Кислотно-основные свойства гуминовых кислот торфов Среднего Приобья

Введение. Гуминовые кислоты являются природными полифункциональными и высокомолекулярными системами нерегулярного строения. Они широко используются в сельском хозяйстве [4].

Благодаря большому разнообразию функциональных групп растворы гуминовых кислот воздействуют на все стадии роста и развития растений.

Кислотно-основные свойства гуминовых кислот определяются наличием гидроксильных и карбоксильных групп в ароматическом кольце и на концах углеродных цепей.

Карбоксильные (СООН) и ОН фенольные группы способны образовывать хелатные комплексы с микроэлементами и в таком виде транспортировать их в растения. Они же обеспечивают высокую обменную емкость этих соединений.

Важную роль играет не только наличие функциональных групп, но и их взаимное расположение.

Объекты и методы исследований. В качестве объектов исследований были выбраны гуминовые кислоты различного типа и вида торфов Среднего Приобья.

Функциональный состав определяли титриметрическими методами анализа, которые были описаны ранее в методическом пособии [2].

Результаты исследований. Установлено, что изменение содержания функциональных карбоксильных и фенольных групп в гуминовых кислотах торфов Среднего Приобья имеет значительные колебания в зависимости от степени разложения исходного торфа.

Результаты анализа изменения содержания карбоксильных групп и фенольных гидроксилов в макромолекулах гуминовых кислот торфов Среднего Приобья представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что максимальное содержание карбоксилов (7,0–13,14 %) характерно для наиболее зрелых гуминовых кислот со степенью разложения от 40 до 60%. Минимально оно в гуминовых кислотах со степенью разложения от 5 до 35% (2,81–4,18%).

Еще более значительные колебания характерны для количества фенольных гидроксилов. Обычно их содержание максимально в молодых гуминовых кислотах [1].

Содержание функциональных групп в гуминовых кислотах,%

Таблица 1

Вид торфа	R, %	Содержание СООН общ	Содержание групп ОН фен	Содержание группОН алиф	Содержание кислых групп
6,2 Сфагновый	5	4,06	17,66	0,87	22,59
7,4 Древесный	10	4,04	12,73	1,28	18,05
4,1 Сосново-кустарнич-ковый	15	4,18	10,75	0,78	15,71
6,1 Сфагновый	15	3,37	23,78	0,87	28,02
8,1 Травяно-сфагновый	35	2,81	11,36	0,00	14,17
4,9 Осоковый	40	11,9	2,92	0,89	15,71
5,1 Осоковый	45	10,20	2,04	0,00	12,60
2,3 Травяной	45	7,00	2,48	0,00	9,48
5,4 Древесный	45	7,00	1,40	0,00	8,00
4,3 Травяной	60	13,14	3,05	0,00	16,19

Примечание. R – степень разложения.

Аналогичные результаты получены для гуминовых кислот торфов Среднего Приобья, где в торфах со степенью разложения от 5 до 35% содержание ОН фен в гуминовых кислотах изменяется от 10,75 до 17,66%, а в гуминовых кислотах торфов со степенью разложения 40–60% изменяется от 1,40 до 3,05%.

Это значит, что существенное значение для формирования гуминовых кислот имеет степень гумификации торфа, которая зависит от природных условий территории, характера почвообразовательного процесса и ботанического состава исходных торфов.

Препараты, имеющие отличительную характеристику по кислотным функциональным группам при степени разложения до 35%, отличаются также и по всем остальным проведенным нами ранее физикохимическим свойствам (СNН, ЯМР, ТГА, УФ и т.д.), которые обусловлены специфическим ботаническим составом исходного торфа и отличаются тем, что состоят в основном из сфагнума, древесной растительности, смешанной на 50% с кустарничками, или содержат много видов растений торфообразователей.

Учитывая высокие ранее определенные нами физико-химические показатели устойчивости образцов со степенью разложения от 40 до 60%, особенно для низинного вахтового торфа, и судя по их функциональному составу, можно предположить, что в процессе гумификации в ядерной части гуминовых кислот уменьшается содержание фенольных гидроксилов и увеличивается содержание гидроксилов карбоксильных. У гуминовых кислот торфов с менее сформированной молекулярной структурой наблюдается обратная зависимость.

Отмечается явная тенденция увеличения доли СООН-групп по мере увеличения степени разложения торфяной залежи. Данное обстоятельство подтверждается тем, что при предварительном гидролизе торфа также обнаруживается увеличение содержания карбоксильных групп [2].

Все вышеотмеченное для гуминовых кислот торфов Среднего Приобья представлено в виде графиков корреляционной зависимости.

На рисунке 1 представлена корреляционная зависимость, указывающая, что при степени разложения до 35% с увеличением содержания фенольных групп ОН увеличивается содержание общих кислотных групп.

20 ч© О. ^ 15 10 Q. О 5 с	R^=0,97
10           15           20           25           30 Содержание кислых групп, %

Рис. 1. Корреляционная зависимость между содержанием кислых и ОН фен групп гуминовых кислот торфов Среднего Приобья со степенью разложения до 35%

Из рисунка 2 видно, что при повышении степени разложения торфов зависимость между функциональными кислыми и ОН фенольными группами выделенных из них гуминовых кислот выражена слабее, чем при меньшей степени разложения исходного торфа.

3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 5	R2 = 0,70
	7               9              11              13              15              17 Содержание кислых групп, %

Рис. 2. Корреляционная зависимость между содержанием кислых и ОНфен групп гуминовых кислот торфов Среднего Приобья со степенью разложения более 35%

Общая зависимость между всеми образцами гуминовых кислот исходных торфов со степенью разложения от 5 до 60% представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Корреляционная зависимость между содержанием кислых и ОН фен групп гуминовых кислот торфов Среднего Приобья со степенью разложения от 5 до 60%

Для гуминовых кислот с высокой степенью разложения (40–60%) присутствует хорошо выраженная корреляционная зависимость, указывающая, что при повышении содержания СООН общ увеличивается общее содержание кислых групп СООН и ОН (рис. 4), чего нельзя сказать о гуминовых кислотах торфов со степенью разложения до 35%.

Содержание СООН общ , %

Рис. 4. Корреляционная зависимость между содержанием общих кислых и СООНобщ групп гуминовых кислот торфов Среднего Приобья со степенью разложения от 5 до 60%

Такая зависимость отсутствует у молодых гуминовых кислот, извлеченных из торфов, находящихся в начальной стадии гумификации, где имеет место влияние на кислотные свойства макромолекул гуминовых кислот ботанического состава исходного органического сырья.

Выводы

• 1.    Величина степени разложения исходных торфов Среднего Приобья оказывает существенное влияние на количество гидроксильных групп фенольного и карбоксильного характера для извлеченных из них гуминовых кислот.

• 2.    Гуминовые кислоты торфов со степенью разложения до 35% содержат меньше СООН общ , больше ОН фен и ОН алиф , чем гуминовые кислоты торфов со степенью разложения, превышающей – 35% барьер.