ХАРАКТЕРИСТИКА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ТОРФОВ ГОРНОГО АЛТАЯ А. В. Савельева, Г. В. Ларина

*Институт химии нефти СО РАН, Томск, anna@ips.tsc.ru

**Горно-Алтайский государственный университет, Республика Алтай, г. Горно-Алтайск, knh@gasu.ru

На основании проведенных исследований дана характеристика органического вещества торфов бассейна р.

В настоящее время важным направлением развития экономики Горного Алтая является разработка сырьевой базы, в том числе торфяных ресурсов. Однако торфяные ресурсы в Республике Алтай практически не изучены. Наибольшее развитие болотные образования по предварительным оценкам получили на площади Северо-Алтайского поднятия, где они распространены в низкогорной холмистой местности с высотами до 1000 м. Другая возможная территория развития болотных образований связана с северной частью Тигерецко-Теректинского поднятия, где они локализуются в среднегорной местности (высоты до 2000 м) в бассейне р. Коксы и междуречье рек Чарыш и Сема. Кроме того, болотные образования могут быть приурочены к межгорным впадинам ЦентральноАлтайского поднятия, характеризующимся преимущественно аккумулятивно-озерным, террасовым и долинным рельефом [1].

Показатели функционирования болотных экосистем, их динамика и тенденция развития определяются процессами образования, трансформации и миграции органических веществ, и непосредственно гуминовых кислот (ГК) как наиболее биохимически устойчивых компонентов.

Целью данной работы является выявление особенностей состава и свойств органического вещества торфов Горного Алтая.

В качестве объектов исследования были выбраны торфа Усть-Коксинского района, расположенные в нижнем течении р.

Фракционно-групповой состав ОВ торфов определяли по методу Инсторфа [2]. Гуминовые вещества выделяли из остатка торфа после удаления водорастворимых (ВР) и легкогидролизуемых компонентов (ЛГ), обрабатывая его 0,1 н. №ОН. Гуминовые кислоты в щелочном растворе осаждали 4 % НО. Элементный состав образцов определяли методом сожжения: С, Н, N - на анализаторе «Carlo Erba Strumentazione», модель 1106 (производство Италия); содержание кислорода определяли по разности; количество золы определяли по ГОСТ 11306-83. Методом инфракрасной спектроскопией была дана качественная [3] и количественная [4] характеристики ГК. Регистрацию спектров проводили на ИК-фурье-спектрометре Vector-22 фирмы Bruker (производство Германия). Анализ образцов проводили по методу прессования с KBr в соотношении 1:300 соответственно.

Современные отложения Абайской котловины представлены торфами, которые залегают в центре и юго-восточной части болотного массива на аллювиальных отложениях. Мощность торфяного горизонта колеблется от 0,8 до 1,5 м. Аналогичные по происхождению, но меньшие по размеру, болота имеются в бассейне реки Соузар. Исследованные торфа относятся к низинному типу с высокой зольностью. Так зольность торфов, залегающих в бассейне р. Соузар, изменяется от 32 до 40,5 мас %, исключение составляют торфа в т. 61 - 12,2 мас %. Зольность Абайского торфа составляет 32,5 мас %. Степень разложения торфов варьирует от 30 до 55 мас %.

В таблице 1 приведен групповой состав исследованных торфов. Проведенные исследования показали, что отличительной особенностью состава органического вещества торфов является высокое содержание водорастворимых и легкогидролизуемых компонентов (35,4-40,9 мас %), в торфах т.61 сумма ВР+ЛГ достигает 64,7 мас %. Этот факт связан гидрологическим профилем торфяных залежей.

Таблица 1

Групповой состав гуминовых кислот торфов Усть-Коксинского района

Примечание: ВР - водорастворимые; ЛГ - легкогидролизуемые; Б - битумы, ГК - гуминовые кислоты, ФК - фульвокислоты, ТГ - трудногидролизуемые.

Содержание битумов в торфах, расположенных в бассейне р. Соузар, невысокое и варьирует в пределах 0,3-0,9 мас %. Торфа Абайского месторождения отличаются высоким содержанием битумов (4,3 мас %) и гуминовых кислот (44,6 мас %).

Специфичность болотной среды Горного Алтая обусловливает формирование структуры и свойств ГК отличной от торфов других регионов. Сведения об элементном составе ГК торфов позволяют получить значительную информацию о принципах построения макромолекул ГК (табл. 2) [5].

Таблица 2

Элементный состав торфов Горного Алтая

В элементном составе ГК исследованных торфов отмечено повышенное содержание углерода (51,9-56,4 мас %), что свидетельствует о высокой конденсированности макромолекул. Наибольшее содержание углерода отмечено для ГК верхнего слоя торфяного профиля, вероятно, это связано с частичным наносом подвижных форм органических веществ, которые участвуют в дальнейшем процессе гумификации.

Функциональный состав ГК торфов был изучен с помощью ИК-спектроскопии. По набору полос судили о качественном составе ГК, структуре макромолекул [6], типах связей и атомных группировок, а по степени поглощения - о количестве вещества [7]. Относительное содержание функциональных групп оценивали с помощью расчета оптической плотности по формуле Бугера-Бера [8].

В спектрах ГК были обнаружены интенсивные полосы поглощения при длинах волн 3500-3400, 2920, 2870, 1780-1720, 1625-1610, 1510, 1470-1460, 1380, 1270, 1150, 1070, 730720 см-1. Среди них полосы в диапазоне 3500-3400 см-1 соответствуют гидроксилсодержащим соединениям; 2920, 1460 и 730-720 см-1 относятся к длинным метиленовым цепочкам; 2870 см-1 - метильным концевым группам; 1780-1720 см-1 - карбонилсодержащим соединениям; 1610, 1510 и 1380 см-1- бензоидным структурам (С=С ); 1270 - C-О-связям; 1150 - ОН-углеводов; 1070 - СО-углеводов (рис. 1).

Рис. 1. Инфракрасный спектр гуминовых кислот торфов бассейна р. Соузар

Наиболее информативным является соотношение в молекуле ГК гидрофобной и гидрофильной составляющих [9], поэтому нами были рассчитаны спектральные коэффициенты. В таблице 3 приведено отношение относительных оптических плотностей полос поглощения.

Одной из основных кислородсодержащих форм в ГК торфов являются гидроксильные, карбоксильные группы, С-О-связи при 1270 см-1 и СО-ОН-углеводов. Относительное их содержание зависит от степени «зрелости» гуминовых кислот.

Отношение оптических плотностей полос поглощения функциональных кислородсодержащих групп и алкильных заместителей к ароматическим фрагментам показало преобладание последних над алкильными (2920 см-1) и С-О связей (1250 см-1).

Таблица 3

Спектральные коэффициенты гуминовых кислот по данным ИК-спектроскопии

Относительное количество гидроксильных групп (D3400/D1610) в ГК торфов больше 1, что свидетельствует о высоком обогащении ГК гидроксильными группами. Содержание

СО-группы углеводов (D1030/D1610) в макромолекулах ГК большинства торфов колеблется в пределах 0,69-0,92, с увеличением глубины залегания коэффициент больше 1. Очевидно, объяснить этот факт можно результатом микробиологической деятельности, активно протекающей в торфяном профиле. Кроме того, в условиях торфяного профиля под действием ферментов и микроорганизмов происходит дегидратация и циклизация с образованием ароматических соединений [10]. Доля карбоксильных групп в ГК торфов, (D1720/D1610) колеблется в пределах 0,87-0,92, исключение составляют ГК торфа Абайского месторождения, коэффициент больше 3.

В заключении следует отметить, что специфика профиля торфов бассейна р. Соузар влияет на состав ОВ и непосредственно на структуру ГК. Торфа Горного Алтая обогащены водорастворимыми и легкогидролизуемыми компонентами. Показано, что отличительной особенностью ГК исследованных торфов является их обогащенность гидроксильными группами и алкильными заместителями.

Литература Ларина Г. В., Иванов А. А., Казанцева Н. А.. Групповой состав органического вещества торфов Горного Алтая и некоторые структурные характеристики гуминовых кислот // Вестник ТГПУ - 2009. - Вып. 3 (81). - С. 110. Лиштван И. И., Король Н. Т. Основные свойства торфа и методы их определения. - Минск, 1975. - 320с. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации.- М.: Наука, 1990. - 325 с. Караванова Е. И. Оптические свойства почвы и их природа. - М.: Наука, 2003. - 151с. Лиштван И. И., Базин Е. Т., Гамаюнов Н. И., Терентьев А. А. // Физика и химия торфа. - М.: Недра, 1989. - 303 с. Юркевич Е. А. Методы получения инфракрасных спектров некоторых компонентов торфа // Химия твердого топлива. - 1970. - №6. - С. 36-38. Камнева А. И., Бакирова Е. В., Паволоцкая З.В. О связи с гуминовыми кислотами в бурых углях Бородинского месторождения // Химия твердого топлива. - 1972. - №3. - С. 33-36. Бабушкин А. А., Бажулин П. А., Королев Ф. А., Левшин Л. В., Прокофьев В. К., Стриганов А. Р. Методы спектрального анализа. - М.: Изд-во МГУ, 1962. - 509 с. Федорова Т. Е. Количественная спектроскопия ЯМР13С-17О и физиологическая активность гуминовых кислот: Автореф. ... канд. хим. наук. - Иркутск, 2000. - 23 с. Раковский В. Е., Пигулевская Л. В. Химия и генезис торфа. - М.: Недра, 1978. - 231 с.

THE CHARACTERISTIC OF ORGANIC SUBSTANCE OF GORNYI ALTAY PEATS

A. V. Savelyeva, G. V. Larina

The conducted research enabled us to characterize organic matter in peats occurring in the River Souzar basin. A high content of water-soluble and readily hydrolysable components was shown to be a distinctive feature of peat compositions under study. According to the data of elemental analysis and IR-spectroscopy humic acids in peats, saturated with oxygen-containing groups, exhibit high condensation of macromolecules.

УДК 551.312.2