Көмір гуминді тыңайтқыштардың топырақ құрамына әсерін зерттеу
РЕФЕРАТ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 4
І. ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ
І.1 Көміргумин туралы түсінік, олардың маңызы мен қызметі ... ... ... ... 6
І.2 Гумин заттарының химиялық құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .14
І.3 Гумус қышқылдарының құрылысы мен қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... 19
І.4 Гумус қышқылдарының элементтік құрамы ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 21
І.5 Көміргумин тыңайтқышының құрылысын зерттеу әдістері ... ... ... ... 23
І.6 Көміргумин қышқылдарының функционалдық құрамы ... ... ... ... ... 24
І.7 ЯМР мәліметі бойынша шығу тегі әртүрлі көміргумин қышқылдарының құрамының ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25
І.8 Өсімдіктің қоректенуі мен тыңайтқыш қолдануға байланысты топырақ қасиеттерінің өзгеруі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .28
І.9 Өсімдіктің әр түрлі өсу кезеңдерінде қоректік заттарды қабылдау ерекшеліктері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 41
ІІ. ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ
ІІ.1 Зерттелуші көміргумин ерітіндісімен топырақ агрегаттарын өңдеу кезінде өзгерісін анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 44
ІІ.2 ЯМР спектроскопиялық әдісімен көміргуминді тыңайтқыштарының құрылымы, топтың құрамын зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 50
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 51
ҚОСЫМШАЛАР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...55
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 4
І. ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ
І.1 Көміргумин туралы түсінік, олардың маңызы мен қызметі ... ... ... ... 6
І.2 Гумин заттарының химиялық құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .14
І.3 Гумус қышқылдарының құрылысы мен қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... 19
І.4 Гумус қышқылдарының элементтік құрамы ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 21
І.5 Көміргумин тыңайтқышының құрылысын зерттеу әдістері ... ... ... ... 23
І.6 Көміргумин қышқылдарының функционалдық құрамы ... ... ... ... ... 24
І.7 ЯМР мәліметі бойынша шығу тегі әртүрлі көміргумин қышқылдарының құрамының ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25
І.8 Өсімдіктің қоректенуі мен тыңайтқыш қолдануға байланысты топырақ қасиеттерінің өзгеруі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .28
І.9 Өсімдіктің әр түрлі өсу кезеңдерінде қоректік заттарды қабылдау ерекшеліктері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 41
ІІ. ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ
ІІ.1 Зерттелуші көміргумин ерітіндісімен топырақ агрегаттарын өңдеу кезінде өзгерісін анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 44
ІІ.2 ЯМР спектроскопиялық әдісімен көміргуминді тыңайтқыштарының құрылымы, топтың құрамын зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 50
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 51
ҚОСЫМШАЛАР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...55
Жұмыстың актуалдылығы: Бүгінгі таңда Қазақстанда ауыл- шаруашылығы өнімділігінің төмендеуіне маңызды себеп топырақтың бүлінуі мен азғындауы, олардың табиғи құнарының таусылуы болып табылады, әрі оған олардың улы химикаттармен ластануы мен жоғары балластты тыңайтқыш мөлшерінің артуы да себеп болуда.
Топырақ құнарының негізгі элементтерінің бірі әрі топырақтың құрылымын түзуінің негізгі шарты оның құрамында гумустың бар болуы болып табылады. Қазақстанның тәуелсіздік алуымен жергілікті табиғи қорлар мен қолда бар мүмкіндіктерді кешенді түрде жаңаша шешу мәселелері мен олардың негізінде химия, ауыл шаруашылығы мен басқа да салаларды қолданылуы мүмкін.
Қазақстанның шикізат потенциялы жеткіліксіз пайдалану жеткілікті себептермен түсіндіріледі, соның ішінде іс-жүзінде нәтижелерді зерттеу мен нақтылау сатысында мәселені кешенді түрде шешудегі химиялық бетбұрыстың жоқтығы болып табылады.
Қазақстанда топырақтың құрылымын жақсартатын көміргумин алудың шикізат ресурстары бола тұрып, қазіргі шетелден әкелінетін қымбат органикалық тыңайтқыштар пайдалануда.
Жұмыстың мақсаты мен міндеттері: Жұмыстың негізгі мақсаты – бүгінгі таңдағы Қазақстанның топырағының құрылымына сипаттама бере отырып, оның өнімділікке, өнімнің сапасына, сыртқы әсерлерге тұрақты-лығына талдау жасау.
Осы мақсаттарды орындау барысында мынадай міндеттерді шешу қажеттіліктері анықталды:
1. Көміргуминді тыңайтқыштардың топырақтың құрылымына әсерін талдау жасау.
2. Көміргуминді тыңайтқыштар өндіруде туындайтын мәселелерді анықтау.
3. Ауыл шаруашылығында көміргуминді тыңайтқыштарды пайдаланудың экологиялық проблемалары, оны шешудің жолдарын құрастыру.
Зерттеу жұмыстарының әдістемесі. Дипломдық жұмыста зерттеліп отырған көміргуминді тыңайтқыштардың топырақтың құрылымына тигізетін әсерін зерттеулердің нәтижелері талданды.
Топырақ құнарының негізгі элементтерінің бірі әрі топырақтың құрылымын түзуінің негізгі шарты оның құрамында гумустың бар болуы болып табылады. Қазақстанның тәуелсіздік алуымен жергілікті табиғи қорлар мен қолда бар мүмкіндіктерді кешенді түрде жаңаша шешу мәселелері мен олардың негізінде химия, ауыл шаруашылығы мен басқа да салаларды қолданылуы мүмкін.
Қазақстанның шикізат потенциялы жеткіліксіз пайдалану жеткілікті себептермен түсіндіріледі, соның ішінде іс-жүзінде нәтижелерді зерттеу мен нақтылау сатысында мәселені кешенді түрде шешудегі химиялық бетбұрыстың жоқтығы болып табылады.
Қазақстанда топырақтың құрылымын жақсартатын көміргумин алудың шикізат ресурстары бола тұрып, қазіргі шетелден әкелінетін қымбат органикалық тыңайтқыштар пайдалануда.
Жұмыстың мақсаты мен міндеттері: Жұмыстың негізгі мақсаты – бүгінгі таңдағы Қазақстанның топырағының құрылымына сипаттама бере отырып, оның өнімділікке, өнімнің сапасына, сыртқы әсерлерге тұрақты-лығына талдау жасау.
Осы мақсаттарды орындау барысында мынадай міндеттерді шешу қажеттіліктері анықталды:
1. Көміргуминді тыңайтқыштардың топырақтың құрылымына әсерін талдау жасау.
2. Көміргуминді тыңайтқыштар өндіруде туындайтын мәселелерді анықтау.
3. Ауыл шаруашылығында көміргуминді тыңайтқыштарды пайдаланудың экологиялық проблемалары, оны шешудің жолдарын құрастыру.
Зерттеу жұмыстарының әдістемесі. Дипломдық жұмыста зерттеліп отырған көміргуминді тыңайтқыштардың топырақтың құрылымына тигізетін әсерін зерттеулердің нәтижелері талданды.
1. Благовещенский А. Предисловие к статье Прозоровской «Влияние гуминовой кислоты и ее производных на поступление в растения азота, фосфора, калия и железа». Сб.НИУИФ, вып. 127., 1936.
2. Волков Т.М., Хотунцев Л.Л. В сб. Гуминовые удобрения, г. П, Киев, 1962, с. 533
3. Волков Г.М. О технологии производства гуминовых кислот, Тр.ИГИ, т,ХП, М., 1961, с.65.
4. Горовая А.И., Орлов Д.С., Щербенко О.В. Гуминовые вещества. – Киев: Наук. думка, 1995. – 304с
5. Гуминовые вещества в биосфере /Под ред. Д.С.орлова.-М.: Наука, 1993. -238с.
6. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения /Отв. Ред. В.П.попов. – Киев: Гос.изд. с/х лит., 1962. – 649с.
7. Горовая А.И., Грановский Н.М., Кравцова Л.В. и др. Влияние физически активных гуминовых веществ на радиорезистентность клеток млекопитающих и микроорганизмов. В сб. «Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. T.V. - Днепропетровск, издание Днепропетровского сельхозинститута, 1975, с.224 - 234.
8. Гуминовые препараты. Научные труды Тюменского сельскогохозяйственного ин-та. Т ХІV, Тюмен, 1971.
9. Драгунов С.С. Исследование гуминовых кислот. Труды МТИ, Вып. 3, 1955
10.Драгунов С.С. Строение гуминовых кислот и приготовление гуминовых удобрений. Труды МТИ, вып. 8, 1958
11. Драгунов С.С. В сб. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения, и. 2. Киев, 1962, с.ІІ.
12. Драгунов С.С. Строение гуминовых кислот и приготовление гуминовых удобрений. Тр. Московского торфного ин-та, вып. 8.М., 1958.
13. Забрамный Д.Т., Победоносцева О.И., Победоносцева Н.И., Умаров Т.Ж. Углегуминовые кислоты и их использование. - Ташкент, Изд-во «Фан» Узбекской ССР, 1980. 153 с.
14. Иванов Н.Г. и Трушкина Н.И. Бурый уголь как удобрение. Труды НИУИФ, вып. 127, 1936. С.98-131
15. Кальнин М.М. В сб. Гуминовые удобрение, ч.2, Киев, 1962, с.527ү
16. Кистер Э.Г., Жванецкий Е.Ф. О рациональной технологии производства углещелочного реагента. - Нефтяное хозяйство № 2, 1959, с. 33-37.
17. Кухаренко Т.А., Екатерина Л.Н. «Почвоведение», 1965, № 11, с.66.
18. Лозановская И.Н. и др. Экология иохрана биосферы при химическом загрязнении. – М.: Высшая школа, 1998. – 287с.
19. Ларина В.А., Мирошниченко Л.А., Киструсская Т.В. Опыт применения углегуминовых удобрений в условиях Восточной Сибири. В сб. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения., ч.П. - Киев; Госсельхозиздат УССР, 1962, с. 405-421.
20. Орлов Д.С., Безуглова О.С. Биогеохимия. Учебник. – Р-н-Д.: ФЕНИКС, 2000. – 317с.
21. Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. – М.: Изд-во МГУ, 1981. – 272с.
22. Орлов Д.С. Гуминовые вещества в биосфере //Статьи Соровского Образовательного журнала в текстом формате. Химия . – МГУ им. М.В.Ломоносова, 1997 //Интернет-сайт// www.pereplet.ru./obrazovanie/stsoros/260.html
23. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ, 1990. 325 с.
24. Патент № JAP 02336. UZ - Способ получения удобрений, приоритет изобретений 14.01.1999. 2003 .
25. Пивоваров Л.Р. О природе физиологической активности в связи с их строением. Сб. «Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения»., ч.П, Киев: Госсельхозиздат УССР. 1962, с.101-121.
26. Попов B.C. Создание промышленного производства бактериальных гуминовых удобрений - веление времени / Тез.науч.-практ. конф.мин.водн. и сельск. хоз-ва. - Ташкент, 2000.
27. Предисловие редакторов Н.В. Милетенко и М.А.Комарова к совместному проекту стран СНГ «Агрономические руды и минеральные удобрения в обеспечении продовольственной безопасности» /Материалы к V сессии Межправительственного совета по разведке, использования и охраны недр. - Москва - Жанатас. 2001.
28. Попов B.C., Борминский С.И., Юсупходжаев М. Сохранение и восстановление содержаний гумуса в почвах // Современные проблемы развития минерально-сырьевой базы Республики Узбекистан /Тез.науч.практ. конф. (2 октября 2001 г.) -Ташкент; ИМР, 2001. С.238-239.
29. Реутов В.А. Использование бурых углей Днепровскоого бассейна в качестве сырья для производства гуминовых удобрений в степной зоне УССР. Веб.: Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения», ч.2. - Киев: Госсельхозиз-дат, 1962, с.445-467.
30. Фокин А.Л., Бобырь Л.Ф., Епишина Л.А. и др. О проникновении гумусовых веществ в клетки растений, т. V - Днепропетровск, Изд-во Днепропетровского сельскохозяйственного института, 1975, с. 38-56.
31. Химическая энциклопедия в 5 томах. Т.1. – М.: «Сов. Энциклопедия», 1988. – 623с.
32. Христева Л.А. Роль гуминовых кислот в питании растений. Труды почвенного института АНСССР, т.38, 1951.
33. Христева Л.А., Ярчук И.И., Кузько М.А. Физиологические принципы технологии гуминовых удобрений В сб. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. - Харьков, Изд-во Харьковского университета, 1957, с. 163-184.
34. Ярчук И.И. Данные к технологии получения гуминовых удобрений из различных каустобиолитов. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Кн.2. - Киев: Госсельхозиздат УССР, 1962, с.433-443.
35. Қобланова О.Н., Дуисебаев Ш.Е., Есенов Ч.К. Гумин қышқылы негізінде алынған тыңайтқыштарды ауыл шаруашылығы дақылдарының өнімділігін қолдану. /Труды междунородной научно-практической конференции «Совроменные проблемы подготовки педагогических кадров и перспективы развития естественных наук-2» Шымкент, 2008
36. Ш.Есенов., Г.Кадирова., О.Н.Қобланова Гумин қышқылы негізінде алынған тыңайтқыштарды ауыл шаруашылығы дақылдарының өнімділігін қолдану. /Материалы/ Студенческой научно-практической конференции «Әлем таныған Астана» Шымкент, 2008
37. www.google.ru
38. www.humate.ru
39. www.pereplet.ru
40. www.agrolibkz.narod.ru
41. www.biotehnogya.narod.ru
42. www.humus.ru
2. Волков Т.М., Хотунцев Л.Л. В сб. Гуминовые удобрения, г. П, Киев, 1962, с. 533
3. Волков Г.М. О технологии производства гуминовых кислот, Тр.ИГИ, т,ХП, М., 1961, с.65.
4. Горовая А.И., Орлов Д.С., Щербенко О.В. Гуминовые вещества. – Киев: Наук. думка, 1995. – 304с
5. Гуминовые вещества в биосфере /Под ред. Д.С.орлова.-М.: Наука, 1993. -238с.
6. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения /Отв. Ред. В.П.попов. – Киев: Гос.изд. с/х лит., 1962. – 649с.
7. Горовая А.И., Грановский Н.М., Кравцова Л.В. и др. Влияние физически активных гуминовых веществ на радиорезистентность клеток млекопитающих и микроорганизмов. В сб. «Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. T.V. - Днепропетровск, издание Днепропетровского сельхозинститута, 1975, с.224 - 234.
8. Гуминовые препараты. Научные труды Тюменского сельскогохозяйственного ин-та. Т ХІV, Тюмен, 1971.
9. Драгунов С.С. Исследование гуминовых кислот. Труды МТИ, Вып. 3, 1955
10.Драгунов С.С. Строение гуминовых кислот и приготовление гуминовых удобрений. Труды МТИ, вып. 8, 1958
11. Драгунов С.С. В сб. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения, и. 2. Киев, 1962, с.ІІ.
12. Драгунов С.С. Строение гуминовых кислот и приготовление гуминовых удобрений. Тр. Московского торфного ин-та, вып. 8.М., 1958.
13. Забрамный Д.Т., Победоносцева О.И., Победоносцева Н.И., Умаров Т.Ж. Углегуминовые кислоты и их использование. - Ташкент, Изд-во «Фан» Узбекской ССР, 1980. 153 с.
14. Иванов Н.Г. и Трушкина Н.И. Бурый уголь как удобрение. Труды НИУИФ, вып. 127, 1936. С.98-131
15. Кальнин М.М. В сб. Гуминовые удобрение, ч.2, Киев, 1962, с.527ү
16. Кистер Э.Г., Жванецкий Е.Ф. О рациональной технологии производства углещелочного реагента. - Нефтяное хозяйство № 2, 1959, с. 33-37.
17. Кухаренко Т.А., Екатерина Л.Н. «Почвоведение», 1965, № 11, с.66.
18. Лозановская И.Н. и др. Экология иохрана биосферы при химическом загрязнении. – М.: Высшая школа, 1998. – 287с.
19. Ларина В.А., Мирошниченко Л.А., Киструсская Т.В. Опыт применения углегуминовых удобрений в условиях Восточной Сибири. В сб. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения., ч.П. - Киев; Госсельхозиздат УССР, 1962, с. 405-421.
20. Орлов Д.С., Безуглова О.С. Биогеохимия. Учебник. – Р-н-Д.: ФЕНИКС, 2000. – 317с.
21. Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. – М.: Изд-во МГУ, 1981. – 272с.
22. Орлов Д.С. Гуминовые вещества в биосфере //Статьи Соровского Образовательного журнала в текстом формате. Химия . – МГУ им. М.В.Ломоносова, 1997 //Интернет-сайт// www.pereplet.ru./obrazovanie/stsoros/260.html
23. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ, 1990. 325 с.
24. Патент № JAP 02336. UZ - Способ получения удобрений, приоритет изобретений 14.01.1999. 2003 .
25. Пивоваров Л.Р. О природе физиологической активности в связи с их строением. Сб. «Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения»., ч.П, Киев: Госсельхозиздат УССР. 1962, с.101-121.
26. Попов B.C. Создание промышленного производства бактериальных гуминовых удобрений - веление времени / Тез.науч.-практ. конф.мин.водн. и сельск. хоз-ва. - Ташкент, 2000.
27. Предисловие редакторов Н.В. Милетенко и М.А.Комарова к совместному проекту стран СНГ «Агрономические руды и минеральные удобрения в обеспечении продовольственной безопасности» /Материалы к V сессии Межправительственного совета по разведке, использования и охраны недр. - Москва - Жанатас. 2001.
28. Попов B.C., Борминский С.И., Юсупходжаев М. Сохранение и восстановление содержаний гумуса в почвах // Современные проблемы развития минерально-сырьевой базы Республики Узбекистан /Тез.науч.практ. конф. (2 октября 2001 г.) -Ташкент; ИМР, 2001. С.238-239.
29. Реутов В.А. Использование бурых углей Днепровскоого бассейна в качестве сырья для производства гуминовых удобрений в степной зоне УССР. Веб.: Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения», ч.2. - Киев: Госсельхозиз-дат, 1962, с.445-467.
30. Фокин А.Л., Бобырь Л.Ф., Епишина Л.А. и др. О проникновении гумусовых веществ в клетки растений, т. V - Днепропетровск, Изд-во Днепропетровского сельскохозяйственного института, 1975, с. 38-56.
31. Химическая энциклопедия в 5 томах. Т.1. – М.: «Сов. Энциклопедия», 1988. – 623с.
32. Христева Л.А. Роль гуминовых кислот в питании растений. Труды почвенного института АНСССР, т.38, 1951.
33. Христева Л.А., Ярчук И.И., Кузько М.А. Физиологические принципы технологии гуминовых удобрений В сб. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. - Харьков, Изд-во Харьковского университета, 1957, с. 163-184.
34. Ярчук И.И. Данные к технологии получения гуминовых удобрений из различных каустобиолитов. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Кн.2. - Киев: Госсельхозиздат УССР, 1962, с.433-443.
35. Қобланова О.Н., Дуисебаев Ш.Е., Есенов Ч.К. Гумин қышқылы негізінде алынған тыңайтқыштарды ауыл шаруашылығы дақылдарының өнімділігін қолдану. /Труды междунородной научно-практической конференции «Совроменные проблемы подготовки педагогических кадров и перспективы развития естественных наук-2» Шымкент, 2008
36. Ш.Есенов., Г.Кадирова., О.Н.Қобланова Гумин қышқылы негізінде алынған тыңайтқыштарды ауыл шаруашылығы дақылдарының өнімділігін қолдану. /Материалы/ Студенческой научно-практической конференции «Әлем таныған Астана» Шымкент, 2008
37. www.google.ru
38. www.humate.ru
39. www.pereplet.ru
40. www.agrolibkz.narod.ru
41. www.biotehnogya.narod.ru
42. www.humus.ru
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
Қ.А.ЯСАУИ АТЫНДАҒЫ ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҚАЗАҚ-ТҮРІК УНИВЕРСИТЕТІ
ШЫМКЕНТ ИНСТИТУТЫ
ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ФАКУЛЬТЕТІ
ОРГАНИКАЛЫҚ ЖӘНЕ ФИЗИКАЛЫҚ ХИМИЯ КАФЕДРАСЫ
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
Көмір гуминді тыңайтқыштардың топырақ құрамына әсерін зерттеу
Орындаған студент: тобының студенті Дуисебаев Ш.Е.
Ғылыми жетекшісі: х.ғ.к., ХҚТУ проф. Қобланова О.Н.
Шымкент-2011
МАЗМҰНЫ
РЕФЕРАТ
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... 3
КІРІСПЕ
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... . 4
І. ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ
І.1 Көміргумин туралы түсінік, олардың маңызы мен
қызметі ... ... ... ... 6
І.2 Гумин заттарының химиялық құрылымы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..14
І.3 Гумус қышқылдарының құрылысы мен қасиеттері
... ... ... ... ... ... ... 19
І.4 Гумус қышқылдарының элементтік құрамы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
І.5 Көміргумин тыңайтқышының құрылысын зерттеу әдістері ... ... ... ...
23
І.6 Көміргумин қышқылдарының функционалдық құрамы ... ... ... ... ...
24
І.7 ЯМР мәліметі бойынша шығу тегі әртүрлі көміргумин қышқылдарының
құрамының
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
25
І.8 Өсімдіктің қоректенуі мен тыңайтқыш қолдануға байланысты топырақ
қасиеттерінің өзгеруі
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
.28
І.9 Өсімдіктің әр түрлі өсу кезеңдерінде қоректік заттарды қабылдау
ерекшеліктері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... 41
ІІ. ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ
ІІ.1 Зерттелуші көміргумин ерітіндісімен топырақ агрегаттарын өңдеу
кезінде өзгерісін анықтау
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... 44
ІІ.2 ЯМР спектроскопиялық әдісімен көміргуминді тыңайтқыштарының
құрылымы, топтың құрамын зерттеу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 45
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... 50
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН
ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 51
ҚОСЫМШАЛАР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... .55
РЕФЕРАТ
Дипломдық жұмыстың көлемі 65 беттен, 3 суреттен, 12 кестеден,
кіріспеден, әдебиеттік шолудан, эксприменттік бөлім мен қорытындыдан,
пайдаланылған әдеби материалдар тізімінен тұрады.
Негізгі терминдер: гумин қышқылдары, көміргумин тыңайтқыштары,
көміргуминнің химиялық және физикалық қасиеттері, ЯМР спектрі, топырақ,
фульфоқышқылдары, химиялық элементтер және басқалар.
Дипломдық жұмыстың зертттеудің негізгі мақсаты: бүгінгі таңдағы
Қазақстанның топырағының құрылымына сипаттама бере отырып, оның
өнімділікке, өнімнің сапасына, сыртқы әсерлерге тұрақтылығына талдау жасау.
Зерттеу объектісі: зерттеу объектісі ретінде көміргуминнің топырақ
құрылымына әсері алынды.
Зерттеудің ғылыми жаңалығы: көмір гумин ерітіндісімен топырақта суға
беріктігі, көміргумин қышқылы мен топырақтың ЯМР спектірі қарастырылды.
Көміргумин тыңайтқышының топырақтың құрамына тигізетін әсері зерттелді.
Алынған нәтижелер: зерттеу нәтижесінде көміргуминді тыңайтқыш -тардың
топырақ құрылымына тигізетін әсерін анықтау барысында химиялық физика –
химиялық жүргізілген зерттеулер жақсы нәтиже көрсетті.
КІРІСПЕ
Жұмыстың актуалдылығы: Бүгінгі таңда Қазақстанда ауыл- шаруашылығы
өнімділігінің төмендеуіне маңызды себеп топырақтың бүлінуі мен азғындауы,
олардың табиғи құнарының таусылуы болып табылады, әрі оған олардың улы
химикаттармен ластануы мен жоғары балластты тыңайтқыш мөлшерінің артуы да
себеп болуда.
Топырақ құнарының негізгі элементтерінің бірі әрі топырақтың құрылымын
түзуінің негізгі шарты оның құрамында гумустың бар болуы болып табылады.
Қазақстанның тәуелсіздік алуымен жергілікті табиғи қорлар мен қолда бар
мүмкіндіктерді кешенді түрде жаңаша шешу мәселелері мен олардың негізінде
химия, ауыл шаруашылығы мен басқа да салаларды қолданылуы мүмкін.
Қазақстанның шикізат потенциялы жеткіліксіз пайдалану жеткілікті
себептермен түсіндіріледі, соның ішінде іс-жүзінде нәтижелерді зерттеу мен
нақтылау сатысында мәселені кешенді түрде шешудегі химиялық бетбұрыстың
жоқтығы болып табылады.
Қазақстанда топырақтың құрылымын жақсартатын көміргумин алудың шикізат
ресурстары бола тұрып, қазіргі шетелден әкелінетін қымбат органикалық
тыңайтқыштар пайдалануда.
Жұмыстың мақсаты мен міндеттері: Жұмыстың негізгі мақсаты – бүгінгі
таңдағы Қазақстанның топырағының құрылымына сипаттама бере отырып, оның
өнімділікке, өнімнің сапасына, сыртқы әсерлерге тұрақты-лығына талдау
жасау.
Осы мақсаттарды орындау барысында мынадай міндеттерді шешу
қажеттіліктері анықталды:
1. Көміргуминді тыңайтқыштардың топырақтың құрылымына әсерін талдау жасау.
2. Көміргуминді тыңайтқыштар өндіруде туындайтын мәселелерді анықтау.
3. Ауыл шаруашылығында көміргуминді тыңайтқыштарды пайдаланудың экологиялық
проблемалары, оны шешудің жолдарын құрастыру.
Зерттеу жұмыстарының әдістемесі. Дипломдық жұмыста зерттеліп отырған
көміргуминді тыңайтқыштардың топырақтың құрылымына тигізетін әсерін
зерттеулердің нәтижелері талданды.
Зерттеудің теориялық және практикалық маңызы: Дипломдық жұмыста
көміргумин тыңайтқыштарының топырақтың құрылымына тигізетін әсері жан -
жақты зерттелді. Ауыл шаруашылыңында көміргумин препараттар алудың, оны
топырақтың оны топырақтың құрылымына тигізетін әсерлері ашылып көрсетілді.
Жоғары оқу орындарында. Топырақтану пәнінен факультативтік сабақтарда осы
дипломдық жұмыс материалдарын пайдалануға болады.
І. ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ
І.1 Көміргумин туралы түсінік, олардың маңызы мен қызметі
Саны үздіксіз артып келе жатқан халықты азық - түлікпен қамтамассыз ету
мәселесін шешу жердің биологиялық өнімділігін арттыруды қажет етеді. Бұл
мақсатқа минералды тыңайтқыштар мөлшерін шексіз арттыру арқылы қол жеткізу
мүмкін емес.
Қазіргі минералды тыңайтқыштар мөлшерін арттыру олардың тиімділігін,
пайдалану коэфициенттін төмендетуге және қолайсыз экологиялық зардаптарға
(өзен көлдердің ластануы, ауыл шаруашылық өнімдеріндегі нитрат құрамының
жоғарылығы) алып келеді. Егін шаруашылығы өнімділіктің төмендеуіне маңызды
себеп топырақтың бүлінуі және азғындауы, олардың табиғи құнарының таусылуы
болып табылады. Олардың улы химикаттармен ластануы жоғары балластты
тыңайтқыштар дозасының артуы да себеп болды 4.
Ауыл шаруашылық өндірісінің өнімділігін ұлғайтуға қол жеткізу
топырақтың агрофизика - химиялық жағдайын жақсартуды, шығынды азайтқан
кезде минералды тыңайтқыштардың қоректік элементтерін пайдалану
коэфициенттін арттыруды, сыртқы ортаның қолайсыз әсеріне төзімділікті
арттырған кезде, өсімдіктердің жылдам дамуы үшін химиялық заттармен
қоректендіруді қажет етеді 7.
Топырақ құнарлығының негізгі элементтерінің бірі және олардың өздерінің
тіршілік етуінің шарты гумустық бар болуы болып табылатындағы белгілі. Ауыл
шаруашылығы өндірісінде көмірлі гуминді препараттарды пайдалану топырақтың
агрофизика - химиялық жағдайы және өсімдіктердің өсуіне өзінің сан алуан
әсері ертеден-ақ зерттеушілердің назарын аударды. Бірақ түрлі компоненттер
мен гуминді заттардың жағдайы топырақ түзу процесінің тиімділігі мен
бағыттылығына, өсімдіктердің физиологиялық жағдайына білдей әсер етпейтінін
ескеру керек 1.
Топырақтағы гумус тапшылығы бұл қазіргі мақсатқа одақтың европалық
бөлігіндегі қазіргі уақытта қоры таусылуға жақын, сондықтан торф және
өсімдік қалдықтарын пайдалануға мәжбүр етті. Ал, гумин қышқылдарын құрайтын
қазба көмірдің қоры өте көп. Бірақ топырақтанушылар топыраққа енгізілген
гуминді көмірлер топырақ түзу процесіне қатыспайтын инертті заттар болып
табылатынын, оларда тек химиялық өңдеуден кейін ғана тыңайтқыштың қасиет
пайда болатынын анықтады 12.
Зерттелген көмірлер арасында Ташкент көмірі және олардың брикеттеу
фабрикасында қоңыр көмір бринеті өндіру кезінде фабрикаға жақын
территорияға жинақталатын, үлкен аумақты алатын, ал жел тұрған кезде жақын
жердегі елді мекен массивінің атмосферасын ластайтын брикет қиқымдары мен
ұнтақтары, сулы көмір шламы түріндегі өнеркәсіптік қалдықтар түзіледі 3.
Шламдарды және брикеттеу фабрикасының қиқымдарын қайта пайдалану
мәселесі осы кезге дейін шешімін таппай келеді. Топырақтың құнарын
көтеретін, ауыл шаруашылығы өндірісі тауарларында бірқатар бағалы шикізат
болып табылатын, Ташкент қоңыр көмірін отынға пайдалану да оның қорының
азаюына алып келеді 27.
Химия Институның жасаған ұсыныс негізінде, 1978 жылы Башқұрткөмір
өндірістік бірлестігінде іріленген лабораториялық қондырғыда 13 тонна
аммоний гуматы өндірілді. Алмалық химия зауыты аммоний гуматынан фосфор -
аммиак - гумин тыңайтқышының (ФАГУМ) тәжірибелік партиясын дайындайды, оның
негізінде эродирленген сұр топырақты жердің құнарын арттыру мақсатында
Ташкент облысының егіс даласында сынақ жүргізілді. Сынақ нәтижелері ФАГУМ
құрамындағы гумин қышқылдары мақтаның тамыр жүйесінің және жер үсті
бөлігінің дамуы мен өсуін күшейтеді және өз кезегінде топырақтың минералды
қоректік элементтерін өсімдіктердің, жақсы пайдалануына көмектеседі,
нәтижесінде мақтаның дамуы мен өсуіне қолайлы жағдай туғызылады және мақта
шикізаттың өнімін 2,5-3,0 ц\га артуын қамтамассыз етеді 21.
Қазіргі заманғы аналитикалық химияның қарқында дамып келе жатқан
бағыттарының бірі күрделі органикалық матрицалар анализі - тірі
организмдердің тіршілік ету және ыдырау өнімдері болып табылады. Осы
нысаналардың маңызды өкілі гумин заттарын (латын сөзінен - “humus” - жер,
топырақ) болып табылады. Олар организмдердің ыдырау нәтижесінде түзіле
отырып, органикалық көміртегі құрамын құрайды. Гумин заттарының ерекшелігі
тұрақты структуралардың табиғи іріктеу нәтижесінде түзілуіне негізделген
стехостикалық сипаты болып табылады. Гумин заттарының фундаментальдық
қасиеттеріне құрамның стехиометриялы еместігі, құрылыстың ретсіздігі,
структуралық элементтердің гетерогенді және полидисперстілік жатады 18.
Көрсетілген қасиеттерге ие бола отырып, гумус қышқылдары маңызды
биосфералық қызметтің толық жиынтығын орындайды. Олардың қатарына топырақты
структуралау; өсімдіктер үшін қолайлы түрде қоректік элементтер мен
микроэлементтерді жинақтау; су және топырақ экожүйесіндегі металдардың
геохимиялық ағынын реттеу жатады. Қоршаған ортаның химиялық ластануы
негізгі мәселердің бірі болып табылатынын ғасырдың аяғына қарай оларға тағы
да қышқылдарының протекторлық әсері деп метал иондары сияқты ластанған
топырақ және сулы ортадығы органикалық токсиканттарды берік комплекстерге
байланыстыруға қабілеттілігін айтады. Ондай байланыстырудың экологиялық
зардаптары - экотоксиканттар түрі мен олардың миграциялық қабілетінің
өзгеруі, биологиялық қолайлықтың және токсиндіктің азаюы. Соңғысы өте
мағызды және токсинанттық бос түрі максималды белсенділікке ие екендігімен
байланысты. Байланысқан заттар өзінің уыттылығын жоғалтады. Осының
негізінде гумус қышқылдарын табиғи додиксанттар ретінде қарастыруға болады
14.
Гумин заттарын зерттеумен органикалық химия, топырақ химиясы,
биогеохимия, топырақтану, агрономия, экология және биосфераны қорғау,
өсімдіктерді минералды қоректендіру теориясы және басқалар шұғылданады.
Гумин заттарының ашылу тарихы өзінің бастауын XVIII ғасырлардан алады.
Осы саладағы алғашқы зерттеу қорытындылары Ф.Ахард жұмыстарымен байланысты,
ол топырақ және торфқа сілті ерітіндісімен әсер ету арқылы қара-қоңыр
ерітінді алды. Осыдан он жыл өткеннен кейін Л.Вокелен кәрі шегіршен діңінен
осыған ұқсас зат бөліп алды. 1807 жылы Т.Томсон бұл затты ульмин деп атады.
Гумин заттарына ұлы швед химигі Я.Берцелиус көп көңіл бөлді 8.
Соңғы жарты ғасырда гумин заттарын зерттеуге орыс және кеңес ғалымдары,
әсіресе топырақ танушылар: И.В.Тюрин, И.М.Кононова, С.С.Драгунов, көптеген
шетел зерттеушілері, оның ішінде В.Фляиг (ГФР) Ф.Дишофуп, Ф.Стевенсон
басқалар үлкен үлес қосты. 1981 жылы гумин заттарын зерттеу бойынша
Халықаралық қоғам құру туралы шешім қабылдады 25.
Қазіргі уақытта түрлі табиғи обектілерден гумин заттарын бөліп алудың
әдістері жасалды, олардың химиялық құрамы, барлық маңызды қаситтері
анықталды топыраққа, өсімдіктерге, микроорганизмдерге, балықтар мен
жануарларға әсері зерттелді 22.
Гумин заттарын өнеркәсібтік өндірісте және ауыл шаруашылығында
пайдалану мүмкіндіктері анықталды. Гумин тыңайтқыштары бойынша алғашқы
жұмыстар Л.А.Христева, С.С.Драгунов және басқа ғалымдардың меншігіне жатады
12.
Соңғы 10 - 15 жылда гумин заттарын зерттеумен шұғылданатын ғалымдар
арасында 500-ден астам ғылыми жұмыстардың авторы, 1995 жылғы ғылым және
техника саласындағы РФ үкіметі сыйлығының, акамедик К.К.Гедройц атындағы
алтын медаль иегері, акамедик В.Р.Вильямс атындағы сыйлықтың, Ломоносов
сыйлығының екі рет лауреаты, РФ еңбек сіңірген қайраткер, МГУ еңбегі сіңген
профессор, биология ғылымдарының докторы, И.В.Ломоносов атындағы Мәскеу
мемлекеттік университетінің топырақтану факультеті топырақ химия
кафедрасының меңгерушісі Д.С.Орловтың атын атауға болады 20.
Гумин заттарының химиялық құрамы мен биологиялық қызметі, табиғи пайда
болуын ашып көрсету болып табылады.
Гуминді заттар ұғымы, олардың табиғи шығу тегі және биосфералық
қызметтері 21.
Биосфераға үш негізгі компонеттер: тірі заттар; биогенді заттар (тірі
заттардан құралған органо - минералдың және органикалық өнімдер);
биологиялық қатты заттар (тірі организмдердің өлі табиғатпен өзара
әрекеттесуі нәтижесінде түзілген, минералды заттар) кіретіні белгілі 22.
Биосфераның маңызды компонетті топырақ жабындысы болып табылады.
Топырақ құрамына кіретін органикалық заттар жиынтығы өте көп барлық
органикалық заттар өзінің шығу тегі, сипаты және қызметі бойынша гумин екі
топқа бөлінеді: органикалық қылдықтар және гумус. Олардың біріншісін өзінің
анотологиялық құрылысын жоғалтпаған, тірі организмдердің өлген бөліктері
құрайды. Бұл компонеттер топырақта бірінші реттік процесс гумификацияға
ұшырайды, оған ерекше гумин заттарының түзілуі кіреді 22.
Гумус (қара шірік) - топырақтағы, бірақ тірі организмдер құрамына
кірмейтін бүкіл органикалық қосылыстар жиынтығы.
Гуминді заттар гумус құрамында болады. Ол - қоңыр түсті, топырақта,
торфта, көмірде және басқа табиғи денелерде түзілетін, азот құрайтын жоғары
молекулалық қосылыстар. Олар энергия және қоректік элементтерді жинақтайды,
катиондар миграциясына қатысады, токсинді заттардың жағымсыз әсерін
төмендетеді, организмдердің дамуына және планетаның жылу баланысына әсер
етеді. Олар тұрақты, жоғары молекулалық, жартылай дисперсті, түрлі
функциональдық топтарды, амин қышқылдарын, полисахаридтерді, бензоидтық
фрагменттерді құрайды 27.
Гумин заттары гумусты қышқылмен, прогуминді заттармен және гумендермен
көрсетіледі.
Гумусты қышқылдар интенсивті қара - қоңыр түсті, құрамында азот бар
жоғыра молекулалық оксикарбон қышқылдары болып табылады 6.
Гумус қышқылдарын ерігіштігі бойынша гумин қышқылдары, гиматолиган
қышқылдары және фульфоқышқылдар деп бөлінеді 6.
1-кесте. Топырақ органикалық заттары бөлінуінің номенклатуралық
схемасы
1
Гумин қышқылдары - жойылған өсімдіктердің ыдырау және олардың
гумификациялау негізінде түзілетін табиғи органикалық қосылыстардың күрделі
қоспасы (микро - организмдер, ылғал және атмосферадағы оттегінің қатысуымен
гумустағы органикалық қалдықтардың ыдырау өнімдерін биохимиялық
түрлендіру). Құрғақ күйінде - балқымайтын аморфты қара - қоңыр ұнтақ
тәрізді өнім 42.
Жер планетасында биосферадығы органикалық көміртегінің жалпы мөлшері 2-
3-1012 тоннамен бағаланады.
Органикалық көміртегінің үлкен бөлігі құрылыққа және бірінші кезекте
топырақ гумусына келеді. Фотосинтез нәтижесінде атмосферадан жыл сайын
шамамен 50·109 тонна көміртегі түзіледі. Организмдер жойылған кезде топырақ
бетіне шамамен – 40·109 тонна көміртегі түзеді. Оның бір бөлігі СО2 және
Н2О минералданады, едәуір үлкен үлесі гумин заттарына айналады. Гумин
заттарының түзілуі биосферада қажетті жай ғана органикалық қалдықтарды
утилизациялау емес. Ең маңыздысы, бұл кезде тірі организмдерде болмайтын,
бірақ қазіргі заманғы өмір сүру формаларының болуына және үздіксіздігіне
қажетті табиғи қосылыстардың жаңа класы пайда болды 18. Гумин заттары
биосферада көптеген функцияларды орындайды, олардың ішіндегі маңыздылары
келесі:
1. Аккумулятивті (жинақтау). Ол тірі организмдерге қажет, химиялық
элементер мен энергия жинағынан тұрады. Гумин заттарының құрамынан 40-60%
C, 3-5% N, 30-40% O сондай-ақ, сутегі, күкірт, фосфор көптеген металдық
катиондар, оның ішінде микроэлементтер деп аталатын катиондар табылды. Түсі
-қара сұр және қара топырақты халық кездейсоқ құнарлы деп санап, қара
топырақты деп атаған жоқ. Ондай топырақтың түсін гумин заттары берді.
Гумин заттары тірі организмдерге оларға қажетті қоректік элементтерді
мұқтаждығына қарай, келесі буын үшін осы элементтердің қажетті қорын сақтай
отырып біртіндеп береді. Олар осы арқылы көптеген минералдық қосылыстардан
ерекшеленеді. Олар өсімдіктерді қоректік элементтермен қамтамассыз ете
алады, бірақ әдеттегідей, тез жұмсалатын немесе топырақтан шайылып кететін
оңай еритін заттар ұсынылады. Сол уақытта минералдық элементтердің бір
бөлігі алюмасиликаттардың кристалдық торына кіреді, олар тірі организмдерге
жетпейді және тек минералдар жойылғаннанкейін ғана оларды өсімдіктер
тұтынады. Азот өсімдіктер қорегінің маңызды элементті. Азот қосылыстары
фотосинтез, зат алмасу, жаңа клеткалардың түзілу процесінде үлкен қызмет
атқарады, жердегі азоттың негізгі қоры атмосферада болады. Ол топырақтың 3-
5 пайызын құрайды. Бірақ топырақтағы азоттың негізгі көзі гумус болып
табылады.
2. Тасымалдау қызметі. Ол сулы ортада артықшылықпен тұрақты, бірақ
салыстырмалы түрде метал катиондары немесе гидроксидтермен бірге гумус
қышқылдарының оңай еритін комплексті қосылыстарын түзуі есебінен минералды
және органикалық заттардың геохимиялық ағымын қалыптастырудан тұрады.
Тасымалдау қызметі аккумулятивтік (жинақтау) қызметіне біршама дәрежеде
қайшы келеді, әрі нәтижелер қарама - қарсы болғандықтан қарама - қайшылық
әрекет тау жыныстары мен топырақтың минералды компонеттеріне гумин заттары
әсерінің әртүрлілігін қамтамассыз етеді.
3. Жүйелеу қызметі. Бұл қызмет көптеген түрлі құбылыстар мен
процестерді біріктіреді және топырақ, су және басқа табиғи денелерге
қатысты. Реттеу қызмеінде гумин заттарын бірнеше негізгі құрамдастарға
бөлуге болады: топырақтың структурасы мен топырақтың сулы физикалық
қасиетін қалыптастыру; қатты және сұйық фаза арасында ион алмасу реакциясын
реттеу; қышқылдың негізінде және тотығу – тотықсыздану режимдеріне әсері;
минералды компоненттердің ерігіштігін өзгерту жолымен, тірі организмдерді
қоректендіру жағдайын реттеу; булану эффектісінің пайда болуын қосқанда,
атмосфераның және топырақтың жылу режимін реттеу.
4. Протекторлық қызмет. Ол токсинді және радиоактивті элементтер-дің
аз қозғалатын немесе қиын диссоцацияланатын құбылыстарын байланыстыруға
қабілеттілігінен, сондай-ақ табиғаттагы экалогиялық жағдайға жағымсыз әсер
ететін қосылыстардан, оның ішінде олар кейбір пестицидтерді,
көмірсутектерді, фенолдарды бір құрамға біріктіре алады. Гумин заттарының
қорғаныштық қызметі соншалықты үлкен, оған бай топырақ жер асты суларына
қорғасын иондарының және басқа токсинді заттардың түсуін болдырмайды.
5. Физиологиялық қызметі. Көптеген зерттеушілер түрлі гумин заттарының,
әсіресе гумин қышқылы мен олардың тұздарының ұрықтық өнуіне дем
беретіндігін, өсімдіктердің тыныс алуын күшейтетін, ірі қара малдың,
құстардың саңғырығы өнімділікті арттыратынын анықтады 24.
Бұдан басқа, гумин заттарының кейбір препараттары қатерлі ісіктің
дамуын тежейтінін, организмнің түрлі қабыну процестеріне төзімділігін
арттыратынын көрсетті. Бұл жерде табиғи ортада гумин заттары орындайтын
қызметтің барлығы аталмауы мүмкін, бірақ келтіріген мысалдар биосферадағы
гумин заттарының ерекше маңызды және теңдеу жоқ қызметін атап көрсету үшін
жеткілікті 31.
І.2 Гумин заттарының химиялық құрылымы
Гумин заттары химиялық структурасы бойынша - жоғары молекулалық
(молекулалық масса 1300-1500) қоюландырылған ароматтық қосылыстар оларда
фенлоды гидроксилдер, корбоксил, карбонил және жай эфирлі байланыстар бар
екені анықталды.
Торфтан гумин қышқылын бөліп алу тәсілі туралы өз уақытында Ф.Ахард
жазды және бұл тәсілді кез - келген табиғи денеден гумин заттарын бөліп алу
үшін осы кезге дейін қолданылады.
Гумин заттарын алу реакциясы келесі қарапайым теңдеумен беріледі:
П+NаОН
ГК-СООNа+ГМК-СООNa+ФК-СООNа
Мұндағы П - топырақ немесе гумин заттарын құрайтын басқа бір табиғи
түзіліс.
ГК - гумин қышқылының радикалы;
ФК - фульфоқышқылдар
ГМК - гиматолилон қышқылы
Егер алынған сілті экстрактіне қандай - да бір қышқылды рН 1-2 дейін
қосса, онда тұнбаға гумин және гиматилилон қышқылы түзеді, ал
фульфоқышқылдар ерітіндіде қалады.
ГК-СООNа+ГМК-СООNa+ФК-СООNа + + 3HCLГК-СООН + ГМК – СООН + + + ФК –
СООН + 3NaCL
Гумин және гемотомеган қышқылдарының тұнбалары оңай бөлінеді. Олар
кептіріп қара қоңыр немесе қара ұнтақ алады. Фульфоқышқылды таза күйінде
алу үшін, қышқыл ерітіндіні активтелген көмір арқылы өткізеді, сумен және
ацетонмен жуады, сонан соң адсорбцияланған қышқылды сілті ерітіндісімен
қайтадан ерітеді. Анализден немесе Н - катионит арқылы қышқылдар
өткізгеннен және кептіргеннен кейінгі әдемі ине тәрізді (бірақ кристалдық
емес) қанық қызыл фульфоқышқылдарды алады. Жалпы алғанда схема қарапайым,
көп жағдайда оны тек гумин заттарының жиынтық мөлшерін алу үшін ғана емес.
Алюмосиликаттардың, байланыстарының сипаты бойынша ерекшеленетін
олардың фракцияларын алу үшін күрделендіріледі. Кез - келген табиғи денеден
гумин заттарын толығымен алу ешқандай тәсілдің қолынан келмейді. Гумин
заттарының қалған ерімеген бөлігін гуминдер деп атайды. Олардың қасиеттері
гумин қышқылдарының қасиетіне өте ұқсас 32.
Бұл заттардағы түрлі химиялық элементтердің құрамы жақсы зерттеледі.
Гумин заттарының көзіне және пайда болуына байланысты көміртегі қышқылдар
құрамының массалық үлесі 40-60% аралығында болады. Азот барлық уақытта да
бар, бірақ оның аз 3-5% екенін өткен ғасырдың ортасында орыс ғалымы
Р.Герман дәлелдеді. Қышқылдар әдетте сутегі құрамы 3-6%, ал оттегі – 33-
37%; міндетті түрде күкірт -0,7-1,2% және фосфор 0,5% дейін кіреді. Олар
гумин заттары үшін міндетті немесе гумин заттарын олардан тазарту қиын жай
ғана қоспа екенін әзірге айту қиын болса да, барлық уақытта түрлі металдар
бар.
Табиғи гумин заттарының құрамы тұрақты емес. Гумин заттарының маңызды
ерекшелегі - олардың табиғаттығы сан алуандығы, ол туралы тек элементтік
құрам бойынша ғана емес, функционалдық топтар жиынтығы және басқа
қасиеттері бойынша жорамалдауға болады. Кез - келген гумин заттары
функционалдық топтардың үлкен жиынтығын құрайды, олар жартылай
функционалды. Олардың молекулалары карбоксил топтарын - СООН, фенол - ОН,
хинон - =C=O, амин топтарын – NH2 және басқаларды құрайды. Біріншіден
олардың мөлшері үлкен, екіншіден олардың мөлшері әртүрлі молекулалар
бойынша біркелкі таралмаған, тіпті мөлшері бірдей молекулалар да
функционалдық топ құрамы бойынша ерекшеленеді. Бұдан басқа гумин заттарының
молекуласы олардың құрамына кіретңн амин қышқылы қалдықтарының мөлшері
бойынша (олардың барлығы – 17-20), көмірсу қалдықтарының мөлшері және
олардың орналасу сипатына қарай ерекшеленеді 17.
ММ - да берілетін функционалдық топ құрамы гумин қышқылдарында келесі:
-СООН-1500-1700 қышқыл, –OH-2100-5700 әлсіз қышқылдың және спирттің –OH-200-
4900, хиниодтың –C=O-100-5600, кетондық –C=O- шамамен 1700, -OCH3 – 300-800
аралығында болады.
Бұлардан басқа NH2 - топтары үлкен қызмет атқарады. Қышқыл
функционалдық топтың түрі өте көп.
Гумин заттарының молекуласының құрылысы туралы түсінік айқын болуы
үшін, олар қандай фрагменттерден тұрғызылған және олардың негізіне не
жататынын анықтау қажет. Бұл үшін екі тәсілмен жүргізілетін үлкен
молекулаларды құрамдас бөліктерге бөлуге сүйенеді:
1. Салыстырмалы түрде жұмсақ - қышқыл немесе сілті ерітінділері-мен
гидролиздеу;
2. Қатаң - гумин заттарын марганец қышқылды калиймен немесе мыс окисі
ерітіндісімен тотықтыру;
Гидролиз кезінде ерітіндіге гумин заттары молекуласынан бөлінген
төменгі молекулалық фрагменттер, аминосахаридтер және моносахаридтер өтеді.
Амин қышқылдары 17- ден 22- ге дейін болады. Олардың барлығы шамамен
осындай қатанастағы өсімдіктерде де, бактериялық плазмаларда да бар альфа -
аминқышқылдары.
Амин қышқылдары құрамында (азаю ретімен) барлығынан жиі кездесетіні
аспарагин қышқылы НООС, глютамин қышқылы, глицин, аланин, валин,
изолейцин, лейцин, фенилаланин, пролин, серин, треонин, метионин, тирозин,
цистин, гистидин, лизин, аргинин.
Гумин заттарындағы амин қышқылдарының массалық үлесі 6-10% құрайды.
Гумин қышқылының заттары гидролизаттарының құрымындағы моносахаридтер
қатарында гликоза, арабиноза, рибоза, галактоза, манноза, ксилоза, фруктоза
және басқалар идентификацияланған. Бұлардың бәрін гумин заттары массасының
25% құрайды. Ал моносахаридтер құрамындағы глюкозаның үлесіне 20%-ға дейін
иеленеді. Барлық гумин заттары жоғары молекулалық қосылыстар деп есептеуге
болады, бірақ молекулалық массаның (ММ) мөлшері туралыдискуссия осы кезге
дейін жалғасуда. Осыған байланысты тарихи бірнеше кезеңдер пайда болды.
Ертеректегі кездегі гумин қышқылдарына ММ төменгі және тұрақты шамаларын
жатыстырды. 80-90 жыл бұрын оларды массаның 1400 атомдық бірлігіне тең деп
санады. Сонан соң гумин заттары полидисперсті, сондықтан оған ММ ұғымы
қолданылмайды деген пікір пайда болды. Жоғары молекулалық қосылыстар
химиясы мен жаңа аналитикалық техниканың пайда болғаннан кейін,
фульфоқышқылдардың молекулалық массасы 10-15 мың массаның атомдық бірлігіне
жақын, ал гумин қышқылдары 20-30 мыңнан 100-150 мың массалық атом бірлігіне
жақын деп есептеді 19.
Кез - келген гумин заттары үшін дәл молекулалық формула жоқ, барлық
ұсынылған нұсқаулар схема түрінде, атомдардың және атомдық топтардың
орналасуы бұл кезде белгісіз болғанда, қосылыстардың тек құрамы мен кейбір
қасиеттері ғана ескерілетіндіктен, олар гипотетикалық. Осыған қарамастан,
гуминді заттардың молекулалық формуласын құру әрекеті ғылым тарихында аз
болған жоқ: қазір ондай формулалардың саны ондаған, олардың бір бөлігі блок
- схема түрінде, ал қалған бөлігі гумин қышқылдарының нақты құрамы мен
қасиетін бейнелейді. Гумин заттары структуралық формуласын құруға әрекет
жасаған кездегі теріс нәтижелер, олардың кристалдар түзбейтіндігімен,
құрамы ауспалы екендігін және ең біртекті деген препараттарда полидисперсті
екендігінмен түсіндіріледі. Әзірге гумин заттарының мономолекулалық
фракцияларын алу мүмкін болған жоқ. Сондықтан оларға әдетте табиғи және
жоғары молекулалық бейорганикалық молекулалар формуласын құру үшін
пайдаланатын әдістер мен тәсілдер қолданылмайды 33.
Гумификация - қорытынды гумин заттарындағы органикалық қалдықтардың
түрлену процесі табиғаттың ұлы жаңалығы. Егер ондай механизм болмаса, онда
екі тікелей қарама - қарсы процестердің бірін күтуге болар еді:
1. Органикалық қалдықтардың оксидтерге дейін толық минералдануы - онда
жерде үздіксіз өмір болуы үшін негіз де болмас еді;
2. Егер ондай қалдықтар толық сақталмаса, онда жер беті олармен толық
жабылған болар еді.
Табиғат басқа жолды таңдады - органикалық қалдықтардың минералдануы
жартылай жүреді. Әрі СО2 атмосфераға, су - өсімдіктерге қайтарылады.
Қалдықтардың бір бөлігі гумин заттарында өзгеріске ұшырайды, олардың
төзімді бөліктерін ыдырату үшін табиғатта арнайы ферменттер жоқ. Түзілген
гумин заттары тірі мен өлінің аралығында болады, сондықтан академик
В.И.Вернадский топырақты биоқатты денелер, яғни түзілген кезде бір мезгілде
тірі негіз – био, өлі минералды – қатты негіз қатысатын денелер деп
атайды. Гумин заттарының практикалық маңызы өте зор. Бірінші кезекте - ауыл
шаруашылығында. Топырақ құнарлығы ондағы гумус құрамымен өзара байланысты.
Топырақ гумусы - бұл азот пен фосфор қорының табиғи көмбесі. Бұл - қазіргі
заманғы ауыл шаруашылығы өнімділігі тәуелді - тыңайтқыштар қоры. Олардың
өнімділікті арттыру шарасындағы меншікті үлесі 41%-дан 70%-ға дейін жетеді.
Гумин заттарын білу, кез - келген экологиялық жағдай гумин заттарымен тығыз
байланысты болғандықтан, тек маманлар мен агрономдар ғана емес, әрбір
адамға қажет, оларға жер және су ландшафты, топырақ және биоценоз
тұрақтылығы байланысты 22.
І.3 Гумус қышқылдарының құрылысы мен қасиеттері
Гумин заттары (ГЗ) - бұл өсімдік және жануар қалдықтарының
микроорганизмдержәне ортаның абиотикалық фанторларының әсерімен ыдырауы
кезінде түзілетін, биодеструкцияға төзімді жоғары молекулалық қоңыр түсті
органикалық қосылыстардың күрделі қоспасы. ГЗ топырақ және су экожүйесінің,
сондай - ақ қатты қазба отындардың органикалық заттарының микрокомпонентті
деп саналады. Топырақ және судағы олардың құрамы жалпы органикалық
заттардың 60-80% құрайды, торф пен көмірде ол 20-90% аралығында болады. ГЗ
жалпы қабылданған классификациясы қышқылдар мен сілтілердегі ерігіштіктің
айырмашылығына негігделген. Осы классификацияға сәйкес ГЗ үш құрамаға
бөлінеді: гумин - қышқылда да, сілтідіде ерімейтін өндіріліп алынбаған
қалдық; гумин қышқылдары (ГҚ) сілтіде еритін және қышқылда ерімейтін ГЗ
фракциясы; гумин және фулфоқышқылдар (ФҚ) - сілтіде де, қышқылда да еритін
ГЗ фракциясы. Гумин және ФҚ білдіретін жалпылама атау ретінде “гумус
қышқылдары” термині қолданылады. Гумус қышқылдары экожүйеде өтетін химиялық
процестерге белсенді қатысатын ГЗ ең қозғалғыш және реакцияға қабілетті
компонентті болып табылады. Сондықтан біз негізінен ГЗ осы фракциясын
қарастыруға ден қоямыз.
Гумин заттарын зерттеу тарихы екі жүз жылдан астам уақыт бұрын
басталған. Осы заттар алғаш рет торфтан бөлініп алынды және ол туралы 1786
жылы неміс химигі Ахард жазды. ГЗ классификациясын және бөліп алудың
алғашқы схемасын жасау неміс зерттеушілерінің мектебіне тиісті. Олар латын
тілінен аударылған “humus” сөзінен шыққан “топырақ” немесе “жер” дегенді
білдіретін - гумин заттары термині енгізді. ГЗ химиялық қасиеттерін
зерттеуде өткен ғасырдың ортасында швед химигі Я. Берцелиус көп көңіл
бөлді.
ХХ ғасырда гумин заттарын зерттеуге орыс жіне кеңес ғалымдары, әсіресе
топырақ танушылар: И.В.Тюрин, И.М.Кононова, С.С.Драгунов, көптеген шетел
зерттеушілері, оның ішінде В.Фляиг (ГФР) Ф.Дишофуп, Ф.Стевенсон басқалар
үлкен үлес қосты. 1981 жылы гумин заттарын зерттеу бойынша Халықаралық
қоғам құру туралы шешім қабылдады 19.
Құрылысының күрделілігіне қарай ГЗ, әсіресе олардың ең реакцияға
қабілетті бөлігі - гумус қышқылдары түсетін өзара әрекетесу спектрі өте
кең. Карбоксил, гидроксил, карбонил топтарының ароматтық структуралармен
бірмесе қатысуы гумус қышқылдарының иондық және донорлық - акцепторлық
әрекеттесуге, сутегі байланыстарын түзуге, сорбциялық процестерге белсенді
қатысуға қабілеттілігін қамтамассыз етеді. Сонымен гумус қышқылдары суды
жақсы байланыстырады, иондық алмасуға қабілетті, металдармен комплекс
түзеді. ХХ ғасырдың соңына қарай басқа елдерде гумус қышқылдарының химиялық
қасиеттерін зерттеуге химиктердің қызығушылығы төмендеді, оған негізгі
себеп, 1970 жылы Кляинхемпел жариялаған құрылысының күрделілігі жақсы
көрсертілген топырақтағы гумус қышқылдарының структуралық фрагментті моделі
ГЗ стохастикалық сипаттағы обьектілер болып саналатындығының дұрыс
анақталуы.
Топырақтағы гумус қышқылдарының гипотетикалық құрылымының
фрагментті
1 – сурет.
ГЗ стохастикалық сипаты олардың түзілу процесі ерекшелігінің әсерінен
болып табылады, оның тірі заттың боихимиялық синтезінен айырмашалығы,
гинетикалық коды болмайды. ГЗ синтезінің структураның биоыдырауға неғұрлым
төзімді табиғи іріктеу принціпі бойынша жүреді: олардың қоршаған ортадағы
өмір сүру уақыты жүздеген және мыңдаған жылдармен есептеледі. Келтірілген
структуралық фрагменттен көрініп тұрғанындай, олар өздерінің химиялық
табиғаты бойынша азот құрайтын және көмір сулы фрагменттер иіретін
ароматтық оксиполикарбон қышқылдарының ретсіз сополимерлері болып саналады.
Алкил және функционалдың топтармен орын басқан, ароматтың көміртегі
қаңқасының болуы 5.
1.4 Гумус қышқылдарының элементтік құрамы
Шығу тегі әртүрлі гумус қышқылдарының элементтік құрамы әдетте гумус
қышқылдарының элементтік құрамы деп көміртегі, сутегі және оттегі
атомдарының салыстырмалы мөлшерімен түзілген олардың органикалық бөліктерін
айтады. Міндетті минарлық элемент азот болып табылады, шамамен барлық
препараттардан күкірт де табалады. Бірақ органикалық бөліктермен қатар,
барлық бөлініп алынған гумус қышқылдары препараттың құрамына бейорганикалық
бөлігі де кіреді. Ол күлді элементтерден метал иондарынан, кремний және
алюминий оксидтерінен және құрамы 10% жететін, гигроскопиялық ылғалдан
түрады. Сондықтан жалпы түрде гумус қышқылдарының брутто - формуласын
келесі түрде жазуға болады:
Мұндағы М - метал иондары
x, y, z, p, q, l, m, n – стехиометриялық коэфиценттер
Шығу тегі әртүрлі гумус қышқылдары орташа элементтік құрамы 2 кестеде
келтірілген. Гумус қышқылдарының екі препаратының элементтік құрам бойынша
мәлеметтерін статистикалық өңдеді, бірақ өкінішке орай, олар тек топырақтың
гумус қышқылдарына жатады.
2-кесте. Алынған гумин қышқылының орташа элементтік құрамы (есептеулер
зольсіз ыдыста жүргізілді, n – препараттың саны, ± стандарты айырмашылық)
35.
Препарат Элементтік құрамы, % (масс) Атомдық қатынасы
С H O N S OC HC
Гумин 55,4±3,84,8±1 36,0±3,73,6±1,3 0,8±0,1 0,50±0,091,04±0,25
қышқылы
(n=4)
Гумин 57,1±2,55,0±0,8 35,2±2,72,8±1,0 0,4±0,5 0,47±0,061,04±0,17
қышқылы
(n=23)
І.5 Көміргумин тыңайтқышының элементтік құрамын зерттеу әдістері
Ылғалдылықты анықтау. Ылғалдылықты анықтау үшін негізгі екі әдіс:
Фишердің титриметрлік әдетте кептіру кезінде үлгінің салмағының жоғалтуы
бойынша әдісті пайдаланады. Фишер әдісі метанольдық ортада судың қатысуымен
SO2 және I2 арасындағы тотығу - тотықсыздану реакциясына негізделген.
Әдістің артықшылығы бұл жерде тек зат структурасына кірмейтін су
анықталады. Кемшілігіне реагент тұрақтылығының аздығын, қондырғыны ылғалды
ауадан оқшаулаудың қажеттігін, сондай -ақ иодпен әрекеттесетін қоспалардың
кедергі болатын әсерін жатқызуға болады. Соңғысының қатарына белсенді
корбанил қосылыстары, хинондар мен меркаптандар, яғни гумус қышқылдарына
қатыса алатын топтар жатады 19.
Гумус қышқылдары үшін Фишер әдісінің қолданылуын шектейтін тағы бір
себеп, - олардың сусыз метанолда ерігіштігінің жеткіліксіздігі.
Екінші әдіспен ылғалдылықты анықтау үшін гумус қышқылдарының үлгісін
салмақ тұрақты болғанша Р2О5 үстінде жоғары температурада (40-60%)
кептіреді немесе салмақтың жоғалуын тіркей отырып, ұзақ уақыт бойы (~24
сағат) сол температураға дейін қыздырған кезде вакумдайды. Бұл әдісті тағы
да бірнеше иодифицирленген түрде қолданылады. Үлгіні кептіргеннен кейін
атмосфералық ылғалда көрмеге қояды және үлгінің салмақ жинауының уақытқа
тәуелділігін тіркейді. Осы уақыт сәтіне t=0 тәуелділік кестесін түсіре
отырып, абсолютті құрғақ үлгі мен салмақ арасындағы айырым бойынша оның
ылғалдылығын табады.
Салмақ - жоғалту жинау әдісі Фишер әдәсәмен салыстырғанда көп еңбекті
қажет етпейді және иодқа қатынасы бойынша белсенді заттардың қатысуына
сезімтал емес. Негізгі қиындық гумус қышқылдары сынамасын кептіру үшін
қолайлы температура таңдау. Салмақтың жоғалуы температураны 8000C-қа дейін
арттырған кезде баяу өседі, содан кейін біраз өзгеру байқалады.
Байқауымызша, гумус қышқылдары структурасына кіретін суды жоюға бірте -
бірте өте отырып, затпен берік байлынысқан судың десорбциялануы жүреді,
фишер әдісі мәліметтері арқылы салмақты жоғалту бойынша анықтау нәтижелерін
салыстырған кезде, кептіру температурасы 40-600C болған кезде олардың
арасында жақсы сәйкестік байқалатыны анықталды.
Күлділігін анықтау. Көмігумин препаратының күлділігін ауада немесе
оттегі ағынында үлгілі толық жандарғаннан кейін, жанбай қалған қалдықтардың
салмағы бойынша анықтайды. Сонымен жұмыста төрт түрлі лаборатория алған,
гумус қышқылы үлгілерінің күлділігін анықтау келтірілген. Күлділікті
анықтау жеке тәртіпті ұстана отырып орындалды. Нәтижесінде бір ғана
күлділігі жоғары үлгі үшін мәндерді тарату шаманың 20% құрады. Ендеше
күлділігі жоғары үлгілер үшін дәл анықталмаған күлділік шамасы негізгі
элементтер құрамы мәндерінің едәуір ауытқуынша әкеп соқтыруы мүмкін.
Осылайша, күлсіз, сусыз сынамаға есептегенде гумус қышқылының
элементтік құрамын анықтау үшін CH, N, S ылғалдылық және күлділікті
анықтауды жүргізу керек. Бұл кезде гумус қышқылы сынамасындағы
гигроскопиялық су құрамын және Н мен О анықтау нәтижесінде оның әсерін
есептеу тәсілін анықтау дереу әдістемелік негіздеуді қажет етеді. Күлділігі
жоғары препараттардың анализі, әсіресе анықталатын көміртегі құрамына күл
элементтері құрымының әсер ету сипаты шешілмеген мәселе болып саналады
16.
1.6 Көміргумин қышқылдарының функционалдық құрамы
Қазіргі уақытта гумус қышқылдарында оннан астам түрлі оттегі, азот және
күкірт құрайтын функциональдық топтары табылды: карбоксил, фенол және
спиртті, хинон, гидроксилді, метоксил, күрделі эфир, амин, амид, сулфо -
тиольдік және дисульфидтік топтар.
Оттегі құрайтын топтар. Оттегі гумус қышқылының каркастық және
перифериялық бөлігі құрамына кіреді. Соңғы жағдайда ол көміртегі
фрагменттерінде артықшылықпен болады. Топырақтың гумус қышқылдарындағы
түрлі функционалдық топтар бойынша оттегінің таралуы туралы жалпылама
мәліметтер 3-кестеде келтірілген.
3-кесте. Топырақ гумус қышқылдарынлағы функционалдық топтар арасында
оттегінің таралуы.
ОттегініңCOOH CArOH CAlkOH C=O Оттегінің
жалпы таралуы
құрамы
% % оттегі %
Топырақтығы көміргумин қышқылы
37.2 24 33 10 8 75
36.8 26 25 15 7 74
35.4 18 38 13 4 73
Топырақтағы фульфоқышқылы
47.3 58 19 12 6 95
44.8 65 12 13 9 99
47.7 61 9 16 4 90
Күкірт құрайтын топтар. Осы мәселеге арналған, торфты гумус
қышқылдарында күкірттің таралуын келесі түрде көрсетуге болады (жалпы
торфтан): 3-6% аминқышқылдары, 4-19% күкірт қышқылының эфирлері, 54-70%
тиолдар, гетороциклдер, тұрақты сульфонаттар, 3-23% алифатты сульфидтер.
Өкінішке орай, авторлар күкірттің тиолдар, гетероциклдер және сульфонаттар
арасында таралуын зерттеген жоқ. Сондай ақ дисульфидтер мен
гидролизденбейтін сульфидтердің бар болу мүмкіндігін ескеріледі сол кезде,
бүл топтардың Hq(11) байланыстыруға қабілеттілігі бойынша айырмашылылығы
байқалады 34.
І.7 ЯМР мәліметі бойынша шығу тегі әртүрлі көміргумин қышқылдарының
құрамы
ЯМР мәліметтерінің анализі түрлі табиғи шикізат көздерінен алынған ГҚ
және ФҚ структурасындағы айырмашылықты анықтауға мүмкіндік береді. Сонымен
зерттеу мәліметтеріне сәйкес, сұр орман топырағындағы ГҚ, ФҚ салыстырғанда
екі есе көп ароматтық фрагменттерді құрайды. Жұмыста осындай мәліметтер
алында. Сонымен қатар топырақтағы ФҚ СООН тобының неғұрлым жоғары құрамымен
сипатталады. Бұл жерде ондағы алифаттық фрагменттердің құрамы ГҚ
салыстырғанда біршама төмен. Қара топырақтағы ГҚ және ФҚ үшін осыған ұқсас
заңдылықтар байқалады. Жарияланған мәліметтердің басым бөлігіне сәйкес
топырақтағы ФҚ үшін 1,5-3 есе артық, бірақ бірқатар жұмыстарда топырақтағы
ГҚ және ФҚ карбогидраттарының құрамы іс жүзінде ұқсас екендігі туралы
зерттеу нәтижелері келтіріледі. Келтірілген мәліметтердің мүмкін болатын
қарама - қайшылық себептерінің бірі жұмыста көрсетілді. Автор екі түрлі
жалпы қолданыстағы әдістеме бойынша бөліп алынған топырақтың ФҚ
структурасын зерттеді, олардың біріншісіне қышқыл ерітіндіде ГҚ тұндырылған
кезде қалған топырақтығы, сілті экстракцияның бір бөлігін ФҚ фракциясы
ретінде бөліп алу кіреді, ал екіншісін ХАД - 8 амберлитіндегі сорбциялау
стадиясы құрайды. ХАД–8-ге бөлінген топырақ ФҚ - да карбогидраттық құрамы
бойынша 1,5-2 есе төмендейтіндігі көрсетілді. Автор полисахарид
қоспаларынан тазарту үшін ФҚ бөліп алған кезде амберлиттесорбция
стадиясының қажетті туралы қорытынды жасады.
Осындай қорытындыны қосымша дәлелдеу, бөліп алуға екі жағдайда да ХАД -
8 сорбциялау кіретін табиғи сулардағы ГҚ және ФҚ структураларын
салыстырмалы зерттеу нәтижелері болып табылады. Мәлімет бойынша табиғи
сулардағы ФҚ карбогидраттық құрылымы құрамы ГҚ карбогидраттық структурасы
құрылымының деңгейінде немесе біршама төмен. Сол уақытта топырақ ГҚ және ФҚ
үшін анықталған басқа заңдылықтар табиғи судағы ГҚ және ФҚ үшін сақталады.
Сонымен табиғи су ФҚ -ғы СООН тобының құрамы, ГҚ-н салыстырғанда жоғары, ал
ароматтық фрагменттер құрамы төмен. ФҚ құрамындағы алкил фрагменттері көп,
бірақ мәліметтер бұл қорытындыға қарама - қайшы болып табылады. Бірқатар
жұмыстарда шығу тегі әртүрлі гумус қышқылдарының фрагменттік құрамы
салыстырылды. Сонымен, табиғи су және қызғылт - сары топырақтың ФҚ
препаратарының ЯМР структураларын зерттеу нәтижелерін салыстыру негізінде
(Malcolm, 1990), соңғысы алифаттық фрагменттер құрамының жоғарылығымен
сипатталады. Бұл кезде осы табиғи ортаның ГҚ фрагменттік құрамы өте жақын.
Осыған ұқсас мәліметтер (Shin, 1996) жұмыста алынды 13.
Көміргумин қатысында топырақ сынамасының сүзу жылдамдығының өзгеруі.
Суғармалы жер ісі жағдайындағы топырақтың сүзгілік қасиеті қалыпты су
режимін жасауда үлкен маңызға ие. Топырақ арқылы өтуші судың сүзілу
жылдамдығы топырақтың дисперстілігіне, механикалық құрамы мен оның
құрылымдық жағдайына байланысты өзгеруі мүмкін [1]. Сүзілу жылдамдығын
анықтауда біз Оңтүстік Қазақстанның кәдімгі суғармалы сұртопырағына, ашық
сұртопырағы мен шөлейтті жерлердің ең көп тараған типтегі топырақтарына
көміргумин препаратпен әсер ете отырып, ондағы құрылым түзілу процестерін
зерттедік.
Қоспа ретінде отандық препараттардан – көміргумин, ал шетелдіктен –гафс-
17 қолданылды. Жоғарыда көрсетілген препараттардың барлығы да суда жақсы
ериді. Оларды сулы ерітінді түрінде құрғақ топырақ сынамасына қостық.
Топырақты талдауға дайындадық. Тәжірибе жүргізу үшін 4г. топырақ
сынамасын 40 см3 сумен өңдеп, адсорбциялық тепе-теңдік орнауы үшін бір
тәулікке қалдырып, содан соң Оствальд аппаратында сүздік.
Кәдімгі суғармалы сұртопырақтағы сүзілуді жоғарыда аталған барлық
көміргумин препараттар қоспасымен зерттедік. Келтірілген тәжірибелік
мәліметтерден кәдімгі суғармалы сұр топырақта судың сүзілу жылдамдығының ең
үлкен жоғарылауы көміргумин қосу кезінде, екінші кезекте гафс ендіруде
байқалатындығын көреміз. Сонымен полимерлерді сүзу жылдамдығы бойынша:
көміргумин гафс-17 түрінде орналастыруға болады.
Көміргумин қосу кезінде кәдімгі суғармалы сұртопырақтағы сүзілу
жылдамдығының ұлғаюы полимер мен топырақ бөлшектерінің өзара әрекеттесу
процесіндегі олардың агрегаттану салдарынан жүзеге асады.
Агрегаттардың жинақталу процесінде суды сүзгі-топырақ арқылы өте жылдам
өткізетін едәуір ірі кеуектер түзіледі. Жоғарыда келтірілген барлық
көміргумин ішінде өте күшті құрылымдандырғыш қасиетке ие: мысалы, топырақ
сынамасына 0,06% мөлшерлеуде 8,86% бақылаудағы 0,25 мм өлшемдегі 94,6% су
агрегаттар (Павлов әдісі бойынша) алынады 26.
Ашық сұртопырақтағы сүзілу жылдамдығын анықтау үшін судаерігіш
тұздарының мөлшері бойынша әртүрлі екі топырақ үлгісі алынды (2-кесте).
Қоспа ретінде топырақ сынамасына 0,0006-дан 0,15%-ға дейінгі мөлшердегі
көмір гумин препараты қолданылды. Көмір гумин мен топырақ бөлшектерінің
өзара әрекеттесуі әртүрлі өлшемдегі агрегаттардың түзілуімен
түсіндіріледі.
І.8 Өсімдіктің қоректенуі мен тыңайтқыш қолдануға байланысты топырақ
қасиеттерінің өзгеруі
Топырақ құрамы: топырақ негізінен бір-бірімен байланысты үш бөліктен
(фазадан) тұрады: газ немесе топырақ ауасы, сұйық немесе топрырақ
ерітіндісі және қатты бөлігі. Топырақтың осы үш бөлігі оның механикалық,
химиялық құрамдары мен агрохимиялық қасиеттеріне жақсы ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Қ.А.ЯСАУИ АТЫНДАҒЫ ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҚАЗАҚ-ТҮРІК УНИВЕРСИТЕТІ
ШЫМКЕНТ ИНСТИТУТЫ
ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ФАКУЛЬТЕТІ
ОРГАНИКАЛЫҚ ЖӘНЕ ФИЗИКАЛЫҚ ХИМИЯ КАФЕДРАСЫ
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
Көмір гуминді тыңайтқыштардың топырақ құрамына әсерін зерттеу
Орындаған студент: тобының студенті Дуисебаев Ш.Е.
Ғылыми жетекшісі: х.ғ.к., ХҚТУ проф. Қобланова О.Н.
Шымкент-2011
МАЗМҰНЫ
РЕФЕРАТ
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... 3
КІРІСПЕ
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... . 4
І. ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ
І.1 Көміргумин туралы түсінік, олардың маңызы мен
қызметі ... ... ... ... 6
І.2 Гумин заттарының химиялық құрылымы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..14
І.3 Гумус қышқылдарының құрылысы мен қасиеттері
... ... ... ... ... ... ... 19
І.4 Гумус қышқылдарының элементтік құрамы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
І.5 Көміргумин тыңайтқышының құрылысын зерттеу әдістері ... ... ... ...
23
І.6 Көміргумин қышқылдарының функционалдық құрамы ... ... ... ... ...
24
І.7 ЯМР мәліметі бойынша шығу тегі әртүрлі көміргумин қышқылдарының
құрамының
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
25
І.8 Өсімдіктің қоректенуі мен тыңайтқыш қолдануға байланысты топырақ
қасиеттерінің өзгеруі
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
.28
І.9 Өсімдіктің әр түрлі өсу кезеңдерінде қоректік заттарды қабылдау
ерекшеліктері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... 41
ІІ. ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ
ІІ.1 Зерттелуші көміргумин ерітіндісімен топырақ агрегаттарын өңдеу
кезінде өзгерісін анықтау
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... 44
ІІ.2 ЯМР спектроскопиялық әдісімен көміргуминді тыңайтқыштарының
құрылымы, топтың құрамын зерттеу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 45
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... 50
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН
ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 51
ҚОСЫМШАЛАР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... .55
РЕФЕРАТ
Дипломдық жұмыстың көлемі 65 беттен, 3 суреттен, 12 кестеден,
кіріспеден, әдебиеттік шолудан, эксприменттік бөлім мен қорытындыдан,
пайдаланылған әдеби материалдар тізімінен тұрады.
Негізгі терминдер: гумин қышқылдары, көміргумин тыңайтқыштары,
көміргуминнің химиялық және физикалық қасиеттері, ЯМР спектрі, топырақ,
фульфоқышқылдары, химиялық элементтер және басқалар.
Дипломдық жұмыстың зертттеудің негізгі мақсаты: бүгінгі таңдағы
Қазақстанның топырағының құрылымына сипаттама бере отырып, оның
өнімділікке, өнімнің сапасына, сыртқы әсерлерге тұрақтылығына талдау жасау.
Зерттеу объектісі: зерттеу объектісі ретінде көміргуминнің топырақ
құрылымына әсері алынды.
Зерттеудің ғылыми жаңалығы: көмір гумин ерітіндісімен топырақта суға
беріктігі, көміргумин қышқылы мен топырақтың ЯМР спектірі қарастырылды.
Көміргумин тыңайтқышының топырақтың құрамына тигізетін әсері зерттелді.
Алынған нәтижелер: зерттеу нәтижесінде көміргуминді тыңайтқыш -тардың
топырақ құрылымына тигізетін әсерін анықтау барысында химиялық физика –
химиялық жүргізілген зерттеулер жақсы нәтиже көрсетті.
КІРІСПЕ
Жұмыстың актуалдылығы: Бүгінгі таңда Қазақстанда ауыл- шаруашылығы
өнімділігінің төмендеуіне маңызды себеп топырақтың бүлінуі мен азғындауы,
олардың табиғи құнарының таусылуы болып табылады, әрі оған олардың улы
химикаттармен ластануы мен жоғары балластты тыңайтқыш мөлшерінің артуы да
себеп болуда.
Топырақ құнарының негізгі элементтерінің бірі әрі топырақтың құрылымын
түзуінің негізгі шарты оның құрамында гумустың бар болуы болып табылады.
Қазақстанның тәуелсіздік алуымен жергілікті табиғи қорлар мен қолда бар
мүмкіндіктерді кешенді түрде жаңаша шешу мәселелері мен олардың негізінде
химия, ауыл шаруашылығы мен басқа да салаларды қолданылуы мүмкін.
Қазақстанның шикізат потенциялы жеткіліксіз пайдалану жеткілікті
себептермен түсіндіріледі, соның ішінде іс-жүзінде нәтижелерді зерттеу мен
нақтылау сатысында мәселені кешенді түрде шешудегі химиялық бетбұрыстың
жоқтығы болып табылады.
Қазақстанда топырақтың құрылымын жақсартатын көміргумин алудың шикізат
ресурстары бола тұрып, қазіргі шетелден әкелінетін қымбат органикалық
тыңайтқыштар пайдалануда.
Жұмыстың мақсаты мен міндеттері: Жұмыстың негізгі мақсаты – бүгінгі
таңдағы Қазақстанның топырағының құрылымына сипаттама бере отырып, оның
өнімділікке, өнімнің сапасына, сыртқы әсерлерге тұрақты-лығына талдау
жасау.
Осы мақсаттарды орындау барысында мынадай міндеттерді шешу
қажеттіліктері анықталды:
1. Көміргуминді тыңайтқыштардың топырақтың құрылымына әсерін талдау жасау.
2. Көміргуминді тыңайтқыштар өндіруде туындайтын мәселелерді анықтау.
3. Ауыл шаруашылығында көміргуминді тыңайтқыштарды пайдаланудың экологиялық
проблемалары, оны шешудің жолдарын құрастыру.
Зерттеу жұмыстарының әдістемесі. Дипломдық жұмыста зерттеліп отырған
көміргуминді тыңайтқыштардың топырақтың құрылымына тигізетін әсерін
зерттеулердің нәтижелері талданды.
Зерттеудің теориялық және практикалық маңызы: Дипломдық жұмыста
көміргумин тыңайтқыштарының топырақтың құрылымына тигізетін әсері жан -
жақты зерттелді. Ауыл шаруашылыңында көміргумин препараттар алудың, оны
топырақтың оны топырақтың құрылымына тигізетін әсерлері ашылып көрсетілді.
Жоғары оқу орындарында. Топырақтану пәнінен факультативтік сабақтарда осы
дипломдық жұмыс материалдарын пайдалануға болады.
І. ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ
І.1 Көміргумин туралы түсінік, олардың маңызы мен қызметі
Саны үздіксіз артып келе жатқан халықты азық - түлікпен қамтамассыз ету
мәселесін шешу жердің биологиялық өнімділігін арттыруды қажет етеді. Бұл
мақсатқа минералды тыңайтқыштар мөлшерін шексіз арттыру арқылы қол жеткізу
мүмкін емес.
Қазіргі минералды тыңайтқыштар мөлшерін арттыру олардың тиімділігін,
пайдалану коэфициенттін төмендетуге және қолайсыз экологиялық зардаптарға
(өзен көлдердің ластануы, ауыл шаруашылық өнімдеріндегі нитрат құрамының
жоғарылығы) алып келеді. Егін шаруашылығы өнімділіктің төмендеуіне маңызды
себеп топырақтың бүлінуі және азғындауы, олардың табиғи құнарының таусылуы
болып табылады. Олардың улы химикаттармен ластануы жоғары балластты
тыңайтқыштар дозасының артуы да себеп болды 4.
Ауыл шаруашылық өндірісінің өнімділігін ұлғайтуға қол жеткізу
топырақтың агрофизика - химиялық жағдайын жақсартуды, шығынды азайтқан
кезде минералды тыңайтқыштардың қоректік элементтерін пайдалану
коэфициенттін арттыруды, сыртқы ортаның қолайсыз әсеріне төзімділікті
арттырған кезде, өсімдіктердің жылдам дамуы үшін химиялық заттармен
қоректендіруді қажет етеді 7.
Топырақ құнарлығының негізгі элементтерінің бірі және олардың өздерінің
тіршілік етуінің шарты гумустық бар болуы болып табылатындағы белгілі. Ауыл
шаруашылығы өндірісінде көмірлі гуминді препараттарды пайдалану топырақтың
агрофизика - химиялық жағдайы және өсімдіктердің өсуіне өзінің сан алуан
әсері ертеден-ақ зерттеушілердің назарын аударды. Бірақ түрлі компоненттер
мен гуминді заттардың жағдайы топырақ түзу процесінің тиімділігі мен
бағыттылығына, өсімдіктердің физиологиялық жағдайына білдей әсер етпейтінін
ескеру керек 1.
Топырақтағы гумус тапшылығы бұл қазіргі мақсатқа одақтың европалық
бөлігіндегі қазіргі уақытта қоры таусылуға жақын, сондықтан торф және
өсімдік қалдықтарын пайдалануға мәжбүр етті. Ал, гумин қышқылдарын құрайтын
қазба көмірдің қоры өте көп. Бірақ топырақтанушылар топыраққа енгізілген
гуминді көмірлер топырақ түзу процесіне қатыспайтын инертті заттар болып
табылатынын, оларда тек химиялық өңдеуден кейін ғана тыңайтқыштың қасиет
пайда болатынын анықтады 12.
Зерттелген көмірлер арасында Ташкент көмірі және олардың брикеттеу
фабрикасында қоңыр көмір бринеті өндіру кезінде фабрикаға жақын
территорияға жинақталатын, үлкен аумақты алатын, ал жел тұрған кезде жақын
жердегі елді мекен массивінің атмосферасын ластайтын брикет қиқымдары мен
ұнтақтары, сулы көмір шламы түріндегі өнеркәсіптік қалдықтар түзіледі 3.
Шламдарды және брикеттеу фабрикасының қиқымдарын қайта пайдалану
мәселесі осы кезге дейін шешімін таппай келеді. Топырақтың құнарын
көтеретін, ауыл шаруашылығы өндірісі тауарларында бірқатар бағалы шикізат
болып табылатын, Ташкент қоңыр көмірін отынға пайдалану да оның қорының
азаюына алып келеді 27.
Химия Институның жасаған ұсыныс негізінде, 1978 жылы Башқұрткөмір
өндірістік бірлестігінде іріленген лабораториялық қондырғыда 13 тонна
аммоний гуматы өндірілді. Алмалық химия зауыты аммоний гуматынан фосфор -
аммиак - гумин тыңайтқышының (ФАГУМ) тәжірибелік партиясын дайындайды, оның
негізінде эродирленген сұр топырақты жердің құнарын арттыру мақсатында
Ташкент облысының егіс даласында сынақ жүргізілді. Сынақ нәтижелері ФАГУМ
құрамындағы гумин қышқылдары мақтаның тамыр жүйесінің және жер үсті
бөлігінің дамуы мен өсуін күшейтеді және өз кезегінде топырақтың минералды
қоректік элементтерін өсімдіктердің, жақсы пайдалануына көмектеседі,
нәтижесінде мақтаның дамуы мен өсуіне қолайлы жағдай туғызылады және мақта
шикізаттың өнімін 2,5-3,0 ц\га артуын қамтамассыз етеді 21.
Қазіргі заманғы аналитикалық химияның қарқында дамып келе жатқан
бағыттарының бірі күрделі органикалық матрицалар анализі - тірі
организмдердің тіршілік ету және ыдырау өнімдері болып табылады. Осы
нысаналардың маңызды өкілі гумин заттарын (латын сөзінен - “humus” - жер,
топырақ) болып табылады. Олар организмдердің ыдырау нәтижесінде түзіле
отырып, органикалық көміртегі құрамын құрайды. Гумин заттарының ерекшелігі
тұрақты структуралардың табиғи іріктеу нәтижесінде түзілуіне негізделген
стехостикалық сипаты болып табылады. Гумин заттарының фундаментальдық
қасиеттеріне құрамның стехиометриялы еместігі, құрылыстың ретсіздігі,
структуралық элементтердің гетерогенді және полидисперстілік жатады 18.
Көрсетілген қасиеттерге ие бола отырып, гумус қышқылдары маңызды
биосфералық қызметтің толық жиынтығын орындайды. Олардың қатарына топырақты
структуралау; өсімдіктер үшін қолайлы түрде қоректік элементтер мен
микроэлементтерді жинақтау; су және топырақ экожүйесіндегі металдардың
геохимиялық ағынын реттеу жатады. Қоршаған ортаның химиялық ластануы
негізгі мәселердің бірі болып табылатынын ғасырдың аяғына қарай оларға тағы
да қышқылдарының протекторлық әсері деп метал иондары сияқты ластанған
топырақ және сулы ортадығы органикалық токсиканттарды берік комплекстерге
байланыстыруға қабілеттілігін айтады. Ондай байланыстырудың экологиялық
зардаптары - экотоксиканттар түрі мен олардың миграциялық қабілетінің
өзгеруі, биологиялық қолайлықтың және токсиндіктің азаюы. Соңғысы өте
мағызды және токсинанттық бос түрі максималды белсенділікке ие екендігімен
байланысты. Байланысқан заттар өзінің уыттылығын жоғалтады. Осының
негізінде гумус қышқылдарын табиғи додиксанттар ретінде қарастыруға болады
14.
Гумин заттарын зерттеумен органикалық химия, топырақ химиясы,
биогеохимия, топырақтану, агрономия, экология және биосфераны қорғау,
өсімдіктерді минералды қоректендіру теориясы және басқалар шұғылданады.
Гумин заттарының ашылу тарихы өзінің бастауын XVIII ғасырлардан алады.
Осы саладағы алғашқы зерттеу қорытындылары Ф.Ахард жұмыстарымен байланысты,
ол топырақ және торфқа сілті ерітіндісімен әсер ету арқылы қара-қоңыр
ерітінді алды. Осыдан он жыл өткеннен кейін Л.Вокелен кәрі шегіршен діңінен
осыған ұқсас зат бөліп алды. 1807 жылы Т.Томсон бұл затты ульмин деп атады.
Гумин заттарына ұлы швед химигі Я.Берцелиус көп көңіл бөлді 8.
Соңғы жарты ғасырда гумин заттарын зерттеуге орыс және кеңес ғалымдары,
әсіресе топырақ танушылар: И.В.Тюрин, И.М.Кононова, С.С.Драгунов, көптеген
шетел зерттеушілері, оның ішінде В.Фляиг (ГФР) Ф.Дишофуп, Ф.Стевенсон
басқалар үлкен үлес қосты. 1981 жылы гумин заттарын зерттеу бойынша
Халықаралық қоғам құру туралы шешім қабылдады 25.
Қазіргі уақытта түрлі табиғи обектілерден гумин заттарын бөліп алудың
әдістері жасалды, олардың химиялық құрамы, барлық маңызды қаситтері
анықталды топыраққа, өсімдіктерге, микроорганизмдерге, балықтар мен
жануарларға әсері зерттелді 22.
Гумин заттарын өнеркәсібтік өндірісте және ауыл шаруашылығында
пайдалану мүмкіндіктері анықталды. Гумин тыңайтқыштары бойынша алғашқы
жұмыстар Л.А.Христева, С.С.Драгунов және басқа ғалымдардың меншігіне жатады
12.
Соңғы 10 - 15 жылда гумин заттарын зерттеумен шұғылданатын ғалымдар
арасында 500-ден астам ғылыми жұмыстардың авторы, 1995 жылғы ғылым және
техника саласындағы РФ үкіметі сыйлығының, акамедик К.К.Гедройц атындағы
алтын медаль иегері, акамедик В.Р.Вильямс атындағы сыйлықтың, Ломоносов
сыйлығының екі рет лауреаты, РФ еңбек сіңірген қайраткер, МГУ еңбегі сіңген
профессор, биология ғылымдарының докторы, И.В.Ломоносов атындағы Мәскеу
мемлекеттік университетінің топырақтану факультеті топырақ химия
кафедрасының меңгерушісі Д.С.Орловтың атын атауға болады 20.
Гумин заттарының химиялық құрамы мен биологиялық қызметі, табиғи пайда
болуын ашып көрсету болып табылады.
Гуминді заттар ұғымы, олардың табиғи шығу тегі және биосфералық
қызметтері 21.
Биосфераға үш негізгі компонеттер: тірі заттар; биогенді заттар (тірі
заттардан құралған органо - минералдың және органикалық өнімдер);
биологиялық қатты заттар (тірі организмдердің өлі табиғатпен өзара
әрекеттесуі нәтижесінде түзілген, минералды заттар) кіретіні белгілі 22.
Биосфераның маңызды компонетті топырақ жабындысы болып табылады.
Топырақ құрамына кіретін органикалық заттар жиынтығы өте көп барлық
органикалық заттар өзінің шығу тегі, сипаты және қызметі бойынша гумин екі
топқа бөлінеді: органикалық қылдықтар және гумус. Олардың біріншісін өзінің
анотологиялық құрылысын жоғалтпаған, тірі организмдердің өлген бөліктері
құрайды. Бұл компонеттер топырақта бірінші реттік процесс гумификацияға
ұшырайды, оған ерекше гумин заттарының түзілуі кіреді 22.
Гумус (қара шірік) - топырақтағы, бірақ тірі организмдер құрамына
кірмейтін бүкіл органикалық қосылыстар жиынтығы.
Гуминді заттар гумус құрамында болады. Ол - қоңыр түсті, топырақта,
торфта, көмірде және басқа табиғи денелерде түзілетін, азот құрайтын жоғары
молекулалық қосылыстар. Олар энергия және қоректік элементтерді жинақтайды,
катиондар миграциясына қатысады, токсинді заттардың жағымсыз әсерін
төмендетеді, организмдердің дамуына және планетаның жылу баланысына әсер
етеді. Олар тұрақты, жоғары молекулалық, жартылай дисперсті, түрлі
функциональдық топтарды, амин қышқылдарын, полисахаридтерді, бензоидтық
фрагменттерді құрайды 27.
Гумин заттары гумусты қышқылмен, прогуминді заттармен және гумендермен
көрсетіледі.
Гумусты қышқылдар интенсивті қара - қоңыр түсті, құрамында азот бар
жоғыра молекулалық оксикарбон қышқылдары болып табылады 6.
Гумус қышқылдарын ерігіштігі бойынша гумин қышқылдары, гиматолиган
қышқылдары және фульфоқышқылдар деп бөлінеді 6.
1-кесте. Топырақ органикалық заттары бөлінуінің номенклатуралық
схемасы
1
Гумин қышқылдары - жойылған өсімдіктердің ыдырау және олардың
гумификациялау негізінде түзілетін табиғи органикалық қосылыстардың күрделі
қоспасы (микро - организмдер, ылғал және атмосферадағы оттегінің қатысуымен
гумустағы органикалық қалдықтардың ыдырау өнімдерін биохимиялық
түрлендіру). Құрғақ күйінде - балқымайтын аморфты қара - қоңыр ұнтақ
тәрізді өнім 42.
Жер планетасында биосферадығы органикалық көміртегінің жалпы мөлшері 2-
3-1012 тоннамен бағаланады.
Органикалық көміртегінің үлкен бөлігі құрылыққа және бірінші кезекте
топырақ гумусына келеді. Фотосинтез нәтижесінде атмосферадан жыл сайын
шамамен 50·109 тонна көміртегі түзіледі. Организмдер жойылған кезде топырақ
бетіне шамамен – 40·109 тонна көміртегі түзеді. Оның бір бөлігі СО2 және
Н2О минералданады, едәуір үлкен үлесі гумин заттарына айналады. Гумин
заттарының түзілуі биосферада қажетті жай ғана органикалық қалдықтарды
утилизациялау емес. Ең маңыздысы, бұл кезде тірі организмдерде болмайтын,
бірақ қазіргі заманғы өмір сүру формаларының болуына және үздіксіздігіне
қажетті табиғи қосылыстардың жаңа класы пайда болды 18. Гумин заттары
биосферада көптеген функцияларды орындайды, олардың ішіндегі маңыздылары
келесі:
1. Аккумулятивті (жинақтау). Ол тірі организмдерге қажет, химиялық
элементер мен энергия жинағынан тұрады. Гумин заттарының құрамынан 40-60%
C, 3-5% N, 30-40% O сондай-ақ, сутегі, күкірт, фосфор көптеген металдық
катиондар, оның ішінде микроэлементтер деп аталатын катиондар табылды. Түсі
-қара сұр және қара топырақты халық кездейсоқ құнарлы деп санап, қара
топырақты деп атаған жоқ. Ондай топырақтың түсін гумин заттары берді.
Гумин заттары тірі организмдерге оларға қажетті қоректік элементтерді
мұқтаждығына қарай, келесі буын үшін осы элементтердің қажетті қорын сақтай
отырып біртіндеп береді. Олар осы арқылы көптеген минералдық қосылыстардан
ерекшеленеді. Олар өсімдіктерді қоректік элементтермен қамтамассыз ете
алады, бірақ әдеттегідей, тез жұмсалатын немесе топырақтан шайылып кететін
оңай еритін заттар ұсынылады. Сол уақытта минералдық элементтердің бір
бөлігі алюмасиликаттардың кристалдық торына кіреді, олар тірі организмдерге
жетпейді және тек минералдар жойылғаннанкейін ғана оларды өсімдіктер
тұтынады. Азот өсімдіктер қорегінің маңызды элементті. Азот қосылыстары
фотосинтез, зат алмасу, жаңа клеткалардың түзілу процесінде үлкен қызмет
атқарады, жердегі азоттың негізгі қоры атмосферада болады. Ол топырақтың 3-
5 пайызын құрайды. Бірақ топырақтағы азоттың негізгі көзі гумус болып
табылады.
2. Тасымалдау қызметі. Ол сулы ортада артықшылықпен тұрақты, бірақ
салыстырмалы түрде метал катиондары немесе гидроксидтермен бірге гумус
қышқылдарының оңай еритін комплексті қосылыстарын түзуі есебінен минералды
және органикалық заттардың геохимиялық ағымын қалыптастырудан тұрады.
Тасымалдау қызметі аккумулятивтік (жинақтау) қызметіне біршама дәрежеде
қайшы келеді, әрі нәтижелер қарама - қарсы болғандықтан қарама - қайшылық
әрекет тау жыныстары мен топырақтың минералды компонеттеріне гумин заттары
әсерінің әртүрлілігін қамтамассыз етеді.
3. Жүйелеу қызметі. Бұл қызмет көптеген түрлі құбылыстар мен
процестерді біріктіреді және топырақ, су және басқа табиғи денелерге
қатысты. Реттеу қызмеінде гумин заттарын бірнеше негізгі құрамдастарға
бөлуге болады: топырақтың структурасы мен топырақтың сулы физикалық
қасиетін қалыптастыру; қатты және сұйық фаза арасында ион алмасу реакциясын
реттеу; қышқылдың негізінде және тотығу – тотықсыздану режимдеріне әсері;
минералды компоненттердің ерігіштігін өзгерту жолымен, тірі организмдерді
қоректендіру жағдайын реттеу; булану эффектісінің пайда болуын қосқанда,
атмосфераның және топырақтың жылу режимін реттеу.
4. Протекторлық қызмет. Ол токсинді және радиоактивті элементтер-дің
аз қозғалатын немесе қиын диссоцацияланатын құбылыстарын байланыстыруға
қабілеттілігінен, сондай-ақ табиғаттагы экалогиялық жағдайға жағымсыз әсер
ететін қосылыстардан, оның ішінде олар кейбір пестицидтерді,
көмірсутектерді, фенолдарды бір құрамға біріктіре алады. Гумин заттарының
қорғаныштық қызметі соншалықты үлкен, оған бай топырақ жер асты суларына
қорғасын иондарының және басқа токсинді заттардың түсуін болдырмайды.
5. Физиологиялық қызметі. Көптеген зерттеушілер түрлі гумин заттарының,
әсіресе гумин қышқылы мен олардың тұздарының ұрықтық өнуіне дем
беретіндігін, өсімдіктердің тыныс алуын күшейтетін, ірі қара малдың,
құстардың саңғырығы өнімділікті арттыратынын анықтады 24.
Бұдан басқа, гумин заттарының кейбір препараттары қатерлі ісіктің
дамуын тежейтінін, организмнің түрлі қабыну процестеріне төзімділігін
арттыратынын көрсетті. Бұл жерде табиғи ортада гумин заттары орындайтын
қызметтің барлығы аталмауы мүмкін, бірақ келтіріген мысалдар биосферадағы
гумин заттарының ерекше маңызды және теңдеу жоқ қызметін атап көрсету үшін
жеткілікті 31.
І.2 Гумин заттарының химиялық құрылымы
Гумин заттары химиялық структурасы бойынша - жоғары молекулалық
(молекулалық масса 1300-1500) қоюландырылған ароматтық қосылыстар оларда
фенлоды гидроксилдер, корбоксил, карбонил және жай эфирлі байланыстар бар
екені анықталды.
Торфтан гумин қышқылын бөліп алу тәсілі туралы өз уақытында Ф.Ахард
жазды және бұл тәсілді кез - келген табиғи денеден гумин заттарын бөліп алу
үшін осы кезге дейін қолданылады.
Гумин заттарын алу реакциясы келесі қарапайым теңдеумен беріледі:
П+NаОН
ГК-СООNа+ГМК-СООNa+ФК-СООNа
Мұндағы П - топырақ немесе гумин заттарын құрайтын басқа бір табиғи
түзіліс.
ГК - гумин қышқылының радикалы;
ФК - фульфоқышқылдар
ГМК - гиматолилон қышқылы
Егер алынған сілті экстрактіне қандай - да бір қышқылды рН 1-2 дейін
қосса, онда тұнбаға гумин және гиматилилон қышқылы түзеді, ал
фульфоқышқылдар ерітіндіде қалады.
ГК-СООNа+ГМК-СООNa+ФК-СООNа + + 3HCLГК-СООН + ГМК – СООН + + + ФК –
СООН + 3NaCL
Гумин және гемотомеган қышқылдарының тұнбалары оңай бөлінеді. Олар
кептіріп қара қоңыр немесе қара ұнтақ алады. Фульфоқышқылды таза күйінде
алу үшін, қышқыл ерітіндіні активтелген көмір арқылы өткізеді, сумен және
ацетонмен жуады, сонан соң адсорбцияланған қышқылды сілті ерітіндісімен
қайтадан ерітеді. Анализден немесе Н - катионит арқылы қышқылдар
өткізгеннен және кептіргеннен кейінгі әдемі ине тәрізді (бірақ кристалдық
емес) қанық қызыл фульфоқышқылдарды алады. Жалпы алғанда схема қарапайым,
көп жағдайда оны тек гумин заттарының жиынтық мөлшерін алу үшін ғана емес.
Алюмосиликаттардың, байланыстарының сипаты бойынша ерекшеленетін
олардың фракцияларын алу үшін күрделендіріледі. Кез - келген табиғи денеден
гумин заттарын толығымен алу ешқандай тәсілдің қолынан келмейді. Гумин
заттарының қалған ерімеген бөлігін гуминдер деп атайды. Олардың қасиеттері
гумин қышқылдарының қасиетіне өте ұқсас 32.
Бұл заттардағы түрлі химиялық элементтердің құрамы жақсы зерттеледі.
Гумин заттарының көзіне және пайда болуына байланысты көміртегі қышқылдар
құрамының массалық үлесі 40-60% аралығында болады. Азот барлық уақытта да
бар, бірақ оның аз 3-5% екенін өткен ғасырдың ортасында орыс ғалымы
Р.Герман дәлелдеді. Қышқылдар әдетте сутегі құрамы 3-6%, ал оттегі – 33-
37%; міндетті түрде күкірт -0,7-1,2% және фосфор 0,5% дейін кіреді. Олар
гумин заттары үшін міндетті немесе гумин заттарын олардан тазарту қиын жай
ғана қоспа екенін әзірге айту қиын болса да, барлық уақытта түрлі металдар
бар.
Табиғи гумин заттарының құрамы тұрақты емес. Гумин заттарының маңызды
ерекшелегі - олардың табиғаттығы сан алуандығы, ол туралы тек элементтік
құрам бойынша ғана емес, функционалдық топтар жиынтығы және басқа
қасиеттері бойынша жорамалдауға болады. Кез - келген гумин заттары
функционалдық топтардың үлкен жиынтығын құрайды, олар жартылай
функционалды. Олардың молекулалары карбоксил топтарын - СООН, фенол - ОН,
хинон - =C=O, амин топтарын – NH2 және басқаларды құрайды. Біріншіден
олардың мөлшері үлкен, екіншіден олардың мөлшері әртүрлі молекулалар
бойынша біркелкі таралмаған, тіпті мөлшері бірдей молекулалар да
функционалдық топ құрамы бойынша ерекшеленеді. Бұдан басқа гумин заттарының
молекуласы олардың құрамына кіретңн амин қышқылы қалдықтарының мөлшері
бойынша (олардың барлығы – 17-20), көмірсу қалдықтарының мөлшері және
олардың орналасу сипатына қарай ерекшеленеді 17.
ММ - да берілетін функционалдық топ құрамы гумин қышқылдарында келесі:
-СООН-1500-1700 қышқыл, –OH-2100-5700 әлсіз қышқылдың және спирттің –OH-200-
4900, хиниодтың –C=O-100-5600, кетондық –C=O- шамамен 1700, -OCH3 – 300-800
аралығында болады.
Бұлардан басқа NH2 - топтары үлкен қызмет атқарады. Қышқыл
функционалдық топтың түрі өте көп.
Гумин заттарының молекуласының құрылысы туралы түсінік айқын болуы
үшін, олар қандай фрагменттерден тұрғызылған және олардың негізіне не
жататынын анықтау қажет. Бұл үшін екі тәсілмен жүргізілетін үлкен
молекулаларды құрамдас бөліктерге бөлуге сүйенеді:
1. Салыстырмалы түрде жұмсақ - қышқыл немесе сілті ерітінділері-мен
гидролиздеу;
2. Қатаң - гумин заттарын марганец қышқылды калиймен немесе мыс окисі
ерітіндісімен тотықтыру;
Гидролиз кезінде ерітіндіге гумин заттары молекуласынан бөлінген
төменгі молекулалық фрагменттер, аминосахаридтер және моносахаридтер өтеді.
Амин қышқылдары 17- ден 22- ге дейін болады. Олардың барлығы шамамен
осындай қатанастағы өсімдіктерде де, бактериялық плазмаларда да бар альфа -
аминқышқылдары.
Амин қышқылдары құрамында (азаю ретімен) барлығынан жиі кездесетіні
аспарагин қышқылы НООС, глютамин қышқылы, глицин, аланин, валин,
изолейцин, лейцин, фенилаланин, пролин, серин, треонин, метионин, тирозин,
цистин, гистидин, лизин, аргинин.
Гумин заттарындағы амин қышқылдарының массалық үлесі 6-10% құрайды.
Гумин қышқылының заттары гидролизаттарының құрымындағы моносахаридтер
қатарында гликоза, арабиноза, рибоза, галактоза, манноза, ксилоза, фруктоза
және басқалар идентификацияланған. Бұлардың бәрін гумин заттары массасының
25% құрайды. Ал моносахаридтер құрамындағы глюкозаның үлесіне 20%-ға дейін
иеленеді. Барлық гумин заттары жоғары молекулалық қосылыстар деп есептеуге
болады, бірақ молекулалық массаның (ММ) мөлшері туралыдискуссия осы кезге
дейін жалғасуда. Осыған байланысты тарихи бірнеше кезеңдер пайда болды.
Ертеректегі кездегі гумин қышқылдарына ММ төменгі және тұрақты шамаларын
жатыстырды. 80-90 жыл бұрын оларды массаның 1400 атомдық бірлігіне тең деп
санады. Сонан соң гумин заттары полидисперсті, сондықтан оған ММ ұғымы
қолданылмайды деген пікір пайда болды. Жоғары молекулалық қосылыстар
химиясы мен жаңа аналитикалық техниканың пайда болғаннан кейін,
фульфоқышқылдардың молекулалық массасы 10-15 мың массаның атомдық бірлігіне
жақын, ал гумин қышқылдары 20-30 мыңнан 100-150 мың массалық атом бірлігіне
жақын деп есептеді 19.
Кез - келген гумин заттары үшін дәл молекулалық формула жоқ, барлық
ұсынылған нұсқаулар схема түрінде, атомдардың және атомдық топтардың
орналасуы бұл кезде белгісіз болғанда, қосылыстардың тек құрамы мен кейбір
қасиеттері ғана ескерілетіндіктен, олар гипотетикалық. Осыған қарамастан,
гуминді заттардың молекулалық формуласын құру әрекеті ғылым тарихында аз
болған жоқ: қазір ондай формулалардың саны ондаған, олардың бір бөлігі блок
- схема түрінде, ал қалған бөлігі гумин қышқылдарының нақты құрамы мен
қасиетін бейнелейді. Гумин заттары структуралық формуласын құруға әрекет
жасаған кездегі теріс нәтижелер, олардың кристалдар түзбейтіндігімен,
құрамы ауспалы екендігін және ең біртекті деген препараттарда полидисперсті
екендігінмен түсіндіріледі. Әзірге гумин заттарының мономолекулалық
фракцияларын алу мүмкін болған жоқ. Сондықтан оларға әдетте табиғи және
жоғары молекулалық бейорганикалық молекулалар формуласын құру үшін
пайдаланатын әдістер мен тәсілдер қолданылмайды 33.
Гумификация - қорытынды гумин заттарындағы органикалық қалдықтардың
түрлену процесі табиғаттың ұлы жаңалығы. Егер ондай механизм болмаса, онда
екі тікелей қарама - қарсы процестердің бірін күтуге болар еді:
1. Органикалық қалдықтардың оксидтерге дейін толық минералдануы - онда
жерде үздіксіз өмір болуы үшін негіз де болмас еді;
2. Егер ондай қалдықтар толық сақталмаса, онда жер беті олармен толық
жабылған болар еді.
Табиғат басқа жолды таңдады - органикалық қалдықтардың минералдануы
жартылай жүреді. Әрі СО2 атмосфераға, су - өсімдіктерге қайтарылады.
Қалдықтардың бір бөлігі гумин заттарында өзгеріске ұшырайды, олардың
төзімді бөліктерін ыдырату үшін табиғатта арнайы ферменттер жоқ. Түзілген
гумин заттары тірі мен өлінің аралығында болады, сондықтан академик
В.И.Вернадский топырақты биоқатты денелер, яғни түзілген кезде бір мезгілде
тірі негіз – био, өлі минералды – қатты негіз қатысатын денелер деп
атайды. Гумин заттарының практикалық маңызы өте зор. Бірінші кезекте - ауыл
шаруашылығында. Топырақ құнарлығы ондағы гумус құрамымен өзара байланысты.
Топырақ гумусы - бұл азот пен фосфор қорының табиғи көмбесі. Бұл - қазіргі
заманғы ауыл шаруашылығы өнімділігі тәуелді - тыңайтқыштар қоры. Олардың
өнімділікті арттыру шарасындағы меншікті үлесі 41%-дан 70%-ға дейін жетеді.
Гумин заттарын білу, кез - келген экологиялық жағдай гумин заттарымен тығыз
байланысты болғандықтан, тек маманлар мен агрономдар ғана емес, әрбір
адамға қажет, оларға жер және су ландшафты, топырақ және биоценоз
тұрақтылығы байланысты 22.
І.3 Гумус қышқылдарының құрылысы мен қасиеттері
Гумин заттары (ГЗ) - бұл өсімдік және жануар қалдықтарының
микроорганизмдержәне ортаның абиотикалық фанторларының әсерімен ыдырауы
кезінде түзілетін, биодеструкцияға төзімді жоғары молекулалық қоңыр түсті
органикалық қосылыстардың күрделі қоспасы. ГЗ топырақ және су экожүйесінің,
сондай - ақ қатты қазба отындардың органикалық заттарының микрокомпонентті
деп саналады. Топырақ және судағы олардың құрамы жалпы органикалық
заттардың 60-80% құрайды, торф пен көмірде ол 20-90% аралығында болады. ГЗ
жалпы қабылданған классификациясы қышқылдар мен сілтілердегі ерігіштіктің
айырмашылығына негігделген. Осы классификацияға сәйкес ГЗ үш құрамаға
бөлінеді: гумин - қышқылда да, сілтідіде ерімейтін өндіріліп алынбаған
қалдық; гумин қышқылдары (ГҚ) сілтіде еритін және қышқылда ерімейтін ГЗ
фракциясы; гумин және фулфоқышқылдар (ФҚ) - сілтіде де, қышқылда да еритін
ГЗ фракциясы. Гумин және ФҚ білдіретін жалпылама атау ретінде “гумус
қышқылдары” термині қолданылады. Гумус қышқылдары экожүйеде өтетін химиялық
процестерге белсенді қатысатын ГЗ ең қозғалғыш және реакцияға қабілетті
компонентті болып табылады. Сондықтан біз негізінен ГЗ осы фракциясын
қарастыруға ден қоямыз.
Гумин заттарын зерттеу тарихы екі жүз жылдан астам уақыт бұрын
басталған. Осы заттар алғаш рет торфтан бөлініп алынды және ол туралы 1786
жылы неміс химигі Ахард жазды. ГЗ классификациясын және бөліп алудың
алғашқы схемасын жасау неміс зерттеушілерінің мектебіне тиісті. Олар латын
тілінен аударылған “humus” сөзінен шыққан “топырақ” немесе “жер” дегенді
білдіретін - гумин заттары термині енгізді. ГЗ химиялық қасиеттерін
зерттеуде өткен ғасырдың ортасында швед химигі Я. Берцелиус көп көңіл
бөлді.
ХХ ғасырда гумин заттарын зерттеуге орыс жіне кеңес ғалымдары, әсіресе
топырақ танушылар: И.В.Тюрин, И.М.Кононова, С.С.Драгунов, көптеген шетел
зерттеушілері, оның ішінде В.Фляиг (ГФР) Ф.Дишофуп, Ф.Стевенсон басқалар
үлкен үлес қосты. 1981 жылы гумин заттарын зерттеу бойынша Халықаралық
қоғам құру туралы шешім қабылдады 19.
Құрылысының күрделілігіне қарай ГЗ, әсіресе олардың ең реакцияға
қабілетті бөлігі - гумус қышқылдары түсетін өзара әрекетесу спектрі өте
кең. Карбоксил, гидроксил, карбонил топтарының ароматтық структуралармен
бірмесе қатысуы гумус қышқылдарының иондық және донорлық - акцепторлық
әрекеттесуге, сутегі байланыстарын түзуге, сорбциялық процестерге белсенді
қатысуға қабілеттілігін қамтамассыз етеді. Сонымен гумус қышқылдары суды
жақсы байланыстырады, иондық алмасуға қабілетті, металдармен комплекс
түзеді. ХХ ғасырдың соңына қарай басқа елдерде гумус қышқылдарының химиялық
қасиеттерін зерттеуге химиктердің қызығушылығы төмендеді, оған негізгі
себеп, 1970 жылы Кляинхемпел жариялаған құрылысының күрделілігі жақсы
көрсертілген топырақтағы гумус қышқылдарының структуралық фрагментті моделі
ГЗ стохастикалық сипаттағы обьектілер болып саналатындығының дұрыс
анақталуы.
Топырақтағы гумус қышқылдарының гипотетикалық құрылымының
фрагментті
1 – сурет.
ГЗ стохастикалық сипаты олардың түзілу процесі ерекшелігінің әсерінен
болып табылады, оның тірі заттың боихимиялық синтезінен айырмашалығы,
гинетикалық коды болмайды. ГЗ синтезінің структураның биоыдырауға неғұрлым
төзімді табиғи іріктеу принціпі бойынша жүреді: олардың қоршаған ортадағы
өмір сүру уақыты жүздеген және мыңдаған жылдармен есептеледі. Келтірілген
структуралық фрагменттен көрініп тұрғанындай, олар өздерінің химиялық
табиғаты бойынша азот құрайтын және көмір сулы фрагменттер иіретін
ароматтық оксиполикарбон қышқылдарының ретсіз сополимерлері болып саналады.
Алкил және функционалдың топтармен орын басқан, ароматтың көміртегі
қаңқасының болуы 5.
1.4 Гумус қышқылдарының элементтік құрамы
Шығу тегі әртүрлі гумус қышқылдарының элементтік құрамы әдетте гумус
қышқылдарының элементтік құрамы деп көміртегі, сутегі және оттегі
атомдарының салыстырмалы мөлшерімен түзілген олардың органикалық бөліктерін
айтады. Міндетті минарлық элемент азот болып табылады, шамамен барлық
препараттардан күкірт де табалады. Бірақ органикалық бөліктермен қатар,
барлық бөлініп алынған гумус қышқылдары препараттың құрамына бейорганикалық
бөлігі де кіреді. Ол күлді элементтерден метал иондарынан, кремний және
алюминий оксидтерінен және құрамы 10% жететін, гигроскопиялық ылғалдан
түрады. Сондықтан жалпы түрде гумус қышқылдарының брутто - формуласын
келесі түрде жазуға болады:
Мұндағы М - метал иондары
x, y, z, p, q, l, m, n – стехиометриялық коэфиценттер
Шығу тегі әртүрлі гумус қышқылдары орташа элементтік құрамы 2 кестеде
келтірілген. Гумус қышқылдарының екі препаратының элементтік құрам бойынша
мәлеметтерін статистикалық өңдеді, бірақ өкінішке орай, олар тек топырақтың
гумус қышқылдарына жатады.
2-кесте. Алынған гумин қышқылының орташа элементтік құрамы (есептеулер
зольсіз ыдыста жүргізілді, n – препараттың саны, ± стандарты айырмашылық)
35.
Препарат Элементтік құрамы, % (масс) Атомдық қатынасы
С H O N S OC HC
Гумин 55,4±3,84,8±1 36,0±3,73,6±1,3 0,8±0,1 0,50±0,091,04±0,25
қышқылы
(n=4)
Гумин 57,1±2,55,0±0,8 35,2±2,72,8±1,0 0,4±0,5 0,47±0,061,04±0,17
қышқылы
(n=23)
І.5 Көміргумин тыңайтқышының элементтік құрамын зерттеу әдістері
Ылғалдылықты анықтау. Ылғалдылықты анықтау үшін негізгі екі әдіс:
Фишердің титриметрлік әдетте кептіру кезінде үлгінің салмағының жоғалтуы
бойынша әдісті пайдаланады. Фишер әдісі метанольдық ортада судың қатысуымен
SO2 және I2 арасындағы тотығу - тотықсыздану реакциясына негізделген.
Әдістің артықшылығы бұл жерде тек зат структурасына кірмейтін су
анықталады. Кемшілігіне реагент тұрақтылығының аздығын, қондырғыны ылғалды
ауадан оқшаулаудың қажеттігін, сондай -ақ иодпен әрекеттесетін қоспалардың
кедергі болатын әсерін жатқызуға болады. Соңғысының қатарына белсенді
корбанил қосылыстары, хинондар мен меркаптандар, яғни гумус қышқылдарына
қатыса алатын топтар жатады 19.
Гумус қышқылдары үшін Фишер әдісінің қолданылуын шектейтін тағы бір
себеп, - олардың сусыз метанолда ерігіштігінің жеткіліксіздігі.
Екінші әдіспен ылғалдылықты анықтау үшін гумус қышқылдарының үлгісін
салмақ тұрақты болғанша Р2О5 үстінде жоғары температурада (40-60%)
кептіреді немесе салмақтың жоғалуын тіркей отырып, ұзақ уақыт бойы (~24
сағат) сол температураға дейін қыздырған кезде вакумдайды. Бұл әдісті тағы
да бірнеше иодифицирленген түрде қолданылады. Үлгіні кептіргеннен кейін
атмосфералық ылғалда көрмеге қояды және үлгінің салмақ жинауының уақытқа
тәуелділігін тіркейді. Осы уақыт сәтіне t=0 тәуелділік кестесін түсіре
отырып, абсолютті құрғақ үлгі мен салмақ арасындағы айырым бойынша оның
ылғалдылығын табады.
Салмақ - жоғалту жинау әдісі Фишер әдәсәмен салыстырғанда көп еңбекті
қажет етпейді және иодқа қатынасы бойынша белсенді заттардың қатысуына
сезімтал емес. Негізгі қиындық гумус қышқылдары сынамасын кептіру үшін
қолайлы температура таңдау. Салмақтың жоғалуы температураны 8000C-қа дейін
арттырған кезде баяу өседі, содан кейін біраз өзгеру байқалады.
Байқауымызша, гумус қышқылдары структурасына кіретін суды жоюға бірте -
бірте өте отырып, затпен берік байлынысқан судың десорбциялануы жүреді,
фишер әдісі мәліметтері арқылы салмақты жоғалту бойынша анықтау нәтижелерін
салыстырған кезде, кептіру температурасы 40-600C болған кезде олардың
арасында жақсы сәйкестік байқалатыны анықталды.
Күлділігін анықтау. Көмігумин препаратының күлділігін ауада немесе
оттегі ағынында үлгілі толық жандарғаннан кейін, жанбай қалған қалдықтардың
салмағы бойынша анықтайды. Сонымен жұмыста төрт түрлі лаборатория алған,
гумус қышқылы үлгілерінің күлділігін анықтау келтірілген. Күлділікті
анықтау жеке тәртіпті ұстана отырып орындалды. Нәтижесінде бір ғана
күлділігі жоғары үлгі үшін мәндерді тарату шаманың 20% құрады. Ендеше
күлділігі жоғары үлгілер үшін дәл анықталмаған күлділік шамасы негізгі
элементтер құрамы мәндерінің едәуір ауытқуынша әкеп соқтыруы мүмкін.
Осылайша, күлсіз, сусыз сынамаға есептегенде гумус қышқылының
элементтік құрамын анықтау үшін CH, N, S ылғалдылық және күлділікті
анықтауды жүргізу керек. Бұл кезде гумус қышқылы сынамасындағы
гигроскопиялық су құрамын және Н мен О анықтау нәтижесінде оның әсерін
есептеу тәсілін анықтау дереу әдістемелік негіздеуді қажет етеді. Күлділігі
жоғары препараттардың анализі, әсіресе анықталатын көміртегі құрамына күл
элементтері құрымының әсер ету сипаты шешілмеген мәселе болып саналады
16.
1.6 Көміргумин қышқылдарының функционалдық құрамы
Қазіргі уақытта гумус қышқылдарында оннан астам түрлі оттегі, азот және
күкірт құрайтын функциональдық топтары табылды: карбоксил, фенол және
спиртті, хинон, гидроксилді, метоксил, күрделі эфир, амин, амид, сулфо -
тиольдік және дисульфидтік топтар.
Оттегі құрайтын топтар. Оттегі гумус қышқылының каркастық және
перифериялық бөлігі құрамына кіреді. Соңғы жағдайда ол көміртегі
фрагменттерінде артықшылықпен болады. Топырақтың гумус қышқылдарындағы
түрлі функционалдық топтар бойынша оттегінің таралуы туралы жалпылама
мәліметтер 3-кестеде келтірілген.
3-кесте. Топырақ гумус қышқылдарынлағы функционалдық топтар арасында
оттегінің таралуы.
ОттегініңCOOH CArOH CAlkOH C=O Оттегінің
жалпы таралуы
құрамы
% % оттегі %
Топырақтығы көміргумин қышқылы
37.2 24 33 10 8 75
36.8 26 25 15 7 74
35.4 18 38 13 4 73
Топырақтағы фульфоқышқылы
47.3 58 19 12 6 95
44.8 65 12 13 9 99
47.7 61 9 16 4 90
Күкірт құрайтын топтар. Осы мәселеге арналған, торфты гумус
қышқылдарында күкірттің таралуын келесі түрде көрсетуге болады (жалпы
торфтан): 3-6% аминқышқылдары, 4-19% күкірт қышқылының эфирлері, 54-70%
тиолдар, гетороциклдер, тұрақты сульфонаттар, 3-23% алифатты сульфидтер.
Өкінішке орай, авторлар күкірттің тиолдар, гетероциклдер және сульфонаттар
арасында таралуын зерттеген жоқ. Сондай ақ дисульфидтер мен
гидролизденбейтін сульфидтердің бар болу мүмкіндігін ескеріледі сол кезде,
бүл топтардың Hq(11) байланыстыруға қабілеттілігі бойынша айырмашылылығы
байқалады 34.
І.7 ЯМР мәліметі бойынша шығу тегі әртүрлі көміргумин қышқылдарының
құрамы
ЯМР мәліметтерінің анализі түрлі табиғи шикізат көздерінен алынған ГҚ
және ФҚ структурасындағы айырмашылықты анықтауға мүмкіндік береді. Сонымен
зерттеу мәліметтеріне сәйкес, сұр орман топырағындағы ГҚ, ФҚ салыстырғанда
екі есе көп ароматтық фрагменттерді құрайды. Жұмыста осындай мәліметтер
алында. Сонымен қатар топырақтағы ФҚ СООН тобының неғұрлым жоғары құрамымен
сипатталады. Бұл жерде ондағы алифаттық фрагменттердің құрамы ГҚ
салыстырғанда біршама төмен. Қара топырақтағы ГҚ және ФҚ үшін осыған ұқсас
заңдылықтар байқалады. Жарияланған мәліметтердің басым бөлігіне сәйкес
топырақтағы ФҚ үшін 1,5-3 есе артық, бірақ бірқатар жұмыстарда топырақтағы
ГҚ және ФҚ карбогидраттарының құрамы іс жүзінде ұқсас екендігі туралы
зерттеу нәтижелері келтіріледі. Келтірілген мәліметтердің мүмкін болатын
қарама - қайшылық себептерінің бірі жұмыста көрсетілді. Автор екі түрлі
жалпы қолданыстағы әдістеме бойынша бөліп алынған топырақтың ФҚ
структурасын зерттеді, олардың біріншісіне қышқыл ерітіндіде ГҚ тұндырылған
кезде қалған топырақтығы, сілті экстракцияның бір бөлігін ФҚ фракциясы
ретінде бөліп алу кіреді, ал екіншісін ХАД - 8 амберлитіндегі сорбциялау
стадиясы құрайды. ХАД–8-ге бөлінген топырақ ФҚ - да карбогидраттық құрамы
бойынша 1,5-2 есе төмендейтіндігі көрсетілді. Автор полисахарид
қоспаларынан тазарту үшін ФҚ бөліп алған кезде амберлиттесорбция
стадиясының қажетті туралы қорытынды жасады.
Осындай қорытындыны қосымша дәлелдеу, бөліп алуға екі жағдайда да ХАД -
8 сорбциялау кіретін табиғи сулардағы ГҚ және ФҚ структураларын
салыстырмалы зерттеу нәтижелері болып табылады. Мәлімет бойынша табиғи
сулардағы ФҚ карбогидраттық құрылымы құрамы ГҚ карбогидраттық структурасы
құрылымының деңгейінде немесе біршама төмен. Сол уақытта топырақ ГҚ және ФҚ
үшін анықталған басқа заңдылықтар табиғи судағы ГҚ және ФҚ үшін сақталады.
Сонымен табиғи су ФҚ -ғы СООН тобының құрамы, ГҚ-н салыстырғанда жоғары, ал
ароматтық фрагменттер құрамы төмен. ФҚ құрамындағы алкил фрагменттері көп,
бірақ мәліметтер бұл қорытындыға қарама - қайшы болып табылады. Бірқатар
жұмыстарда шығу тегі әртүрлі гумус қышқылдарының фрагменттік құрамы
салыстырылды. Сонымен, табиғи су және қызғылт - сары топырақтың ФҚ
препаратарының ЯМР структураларын зерттеу нәтижелерін салыстыру негізінде
(Malcolm, 1990), соңғысы алифаттық фрагменттер құрамының жоғарылығымен
сипатталады. Бұл кезде осы табиғи ортаның ГҚ фрагменттік құрамы өте жақын.
Осыған ұқсас мәліметтер (Shin, 1996) жұмыста алынды 13.
Көміргумин қатысында топырақ сынамасының сүзу жылдамдығының өзгеруі.
Суғармалы жер ісі жағдайындағы топырақтың сүзгілік қасиеті қалыпты су
режимін жасауда үлкен маңызға ие. Топырақ арқылы өтуші судың сүзілу
жылдамдығы топырақтың дисперстілігіне, механикалық құрамы мен оның
құрылымдық жағдайына байланысты өзгеруі мүмкін [1]. Сүзілу жылдамдығын
анықтауда біз Оңтүстік Қазақстанның кәдімгі суғармалы сұртопырағына, ашық
сұртопырағы мен шөлейтті жерлердің ең көп тараған типтегі топырақтарына
көміргумин препаратпен әсер ете отырып, ондағы құрылым түзілу процестерін
зерттедік.
Қоспа ретінде отандық препараттардан – көміргумин, ал шетелдіктен –гафс-
17 қолданылды. Жоғарыда көрсетілген препараттардың барлығы да суда жақсы
ериді. Оларды сулы ерітінді түрінде құрғақ топырақ сынамасына қостық.
Топырақты талдауға дайындадық. Тәжірибе жүргізу үшін 4г. топырақ
сынамасын 40 см3 сумен өңдеп, адсорбциялық тепе-теңдік орнауы үшін бір
тәулікке қалдырып, содан соң Оствальд аппаратында сүздік.
Кәдімгі суғармалы сұртопырақтағы сүзілуді жоғарыда аталған барлық
көміргумин препараттар қоспасымен зерттедік. Келтірілген тәжірибелік
мәліметтерден кәдімгі суғармалы сұр топырақта судың сүзілу жылдамдығының ең
үлкен жоғарылауы көміргумин қосу кезінде, екінші кезекте гафс ендіруде
байқалатындығын көреміз. Сонымен полимерлерді сүзу жылдамдығы бойынша:
көміргумин гафс-17 түрінде орналастыруға болады.
Көміргумин қосу кезінде кәдімгі суғармалы сұртопырақтағы сүзілу
жылдамдығының ұлғаюы полимер мен топырақ бөлшектерінің өзара әрекеттесу
процесіндегі олардың агрегаттану салдарынан жүзеге асады.
Агрегаттардың жинақталу процесінде суды сүзгі-топырақ арқылы өте жылдам
өткізетін едәуір ірі кеуектер түзіледі. Жоғарыда келтірілген барлық
көміргумин ішінде өте күшті құрылымдандырғыш қасиетке ие: мысалы, топырақ
сынамасына 0,06% мөлшерлеуде 8,86% бақылаудағы 0,25 мм өлшемдегі 94,6% су
агрегаттар (Павлов әдісі бойынша) алынады 26.
Ашық сұртопырақтағы сүзілу жылдамдығын анықтау үшін судаерігіш
тұздарының мөлшері бойынша әртүрлі екі топырақ үлгісі алынды (2-кесте).
Қоспа ретінде топырақ сынамасына 0,0006-дан 0,15%-ға дейінгі мөлшердегі
көмір гумин препараты қолданылды. Көмір гумин мен топырақ бөлшектерінің
өзара әрекеттесуі әртүрлі өлшемдегі агрегаттардың түзілуімен
түсіндіріледі.
І.8 Өсімдіктің қоректенуі мен тыңайтқыш қолдануға байланысты топырақ
қасиеттерінің өзгеруі
Топырақ құрамы: топырақ негізінен бір-бірімен байланысты үш бөліктен
(фазадан) тұрады: газ немесе топырақ ауасы, сұйық немесе топрырақ
ерітіндісі және қатты бөлігі. Топырақтың осы үш бөлігі оның механикалық,
химиялық құрамдары мен агрохимиялық қасиеттеріне жақсы ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz