Введение к работе
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, характеризующий гумусовые кислоты торфов, однако многие вопросы, связанные с образованием гуминовых кислот, зависимостью их состава, свойств и структурных особенностей от ботанического состава торфяной массы, возраста и условий формирования торфяных почв до настоящего времени дискутируются. Нет однозначного решения вопроса о молекулярной массе гуминовых кислот, их гетерогенности, размерах и форме молекул, нельзя считать окончательно решенным вопросы о путях формирования гуминовых кислот, механизме гумификации, недостаточно полно изучено влияние типа, вида торфяных горизонтов и особенностей торфообразующих биогеоценозов, а также времени и степени разложения торфа определенного вида.
Среднее Приобье – территория, которая выбрана для изучения гуминовых кислот торфяных горизонтов разных типов почв, расположено в пределах средней тайги и является уникальным по масштабам проявления процессов заболачивания и торфонакопления регионом в мире. Болотные почвы, и особенно их торфяные горизонты, можно рассматривать не только как месторождения для добычи торфа, но и как важный резерв расширения аграрного производства. Кроме того, гуминовые кислоты выполняют ряд очень важных функций для сохранения устойчивости почв и биогеоценозов, среди которых особое место занимают протекторная и физиологическая функции, но роль гуминовых кислот в них изучена также недостаточно и материалы любой направленности в рамках этой проблемы будут способствовать в конечном итоге её решению.
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. Они нашли применение в процессах крашения, в нефтяной промышленности, в изготовлении керамических изделий, в качестве сорбентов в атомной технике. И во всех случаях очень важно знать специфику гуминовых кислот тех почв, торфяные горизонты которых служат их источником для производства препаратов, поскольку условия образования свойств гуминовых кислот могут зависеть от региональных особенностей территории их формирования и климата. Все это вызывает необходимость получения более широкой и углубленной информации о составе, структурных особенностях и свойствах гуминовых кислот и их взаимосвязи с исходным органическим сырьем, его ботаническим составом и степенью трансформации.
Цель работы: изучение химической природы и особенностей формирования свойств гуминовых кислот, выделенных из различных типов и видов торфов на территории Среднего Приобья.
Задачи исследований:
- оценить молекулярную структуру гуминовых кислот торфа с использованием комплекса современных физико-химических методов;
- определить функциональные параметры гуминовых кислот в области их термической устойчивости;
- выявить количественные связи между ботаническим составом, степенью разложения, условиями гумификации торфа и физико-химическими показателями гуминовых кислот;
- разработать концепцию взаимосвязи между ботаническим составом, степенью разложения и условиями гумификации различных типов и видов торфов на территории Среднего Приобья.
- установить влияние гуминовых кислот на ферменты класса гидролаз, подкласса липазы.
Научная новизна:
Впервые выявлены особенности состава, структуры и свойств гуминовых кислот различных типов и видов торфов на территории Среднего Приобья и установлено, что они проявляются в соотношении элементов, связанных со степенью разложения и составом торфов, абрисе дифференциально сканирующих кривых, соотношении ароматической и алифатической частей, а также в характере их спектральных характеристик.
Установлено, что величина адсорбционной поверхности гуминовых кислот имеет тесную связь со степенью разложения первичных источников гумификации и показано, что наилучшими адсорбционными свойствами характеризуются гуминовые кислоты со степенью разложения 55% и средним значением 247-272 диаметра пор адсорбции.
Определен барьер степени разложения исходных торфов – 35%, при превышении которого разница в физико-химических свойствах скелетной части гуминовых кислот практически не обнаруживается, за исключением гуминовых кислот древесных торфов.
Выявлены четкие различия гуминовых кислот сфагновых, осоковых и древесных торфов по спектральным характеристикам в видимой области спектра и показано, что гуминовые кислоты разных видов торфов не имеют существенных различий по абрису и наличию полос поглощения в ИК-области.
Определена ингибирующая способность гуминовых кислот по отношению к ферменту липаза.
Установлено, что гуминовые кислоты торфов, сформированных в разных условиях Среднего Приобья, имеют близкую «скелетную» структуру макромолекул; обнаруживаемые различия в физико-химических параметрах гуминовых кислот в наибольшей степени зависят от состава и свойств ближней периферии (той части периферии, которая устойчива к гидролизу галогеноводородными кислотами), специфика которых обусловлена условиями формирования, ботаническим составом и степенью разложенности торфа.
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 25 научных работ, 1 монография и 12 статей в журналах из перечня ВАК РФ.
Апробация работы. Основные положения диссертации представлены на III и V Всероссийской конференции: «Гуминовые вещества в биосфере» в Санкт-Петербургский ГУ (Санкт-Петербург, 2005 и 2010); на IV Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере» Московский 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 294 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 обрабатывались и обобщались диссертантом.
