CC BY
106
УДК 662.73:665.44
Н. А. Шинкеева, С. Г. Маслов, В. С. Архипов
ХАРАКТЕРИСТИКА ГРУППОВОГО СОСТАВА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ОТДЕЛЬНЫХ РЕПРЕЗЕНТАТИВНЫХ ТОРФОВ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Исследован групповой состав органического вещества 6 видов репрезентативных торфов таежной зоны Западной Сибири. Групповой состав определялся по методу Инсторфа. Установлено, что западносибирские торфа отличаются от европейских торфов по содержанию водорастворимых и легкогидролизуемых веществ и гумино-вых кислот.
Ключевые слова: торф, групповой состав, органическое вещество, торфяные месторождения, вид торфа, битумы, гуминовые кислоты, водорастворимые и легкогидролизуемые вещества.
Ценность торфов как сырья для химической переработки определяется его органической частью. Наиболее полные данные о групповом составе торфов получены для европейской территории России (ЕТР) и Беларуси [1-9].
Трестом «Геолторфразведка» в 1962 г. была начата работа по систематизации и учету образцов торфа, отобранных при выполнении тематических и геологоразведочных работ, а в 1971 г. был создан каталог образцов торфов. В коллекцию включены образцы торфов, отобранные на месторождениях, расположенных в девяти торфяно-болотных областях ЕТР и в шести торфяно-болотных зонах Западной Сибири, всего 81 торфяное месторождение, 8 из которых расположены в пределах Западно-Сибирской равнины [10]. Результаты по групповому составу органического вещества для европейских торфов обобщены и систематизированы также в работах И. И. Лиш-твана и др. [11, 12].
Торфяные ресурсы Западной Сибири изучены сравнительно слабо. Первые предварительные оценки распространенности торфов Западной Сибири были сделаны по материалам геологоразведочных работ 1952-1956 годов [13]. Однако химические свойства торфов Западной Сибири были практически не исследованы. Так, экспериментальные данные по групповому составу органического вещества западносибирских торфов на тот период были единичны. Начиная с 70-х гг. учеными проводились такие исследования, однако часто используемые методы фракционирования были различными, что вызывало затруднение при обобщении результатов. Например, в работах [14-18] приведены результаты изучения фракционно-группового состава органического вещества репрезентативных торфов средней и южной тайги Западной Сибири по методу Пономаревой-Николаевой. В ряде работ ученых Сибири [19-25] приводится характеристика группового состава органического вещества торфов западносибирских месторождений по методу Инсторфа. Вместе с тем в настоящее время торфяные ресурсы Западно-Сибирской равнины привлекают внимание как сырьевая база
уникальной торфяной продукции, и изучение группового состава западносибирских торфов является актуальной проблемой.
Целью данной работы является изучение группового состава органического вещества репрезентативных торфов южно-таежной подзоны Западной Сибири.
Таежная зона занимает 60 % территории Западной Сибири и выделяется по преобладанию растительных сообществ бореального типа [25]. Зона делится на четыре подзоны. В подзоне южной тайги процессы заболачивания охватывают значительные территории, и заторфованность составляет 32 %. Наиболее широко в данной подзоне представлены 10 видов торфа: фускум, ангустифолиум, магелланикум, сфагновый мочажинный и комплексный верховые, древесный, древесно-травяной, осоковый, осоково-гипновый и гипновый низинные торфа [25]. Исследуемые образцы относятся к 6 видам торфов верхового и низинного типов, включая репрезентативные для Западной Сибири торфа низинного типа (древесно-травяной, осоковый, осоково-гипновый), а также основные виды торфов верхового типа (фускум, комплексный, пу-шицево-сфагновый). Образцы торфов были отобраны в западносибирской таежной болотной области бореально-атлантических выпуклых олиготрофных моховых болот активного заболачивания и интенсивного торфонакопления согласно районированию
О. Л. Лисс и др. [25]. Каждый вид торфа представлен выборкой из 5-19 образцов. Всего проанализировано 47 образцов, из них 29 относятся к верховому, 18 - к низинному типу торфа.
Групповой состав исследованных торфов определялся по методу Инсторфа [11]. Статистическая обработка данных была выполнена с помощью пакетов статистических программ БТЛТКТГСЛ 6. Следует отметить, что наибольшее количество данных по групповому составу торфов ЕТР получены с использованием этого метода, что позволило провести сравнительную характеристику группового состава органического вещества торфов Западной Сибири и ЕТР. Для этого были подобраны одноименные торфа Средней торфяно-болотной области ЕТР [10].
Известно, что западносибирские торфа характеризуются особенностями, отличающими их от торфов ЕТР. Так, большинство торфов имеет более низкую степень разложения. К особенностям ботанического состава низинных торфов нужно отнести их олиготрофность, выражающуюся в постоянном присутствии верховых сфагновых мхов, главным образом БрИ. ^кит, БрИ. та§е11ашсит и БрИ. а^ш^ЮНит [13]. Западносибирские торфа отличаются от европейских более высоким содержанием углеводов, несколько повышенным содержанием
целлюлозы и более низким уровнем накопления гу-миновых кислот [25].
В результате проведенных нами исследований получены результаты, характеризующие групповой состав органической части репрезентативных торфов месторождений южно-таежной зоны Западной Сибири и позволяющие дополнить имеющиеся сведения по групповому составу торфов Западной Сибири. Обобщенные характеристики по групповым составляющим органического вещества торфов Западной Сибири и ЕТР представлены в таблице.
Групповой состав органического вещества торфов таежной зоны Западной Сибири
*Вид, тип торфа **Я,% Б ВРВ+ЛГВ ГК ФК Ц Л
Фускум, В 6.6 5.0-15.0 42 2.0-10.0 49.5 35.0-58.0 12.1 6.0-19.0 17.2 13.0-24.0 11.0 5.0-17.0 5.9 3.0-13.0
Комплексный, В 11.0 5.0-15.0 42 2.8-6.4 46.5 33.9-53.9 14.0 9.3-22.4 14.6 11.7-19.1 12.7 7.8-17.4 77 3.9-14.3
Пушицево-сфагновый, В 22.0 5.0-35.0 8.1 3.4-14.8 35.8 22.8-46.4 21.3 7.1-31.9 16.3 13.1-21.0 10.9 4.4-21.0 76 4.3-10.3
Осоково-гипновый, Н 34.0 25.0-45.0 28 1.7-4.0 34.9 30.5-38.5 32.3 27.5-34.3 12.7 6.8-16.6 24 1.3-3.8 12.2 7.4-20.1
Древесно-травяной, Н 35.0 30.0-45.0 45 3.2-6.7 27.0 22.0-31.7 34.4 30.4-43.6 13.2 2.5-19.7 65 2.1-12.6 12.7 9.3-16.4
Осоковый, Н 35.6 25.0-50.0 6Д 2.5-12.0 30.6 22.0-43.3 37.5 23.7-46.6 12.4 5.4-32.6 31 1.4-5.5 11.2 7.2-14.7
Примечание: * В - верховой, Н - низинный. **% степень разложения^ - битумы;ВРВ+ЛГВ - сумма водорастворимых и легкогидролизуемых веществ;ГК - гуминовые кислоты;ФК - фульвокислоты;Ц- целлюлоза;Л - лигнин. Для каждой анализируемой характеристики указываются среднее значение (подчеркнуто) и пределы варьирования.
Среди репрезентативных видов торфа южно-таежной зоны Западной Сибири наиболее широко распространены верховые сфагновые малоразложившиеся, в частности фускум-торф. Фускум-торфа характеризуются низкой степенью разложения (5-15 %), в его групповом составе содержание водорастворимых и легкогидролизуемых веществ достигает максимальных величин - 58.0 % (см. таблицу). Содержание целлюлозы составляет 5.0-17.0 % . Количество гуминовых кислот в данном виде торфа минимально (6.0-19.0 %). Близок к фускуму по своему составу и свойствам комплексный торф.
Верховые пушицево-сфагновые торфа отличаются более высокой степенью разложения (5-35 %), соответственно понижено содержание водорастворимых и легкогидролизуемых веществ (22.8-46.4 %), гуминовые кислоты варьируют в пределах 7.1-31.9 %, целлюлоза - 4.4-21.0 %. В групповом составе обращает на себя внимание высокое содержание битумов 3.4-14.8 %. Высокая битуминозность пушицево-сфаг-нового торфа ранее отмечалась авторами [4, 11, 26].
Верховые торфа ЕТР, в отличие от западносибирских, содержат в 1.1-1.5 раза меньше водорастворимых и легкогидролизуемых веществ и во столько же
больше битумов и гуминовых кислот. Групповой состав на уровне типов и видов торфа представлен на рис. 1 и 2.
Изученные образцы низинного торфа имеют степень разложения от 25.0 до 50.0 %. Групповой состав низинных торфов, в отличие от верховых, характеризуется низкими выходами битумов, легкогидролизуемых веществ и более высоким содержанием гумино-вых кислот. Выход битумов для западносибирских торфов обычно составляет 2.5-3.5 %. Низинный торф с повышенным выходом битумов (более 5 %) встречается редко. Представителями могут служить отдельные образцы осокового (12.0 %) и древесно-травяного торфов (6.7 %) [20]. Минимальным содержанием битумов отличается осоково-гипновый торф (1.7 %). Суммарное содержание водорастворимых и легкогидролизуемых веществ в низинном торфе нередко ниже 30 %, хотя встречаются и более высокие содержания этих групповых составляющих, близких к их содержанию в верховом торфе. Целлюлоза составляет 1.3-12.6 %. Содержание гуминовых кислот в низинном торфе достигает своих максимальных значений (43.6-46.6 %) в древесно-травяном и осоковом видах. При этом содержание фульвокислот обыч-
фускум
комплексный пушицево-сфагновый
Вид торфа
Битумы ] Битумы *
] ВРВ+ЛГВ i ВРВ+ЛГВ* i ГК ГК *
Рис. 1. Содержание битумов, ВРВ+ЛГВ и ГК для верховых торфов таежной зоны Западной Сибири и Средней торфяноболотной области ЕТР (I - интервал варьирования)
осоково-гипновый
древесно-травяной
Битумы 1 Битумы *
1ВРВ+ЛГВ i ВРВ+ЛГВ * I ГК I ГК*
Рис. 2. Содержание битумов, ВРВ+ЛГВ и ГК для низинных торфов таежной зоны Западной Сибири и Средней торфяно-болотной области ЕТР (I - интервал варьирования)
60
50
50
40
40
ï 30
30
20
О 20
0
0
но вдвое ниже по сравнению с гуминовыми кислотами. В ряду низинных видов торфа минимальным содержанием гуминовых кислот отличается осоко-во-гипновый.
Торфа низинного типа ЕТР, в отличие от низинных западносибирских, содержат меньше водорастворимых и легкогидролизуемых веществ (в 1.2 раза) и больше гуминовых кислот (в 1.1 раза) (рис. 2).
Количество лигнина в западносибирских и европейских торфах верхового типа меньше, чем в низинных, и колеблется соответственно в пределах 3.014.3 % и 2.9-10.7 %. Для низинного типа пределы варьирования имеют значения 7.2-20.1 и 5.0-24.0 % соответственно. Средние значения близки между собой и составляют для верховых торфов 7.1 и 6.2 %, для низинных - 12.0 и 12.0 %.
Таким образом, в групповом составе органического вещества репрезентативных торфов Западной Сибири обнаруживаются особенности, связанные с региональными условиями торфообразования. Так, в отличие от торфов европейской территории России, западносибирские богаче водорастворимыми и легкогидролизуемыми веществами. Возможно, это связано с высокой обводненностью болот и значительным содержанием в их органической массе сфагновых мхов, как отмечалось О. Л. Лисс [25]. В то же
время содержание гуминовых кислот во всех исследованных торфах ниже, чем в европейских аналогах. Более низкое накопление гуминовых кислот как для верховых, так и для низинных видов торфа связано с повышенным содержанием в минеральной части торфов кальция и со значительным содержанием сфагновых мхов в их ботаническом составе [25]. При этом содержание фульвокислот для низинных торфов ниже по сравнению с гуминовыми кислотами в два раза. Содержание ФК в западносибирских торфах низинного типа ниже, чем в европейских аналогах.
Битуминозность торфов верхового типа выше, чем низинного. Средние значения содержания битумов в западносибирских торфах верхового типа ниже, чем в европейских аналогах. Также для торфов Западной Сибири характерно несколько повышенное содержание целлюлозы. Лигнина в верховых торфах меньше, чем в низинных. В работе О. Л. Лисс и др. [25] отмечается, что большинство видов торфа Западной Сибири характеризуется несколько пониженным, по сравнению с торфами европейской части России, содержанием лигнина, при обработке данных нами такая закономерность не установлена.
Работа поддержана грантом Президента (НШ 3938. 2008.5.).
Список литературы
1. Лебедев К. К. Закономерности химического состава низинных торфов // Торфяная промышленность. 1967. № 2. С. 34-37.
2. Стадников Г. Л. Химия торфа. М., 1932. 177 с.
3. Раковский В. Е. Общая химическая технология торфа. М., 1949. 363 с.
4. Тюремнов С. Н. Торфяные месторождения. М., 1976. 488 с.
5. Раковский В. Е., Пигулевская Л. В. Химия и генезис торфа. М., 1978. 231 с.
6. Король Н. Т. Наиболее распространенные виды торфа европейской части РСФСР, их техническая характеристика и возможные
направления использования // Труды института Гипроторфразведка. М., 1969. Вып. 1. С. 3-98.
7. Лиштван И. И., Круглинский О. Ч. Возможности торфа как природного сырья // Торфяная промышленность. 1991. № 4. С. 15-23.
8. Бамбалов Н. Н., Беленькая Т. Я. Фракционно-групповой состав органического вещества целинных и мелиорированных торфяных почв // Почвоведение. 1998. № 12. С. 1431-1437.
9. Торф в биотехнологии / Под ред. И. И. Лиштвана. М., 1987. 151 с.
10. Каталог образцов торфа коллекции треста «Геолторфразведка». М., 1971.
11. Лиштван И. И., Король Н. Т. Основные свойства торфа и методы их определения. Минск., 1975. 320 с.
12. Лиштван И. И.,Терентьев А. А., Базин Е. Т., Головач А. А. Физико-химические основы технологии торфяного производства. Минск., 1983. 232 с.
13. Торфяные месторождения Западной Сибири. М., 1957. 149 с.
14. Инишева Л. И. Агрономическая природа торфа // Химия растительного сырья. 1988. № 4. С. 17-22.
15. Инишева Л. И., Дементьева Т. В. Органическое вещество торфов и оценка их биохимической устойчивости // Агрохимия. 2001. № 3. С. 25-34.
16. Савичева О. Г., Инишева Л. И. Биологическая активность торфяных болот // Сиб. экол. журн. 2000. № 5. С. 607-613.
17. Дементьева Т. В., Инишева Л. И. Интенсивность трансформационных процессов в торфах разного ботанического состава // Сиб. вест. сельскохозяйственных наук. 1998. № 3. C. 18-23.
18. Инишева Л. И., Дементьева Т. В. Фракционный состав органического вещества низинных торфов // Торф в сельском хозяйстве. Томск,
1997. С. 40-49.
19. Архипов В. С. и др. Торф Томской области как сырье в производстве удобрений // Всерос. научно-произв. конф.: мат-лы. Красноярск, 2001. С. 94-99.
20. Архипов В. С., Маслов С. Г. Состав и свойства типичных видов торфа центральной части Западной Сибири // Химия растительного сырья. 1998. № 4. С. 9-16.
21. Инишева Л. И., Архипов В. С., Маслов С. Г., Михантьева Л. С. Торфяные ресурсы Томской области и их использование. Новосибирск, 1995. 88 с.
22. Архипов В. С., Прейс Ю. П., Бернатонис В. К. и др. Битуминозные торфа Томской области. Томск, 2008. 240 с.
23. Грехова И. В. Качественная характеристика низинных торфов Тюменской области // Всерос. научно-произв. конф.: мат-лы. Красноярск, 2001. С. 82-83.
24. Маслов С. Г., Инишева Л. И. Торф как растительное сырье и направления его химической переработки // Химия растительного сырья.
1998. № 4. С. 5-7.
25. Лисс О. Л. и др. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение. М., 2001. 584 с.
26. Белькевич П. И. и др. Битумы торфа и бурого угля. Минск., 1989. 127 с.
Шинкеева Н. А., соискатель.
Томский государственный педагогический университет.
ул. Киевская, 60, г. Томск, Россия, 634061.
E-mail : Schinkeev @ mph.phtd.tpu.ru
Маслов С. Г., кандидат технических наук, доцент.
Томский политехнический университет.
пр. Ленина, 30, г. Томск, Россия, 634034.
Архипов В. С., кандидат химических наук, доцент.
Томский политехнический университет.
пр. Ленина, 30, г. Томск, Россия, 634034.
Материал поступил в редакцию 15.08.2008
