Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Экологобезопасные регуляторы роста растений на основе торфосапропелевого сырья

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Экологобезопасные регуляторы роста растений на основе торфосапропелевого сырья"

УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 502:330.15

ЮНУСОВА ЛИАНА ЗАЙКАТОВНА

ЭКОЛОГОБЕЗОПАСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ РОСТА РАСТЕНИЙ НА ОСНОВЕ ТОРФО-САПРОПЕЛЕВОГО СЫРЬЯ

Специальность: 11.00.11 - "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ИЖЕВСК-1995

Работа выполнена в Ижевском Государственном Техническом

Университете

Научный руководитель -

докт.техн.наук. НАУМОВА Г.В., Институт проблем использования

природных ресурсов и экологии АН Белоруссии, г.Минск

Официальные оппоненты: Докт.хим.наук, профессор РЕШЕТНИКОВ С.М. Канд.техн.наук, доцент КУРГУЗКИН М.Г.

Ведущая организация -Ижевская Государственная Сельскохозяйственная Академия

ул Защита состоится ^¡сдЬР^ 1995г в "У час, на заседании диссертационного совета К-064.47. 09 в Удмуртском Государственном Университете по адресу: 426034, г.Ижевск, ул. Красногеройская, 71.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УдГУ.

Автореферат разослан ¿О _1995г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд.биол.наук

БАРАНОВА О.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Национальным богатством России является торф. По его запасам (более 180 млрд. т) она занимает первое место в мире. Однако интенсивное использование торфа в Нечернозёмной зоне европейской части страны в коммунальном хозяйстве, энергетике и особенно в сельском хозяйстве приводит к неуклонному сокращению его ресурсов. Этому также способствуют процессы минерализации и эрозии при широкой эксплуатации торфяных месторождений в качестве сельскохозяйственных угодий.

Проблема рационального использования торфяного сырья в данном регионе России стоит исключительно остро, что требует разработки эффективных и ресурсосберегающих технологий, направленных на более полную мобилизацию потенциальных ценностей торфа с одновременным сокращением его расхода, базируясь на принципах экологической безопасности как создаваемого производства, " так и новых продуктов.

На современном этапе торф рассматривается как ценное органическое сырьё, представленное многими компонентами, среди которых особое место занимают гуминовые вещества.Они являются ос- -новой повышения плодородия почв при использовании торфа в качестве органических удобрений, однако в естественном состоянии не раскрывают своих возможностей с точки зрения биологической активности.

В основе современных представлений о роли гумуса в природе, специфике воздействия гуминовых веществ и продуктов их модификации на растения и другие организмы лежат труды Н.Н.Бамба-лова, А.И.Горовой, С.Гуминского, С.С.Драгунова, Л.Н.Екатирини-ной, И.Л.Комиссарова, М.М.Кононовой, В.П.Круглова, Т.А.Кухарен-ко, И.И.Лишгвана, Е.Ф.Маяковой, Г.В.Наумовой, Д.С.Орлова, Л.В.Пигулевской, В.Е.Раковского, С.Толпы, А.В.Тишковича, И.В.Тюрина, С.Н.Тюремного, В.Фляйга, Л.А.Христевой, И.И.Ярчука и др.

Как известно, торфяные месторождения играют важную природоохранную роль, что требует научных подходов к их рациональному использованию с учетом функций в природе. Это особенно важно для торфяных месторождений Удмуртии, расположенных зачастую в поймах рек и на водоразделах.

Весомый вклад в решение задач по экономному использованию торфа может внести создание на его основе по ресурсосберегающим

технологиям экологически чистых биологически активных препаратов гуминовой природы и их использование в сельском хозяйстве.

Исследованиями последних лет, проведёнными в Институте проблем использования природных ресурсов и экологии АН Беларуси (ИШПРЭ АНБ, ранее Институт торфа АН БССР), установлено, что гуминовые препараты и продукты их модификации,наряду с ростсти-мулирующими,обладают фунгицидными и бактерицидными свойствами, что -имеет важное, значение в плане охраны окружающей среды и частичной замены ими химических средств защиты растений.

Важно подчеркнуть, что технологические приёмы, используемые при получении гуминовых препаратов из природного сырья -торфа отличаются "мягкими" режимами и позволяют получать с высоким выходом целевые продукты, безопасные для человека, находящегося в контакте с ними на производстве и на стадии их применения, а также - для растений, полезных насекомых и почвенной микрофлоры. При этом выход препаратов из 1т сырья составляет более Зт жидкого, которым можно обработать около 1000га посевов.

С использованием гуминовых препаратов можно получать экологически чистую растениеводческую продукцию с пониженным содержанием нитратов, обогащенную витаминами (салатные культуры), с повышенным содержанием крахмала (картофель) и Сахаров (корнеплоды) .

В этом аспекте тема настоящей работы, посвящённая оценке торфов месторождений одного из торфодобывающих регионов России - Удмуртии с учетом их природоохранных функций и как сырья для производства биологически активных препаратов гуминовой природы, в том числе совместно с сапропелем, разработке технологи-, ческих основ их получения и испытаниям в растениеводстве, является своевременной и актуальной.

- Щель работы и задачи исследований. Целью настоящей работы является оценка особенностей залегания торфяных месторождений, исследование химического состава и свойств торфов Удмуртской Республики, а также сапропелей, и изучение возможности их использования в качестве сырья для производства гуминовых препаратов, разработка технологических приёмов получения на основе торфосапропелеЕого сырья регулятора роста растений, получение

- р.

опытной партии препарата и испытание его в лабораторных и полевых условиях.

Для достижения поставленной цедя решались следующие задачи:

- дать оценку особенностей формирования торфяных месторождений с учетом их природоохранных функций;

- изучить физико-химические свойства и химический состав органического вещества торфов различных торфяно-болотных зон Удмуртской Республики;

- изучить физико-химические свойства гуминовых кислот исследуемых торфов и гуминовых препаратов,получаемых на их основе;

- дать всестороннюю оценку торфа Удмуртии как сырью для получения биологически активных препаратов;

- получить опытные образцы препаратов методом кислотно-щелочного гидролиза торфа;

- изучить возможности использования сапропеля в качестве исходного сырья для получения биологически активных препаратов;

- получить опытные образцы препарата из сапропеля и торфо-сапропелевого сырья;

- дать оценку биологической активности препаратов, полученных на основе торфа, сапропеля и их смесей по растительным тестам;

- разработать нормы технологических режимов, расходов торфа и сапропеля при получении препарата из торфе-сапропелевого сырья на опытной установке;

- наработать опытную партию препарата на опытно-промышленной установке;

- разработать технические требования к торфо-сапропелевому сырью в производстве регуляторов роста растений;

- испытать новые препараты, полученные на основе торфа и сапропеля, в растениеводстве.

Научная новизна работы. Обобщены сведения об особенностях формирования торфяных месторождений Удмуртии, отмечены их важные природоохранные функции. Выявлено их сходство с аналогичными торфами других регионов России, Прибалтики и Белоруссии. Впервые исследован химический состав торфов различных природных зон Удмуртии. Выделены и изучены с физико-химических позиций гуминовые кислоты верхового и низинного торфа, а также модифи-

- б -

дарованные ГК, полученные методом ступенчатого кислотно-щелочного гидролиза исходного сырья. Впервые исследованы гидролизаты торфа переходного типа, показано, что они содержат значительное количество активизированных гуминовых веществ и проявляют высокую биологическую активность. Найдены взаимосвязи между химическим составом сапропелей различных водоемов и биологической активностью препаратов, получаемых на их основе. Впергые получены и исследованы продукты гидролиза органических сапропелей в качестве регуляторов роста растений. Научно обоснована целесообразность использования -торфогсапропелевого сырья и разработан способ получения биологически активного препарата, позволяющий существенно повысить физиологический<эффект от его применения в растениеводстве.

Практическая ценность работы. Установлена возможность рационального использования торфов Удмуртии как .сырья для производства гуминовых препаратов. Впервые применён метод кислотно-щелочного гидролиза торфа для модификации гуминовых кислот и переработки сапропеля с целью получения препаратов, обладающих высокой ростсгимулирующей активностью.Разработан способ и опро-бирована технология получения нового гуминового препарата на основе торфо-сапропелевого сырья. Предложены нормы технологических режимов, расхода сырья и материалов при производстве нового регулятора роста, уточненные в ус^виях опытно-промышленной установки. Получена опытная партия препарата. Проведены производственные испытания гуминового препарата на отдельных сельскохозяйственных культурах (кукуруза,картофель) в условиях Удмуртии. В результате испытаний в растениеводстве установлена высокая эффективность гуминовых препаратов,способствующих значительному увеличению урожайности.

Основные положения, выносимые на защиту:

-результаты экспериментальных исследований химического состава и свойств торфов различных торфяно-болотных зон Удмуртии;

- обоснование перспективности применения торфов Удмуртии как сырья для получения биологически активных препаратод с ростстимулирующими свойствами;

- обоснование метода ступенчатого кислотно-щелочного гидролиза сапропеля и торфо-сапропелевых смесей;

- сравнительная оценка состава и свойств продуктов гидролиза торфа, сапропеля и их смесей;

- способ получения регулятора роста методом гидролиза гор-фа- сапропелевого сырья;

- оценка биологической активности продуктов гидролиза гор-фа, сапропеля и их смесей;

- технические требования к торфо-сапропелевому сырью для получения регуляторов роста;

- результаты испытаний нового препарата в растениеводстве.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены: на 1 Международном симпозиуме "Физические проблемы экологии, природопользования и ресурсосбережения" (г.Ижевск, 1992 г), на научно-технической конференции "Ученые Ижевского государственного технического университета - производству" (г.Ижевск, 1994 ), на Международном симпозиуме "Органическое вещество торфа" (г.Минск, 1995г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы из 148 наименований, 9-ти приложений. Работа изложена на 159 страницах, включает 127 страниц основного текста, 10 иллюстраций и 38 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА ПЕРВАЯ посвящена анализу литературных источников. В ней отражены современные представления о составе и физико-хими-адских свойствах торфа, его природоохранное и народнохозяйственное значение.

Большой интерес в последние годы вызывает химико-технологическое направление использования торфа, так как его химическая переработка, осуществляемая различными методами (термическое воздействие, кислотный и щелочной гидролиз,окисление, экстракция органическими растворителями и др.), позволяет получать ¡.елую гамму новых продуктов .и материалов, необходимых современ-гому обществу.

Существенный вклад в решение задач по повышению плодородия :очв и улучшению ее экологического состояния может внести ис-

пользование на практике как в чистом виде, так и в составе минеральных удобрений биологически активных препаратов гуминовой природы,которые можно получать из гумуссодержащих ископаемых и, в том числе, из торфа по ресурсосберегающим технологиям с высоким выходом продукта.

Учитывая стабильный эффект при использовании гуминовых препаратов в растениеводстве, возможность комбинации с минеральными удобрениями и ядохимикатами, доступность сырья и реализации процесса их производства, отсутствие токсичности и минимальное влияние на окружающую среду, многостороннее положительное воздействие на растения и субстраты, улучшение качества получаемой продукции, представляло интерес исследовать в этих целях торфяное сырье Удмуртии, а также изучить возможность получения новых препаратов с повышенной биологической активностью.

ГЛАВА ВТОРАЯ содержит сведения об объектах и методах исследований, используемых при выполнении работы. Исходным сырьем являются наиболее типичные образцы торфа месторождений Удмуртской Республики, отобранные во всех четырех ее торфяно-болотных зонах.

Решение задач, поставленных в данной работе, базировалось на изучении кадастровых данных, методических пособий по природоохранным мероприятиям при разработке торфяных месторождений, на исследовании не только торфа, но и другого органогенного отложения - сапропелем, залегающих в пресноводных водоемах. Объектом исследования явились образцы сапропелей Камского водохранилища (Удмуртия), озера Неро (Ярославская область, Россия), озера Судобль (Белоруссия).

Предметами комплексных исследований служили биологически активные препараты на основе торфа,сапропеля и их смесей, а также семена, проростки и вегетирующие сельскохозяйственные растения, используемые в биологических тестах и полевых испытаниях при оценке эффективности новых регуляторов роста.

В процессе выполнения данной работы применяли геоботанические, физико-химические, биохимические, химические и биологические методы исследования.

Исследование состава и свойств исходных торфов сапропеля и выделенных из них гуминовых веществ проводили с помощью техни-

ческого, элементного и функционального анализов, ИК- и ЭПР-спектроскопии.

В жидких продуктах гидролиза определяли количество органических, редуцирующих и гуминовых веществ.

Биологическую активность гуминовых препараторов определяли методами растительных тестов на водных культурах кукурузы и ячменя, в вегетирующих растениях (редис) определяли гибберелино-вую и цитокининовую активность.

Для оценки биологической активности гуминовых препараторов, полученных на опытной установке, были проведены деляночные и полевые опыты на культурах картофеля и кукурузы и статистическая обработка результатов.

Выполнение настоящей работы базировалось на комплексных исследованиях широкой видовой гаммы торфов,сапропелей и продуктов их переработки с привлечением целого арсенала различных современных методов эксперимента.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведены результаты общетехнической и химической характеристики торфов Удмуртии. В составе торфянобо-лотных комплексов Северо-восточной части России удмуртские месторождения относятся к Вятско-Камской торфяно-болотной области, на которой выделяются по основным геоморфологическим особенностям, условиям расположения месторождений четыре торфяно-болотные зоны: Северо-восточная (1), Прикильмезская низменность (2), Прикамская низина (3) и Юго-Западная равнина (4). (рис.1)

Геоботанические исследования, выполненные в ИЗЖПРЭ АНБ, включали определение ботанического состава, вида и степени разложения 36 образцов торфа, отобранных на наиболее крупных осво-энных торфяных месторождениях Удмуртия-характерных для каждой зоны и представленных широкой видовой гаммой торфов, особенно газинных. Верховой тип представлен сфагновым торфом со степенью разложения 5-257. (моховая группа). В составе отобранных образ-дов есть торфа переходного типа со степенью разложения от 15 до ЮХ . Степень разложения низинного торфа находится в пределах эт 25 до 45% , что свидетельствует о высоком уровне его гумификации.

Для дальнейших исследований были отобраны малозольные тор-^а верхового и низинного типов, а также переходные торфа, кото-)ые ранее в этих целях не использовались. Зольность торфов ко-

ЛгоЛ плоцщ. к гмниц пммишлсцвои глусииы тонлной здеши

запас "т0р<»4 по 50чс , шмт

Сттбнь ¡аторфоюнности

от 2 ло 3 5

огаЗдоЧХ ЫЕНЕЕ 15 У. с(И,5ло2%

РисЛ.Торфяно-бсшотные зоны Удмуртской Республики

- il -

леблегся от 2,4-3,1% для верхового и до 3,7 - 37,1% для низинного и переходного типов. Учитывая высокую зольность образцов торфа ряда месторождений (19-37%),в дальнейшей работе они не применялись.

Определение элементного состава показало,что при переходе от сфагнового торфа малой степени разложения (5%) к торфу с R=15 и 25% в нем нарастает количество углерода с 48,71 соответственно до 50,1 и 52,8%.Особенно богат углеродом древесный (березовый) горф61,б% .

Увеличение содержания углерода с 54,7 до 61,6% характерно и для низинных торфов, а содержание кислорода тем меньше, чем выше степень разложения. Так, для сфагнового торфа этот показатель составляет 44,6, 42,8 и 39,7% для образцов с R=5, 15 и 25% соответственно, а для низинного - от 36,8 до 29,7% при R=30-45%.

Как у верхового(сфагновый),так и у других торфов (травяная и древесная группы) с увеличением уровня гумификации наблюдается нарастание выхода азотистых веществ. Однако, сфагновый торф, независимо от уровня гумификации, беднее азотистыми веществами (0,8-1,6%), чем низинные торфа (2,7-3,4%). Для образцов переходного типа с ростом степени разложения с 15 до 35% наблюдалось увеличение содержания азотистых веществ с 1,5 до 2,8%.

Определение состава органической части проводили методом группового анализа образцов верхового , низинного и переходного торфов месторождений Удмуртии. Результаты определения компонентного состава сфагновых торфов, а также низинных и переходных типов травяной , древесной и смешанной групп приведены в таблице 1.

Установлено , что исследуемые образцы торфа низкой степени разложения отличались высоким содержанием углеводных компонентов (водорастворимые,легко- и грудногидролизуемые вещества),а образцы торфа высокой (45%) и средней степени разложения (20-35%) содержали значительное количество гуминовых веществ от 36,1 до 56,0, что позволяет рассматривать последний из них в качестве потенциального сырья для получения регуляторов роста растений при условии их невысокой зольности (до 20%).

Обобщение материалов 'Теолторфразведки" позволило заключить, что дальнейшее освоение торфяных месторождений Удмуртии

Таблица 1

Компонентный состав торфов верхового, низинного и переходного типов.

1 . ... Содержание компонентов, % на органическую массу 1

I Вид торфа, степень водораствори- легкогидроли- трудногид- ■ ■ ■ - [ негидро-!

1 разложения, % битумы мые вещества зуемые вещества гуминовые вещества ролизуемые лизуемый!

вещества остаток 1

всего РВ в них 1 всего| РВ в них 1 всего| ГК 1 ¡фульво- всего РВ В

1 1 1 1 I кислоты 1 них

| Магелланикум, 15 зд 4,1 1,9 1 37,0! 19,5 1 32,9| 18,7 1 1 14,2 15,2 12,4 7,6 |

I Магелланикум,20-25% 4,5 3,2 1,3 31,11 14,9 39,6| 21,6 1 18,0 13,9 13,4 7,7 |

I Осоковый, 30 4,2 2,1 0,2 26,2| 12,0 4б,6| 31,7 1 14,9 4,7 4,3 17,2 |

I Тростниковый, 35 3,3 2,0 0,4 23,4! 11,7 50,11 39,5 1 Ю,6 4,8 4,2 16,4 1

| Древесный (берё- 1 1 1

I зовый), 45 2,4 2,3 0,5 15,1| 8,3 56,01 35,2 | 20,8 7,6 6,3 16,6 |

| Пушицево-сфагно- 1 1 !

| вый, 20 4,4 3,3 1.2 28,6| 15,9 36,11 19,6 1 16,5 14,4 13,0 13,0 1

[ Пушицево-сфагно- 1 1 1

| вый, 30 5,7 2,5 0,9 27,4| 16,7 41,3| 20,4 | 20,9 10,5 9,4 12,6 |

I Древесно-тростни- 1 1 1

I ковый, 35 ! 1,0 2,1 0,7 27,4| ..... 1 8,4 45,3| 1 25,2 I 20,1 1. 7,6 2,4 15,7 | 1

должно проводиться с учетом их природоохранных функций,так как многие из них имеют важное гидрологическое значение, питая истоки рек, располагаясь в поймах и на водоразделах. Предложены мероприятия по рациональному использованию торфяных месторождений с учетом их функций в природе.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ обобщены результаты исследования торфов Удмуртии как сырья для получения регуляторов роста растений.

На современном этапе разработаны способы и созданы технологические приемы окисления торфа и бурых углей в присутсвии азотной кислоты, пероксида водорода, озона, кислорода воздуха. Однако окислительная деструкция торфа и бурых углей пероксидом водорода как технологический процесс имеет ряд недостатков. Более простым и доступным с точки зрения практической реализации является способ получения регулятора роста растений "Гидрогу-мат", в основе которого лежит ступенчатый кислотно-щелочной гидролиз торфяного сырья в среде слабых растворов минеральной кислоты, а на втором этапе - щелочи при небольшом избыточном давлении и повышенной температуре.

В результате ступенчатого гидролиза торфа происходит отщепление периферических участков молекулы гуминовых кислот (ГК) и обогащение ее кислородом, что повышает ее биологическую активность. В составе кислотных гидролизатов присутствуют моносахариды, которые по реакции Майяра, взаимодействуя с азотистыми веществами, в основном, превращаются в гуминоподобные вещества - меланоидины. Кроме того, в нем присутствуют биологически активные карбоновые кислоты (янтарная, малоновая, щавелевая, глу-таровая и др.) и аминокислоты, которые находятся в одном комплексном препарате "Гидрогумат", обеспечивая синергизм его действия при контакте с живой клеткой, что позволяет применять его в малых концентрациях, способствуя экономии энергоресурсов, сырьевых ресурсов и технических средств, используемых для его доставки и внесения на поля.

Учитывая изложенное, способ получения гидрогумата был положен в основу оценки торфов Удмуртии как сырья для производства регуляторов роста растений гуминовой природы.

Для получения гидрогумата использованы 12 образцов торфа Удмуртии, отобранные в различных зонах, имеющие разную геоботаническую характеристику. Препараты, подученные в лабораторных

автоклавах, охарактеризованы по выходу из единицы сырья, по содержанию гуминовых веществ, минеральных веществ, реакций среды (рН). Установлено, что наиболее пригодным сырьем для получения гуминового препарата является торф верхового и низинного типа с {? не менее 20% . Впервые показана перспективность применения в этих целях широкой видовой гаммы торфов переходного типа.

При исследовании ГК полученных препаратов и ГК исходных торфов установлено значительное влияние гидролитических процессов на изменение физико-химических свойств гуминовых компонентов. При этом, в первую очередь, наблюдаемые изменения касаются периферической структуры молекулы гуминовых кислот.

Как видно из полученных данных, ГК гидрогумата как осокового, так и магедланикум-торфа, богаче углеродом, чем ГК исходного сырья: 56,3 и 54,7% для ГК торфов и 56,9 и 61,11 для продуктов их гидролиза соответственно.

Гидролиз гуминовых кислот приводит к снижению содержания в них азотистых соединений: с 4,1 до 3,6% для гидрогумата магел-ланикум-торфа и с 4,7 до 4,2% для гидрогумата осокового торфа, одновременно уменьшается содержание кислорода с 35,7 до 34,2% и с 33,5 до 28,8% соответственно.

Спектральные исследования подтвердили результаты химического анализа гуминовых кислот. Так, гидролитическая деструкция торфа приводит к увеличению оптической плотности молекулы ГК, снижению содержания фрагментов углеводной и амидной природы. Эти изменения, по-видимому, активизируют молекулы ГК, что должно было сказаться на ростстимулирующих свойствах препарата в целом.

Биологическую активность новых препаратов изучали по растительным тестам, выявляющим их влияние на всхожесть семян и энергию прорастания на культуре ячменя сорта "Роланд" с четырехкратной повторностью при концентрации водных растворов 0,001-0,005% . Установлено, что при использовании препаратов энергия прорастания возрастает на 6,0-16,2% по сравнению с контролем, а всхожесть - на 8,6-18,0% . Эти показатели относятся к опытам, где концентрация препаратов в питательной среде составляет 0,0051 . Снижение или повышение доли препарата в питательной среде несколько снижает биологический эффект от его действия.

Гидрогумат оказывает стимулирующее действие не только на всхожесть и энергию прорастания семян, но и на дальнейший рост и развитие растений ранней стадии онтогенеза культур ячменя и кукурузы. Прирост сухой массы корней кукурузы по сравнению с контролем достигает 43,3% в опытах с препаратом из магеллани-кум-торфа №=20-25%) и 21,1% - для древесного торфа,для ячменя этот показатель не превышает 25% (это связано с меньшей отзывчивостью зерновых культур на присутствие ГП).

Уровень активности препаратов относительно зеленой массы тест-культур кукурузы и ячменя составляет соответственно 15,6 -26,5% и 10,7-21,3% при концентрации гидрогумата в питательной среде 0,005% .

Результаты определения цигокиншовой активности в растениях (листьях) редиса, высечки которых выдерживали в растворах препаратов с концентрацией 0,001 и 0,005% в органической массе, показали значительный биологический эффект применения гидрогумата, достигающий по увеличению диаметра дисков 32,2%, а по их массе 38,5% для магелланикум-торфа №=20-25%) и увеличение дисков на 18,4 и 20,7%,а их массы на 18,9 и 19,0% соответственно для препаратов из древесного торфа (1?=45%) и пушицево-сфагково--го №=15%).

Исследуемые препараты способствуют активизации гибберели-нов в вегетирующих растениях. В абсолютных значениях показатель гибберелиновой активности для гидрогумата верховых торфов составляет 20,1-25,8% , для их аналогов из низинных - 13,1-17,5% и переходных - 14,2-22,0% . При этом больший эффект достигается в субстратах с концентрацией органического вещества препарата 0,001% , чем при более высокой дозе - 0,005% в отличие от результатов, полученных на проростках семян и водных культурах растений.

Таким образом, получение препаратов типа "Гидрогумат" из торфов различной геоботанической природы и оценка их биологической активности свидетельствует о том, что они могут рассматриваться как потенциальное сырье для производства экологобезо-пасных регуляторов роста растений. Наряду с ранее рекомендуемыми в качестве сырья торфов верхового и низинного типов впервые выявлена целесообразность использования в этих целях и торфов переходного типа.

ПЯТАЯ ГЛАВА посвящена разработке способа получения регулятора роста растений путем совместной гидролитической переработки торфа и сапропеля. Как известно, органические сапропели характеризуются высоким содержанием микроэлементов, обладающих биологической активностью, а в органической части - значительным количеством аминокислот-от 5,3 до 14,ОХ на ОМ. Однако сапропели никогда не использовались в таких целях, хотя это представляет научный интерес и имеет важное практическое значение. В качестве сырья для получения опытных образцов препарата типа "Гидрогумаг" были использованы органические сапропели, отобранные в пресноводных водоемах России и Белоруссии.

Образец сапропеля оз. Судобль содержал 10,6% золы, оз.Неро - 28,3% , Камского вдхр. - 21,5% . Содержание гуминовых веществ в органической массе сапропелем находилось в пределах

30.2-40,9% ,а аминокислот - 5,3-14,0% .

Опытные образцы гуминовых препаратов из сапропелевого сырья получали методом его кислотно-щелочного гидролиза в лабораторных автоклавах. Выход препарата составил: 32,9% от СМ из сапропеля оз. Неро, 45,7 и 63,9% для Камского и Судобльского сапропелем соответственно, содержание действующих веществ -3,2-3,7%. Уровень гуминовых кислот максимален в препарате из сапропеля озера Судобль, достигая 60% , поэтому в дальнейшей работе использован именно этот образец.(табл.2)

Для получения препаратов ив смесей торфа и сапропелей использовали низинный осоковый торф с 1?=30% , и верховой магелла-никум-торф с !?=15%

Выход препарата из осокового торфа составляет 76,4% , из сфагнового - 71,2%, а из их смеси с сапропелем 68,9-75,3% и

68.3- 71,0% соответственно. Наибольшее снижение выхода препарата наблюдается при внесении в смесь 30% сапропеля: 2,9% для гидрогумата из сфагнового торфа и 7,5% для препарата из осокового торфа. Уровень гуминовых веществ в препаратах также снижается с увеличением доли сапропеля в смеси. Установлено, что доза сапропеля в гидролизуемом сырье не должна превышать 10-15% по его органической массе. Такую добавку сапропеля и рекомендовано применять при получении опытной партии гидрогумата из тор-фо-сапропелевого сырья.

.4 г1

- 1с -

Таблица 2.

Выход и характеристика гуминовых препаратов, полученных методом кислотно-щелочного гидролиза из органических салропелей

1 | Вариант | опыта Выход препарата, % на ОМ сапропеля 1 ! Содержание'компонентов, ■ 1 % на ом |

1 |Органическая масса 1 Гуминовые вещества!

1 1 |в пре-| на ОМ |парате|препарата 1 | 1 в пре-| парате| на ОМ | препарата |

I Сапропель I Камский 45,7 ! 1 1 1 I 3,5 | 100 1 I 1 1 1,8 | 1 50,3 !

| Сапропель [ оз. Неро 32,9 ! 1 1 1 | 3,2 | 100 1 | 1 1 1,5 ! 1 46,9 !

| Сапропель | оз.Судобль 1 63,9 1 ! 1 1 | 3,7 | 100 1 1 1 1 2,5 | . , 1 60,2 ! 1

Выход биомассы растений кукурузы и ячменя при использовании гуминовых препаратов из салропелей и осокового торфа ({?= 30%) показан на рис.2.

Для оценки ростстимулирующего действия исследуемых препаратов в качестве тест-культур использовали семена, проростки, вегегирующие растения ячменя и кукурузы. Выявлено, что наибольший эффект наблюдается при предпосевной обработке семян растений растворами ( 0,005% концентрации ) гидрогумата из сапропеля: всхожесть их возрастает на 19,8% , энергия прорастания на 18,31 . Применение в этих целях препаратов из торфосапропелево-го сырья приводит к увеличению всхожести на 13,4% , энергии прорастания на 15,7 для осокового торфа и на 17,3% для магелла-никум-торфа. В опытах на водных культурах прибавка массы корней ячменя составила 39,2% , а кукурузы - 56,2% по сравнению с контролем для препарата из сапропеля. При использовании смешанного сырья с добавкой 10% сапропеля максимальное значение при-

- 18 -КУКУРУЗА

145.6 1Ц50

ЯЧМЕНЬ

<37,5

•(35,5

•(2.6,0

Надземная часть

<39,2 «9,5

гг

Корнеьад масса

: -

ГП из сапрогигля оь. Судобль " Каискогс едхр. " оз. Неро ГП из осокового торфа

Рис.2.Выход биомассы растений при применении гуминовых препаратов из сапропелей и торфа (% к контролю)

роста корней составило 43,4% для кукурузы и 34,0% для ячменя. Заметно ниже эти показатели у торфяных гидролизатов осокового и магелланикум-торфа: соответственна 16,4% и 21,3% для ячменя, а для кукурузы - 23,8% и 27,4%.

Те же закономерности наблюдались и по приросту зеленой массы растений, когда применение в качестве сырья для гидролиза торфо-сапропелевых смесей способствовало получению препаратов с более высокой биологической активностью, то есть подшихтовка к торфяному сырью сапропеля (10-30%) перед гидролизом ведет к повышению ростстимулирующей активности препаратов. Полученные данные согласуются также с результатами определения цитокининовой активности у растений (высечки листьев редиса), выдерживаемых в растворах новых регуляторов роста. В этом случае торфо-сапропелевые гидролизаты проявляют большую активность (на 5-10%), чем их торфяные аналоги. Так, если гидрогумат из осокового и магелланикум- торфа проявляет цитокининовую активность соответственно равную' 22,5 и 17,5% , то аналогичный продукт из сапропеля -27,1% при концентрации в среде 0,001 % по ОМ. При переходе к препаратам из смешанного сырья уровень гибберелиновой активности существенно не снижается по сравнению с активностью сапропелевых препаратов, составляя, при концентрации в среде 0,001% , 24,8 - ' 26,9% для продуктов гидролиза низинного торфа с добавкой салро-пеля (10-30%) и 27,5-30,5% для гидролизатов из верхового торфа,, смешанного с сапропелем.

Гуминовые препараты, полученные методом кислотно-щелочного гидролиза на основе'торфов Удмуртии, органического сапропеля и торфов с добавками сапропеля обладают выраженными ростстимулиру-ющими свойствами, повышая энергию прорастания семян, их всхожесть, ускоряя рост и увеличивая накопление биомассы вегетирую-щих растений. Выявлено положительное воздействие гидрогумата из. торфяного и сапропелевого сырья на активность цитокининов и гиб-берелинов- растений.

ШЕСТАЯ ГЛАВА включает экспериментальные данные -по разработке технологических основ получения гидрогумата из торфо-сапропелевого сырья, получению опытной партии препарата, ее характеристике и испытанию в растениеводстве.

Разработана принципиальная технологическая схема получения гуминового препарата из торфо-сапропелевого сырья на опытной ус-

тановке (рис.3), которая состоит из грех основных технологических узлов: подготовительное отделение, где происходит сепарация торфа и сапропеля и их дозирование; реакционное отделение - для проведения основной стадии - гидролиза торфо-сапропелевой смеси, а также участок, где прогидролизованная масса методом центрифугирования разделяется на жидкий основной продукт и твердый остаток. Установка должна быть обеспечена водопроводной водой, паровой линией, вспомогательными коммуникациями для подачи сырья и реагентов.

В данном производстве отсутствуют газообразные выбросы в атмосферу и жидкие стоки,а образующийся после центрифуги остаток является ценным органическим удобрением, содержащим биологически активные гуминовые вещества, которые можно использовать в растениеводстве, в частности,в составе мелиорантов и органоминеральных удобрений, где он будет выполнять функции связующего. Разработан разовый технологический регламент, обеспечивающий безопасную работу на установке с получением целевого продукта с заданными показателями.

Осуществлена проверка предложенных технологических, режимов, получения гидрогумата из торфо-сапропелевого сырья (осоковый торф,1?=30%, и органический сапропель оз.Судобль)наопытно-промышленной установке предприятия "Биохим" Минской области, что позволило уточнить технологические показатели, нормы расхода сырья и энергоресурсов.

Получена опытная партия гуминового препарата из торфо-сапропелевой смеси • ( 9:1 ), выполнена ее химическая и биологическая характеристика. Показано, что в условиях установки можно получить препарат с более высоким выходом из единицы сырья (78,5-80,1%), чем в лабораторных автоклавах (68,9-75,3%. ), что сказывается и на более высоком содержании в нем действующих веществ (7% - в лабораторном образце и 9,8% - в образце опытной партии). Установлено, что препарат из опытной партии характеризуется сравнительно высокой биологической активностью, судя по приросту биомассы и ускорению стартовых процессов в прорастающих семенах. Это явилось основанием для испытания нового препарата в полевых условиях в Удмуртии на культурах картофеля и кукурузы.

Полевые испытания препарата "Гидрогумат" из торфо-сапропелевого сырья проводились Удмуртской государственной опытной

I-штабель торфа,2-штабель сапропеля.З-сепаратор,

4-мерник воды,5-насос,6-смеситель,7-мерник кислоты, 8-мерник щелочи,9-реактор, 10-промежуточная ёмкость,

II-центрифуга,12-сборник препарата

Рис.3.Принципиальная технологическая схема получения гидрогумата из торфо-салропелевой смеси

сельскохозяйственной станцией в сезоны 1993-1995 гг. на культурах кукурузы и картофеля, выращиваемых на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах на делянках площадью: 21м с четырехкратной поЕторностью для кукурузы и 315м е трехкратной повторнос-ти для картофеля.

Новый гуминовый препарат при его использовании для обработки вегетирующих растений показал высокую эффективность. Отмечено повышение урожайности зеленой массы кукурузы и клубней картофеля соответственно на 164-178 ц га и 21,7 ц га. Одновременно с увеличением зеленой массы кукурузы увеличилась и масса початков: со 139,8 ц га в контроле до 194,6 ц га при опрыскивании гидрогума-том, прибавка урожайности по абсолютно сухому веществу составила 44,5% к контролю (табл.3). Установлено, что предпосадочная обработка клубней гидрогуматом способствовала повышению устойчивости растений к поражаемое™ болезнями. В частности, заболеваемость фитофторозом в опытах с гидрогуматом была на 32,5% ниже, чем в контроле.

Таблица 3.

Влияние гуминовых препаратов на урожайность АСМ и продуктивность кукурузы

1 1 | Средний Г 1 1 [ Прибавка|Средний| ... | Прибавка |

| Варианты | урожай 1-:-1 сбор 1 (

| АСМ |ц га| % |к.ед. | к.ед.| % |

1 Ц га 1 1 • 1 |с 1 га | ill 1 1 1 1 I

| Контроль 1 1 1 67,7 I II 1 1 1 1 [ - | - | 5703 I i 1 1

| Гумат натрия | 83,9 ¡16,2|23,9| 7098 1395 | 24,5|

I Гидрогумат 1 I 37,8 1 |30,1|44,5| 8016 1 . . . .1 . 1 . 2313 | 40,6| | 1

В результате проведенных исследований разработаны разовый технологический регламент и технические требования к торфо-сап-ропелевому сырью, выпущена на опытной установке партия биологи-

чески активного препарата на основе торфо-сапропелевого сырья и осуществлены с положительными результатами его испытания в полевых условиях. Это является основанием для организации выпуска опытных партий препарата в условиях Удмуртии и его широкого использования под профилирующими сельскохозяйственными культурами Северо-Восточного региона России.

ВЫВОДЫ

1. Обобщены сведения об особенностях формирования торфяных месторождений Удмуртии и предложено при дальнейшем освоении учитывать их природоохранные функции.

2. Впервые изучен химический состав и свойства широкой видовой гаммы торфов различных тарфяно-болотных зон Удмуртии. Дана всесторонняя оценка наиболее характерным торфам верхового, низинного и переходного типов как потенциальному сырью для производства экологобезопасных гуминовых препаратов с ростстимулирую-щими свойствами.

3. Выделение гуминовых кислот из гидролизатов низинного и верхового торфа и их физико-химическая характеристика позволили выявить существенные изменения в их структуре, которые могут положительно сказываться на биологической активности целевых продуктов.

4. Впервые методом ступенчатого кислотно-щелочного гидролиза получены биологически активные препараты из органических сапропелей. Показана возможность использования органического сапропеля для производства регуляторов роста с достаточно высоким выходом.

5. Установлено, что гидролизаты сапропеля обладают более высоким уровнем биологической активности как регуляторы роста растений, чем аналогичные продукты гидролиза торфа. Выявлена целесообразность совместной гидролитической переработки торфа и сапропеля с получением препаратов с повышенным физиологическим действием на растения.

6. Разработан новый способ получения регулятора роста растений на основе торфо-сапропелевого сырья. Предложены технологи-

ческие режимы и нормы расхода сырья для производства его на опытной установке по ресурсосберегающей технологии.

7. Разработаны технические требования к торфяному и сапропелевому сырью для их совместной переработки с получением регуляторов роста растений.

8. На опытной установке получена партия гуминового препарата на основе торфо-сапропелевой смеси. Физико-химическая характеристика и биологическая оценка нового препарата позволила установить высокое качество продукта как регулятора роста растений.

9. Полевые испытания препаратов из торфяного и торфо-сапропелевого сырья в условиях Удмуртии показали высокую эффективность их применения на культурах кукурузы и картофеля.

1. Юнусова Л.З. Рациональное использование торфа в сельском хозяйстве Удмуртии // Тез. докл. Межд. симп. "Физические проблемы экологии, природопользования и ресурсосбережения". - Ижевск, 1992.-С.58.

2. Юнусова Л.З. Биологически активные препараты гуминовой природы на основе торфа // Тез. докл.. науч.-техн. конф. "Ученые Ижевского государственного технического университета - производству". - Ижевск: ИжГТУ, 1994.-С.186.

3. Наумова Г.В., Юнусова Л.З., Макарова Н.Л., Кляуззе И.В. О биологической активности гидролизатов органических сапропелей // Вести АНБ, Серия биол. наук.- Минск, 1995, N 4.- С.41-44.

4. Наумова Г.В., Юнусова Л.3., Овчинникова Т.Ф. Изучение возможности использования торфов переходного типа для производства регуляторов роста /V Вести АНБ, Серия хим. наук. - Минск, 1995, N 4. - С.90-93.

5. Юнусова Л.З., Чудук В.Н., -Кляуззе И.В. Биологическая активность гуминовых препаратов, полученных при совместной переработке торфа и сапропеля // Тез. докл. Межд. симп. "Органическое вещество торфа,,:Минск-1995.-С.73.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: