1,01 | 39,31 | 29,21 | 51,29 | 1,75 | 0,23 | 17,52 | 1,76 | 0,26 | 16,69 | -0,56 | |
Неро | 44,63 | 7,25 | 3,96 | 2,18 | 41,98 | 26,69 | 52,00 | 2,01 | 0,50 | 18,80 | 1,95 | 0,70 | 13,28 | -0,54 | |
Карасово | 32,18 | 6,08 | 4,47 | 0,92 | 56,35 | 21,22 | 48,12 | 2,53 | 0,24 | 27,89 | 2,27 | 1,31 | 8,39 | 0,36 | |
Дубовое | 29,65 | 6,55 | 3,59 | 0,64 | 59,57 | 18,97 | 50,31 | 2,00 | 0,15 | 28,57 | 2,65 | 1,51 | 9,49 | 0,36 | |
Чекалинское | 33,73 | 7,13 | 4,44 | -** | 54,71 | 20,54 | 52,12 | 2,34 | - | 25,00 | 2,54 | 1,22 | 8,78 | -0,10 | |
Широкое | 32,87 | 8,38 | 4,46 | - | 54,33 | 18,46 | 56,47 | 2,21 | - | 22,86 | 3,06 | 1,24 | 8,35 | -0,58 | |
Кабанье | 32,69 | 5,78 | 4,21 | - | 57,33 | 21,97 | 46,68 | 2,42 | - | 28,92 | 2,13 | 1,32 | 9,08 | 0,50 |
Примечание: *) определялось по разнице
**) прочерк обозначает отсутствие определений
Наибольшее количество углерода содержится в ГК карбонатных сапропелей. Анализ элементного состава отдельных фракций ГК показывает увеличение доли углерода в прочносвязанных фракциях. Низкое содержание углерода, не характерное для ГК почв, может быть следствием усиления гидролиза в результате неоднократного настаивания в щелочи при фракционировании ГВ, а также свидетельствовать о слабой конденсации органических молекул и быстром затухании процесса гумификации в сапропелевых отложениях.
Совместно с Г.В. Тархановым проведен пиролитический масс-спектроскопический анализ трех фракций ГК сапропелей оз. Неро и Уго естественной влажности и воздушно-сухого состояния (рисунок 2).
На термограммах представлен термолиз трех фракций ГК сапропеля оз. Неро в атмосфере азота в виде трех процессов: дегидратации (Н2О); декарбоксилирования (СО, СО2) и деструкции алициклических (УВм), циклических (УВн) и ароматических (УВа) углеводородных структур, характеризующихся различной термодинамической устойчивостью.
I фракция | II фракция | III фракция | ||||
| |
|
| |||
| ||||||
Рисунок 2 – Диаграммы термического масс-спектрометрического анализа препаратов трех фракций гуминовых кислот сапропеля оз. Неро (Ярославская область) Ось х - температура пиролиза гуминовых кислот, ось у- концентрация продуктов пиролиза (мг/г) гуминовых кислот. |
Результаты показывают преобладание термодинамически устойчивых ароматических структур (УВа) в органическом веществе сапропелей (пик пиролиза 450С). В сапропелях естественной влажности преобладают менее стабильные структуры (пик пиролиза 300С), по мере высыхания сапропеля температура пиролиза ОВ повышается до 450С. Полученные результаты позволяют охарактеризовать ГК сапропеля как соединения с высокой термодинамической стабильностью, что обосновывает длительность периода их минерализации после внесения сапропеля в почву.
Проведенные исследования и анализ литературных данных позволили сформулировать гипотезу субаквальной трансформации ОВ сапропелей, объясняющую особенности состава и структуры ОВ озерных отложений и характеризующую их как мелиоранты длительного действия. Особенности субаквальной трансформации ОВ заключаются в следующем: в восстановительных условиях при повышенном давлении из энергетически богатого ОВ на взвешенных минеральных илистых частицах формируются органоминеральные комплексы гуминовых веществ. Исходным материалом ОВ сапропелей является преимущественно микробиота водоема и смытые частицы почвенного гумуса (Н.В. Кордэ, 1960). Органическое вещество адсорбируется на взвешенных минеральных частицах, что изменяет их заряд и вызывает седиментацию. Трансформация органического вещества начинается в толще воды после сорбции и продолжается в пелогене при активном участии микробиоты водоема (Б.В. Перфильев, 1972). По мере роста глубины залежи после затухания биологической активности продолжается абиотическая химическая трансформация ОВ сапропеля при участии поливалентных металлов (Е.М. Титов, 1962, A. Murat, 2000). В сапропелевой залежи формируется ОВ, которое отличается от почвенного гумуса составом, строением и высокой термодинамической стабильностью.
Минеральная составляющая сапропелей, как источников микроэлементов, калия и частично фосфора, определяется минералогическим составом почв водосборной территории и автохтонным минералообразованием в водоеме (В.А. Новский 1970, А.Я. Рубинштейн, 1968 и др.). В составе отложений преобладают аллогенные минералы легкой фракции, преимущественно кварцы. В сапропеле оз. Неро их содержится до 80% (Е.А. Виноградова, 1956). Среди аутогенных минералов распространены карбонаты, оксиды железа, пирит (А.С. Тарантов, 1990). Минералогический состав сапропелей меняется после нарушения залежи вследствие изменения окислительно-восстановительного режима. Автором обнаружено, что при хранении на воздухе в сапропеле возрастает количество карбонатов, что является следствием процесса декарбоксилирования гуминовых кислот. Данный процесс может служить показателем степени минерализации ОВ сапропеля и характеризовать длительность его удобрительного и мелиорирующего действия (Патент 2166492 БИПМ №13 10.05. 2001).
В работе установлено, что препараты ГК сапропелей обладают повышенной зольностью от 3 до 30%. В составе золы гуминовых кислот сапропеля оз. Неро, преобладают элементы глинистых минералов Fe, Al, Si, K, не удаляемые декальцированием, они образуют наиболее прочные органоминеральные комплексы третьей фракции ГК. Наличие единственного неметаллического элемента кремния подтверждает формирование кремнийорганических структур, обнаруженных при исследовании ИК-спектров ГК сапропеля. Зола битумной фракции сапропеля имеет более широкий элементный состав, помимо перечисленных элементов в ней содержатся Mg, Ba, Ca, Cr, Pb. Зола гумина исследованных сапропелей содержит Cu и Sr (таблица 5).
Таблица 5 – Содержание основных зольных элементов в различных фракциях сапропелей, % от общего содержания
Na | Mg | Al | Si | K | Ca | Ti | Cr | Fe | Cu | Zn | Sr | Zr | Ba | Pb | ||
Озеро Неро | ||||||||||||||||
Битумная фракция | 6,1 | 0,4 | 17,0 | - | 23,6 | 0,2 | 2,3 | 1,3 | 42,0 | - | - | - | 2,1 | 3,3 | 0,5 | |
Гуминовые кислоты (ГК) | 6,6 | - | 7,8 | 16,8 | 27,6 | - | - | - | 41,1 | - | - | - | - | - | - | |
Остаток сапропеля после извлечения ГК | 21,7 | - | 4,7 | - | 32,9 | - | - | 15,3 | 3,2 | 1,1 | 7,1 | - | 1,0 | - | ||
Озеро Тростенское | ||||||||||||||||
Остаток сапропеля после извлечения ГК | 14,7 | 0,7 | 30,5 | 1,7 | 38,0 | - | 1,0 | - | 8,5 | 0,1 | - | 0,8 | - | 4,2 | - |
Мелиорирующее действие сапропелей обусловлено, в том числе и наличием у них буферных свойств. Совместно с Л.Г. Романовой проведены исследования кислотно-щелочных буферных систем сапропелей, торфосапропелевых смесей и изучено изменение буферных свойств почв под воздействием карбонатного сапропеля. Выявлена высокая сбалансированная кислотно-щелочная буферная емкость карбонатных сапропелей и формирование устойчивой буферной системы в почве под воздействием сапропелей (рисунок 3).