Пироугли как перспективные почвенные мелиоранты: оценка содержания и спектральные свойства их липидных фракций
Институты и факультеты
Главная \ Наука \ Научные издания КФУ \ Ученые записки Казанского университета \ Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки \ Архив

Пироугли как перспективные почвенные мелиоранты: оценка содержания и спектральные свойства их липидных фракций

Е.В. Смирнова, К.Г. Гиниятуллин, А.А. Валеева, Е.С. Ваганова

Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

Полный текст PDF

Аннотация

В работе дана оценка возможности изменения качественного состава почвенного органического вещества при внесении пироуглей с высоким содержанием липидов. Исследованы липидные фракции пироуглей (11 образцов), полученных из травянистых и древесных материалов в двух режимах пиролиза – высокотемпературном (400–600 °C) и низкотемпературном (< 400 °C). Высокое содержание липидной фракции, выделяемой экстракцией спиртобензольной смесью, характерно для низкотемпературных пироуглей и составляет для образцов из остатков проса 2.78%, остатков кукурузы 3.38% и древесины березы 3.67%. Липидные фракции исследовались методами УФ-видимой и ИК-Фурье спектрометрии. Их спектры в УФ-видимом диапазоне характеризуются экспоненциальным увеличением интенсивности поглощения с уменьшением длины волны, на которое накладываются отдельные максимумы поглощения, относящиеся к группам индивидуальных соединений. С применением методов эмпирического моделирования участков спектров было показано, что при низкотемпературном пиролизе древесного и травянистого материала образуется полимолекулярный пул органических соединений растворимых в спиртобензольной смеси, характеризующийся близкими молекулярными размерами и составом молекул, что обеспечивает получение примерно одинаковых спектров в УФ-видимом диапазоне. Растительный материал, используемый для получения пироуглей, влияет на содержание функциональных групп и отдельных индивидуальных органических соединений. Полученные данные согласуются с результатами ИК-Фурье спектрометрии. Было показано, что ИК-спектры спирторастворимой липидной фракции низкотемпературных пироуглей из различного растительного материала являются однотипными, но отличаются по содержанию отдельных функциональных групп.

Ключевые слова: пироуголь, липидная фракция, УФ-видимая спектрометрия, ИК-Фурье спектрометрия, органическое вещество почв

Благодарности. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-04-00869.

Литература

  1. Lehmann J., Joseph S. Biochar for Environmental Management: Science and Technology. – London: Earthscan, 2009. – 416 р.
  2. Basic Biotechnology / Eds. bу J. Bu’Lock, В. Kristiansen. – London: Acad. Press, 1987. – XIV, 561 р.
  3. Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. Ч. II. – СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2005. – 1142 с.
  4. Синицын А.П., Гусаков А.В., Черноглазов В.М. Биоконверсия лигноцеллюлозных материалов. – М.: Моск. гос. ун-т, 1995. – 224 с.
  5. Лиепиньш Г.K., Дунце М.3. Сырье и питательные субстраты для промышленной биотехнологии. – Рига: Зинатне, 1986. –158 с.
  6. ГОСТ 24260-80. Сырье древесное для пиролиза и углежжения. Технические условия. – М.: Изд-во стандартов, 1994. – 13 с.
  7. Maestrini B., Herrmann A.M., Nannipieri P., Schmidt M.W.I., Abiven S. Ryegrass-derived pyrogenic organic matter changes organic carbon and nitrogen mineralization in a temperate forest soil // Soil Biol. Biochem. – 2014. – V. 69. – P. 291–301. – doi: 10.1016/j.soilbio.2013.11.013.
  8. Рижия Е.Я., Бучкина Н.П., Мухина И.М., Белинец А.С., Балашов Е.В. Влияние биоугля на свойства образцов дерново-подзолистой супесчаной почвы с разной степенью окультуренности (лабораторный эксперимент) // Почвоведение. – 2015. – № 2. – С. 211–220. – doi: 10.7868/S0032180X14120089.
  9. Valeeva A.A., Grigoryan B.R., Bayan M.R., Giniyatullin K.G., Vandyukov A.E., Evtygin V.G. Adsorption of methylene blue by biochar produced through torrefaction and slow pyrolysis from switchgrass // Res. J. Pharm. Biol. Chem. Sci. – 2015. – V. 6, No 4. – P. 8–17.
  10. Giniyatullin K.G., Smirnova E.V., Grigoryan B.R., Valeeva A.A. The possibility of use research methods of soil organic matter for assess the biochar properties // Res. J. Pharm. Biol. Chem. Sci. – 2015. – V. 6, No 4. – P. 194–201.
  11. Gaskin J.W., Steiner C., Harris K., Das K.C., Bibens B. Effect of low-temperature pyrolysis conditions on biochar for agricultural use // Transactions of the ASABE. – 2008. – V. 51, No 6. – P. 2061–2069. – doi: 10.13031/2013.25409.
  12. Kuzyakov Y., Bogomolova I., Glaser B. Biochar stability in soil: Decomposition during eight years and transformation as assessed by compound-specific 14C analysis // Soil Biol. Biochem. – 2014. – V. 70. – P. 229–236. – doi: 10.1016/j.soilbio.2013.12.021.
  13. Tan K.H. Humic matter in soil and the environment: principles and controversies. – N. Y.: Marcel Dekker Inc., 2003. – 408 p.
  14. Марыганова В.В., Шайдак Л.В., Скаковский Е.Д., Тычинская Л.Ю. Изучение липидов гексановых экстрактов почв под лесополосами различного возраста методом ЯМР-спектроскопии // Природопользование. – 2013. – № 24. – С. 148–155.
  15. Pansu M., Gautheyrou J. Handbook of soil analysis. Mineralogical, organic and inorganic methods. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2006. – XIX, 993 p.
  16. Stevenson F.J. Humus Chemistry: Genesis, Composition, Reactions. – N. Y.: Wiley-Intersci., 1994. – 512 p.
  17. Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. – М.: Моск. гос. ун-т, 1981. – 272 с.
  18. Gobe V., Lemee L., Ambles A. Structure elucidation of soil macromolecular lipids by preparative pyrolysis and thermochemolysis // Org. Geochem. – 2000. – V. 31, No 5. – Р. 409–419. – doi: 10.1016/S0146-6380(00)00009-7.
  19. Фридланд Е.В. Липидная (спиртобензольная) фракция органического вещества различных типов почв // Почвоведение. – 1976. – № 10. – С. 53–61.
  20. Белькевич П.И., Голованов Н.Г., Демидович Е.Ф. Битумы торфа и бурого угля. – Минск: Наука и техника, 1989. – 127 с.
  21. Жеребцов С.И. Алкилирование спиртами твердых горючих ископаемых низкой степени углефикации: Дис. … д-ра хим. наук. – Кемерово, 2016. – 314 с.
  22. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМР- спектроскопии в органической химии. – М.: Высш. шк., 1971. – 264 с.
  23. Freddo A., Cai Ch., Reid B.J. Environmental contextualisation of potential toxic elements and polycyclic aromatic hydrocarbons in biochar // Environ. Pollution. – 2012. – V. 171. – Р. 18–24. – doi: 10.1016/j.envpol.2012.07.009.
  24. Kohl S.D., Rice J.A. Contribution of lipids to the nonlinear sorption of polycyclic aromatic hydrocarbons to soil organic matter // Org. Geochem. – 1999. – V. 30, No 8, Pt. 2. – Р. 929–936. – doi: 10.1016/S0146-6380(99)00076-5.
  25. Chan K.Y., Bowman A., Oates A. Oxidizable organic carbon fractions and soil quality changes in an oxic Paleustalf under different pature leys. // Soil Sci. – 2001. – V. 166, No 1. – Р. 61–67.
  26. Smith A.L. Applied Infrared Spectroscopy: Fundamentals Techniques and Analytical Problem-Solving. – N. Y.: John Wiley & Sons, 1979. – 336 p.
  27. Евдокимов И.Н., Лосев А.П. Применение УФ-видимой абсорбционной спектроскопии для описания природных нефтей // Электрон. науч. журн. «Нефтегазовое дело». – 2007. – C. 1–25. – URL: http://ogbus.ru/files/ogbus/authors/Evdokimov/Evdokimov_1.pdf.
  28. Twardowski M.S., Boss E., Sullivan J.M., Donaghay P.L. Modeling the spectral shape of absorption by chromophoric dissolved organic matter // Marine Chem. – 2004. – V. 89, No 1–4. – Р. 69–88. – doi: 10.1016/j.marchem.2004.02.008.
  29. Глущенко Н.Н., Лобаева Т.А., Байтукалов Т.А., Богословская О.А., Ольховская И.П. Анализ показателей качества фитопрепаратов на основе жирных растительных масел // Фармация. – 2005. – № 3. – С. 7–9.
  30. Рыбакова О.В., Сафонова Е.Ф., Сливкин А.И. Определение спектральных характеристик спиртовых растворов растительных масел и масляных экстрактов методом УФ-спектрофотометрии // Вестник Воронеж. гос. ун-та. Сер. Химия. Биология. Фармация. – 2007. – № 2. – С. 171–173.
  31. McHowat J., Jones J.H., Creer M.H. Quantitation of individual phospholipid molecular species by UV absorption measurements // J. Lipid Res. – 1996. – V. 37, No 11. – Р. 2450–2460.
  32. Tan K.H. Principles of soil chemistry. – N. Y.: Taylor & Francis Group, 2011. – 392 c.
  33. De Haan H., De Boer T. Applicability of light absorbance and fluorescence as measures of concentration and molecular size of dissolved organic carbon in humic Laken Tjeukemeer // Water Res. – 1987. – V. 21, No 6. – P. 731–734. – doi: 10.1016/0043-1354(87)90086-8.
  34. Chen Y., Senesi N., Schnitzer M. Information provided on humic substances by E4/E6 ratios // Soil Sci. Soc. Am. J. – 1977. – V. 41, No 2. – P. 352–358. – doi: 10.2136/sssaj1977.03615995004100020037x.
  35. Helms J.R., Stubbins A., Ritchie J.D., Minor E., Kieber D.J., Mopper K. Absorption spectral slope ratios as indicators of molecular weight, source, and photobleaching of chromophoric dissolved organic matter // Limnol. Oceanogr. – 2008. – V. 53, No 3. – P. 955–969. – doi: 10.4319/lo.2008.53.3.0955.
  36. Jamieson T., Sager E., Guéguen C. Characterization of biochar-derived dissolved organic matter using UV–visible absorption and excitation–emission fluorescence spectroscopies // Chemosphere. – 2014. – V. 103. – P. 197–204. – doi: 10.1016/j.chemosphere.2013.11.066.

Поступила в редакцию

17.04.17

 

Смирнова Елена Васильевна, кандидат биологических наук, заведующая кафедрой почвоведения

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: elenavsmirnova@mail.ru

Гиниятуллин Камиль Гашикович, кандидат биологических наук, доцент кафедры почвоведения

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: ginijatullin@mail.ru

Валеева Альбина Альбертовна, кандидат биологических наук, доцент кафедры почвоведения

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: valeyabc@mail.ru

Ваганова Екатерина Сергеевна, студент кафедры прикладной экологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: kitkaty_1992@mail.ru

 

Для цитирования: Смирнова Е.В., Гиниятуллин К.Г., Валеева А.А., Ваганова Е.С. Пироугли как перспективные почвенные мелиоранты: оценка содержания и спектральные свойства их липидных фракций // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2018. – Т. 160, кн. 2. – С. 259–275.

For citation: Smirnova E.V., Giniyatullin К.G., Valeeva А.А., Vaganova Е.S. Pyrochars as promising soil ameliorants: Assessment of content and spectral properties of their lipid fractions. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2018, vol. 160, no. 2, pp. 259–275. (In Russian)

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


Версия для печати
Ключевые слова: Смирнова, Ученые записки
Вход в личный кабинет
Ваш логин
Ваш пароль
Забыли пароль? Регистрация