Химия твердого топлива, 2021, № 4, стр. 42-50
ТОРФ КАК ИНФОРМАТИВНЫЙ БИОМАРКЕР СОСТОЯНИЯ ТОРФЯНО-БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА РОССИИ
И. И. Лиштван 1, *, С. Б. Селянина 2, **, М. В. Труфанова 2, ***, Т. В. Соколова 1, ****, Н. Е. Сосновская 1, *****, И. Н. Зубов 2, ******, О. Н. Ярыгина 2, *******
1 ГНУ “Институт природопользования НАН Беларуси”
220076 Минск, Республика Беларусь
2 ФГБУН Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лаверова УрО РАН
163000 Архангельск, Россия
* E-mail: info@natur-nas.by
** E-mail: gumin@fciarctic.ru
*** E-mail: mtrufanova@yandex.ru
**** E-mail: tomsok49@tut.by
***** E-mail: natalisosnov@mail.ru
****** E-mail: zubov.ivan@bk.ru
******* E-mail: olga.yarigina@gmail.com
Поступила в редакцию 23.11.2020
После доработки 23.11.2020
Принята к публикации 03.02.2021
Аннотация
На примере типичного для дистрофных торфяных болот южноприбеломорского типа Иласского массива при сравнении с торфяными месторождениями Западной Сибири и Республики Беларусь выявлены принципиальные отличия в особенностях формирования органической части торфяных отложений. Показано, что торф может служить информативным биомаркером состояния торфяно-болотных экосистем. Выявлено, что в условиях умеренно-континентального климата температурный режим благоприятен для процессов гумификации растительного материала, что обусловливает более высокую степень разложения, повышенное содержание конденсированных структур в продуктах биотрансформации и наличие водорастворимых сахаров в составе природной матрицы торфа. Аналогичное воздействие оказывает изменение гидрологических условий, в частности осушение. Под влиянием холодного климата Европейского Севера России обедняется состав экстрактивных веществ, продуцируемых растениями-торфообразователями, и замедляются процессы биогеотрансформации растительного материала при формировании олиготрофных залежей торфа.
ВВЕДЕНИЕ
Торфяно-болотные экосистемы широко распространены в северном полушарии (Северная Америка, Россия и Скандинавия) в местах отступления последнего оледенения [1–3]. В России заболоченность территории превышает 20% [3], причем две трети болот и заболоченных земель сосредоточены на севере страны [4]. Торфяные месторождения, аккумулирующие растительные остатки, с одной стороны выступают ценным сырьем для получения энергии и органических соединений [5–7], а с другой, во многом определяют климат всей планеты [1, 8]. В настоящее время интересы России по освоению северных регионов продвигаются на высшем уровне [9]. Вместе с тем природные комплексы Севера чувствительны к любым дестабилизирующим воздействиям [10]. Это требует особого внимания к изменчивости болотных природных комплексов под воздействием природных и антропогенных факторов, к обеспечению высокого уровня экологической безопасности при освоении территорий, рациональному использованию ресурсов и восстановлению биогеоценозов, снижению риска аварий и катастроф.
Специфика болотных процессов обусловлена сочетанием свойств исходных растений и продуктов их биогеотрансформации [11, 12]. Вполне закономерно, что состав, структура и свойства торфяных отложений определяются, с одной стороны, видовым разнообразием растений, спецификой синтеза и накопления в них соединений при вегетации, а с другой, зависящими от внешних условий особенностями биохимических превращений растительных тканей после их отмирания [13, 14]. Соответственно, для торфа характерны большое разнообразие и лабильность органических компонентов, среди которых выделяют те же группы, что и в растениях: экстрактивные вещества, называемые также торфяными битумами (или, в некоторых публикациях, липидами); водорастворимые, легко- и трудногидролизуемые соединения; лигнин, а кроме того, комплекс продуктов биогеотрансформации – гуминовые вещества [15]. Происходящие в природе процессы биосинтеза и трансформации органических веществ зависят от многих факторов, в том числе абиотических, биотических и антропогенных. Поэтому можно ожидать достаточно устойчивого и специфического отклика компонентного состава торфа при воздействии на торфяно-болотные экосистемы, вызывающие изменения гидрологии, структурных особенностей торфяной залежи, загрязнении органическими и минеральными поллютантами и так далее. Это, однако, требует экспериментального подтверждения. Освоение заболоченных территорий обязательно сопровождается гидромелиоративными мероприятиями.
Настоящее исследование посвящено сравнительному анализу группового и компонентного состава торфа верховых болот различных климатических зон, а также его изменениям в результате гидромелиорации.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Репрезентативные образцы торфа для исследования отбирались с ненарушенного и осушенного участков грядово-мочажинного комплекса верхового олиготрофного торфяно-болотного массива “Иласский”, считающегося типичным для дистрофных торфяных болот южноприбеломорского типа, подробное описание которого представлено в [16]. Болотный массив расположен в субарктической морской климатической подзоне. Как и большинство верховых олиготрофных торфяных месторождений Архангельской области, они характеризуются высокой однородностью ботанического состава по всей толщине залежи [17]. В качестве образцов сравнения использовался торф месторождений Республики Беларусь (умеренно-континентальный климат) и Западной Сибири (континентальный климат) со сходными ботаническим составом (медиум-торф), степенью разложения и физико-химическими показателями.
Описание образцов и определение степени разложения (R) торфа выполняли в полевых условиях согласно [15, 18], зольность (А) определяли по [19]. Для получения данных о групповом составе торфа использовали аттестованную методику [20], согласно которой торф последовательно разделяли на групповые компоненты: водорастворимые вещества (ВРВ), битумы (Б), гуминовые вещества в кислой форме (ГФК), легкогидролизуемые (ЛГВ) и трудногидролизуемые (ТГВ) вещества, негидролизуемый остаток (НГО). ГФК, в свою очередь, фракционировали на гуминовые кислоты (ГК) и фульвокислоты (ФК) и рассчитывали их соотношение (ГК/ФК). Содержание углерода (С), водорода (Н) и азота (N) в образцах торфа определяли методом сжигания на элементном анализаторе EuroEA 3000 CHN (Eurovector, S.p. A.), содержание серы (S) – методом мокрого сжигания [21], а содержание кислорода (О) вычисляли по разности. Для выяснения роли отдельных элементов в построении молекул рассчитаны атомные соотношения Н/С и О/С.
Для сравнительной характеристики состава битумов их экстрагировали из образцов торфа этоксиэтаном методом дефлегмации с настаиванием. Выбор растворителя обусловлен его селективностью и высокой извлекающей способностью в отношении большинства подобных соединений, а также низкой температурой кипения (34.6°С), что позволяет предотвратить термические изменения в составе выделяемых компонентов [22].
В битумах, полученных из образцов торфа с градацией по глубине залегания, определяли кислотное число в соответствии с [23] и число омыления согласно [24], характеризующих содержание свободных кислот и сложных эфиров. Битумы торфа фракционировали методом экстракции [25] на свободные кислоты и нейтральные соединения, а последние, в свою очередь, разделяли путем омыления гидроксидом натрия с последующей экстракцией этоксиэтаном на нейтральные соединения и связанные кислоты. Компонентный состав битумной части анализировали методами газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС) образцов битумов [36 ] в сочетании с газожидкостной хроматографией (ГЖХ) отдельных фракций (свободных и связанных кислот, неомыляемых соединений) [27].
Спектральные исследования водных вытяжек торфа выполняли на УФ-спектрофотометре UV-1800 (Shimadsu, Япония) в спектральном диапазоне 200–800 нм. Извлечение водорастворимых компонентов торфа проводили в течение заданного времени дистиллированной водой при гидромодуле (ГМ) 1 : 100 (в пересчете на а.с.в.).
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Данные о степени разложения, зольности и групповом составе торфа, сформированного в различных условиях, представлены в табл. 1, где также приведены сведения из открытых источников [6, 28–31], опубликованные ранее другими авторами.
Таблица 1.
Глубина залежи, см | R, % | A, % | Компонентный состав торфа, % на органическую массу | ГК/ФК | Источник | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Б | ГФК | ВРВ | ЛГВ | ТГВ | НГО | |||||
Европейский Север (Ненарушенный участок Иласского болотного массива) | ||||||||||
5–15 | 10–15 | 2.9 ± 0.1 | 1.7 ± 0.05 | 9.9 ± 0.1 | 0.7 ± 0.2 | 50.1 ± 1.2 | 18.2 ± 1.2 | 19.5 ± 0.3 | 1.2 | ЭД* |
15–75 | 5–10 | 1.6 ± 0.05 | 2.3 ± 0.05 | 10.0 ± 0.1 | 1.1 ± 0.1 | 50.1 ± 0.5 | 16.8 ± 0.2 | 19.7 ± 0.2 | 1.4 | ЭД* |
75–100 | 20–25 | 0.7 ± 0.1 | 3.8 ± 0.1 | 14.3 ± 1.5 | 0.8 ± 0.1 | 39.3 ± 0.4 | 22.95 ± 0.4 | 19.7 ± 0.7 | 9.2 | ЭД* |
100–150 | 10–15 | 0.9 ± 0.05 | 4.0 ± 0.1 | 14.2 ± 0.1 | 0.5 ± 0.2 | 35.5 ± 0.4 | 21.64 ± 0.4 | 24.7 ± 1.3 | 4.3 | ЭД* |
150–200 | 15–20 | 0.9 ± 0.05 | 6.3 ± 0.1 | 15.8 ± 0.3 | 0.9 ± 0.1 | 41.8 ± 0.7 | 10.95 ± 0.2 | 25.2 ± 0.9 | 4.2 | ЭД* |
200–250 | 20–25 | 1.0 ± 0.05 | 6.0 ± 0.1 | 17.0 ± 0.7 | 0.9 ± 0.1 | 27.8 ± 0.1 | 32.1 ± 0.1 | 17.2 ± 2.1 | 5.9 | ЭД* |
Европейский Север (Осушенный участок Иласского болотного массива) | ||||||||||
5–15 | 10–15 | 3.5 ± 0.2 | 3.12 ± 0.2 | 23.5 ± 0.4 | 2.87 ± 0.2 | 41.3 ± 0.7 | 22.5 ± 0.7 | 9.5 ± 0.8 | 1.5 | ЭД* |
15–30 | 15–20 | 2.4 ± 0.2 | 3.2 ± 0.1 | 28.4 ± 0.1 | 7.55 ± 0.2 | 32.4 ± 0.4 | 28.8 ± 0.4 | 7.19 ± 0.3 | 3.2 | ЭД* |
30–40 | 10–15 | 0.6 ± 0.1 | 2.04 ± 0.2 | 10.3 ± 0.3 | 0.89 ± 0.1 | 50.2 ± 0.5 | 25.4 ± 0.5 | 12.2 ± 0.9 | 13.7 | ЭД* |
40–60 | 20–25 | 2.1 ± 0.1 | 10.1 ± 0.2 | 30.9 ± 0.7 | 10.2 ± 0.4 | 24.2 ± 0.2 | 29.5 ± 0.2 | 5.28 ± 0.8 | 8.6 | ЭД* |
Республика Беларусь | ||||||||||
– | 5 | – | 1.6 | 13.8 | 7.4 | 45.5 | 26.0 | 5.7 | – | [6] |
– | 5–10 | 2.1 | 1.4 | 12.8 | 7.6 | 46.7 | 26.5 | 5.0 | – | [22] |
– | 10–15 | 2.6 | 2.8 | 19.8 | 5.2 | 39.7 | 25.3 | 7.2 | – | [22] |
20–70 | 20–25 | 12.8 ± 0.2 | 3.5 ± 0.1 | 17.6 ± 0.7 | 1.7 ± 0.1 | 51,8 ± 1.1 | 25.4 ± 0.9 | 0.4 | ЭД* | |
20–70 | 20–25 | 9.3 ± 0.1 | 5.1 ± 0.2 | 32.0 ± 0.5 | 1.4 ± 0.1 | 35.7 ± 0.7 | 25.8 ± 0.7 | 0.6 | ЭД* | |
Западная Сибирь | ||||||||||
– | 7 | – | 4.2 | 29.3 | 49.5 | 11.0 | 5.9 | 0.7 | [23] | |
– | 7 | 1.6 | 4.2 | 30.9 | 4.0 | 46.8 | 7.6 | 6.5 | 0.8 | [24] |
– | 7 | 2.5 | 3.4 | 31.5 | 3.4 | 39.7 | 11.7 | 8.5 | 0.7 | [24] |
20–70 | 15–20 | 5.1 ± 0.2 | 4.5 ± 0.2 | 44.0 ± 0.4 | 0.4 ± 0.1 | 16.1 ± 0.3 | 4.7 ± 0.2 | 30.4 ± 0.5 | 0.3 | ЭД* |
20–70 | 20–25 | 9.3 ± 0.4 | 2.4 ± 0.1 | 41.6 ± 0.5 | – | – | – | – | 0.2 | ЭД* |
– | 30 | 3.0 | 8.5 | 43.1 | 4.0 | 30.4 | 6.7 | 6.8 | 1.5 | [24] |
Из данных, представленных в табл. 1, следует, что степень разложения (R) в визуально различимых характеристических горизонтах не превышает 25% и при этом изменяется с глубиной залежи не монотонно. Зольность образцов не имеет четко выраженных трендов и у большей части образцов не превышает 6%, как это и свойственно торфяным отложениям олиготрофных болот. При рассмотрении группового состава торфа можно выделить ряд закономерностей. Для торфа, сформированного в условиях Севера, характерно пониженное содержание гуминовых веществ по сравнению с образцами из регионов с более теплым климатом, а также с осушенного участка Иласского болотного массива.
В табл. 2 приведены данные элементного состава и атомных соотношений образцов верхового торфа, сформированного в различных условиях, а также образцов торфа с ненарушенного и осушенного участков Иласского болотного массива в сопоставлении с ранее опубликованными данными для верхового торфа Республики Беларусь [6, 22] и Западной Сибири [24].
Таблица 2.
Глубина залежи, см | Степень разложения образца | Элементный состав, % горючей массы торфа | Атомные соотношения | Источ-ник | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
С | Н | N | O | S | Н/С | О/С | N/C | |||
Европейский Север (Ненарушенный участок Иласского болотного массива) | ||||||||||
0–5 | 0 | 42.60 ± 0.70 | 6.59 ± 0.20 | 1.87 ± 0.10 | 45.30 ± 0.80 | 1.85 | 0.79 | 0.038 | ЭД* | |
5–15 | 10–15 | 44.70 ± 0.90 | 6.61 ± 0.15 | 1.79 ± 0.20 | 43.80 ± 0.90 | 1.77 | 0.73 | 0.034 | ЭД* | |
20–70 | 5–10 | 45.40 ± 0.40 | 6.80 ± 0.22 | 1.22 ± 0.05 | 45.20 ± 0.30 | 1.79 | 0.74 | 0.023 | ЭД* | |
– | 10–15 | 46.20 ± 0.50 | 6.00 ± 0.10 | 0.17 ± 0.02 | 45.9 ± 0.2 | 0.30 ± 0.02 | 1.56 | 0.75 | 0.003 | ЭД* |
Европейский Север (Осушенный участок Иласского болотного массива) | ||||||||||
0–5 | 0 | 53.26 ± 0.90 | 6.70 ± 0.12 | 1.40 ± 0.02 | 38.64 ± 0.08 | 1.51 | 0.53 | 0.023 | ЭД* | |
– | 10–15 | 42.00 ± 0.75 | 5.70 ± 0.10 | 0.49 ± 0.03 | 47.70 ± 0.10 | 0.40 ± 0.01 | 1.63 | 0.85 | 0.010 | |
5–15 | 10–15 | 53.05 ± 0.85 | 6.53 ± 0.07 | 1.11 ± 0.05 | 39.31 ± 0.12 | 1.48 | 0.55 | 0.018 | ЭД* | |
15–30 | 15–20 | 53.15 ± 0.60 | 6.70 ± 0.10 | 1.15 ± 0.12 | 39.00 ± 0.52 | 1.51 | 0.54 | 0.019 | ЭД* | |
30–40 | 10–15 | 49.11 ± 0.60 | 6.33 ± 0.24 | 0.56 ± 0.03 | 44.00 ± 0.45 | 1.55 | 0.66 | 0.010 | ЭД* | |
40–60 | 25–30 | 51.33 ± 0.45 | 6.60 ± 0.18 | 1.03 ± 0.05 | 41.04 ± 0.06 | 1.54 | 0.59 | 0.017 | ЭД* | |
Республика Беларусь | ||||||||||
– | 5 | 48.30 ± 0.90 | 5.70 ± 0.04 | 0.90 ± 0.05 | 45.10 ± 0.05 | 1.42 | 0.70 | 0.016 | [22] | |
– | 15 | 49.30 ± 0.70 | 5.80 ± 0.07 | 1.20 ± 0.03 | 43.20 ± 0.07 | 1.41 | 0.65 | 0.021 | [22] | |
Западная Сибирь | ||||||||||
– | 7 | 53.50 ± 1.10 | 5.89 ± 0.21 | 1.26 ± 0.07 | 39.20 ± 0.20 | 0.15 ± 0.01 | 1.32 | 0.55 | 0.020 | [24] |
– | 7 | 53.00 ± 0.60 | 4.81 ± 0.30 | 1.09 ± 0.10 | 35.30 ± 0.80 | 0.15 ± 0.03 | 1.09 | 0.58 | 0.018 | [24] |
– | 30 | 57.10 ± 0.90 | 5.67 ± 0.20 | 1.73 ± 0.04 | 41.00 ± 0.50 | 0.15 ± 0.02 | 1.19 | 0.46 | 0.026 | [24] |
В торфе осушенного торфяно-болотного участка Архангельской области наблюдается в 2 раза большее количество гуминовых веществ, чем в торфе ненарушенного болотного участка (табл. 1). Этот факт указывает на активизацию процессов биотрансформации в результате осушения залежей. Органическое вещество в торфяных отложениях, как ненарушенного, так и осушенного участков можно отнести в верхних горизонтах к фульватно-гуматному типу (СГК/СФК = 1.2–1.5), а в нижних – к гуматному, что коррелирует с ростом степени разложения торфа. При этом состав органического вещества торфа на осушенной территории изменяется более значительно.
Полученные данные по элементному составу свидетельствуют о том, что в образцах торфа субарктического морского климата обнаружено меньше углерода и азота, но больше кислорода и серы, чем в образцах торфа торфяных месторождений регионов с умеренно-континентальным и континентальным климатом (табл. 2).
Для выяснения роли отдельных элементов в построении молекул вычислены некоторые атомные соотношения. Величина соотношения Н/С больше единицы свидетельствует о преобладании алифатической составляющей в составе органического вещества над ароматическими структурами [32], что наблюдается для всех образцов, однако прослеживается тенденция к снижению этого параметра в ряду: торф, сформированный в условиях субарктического, умеренно-континентального и континентального климата.
Соотношение О/С свидетельствует о повышенном содержании кислородсодержащих групп в образцах торфа ненарушенного участка Иласского болотного массива по сравнению с остальными образцами. Параллельное снижение атомной доли кислорода и азота, а также степени ароматичности в образцах торфа осушенной залежи указывает на интенсификацию микробной ассимиляции органического вещества и, соответственно, к росту степени разложения. Подобные явления были зафиксированы ранее для осушенных торфяных месторождений Томской области [33, 34].
Различия в компонентном и элементном составе образцов торфа закономерны и могут быть вызваны не только гидрологическими, но и геоклиматическими условиями его накопления. Так, в образцах торфа северных регионов с субарктическим морским климатом наблюдается сравнительно высокое содержание битумов. Вместе с тем в зависимости от условий торфообразования может отличаться качественный состав битумов [24].
Битумы торфа состоят из восков, углеводородов, асфальто-смолистых веществ, могут содержать некоторое количество пигментов (каротиноидов, хлорофилла), стеринов и других соединений. При низкой степени разложения компонентный состав битумов близок по составу к липидам растений-торфообразователей. Как воска, так и смолы торфяных битумов содержат свободные кислоты и омыляемые вещества, среди которых имеются типичные для восков эфиры и характерные для смол ангидриды [23]. При переработке торфа фракцию свободных кислот принято идентифицировать как смолы, а сложные эфиры спиртов (неомыляемых соединений) и органических кислот – как торфяной воск [24].
В полученных экстрактах битумов торфа были определены показатели кислотное число (КЧ) и число омыления (ЧО), обусловленные содержанием свободных кислот и сложных эфиров соответственно. Результаты, представленные на рис. 1, наглядно демонстрируют, что с увеличением глубины залегания торфа снижается доля свободных кислот и растет доля сложных эфиров. Это свидетельствует о накоплении окисленных соединений в составе битумов по мере трансформации органического вещества. Вполне закономерно эти процессы более интенсивно протекают в образцах торфа неосушенного участка.
Для получения более подробной информации о происходящих процессах характеризовали групповой состав битумов торфа. Усредненные данные для образцов торфа со степенью разложения R 10–15%, сформированного в различных условиях, приведены на рис. 2.
Битумы торфа, сформированного в условиях холодного климата, обогащены неомыляемыми веществами, основную часть которых составляют спирты и парафины, и существенно обеднены свободными кислотами. В результате осушения состав битумов заметно меняется: повышается доля свободных жирных кислот и снижается содержание неомыляемой части. Следует отметить, что доля непредельных соединений в составе свободных жирных кислот (табл. 3) ненарушенного участка в субарктической зоне в 1.7–2.2 раза выше, чем в торфе других регионов. В связанных жирных кислотах наблюдается обратная тенденция: доля ненасыщенных кислот ниже в 1.5–2.3 раза. В торфяных битумах осушенного участка по сравнению с ненарушенным доля непредельных кислот, как в свободных, так и связанных жирных кислотах в 1.7 раза выше. В остальном состав жирнокислотной фракции (табл. 3) меняется незначительно, как при изменении климатической зоны, так и гидрологических условий.
Таблица 3.
№ | Наименование (число атомов углерода/ число кратных связей/ число карбоксильных групп) |
Европейский Север (ненарушенный участок Иласского болотного массива) | Европейский Север (осушенный участок Иласского болотного массива) | Белоруссия | Западная Сибирь | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
содержание жирных кислот, % | |||||||||
свобод-ные | связан-ные | свобод-ные | связан-ные | свобод-ные | связан-ные | свобод-ные | связан-ные | ||
1 | Азелаиновая (С9/0/2) | 4.9 | 2.5 | 7.6 | 0.7 | 0.9 | 2.7 | 3.4 | 1.5 |
2 | Каприновая (С10/0/1) | 1.7 | 0.6 | 0 | 0.821 | 0.4 | 0.2 | 1.5 | 0.2 |
3 | Лауриновая (С12/0/1) | 2.5 | 1.4 | 1.3 | 2.3 | 1.3 | 1.8 | 2.8 | 2.7 |
4 | Тридекановая (С13/0/1) | 0.2 | 0.4 | 0 | 0.3 | 1.5 | 0.1 | 5.6 | 0.3 |
5 | Миристиновая (С14/0/1) | 6.5 | 5.0 | 2.4 | 9.0 | 2.9 | 5.7 | 5.6 | 7.7 |
6 | Пентадекановая (С15/0/1) | 1.7 | 2.5 | 2.5 | 2.0 | 1.0 | 1.4 | 3.6 | 2.3 |
7 | Пальмитиновая (С16/0/1) | 22.0 | 35.4 | 27.3 | 29.0 | 15.5 | 22.8 | 38.2 | 35.3 |
8 | Стеариновая (С18/0/1) | 8.6 | 8.1 | 9.7 | 14.9 | 6.3 | 7.2 | 7.7 | 8.1 |
9 | Олеиновая (С18/1/1) | 7.3 | 7.2 | 12.3 | 13.5 | 4.3 | 5.3 | 2.5 | 10.9 |
10 | Арахиновая (С20/0/1) | 6.3 | 6.8 | 3.0 | 7.9 | 36.9 | 9.2 | 5.2 | 6.9 |
11 | Бегеновая (С22/0/1) | 11.5 | 12.2 | 8.0 | 4.1 | 11.2 | 11.3 | 11.6 | 6.8 |
12 | Трикозановая (С23/0/1) | 1.6 | 1.7 | 2.1 | 1.8 | 3.7 | 2.1 | 0.7 | 0.7 |
13 | Лигноцериновая (С24/0/1) | 14.0 | 11.3 | 16.3 | 5.5 | 9.4 | 11.8 | 8.6 | 4.5 |
14 | Тетракозеновая (С24/1/1) | 2.5 | 1.8 | 5.5 | 4.0 | 0.1 | 8.8 | 2.1 | 9.7 |
15 | Церотиновая (С26/0/1) | 8.7 | 2.9 | 2.2 | 4.2 | 4.4 | 9.7 | 1.0 | 3.0 |
При анализе методами ГЖХ и ХМС в неомыляемой части торфяных битумов неизмененного участка Иласского болотного массива выявлено 22 компонента, а осушенного – 36, в образцах верхового торфа, отобранных на торфяных месторождениях Республики Беларусь – 32, Западной Сибири – 49 компонентов.
Приведенные на рис. 3 диаграммы по составу восковой части битумов торфа различных климатических зон показывают, что неомыляемая фракция битумов торфа субарктической зоны значительно обогащена спиртами и предельными углеводородами, но обеднена амидами, альдегидами и кетонами по сравнению с образцами торфа других климатических зон. Обращает на себя внимание тот факт, что в результате осушения заметно растет доля альдегидов и кетонов. По-видимому, это объясняется процессами окисления за счет аэрации более глубоких слоев залежи в результате осушения. При этом в составе битумов торфа северных регионов обнаружено большее количество непредельных соединений, чем в торфе, сформированном при других геоклиматических и гидрологических условиях, что свидетельствует о замедлении процесса биодеградации растительных соединений в условиях холодного климата.
В водных экстрактах репрезентативных образцов торфа верхового олиготрофного Иласского торфяно-болотного массива, как при естественной влажности, так и после высушивания, спектрофотометрические исследования показали присутствие фенольных соединений (рис. 4). Электронные спектры имеют вид пологих кривых с плечом в области 280 нм, что характерно для ароматических соединений. Спектры экстрактов, извлекаемых водой при тех же условиях из торфа естественной влажности, практически сливаются в одну линию, а расхождения в значениях лежат в пределах погрешности метода. При этом степень извлечения водорастворимой части заметно выше, чем при экстракции воздушно сухого торфа. Очевидно, совместно с таннидами в раствор переходит часть продуктов биотрансформации, а именно, фульвокислоты, для макромолекул которых свойственны преобладание алифатических фрагментов [32] и большое количество функциональных групп [34], образующих надмолекулярные структуры с молекулами воды. При обезвоживании торфа, по-видимому, усиливаются конденсационные процессы, что снижает растворимость фульвокислот. Следует отметить, что при эбулиостатическом титровании [35] водных экстрактов торфа Иласского болотного массива не выявлено аналитически значимых количеств углеводов. Это, по-видимому, объясняется избирательной ассимиляцией моно- и дисахаров микроорганизмами в условиях холодового стресса в сочетании с низкой скоростью гидролиза полисахаридов при пониженных температурах, что хорошо согласуется с низкой степенью разложения торфа, характерной для торфа субарктической зоны.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполненные исследования позволяют заключить, что состояние болотных систем (изменение климата и гидрологических условий) может быть описано исходя из особенностей структурной организации торфа и его компонентного состава, в частности, экстрактивной составляющей (битумов). При этом гидрологические условия торфонакопления в большей степени влияют на процесс гумификации растительных тканей, а климатические – на состав битумной части торфа (изменение содержания и соотношения насыщенных и полиненасыщенных кислот во фракции экстрактивных веществ). Таким образом, компонентный состав торфа дает информацию об условиях его формирования. Дальнейшее развитие этой работы предполагает разработку аналитических схем выделения и идентификацию индивидуальных компонентов фракции экстрактивных веществ, как наиболее чувствительных к стрессовым воздействиям соединений.
Список литературы
Strack M. Peatlands and climate change. Finland: International peat society, 2008. 227 p.
Yu Z.C. // Biogeosciences. 2012. V. 9. P. 4071. https://doi.org/10.5194/bg-9-4071-2012
Joosten H., Tanneberger F., Moen A. Mires and peatlands of Europe: Status, distribution and conservation. Stuttgart: Schweizerbart Science Publishers, 2017. 788 p.
Сирин А.А., Маркина А.В., Минаева Т.Ю. // Материалы международного полевого симпозиума “Болотные экосистемы Северо-Востока Европы и проблемы экологической реставрации в зоне многолетней мерзлоты”. Сыктывкар, 2017. С. 16.
Лиштван И.И., Логинов В.Ф. Твердые горючие ископаемые Республики Беларусь и перспективы их комплексного использования. Минск: Беларуская навука, 2002. 679 с.
Томсон А.Э., Наумова Г.В. Торф и продукты его переработки. Минск: Беларуская навука, 2009. 280 с.
Инишева Л.И., Маслов С.Г. // Химия растительного сырья. 2003. № 3. С. 5.
Бабиков Б.В., Кобак К.И. // Лесной журн. 2016. № 1 (349). С. 9. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2016.1.9
Иванов Г.В., Костюко А.П., Иванов А.А. // Армейский сборник. 2019. № 11. С. 18.
Крючков В.В. Север: природа и человек. М.: Наука, 1979. 128 с.
Боч М.С., Мазинг В.В. Экосистемы болот СССР. Л.: Наука, 1979. 187 с.
Инишева Л.И., Шайдак Л., Сергеева М.А. // Почвоведение. 2016. № 4. С. 505. [Inisheva L.I., Szajdak L., Sergeeva M.A. Dynamics of biochemical processes and redox conditions in geochemically linked landscapes of oligotrophic bogs // Eurasian Soil Science. 2016. V. 49. № 4. P. 466]. https://doi.org/10.1134/S1064229316040050https://doi.org/10.7868/S0032180X16040055
Palozzi J.E., Lindo Z. // Plant and Soil. 2017. V. 418. Iss. 1, 2. P. 277. https://doi.org/10.1007/s11104-017-3291-0
Савельева А.В., Юдина Н.В. // Химия растительного сырья. 2003. № 3. С. 17.
Лиштван И.И., Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. Минск: Наука и техника, 1976. 320 с.
Селянина С.Б., Труфанова М.В., Ярыгина О.Н., Орлов А.С., Пономарева Т.И., Титова К.В., Зубов И.Н. // Тр. ИБВВ РАН. 2017. № 79 (82). С. 200. https://doi.org/10.24411/0320-3557-2017-10040
Соколов О.М., Ивко В.Р. Торфяные ресурсы Архангельской области и их использование // Архангельск: Изд-во АГТУ, 2000. 37 с.
Тюремнов С.Н. Торфяные месторождения. М.: Недра, 1976. 488 с.
ГОСТ 11306-2013. Торф и продукты его переработки. Методы определения зольности. М.: Стандартинформ, 2013. 11 с.
Селянина С.Б., Пономарева Т.И., Орлов А.С., Ярыгина О.Н., Труфанова М.В. Методика измерений группового химического состава торфа гравиметрическим методом: свидетельство об аттестации № 88-16365-009-RA.RU 310657-2017. Архангельск, 2017. 20 с.
Раковский В.Е., Пигулевская Л.В. Химия и генезис торфа. М.: Недра, 1975. 232 с.
Наумова Г.В., Томсон А.Э., Жмакова Н.А., Макарова Н.Л., Овчинникова Т.Ф. // Природопользование. 2012. Вып. 22. С. 236.
Шинкеева Н.А., Маслов С.Г., Архипов В.С. // Вестн. ТГПУ. 2009. Вып. 3 (81). С. 116.
Архипов В.С., Маслов С.Г. // Химия растительного сырья. 1998. № 4. С. 9.
Волков И.И., Жабина Н.Н. // Химический анализ морских осадков. / Под ред. Э.А. Остроумова. М.: Наука, 1980. 263 с.
Селянина С.Б., Труфанова М.В., Забелина С.А., Богданов М.В., Боголицын К.Г., Соколова Т.В., Стригуцкий В.П., Пономарева Т.И., Ярыгина О.Н., Орлов А.С. // Вестн. РФФИ. 2016. № 1 (89). С. 31.
Белькевич П.И., Голованов Н.Г., Долидович Е.Ф. Битумы торфа и бурого угля. Минск: Наука и техника, 1989. 127 с.
Белькевич П.И., Гайдук К.А., Зуев Т.Т., Трубилко Э.В. Торфяной воск и сопутствующие продукты. Минск: Наука и техника, 1977. 232 с.
Мальцева Е.В., Михеев К.В., Юдина Н.В., Буркова В.Н., Ильина А.А. // ХТТ. № 4. 2012. С. 10. [Solid Fuel Chemistry. 2012. V. 46. № 4. P. 212]. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17845482
Селянина С.Б., Парфенова Л.Н., Труфанова М.В., Боголицын К.Г., Соколова Т.В., Стригуцкий В.П., Пехтерева В.С., Томсон А.Э., Цыганов А.Р., Богданов М.В., Мальцева Е.В. // Фундаментальные исследования. 2013. № 4 (2). С. 340. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39211765
Печуро Н.С., Капкин В.Д., Песин О.Ю. Химия и технология синтетического жидкого топлива и газа. М.: Химия, 1986. 352 с.
Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв. М.: Изд-во МГУ, 1974. 177 с.
Хорошавин Л.Б., Медведев О.А., Беляков В.А., Михеева Е.В., Руднов В.С., Байтимирова Е.А. Торф: возгорание торфа, тушение торфяников и торфокомпозиты / МЧС России. М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2013. 256 с.
Гаврильчик А.П., Кашинская Т.Я. Трансформация свойств торфа при антропогенном воздействии. Минск: Беларуская навука, 2013. 305 с.
Томсон А.Э., Орлов А.С., Селянина С.Б., Стригуцкий В.П., Соколова Т.В., Пехтерева В.С., Сосновская Н.Е., Труфанова М.В., Пономарева Т.И., Ярыгина О.Н., Зубов И.Н. // Природопользование. 2018. № 1. С. 198.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Химия твердого топлива