Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Специалистам хорошо известно о биологической активности изолированных гуминовых кислот, проявляющейся в регуляции обмена веществ, ускорении фенофаз и накоплении растительной биомассы. Однако до настоящего времени гуминовые препараты не заняли заслуженного места в практике растениеводства как в нашей стране, так и за рубежом. Это связано с тем, что до сих пор не развито промышленное производство таких регуляторов роста, а получаемые в небольших количествах методом щелочной обработки сырья гуминовые препараты характеризуются сравнительно низким выходом (25-30 % от органической массы (ОМ) сырья), низкой концентрацией (около 3 %) и непостоянством состава и свойств.
Учитывая наличие значительных запасов торфа в Беларуси, необходимость решения проблемы его рационального использования как невозобновляемого ресурса, а также острую потребность сельского хозяйства в поиске малозатратных экологобезопасных путей повышения урожайности и улучшения качества продукции, тема настоящей работы, направленной на эффективную химическую переработку торфа с получением биологически активных препаратов для растениеводства и разработку технологических основ их производства, является своевременней и актуальной.
Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнена в соответствии с планом научных исследований по естественным наукам Беларуси (1985-1986 гг., № roc. per. 01850028707; 1986-1989 гг., № гос. per. 01860020719; 1986-1Э90 гг., № гос. per. 01860016555; 1991-1995 гг., № roc. per. 01910056102), заданиями Государственного комитета СССР по науке и технике (1986-1990 гг., проблема 0.71.03, № гос. per. 01860104168; 1988-1990 гг., № roc. per. 01880082062); республиканскими научно-техническими программами (1986-1990 гг., проблема 51.01р, 1986-1990 гг., проблема 51.03р, № roc. per. 01880041760; 1991-1995 гг. проблема 75.02р).
Цепь и задачи исследования. Цель настоящей работы заключается в научном обосновании и разработке основ технологии получения регулятора роста гуминовой природы методом окислительной деструкции торфа в щелочной среде. В соответствии с этим необходимо было решить следующие задачи:
— выявить влияние отдельных факторов (температуры, продолжительности окисления торфа, концентрации гмдроксида натрия и
пероксида водорода) на выход и биологическую активность получаемого продукта;
установить роль катализатора — солей кобальта в повышении выхода и биологической активности препарата;
определить оптимальные условия получения гуминового регулятора роста "Оксигумат";
изучить влияние окисления на физико-химические свойства и структуру гуминовых кислот;
установить химический состав низкомолекулярной части препарата (алифатические карбоновые кислоты, фенолкарбоновые кислоты (ФКК), пектины);
дать оценку ростстимулирующим и фунгициДным свойствам оксигумата;
разработать способ и технологию получения регулятора роста растений "Оксигумат";
получить опытно-промышленные партии препарата и уточнить технологические параметры его производства;
провести полевые и производственные испытания препарата на различных сельскохозяйственных культурах;
разработать рекомендации по применению оксигумата на овощных, зерновых культурах и картофеле.
Научная новизна. На основании выполненных исследований научно обоснована целесообразность использования метода окислительной деструкции торфа в щелочной среде для получения препаратов с ростстимулирующими свойствами.
Впервые показано, что продукты окисления торфа обладают выраженным ингибирующим действием на целый ряд возбудителей грибных заболеваний растений.
Впервые установлена положительная роль катализатора окисления — солей кобальта в повышении выхода оксидата и его фунгицид ной активности.
В результате исследования качественного и количественного состава фенолкарбоновых кислот оксигумата показано, что под воздействием катализатора происходит увеличение их содержания почти в 2 раза. При этом оксидат, полученный без применения солей кобальта, содержит только оксибензойные кислоты, а в оксигумате количество этих кислот составляет примерно 60 %; остальные ФКК относятся к классу оксикоричных (до 40 %). Под воздействием кгтали-затора наблюдается интенсивное накопление кумаровой кислоты,
обладающей сильными фунгицидными сзойствами, содержание которой достигает 33 % от суммы фенолкарбоновых кислот.
Впервые установлено, что одним из компонентов оксигумата являются кислые полисахариды, продукты гидролиза которых представлень! как моносахаридами, так и уроновыми кислотами. Методом восстановления натрийборгидридом доказана принадлежность этих полисахаридов к галэчтуронгликанам или пектинам.
Практическая значимость полученных результатов. Научно обоснованы технологические параметры и предложена новая технология, позволяющая получать гуминовый препарат с высоким выходом (85 %) по сравнению с известными (25-30 % от ОМ торфа).
Разработана нррмативно-техническая документация на торфяное сырье и гуминовый препарат. Составлен технологический регламент получения оксигумата на опытно-промышленной установке"* и выпущены крупные партии препарата.
Выданы исходные данные, на основе которых Государственным проектным институтом по комплексному использованию торфа в народном хозяйстве (Гипроторф) МТП России разработан проект-производства оксигумата мощностью 500 и 2000 т/год жидкого продукта.
Нормативно-технические материалы использованы при создании двух опытно-промышленны)'. цехов по получению оксигумата в Беларуси (Опытно-экспериментальное предприятие "Биохим" в Минской области и цех колхоза "40 лет Октября" в Бресгской области).
В результате полевых и производственных испытаний показана высокая эффективность применения нового гуминового препарата как регулятора роста и средства защиты растений от болезней. Это явилось основанием для разработки рекомендаций по использованию оксигумата на картофеле, зерновых культурах и овощах и включения его Госхимкомиссиями Беларуси и России з Списки "Средства защиты и регуляторы роста растений, разрешенные для применения а сельском хозяйстве".
Выявлена целесообразность использования оксигумата совместно с пониженными дозами (50 % кормы) пестицидов, а также в составе минеральных удобрений, что позволяет снизить их расходные показатели и уменьшить химическую нагрузку на почву, растения и окружающую среду. Препарат внедрен на Гродненском ПО "Азот" в производстве гуматсодержащих азотных удобрений.
Экономическая значимость полученных результатов. Предложенная технология производства биологически активного препара-
та "Оксигумат" позволяет получать из 1 т фрезерного торфа 3,5 т целевого продукта. Выход гуминовых препаратов по известным технологиям в 2,5-3,0 раза ниже. Стоимость 1 кг оксигумата (в ценах 1993 года) составляет 84 руб., в то время как импортируемых биологически активных препаратов — от 12 до 52 долларов за 1 кг. Это свидетельствует о возможности существенной экономии валюты за счет использования в республике отечественных препаратов, а также целесообразности их поставки на международный рынок.
Использование оксигумата в качестве регулятора роста в дозах 2-3 кг/ га (двухкратная обработка растений) позволяет без изменения технологии выращивания повысить урожайность сельскохозяйственных культур на 10-30 %, что также дает большую прибыль.
Применение оксигумата для защиты растений совместно с пониженными дозами пестицидов (50 % нормы) обеспечивает снижение затрат на химическую обработку посевов в 2,0-2,5 раза.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
научное обоснование процесса окисления торфа в щелочной среде как метода получения биологически активных препаратов;
способ и технология производства регулятора роста растений "Оксигумат", позволяющие получать гуминовый препарат с выходом 85 % от ОМ торфа (в 2,5-3 раза выше, чем по известным технологиям);
— закономерности повышения выхода и активности оксида
тов под воздействием катализатора — солей кобальта;
результаты исследования химического состава и физико-химических свойств продуктов окисления торфа;
оценка ростстимулирующей и фунгицидной активности полученных оксидатов;
результаты полевых и производственных испытаний оксигумата в растениеводстве.
Личный вклад соискателя. Соискателем выполнены лабораторные исследования по влиянию отдельных факторов (температуры, продолжительности окисления, концентрации реагентов) на выход и биологическую активность оксидатов; установлена роль катализатора окисления — солей кобальта в интенсификации процесса окисления и повышения фунгицидных свойств препаратов. Определены оптимальные условия и способ получения оксигумата. Изучено влияние окисления на физико-химические свойства и структуру гуминовых кислот. Изучен качественный и количественный со-
став алифатических карбоновых и фенолкарбоновых кислот и впия-ние катализатора на их содержание в препарате. Выделена и исследована полксахаридная фракция оксигумата. Доказана их принадлежность к классу галактуронгликанов. Получены опытно-промышленные партии оксигумата и уточнены технологические параметры его производства.
Разработка технологии получения препарата, нормативно-
технической документации, внедрение препарата в производство
осуществлено соискателем совместно с сотрудниками лаборатории
биотехнологии (ныне химии и химической технологии твердого топ
лива); биологические, полевые и производственные испытания — со
вместно с институтами Академии аграрных наук Беларуси (БелНИИ
защиты растений, БепНИИ картофелеводства, БелНИИ овощеводст
ва, БелНИИ земледелия и др.). «-
Апробация результатов диссертации. Результаты научных исследований по теме диссертации доложены на XY Менделеевском съезде по общей и прикладной химии "Химические проблемы экологии" (Минск, 1993 г.); на Международных симпозиумах: "Методы магнитного резонанса в биохимии, молекулярной биологии и медицине" (Москва, 1989 г.), "Физические проблемы экологии, природопользования и ресурсосбережения" (Ижевск, 1992 г.), "Симпозиуме стран Латинской Америки по переработке сахарного тростника и отходов сахарного производства" (Сантьяго, 1993 г.), "Органическое вещество торфа" (Минск, 1995 г.); на Международных научных конференциях: "Радиоэкология торфяников" (Царское Село, 1994 г.), "Регуляторы роста растений" (Москва, 1995 г.); на Международной научно-технической конференции "Достижения науки и техники в области ресурсосбережения и экологии" (Гомель, 1989 г.) и других конференциях, совещаниях и научных семинарах.
Опублккованность результатов. Результаты научных исследований по теме диссертации защищены 4 авторскими свидетельствами и опубликованы в 34 научных трудах, 13 из которых приведены в автореферате.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста, списка использованной литературы и приложений. Полный объем диссертации 212 стр., в том числе 19 иллюстраций, 63 таблицы на 50 стр., 16 приложений на 23 стр. Список использованных источников — 252 наименования на 22 стр.
