ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 11, с. 1385-1389
АГРОХИМИЯ И ПЛОДОРОДИЕ
УДК 631.41
ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ ТОРФОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ХРАНЕНИЯ
© 2004 г. Н. В. Юдина1, Л. И. Инишева2
1Институт химии нефти СО РАН, 634055, Томск, пр. Академический, 3 2Сибирский НИИ торфа, 634050, Томск, ул. Гагарина, 3 Поступила в редакцию 15.03.2002 г.
Показано влияние температуры, УФ-облучения, влажности на окислительно-восстановительные и микробиологические процессы в торфах, определяющие их состав и свойства. Через 12 месяцев при разных условиях хранения в низинном древесном и верховом сфагновом торфах отмечено протекание процессов гумификации, минерализации и образования более плотных структур, обогащенных кислородом.
ВВЕДЕНИЕ
Развитие экосистемы состоит в изменении во времени видовой структуры микрофлоры и био-ценотических процессов. В отсутствие внешних нарушающих воздействий это направленный предсказуемый процесс. Если физические условия среды благоприятны и вероятность нарушений мала, то достигается высокий уровень организации системы и длительное время сохраняется ее стационарное состояние. В неблагоприятной среде, подверженной периодическим возмущениям, процесс развития экосистемы прерывается, возвращается вспять и восстанавливается уже на определенном уровне [11]. Выяснение роли внешних воздействий температуры, УФ-облучения, микробиологических, гидрологических и техногенных факторов на устойчивость биогеохимических процессов в торфяной залежи представляет теоретическую и практическую значимость. В ряде публикаций отражено влияние отдельных факторов на превращение органических веществ почв. Никоновым с соавт. [10] показана роль аэрации в изменении торфа в течение 13-15 лет, проявляющейся в интенсивной минерализации. Оценка устойчивости сухих, щелочных и кислых растворов гумусовых веществ при хранении на свету и в темноте в обычных лабораторных условиях приведена Орловым [12]. Влияние промерзания влажной почвы сказывается на усилении окислительно-восстановительных процессов и гидролиза [3]. Алиевым [1] показано значение фотохимического воздействия на органическое вещество почв, играющего решающую роль в энергетике почвообразования. Нами ранее приводились результаты исследований по влиянию внешних факторов на микрофлору и состав торфов в течение 12 месяцев [14, 16].
Целью данной работы явилось изучение влияния различных условий хранения на изменение
окислительно-восстановительного равновесия, микробиологического, химического состава и свойств торфов.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования по изучению влияния температуры, влажности, УФ-облучения на состав и свойства низинного древесного торфа со степенью разложения 25% и верхового сфагнового торфа со степенью разложения 5% проводились в течение 12 месяцев. Однородные пробы торфов готовили по методу квартования [2]. Образцы хранили в двух плотно закрытых полиэтиленовых пакетах при следующих условиях: 1 - на свету при 20°С, 2 - в темноте при 20°, 3 - в темноте при 5°С, 4 - в темноте при минус 10°С, 5 - воздушно-сухой на свету при 20°С. Влажность образцов поддерживалась постоянной, в вариантах 1-4 для низинного торфа составляла 55 масс. %, верхового торфа - 80 масс. %. Групповой состав торфов анализировался по методике Инсторфа [4]. В торфах через 1, 3, 6, 12 месяцев хранения определяли численность микроорганизмов - гетеротрофов, нитрифицирующих, денитрифицирующих, плесневых грибов [14], содержание Ре3+, Ре2+, N О-, N Н+, фракционный состав азота [14], элементный состав, зольность, содержание липидов [9], жирорастворимых антиоксидантов [15], гуминовых кислот. При каждом временном отборе проб повтор-ность опытов была 3-кратной.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Главными факторами, изменяющими окислительно-восстановительные условия в торфе, являются активность микрофлоры и кислород воздуха [5-8]. Согласно нашим исследованиям, торфяные почвы, характеризующиеся органогенной
Бе3+, мг/100 400
350 300 250 200 150
100
Бе2+, мг/100 250
200
150
100
50 0
6 9 12
Время хранения, мес.
NH+, мг/100
230 -
200 - Пк
—1
-Щ-2 170 - ¡¡Х 1
-Ь-3 140 - д
+ 4 110
-о-5
80 \
50
Рис. 1. Изменение содержания ионов Бе3+ и Бе2+ в низинном торфе в зависимости от условий и срока хранения. Обозначения здесь и далее. Хранение: 1 - на свету при 20°С, 2 - в темноте при 20°С, 3 - в темноте при 5°С, 4 - в темноте при минус 10°С, 5 - воздушно-сухой образец на свету при 20°С.
N05, мг/100 100 г
80
60-
40-
20-
0 3 6 9 12
Время хранения, мес.
Рис. 2. Изменение содержания ионов NH4+ и N0^3 в низинном торфе в зависимости от условий и срока хранения.
3
природой, присутствием азота, часто низкими значениями рН, пониженным количеством кислорода в условиях постоянной насыщенности водой, отличаются значительным содержанием различных физиологических групп микроорганизмов [14]. В исходном низинном торфе содержание бактерий и плесневых грибов выше, чем в верховом. Характер распределения микроорганизмов в торфах в течение 12 месяцев зависит от температуры, освещенности и времени эксперимента. В первые 3 месяца отмечено уменьшение численности микроорганизмов во всех вариантах условий хранения. В дальнейшем в вариантах 1, 2 при комнатной температуре на свету и в темноте происходило увеличение количества гетеротрофов до значений, превышающих исходные. Аналогичная закономерность в этих вариантах опыта отмечалась и по численности плесневых грибов. В динамике денитрифицирующих бактерий особой закономерности не прослеживается, но их численность не превышала исходных значений. В торфах отмечалось изменение содержания подвижных форм соединений, представляющих пи-
тательный субстрат для микроорганизмов. Полученные результаты свидетельствуют о восстановлении микрофлоры торфяных систем при внешних нарушающих воздействиях.
Об изменении окислительно-восстановительных условий в образцах можно судить по динамике системы Ре3+-Бе2+. Исследованные торфы сильно отличаются между собой по количеству окисленных (Бе3+) и восстановленных (Бе2+) форм железа. В исходном состоянии в низинном торфе преобладает окисленная форма. В первом полугодии содержание Бе3+ и Бе2+ уменьшается, а во втором - происходит увеличение количества обеих форм железа, но процесс окисления протекает интенсивнее. К 12 месяцам хранения количество ионов Бе3+ в низинном торфе превышает исходное значение. Верховой торф в исходном состоянии характеризуется низким содержанием обеих форм железа с большей долей ионов Бе2+. Это соотношение отмечается в течение всего периода наблюдений. Изменение системы Ре3+-Бе2+ во времени носит такой же характер как и для ни-
с/н 1.6
с/о
3.5
6 9 12
Время хранения, мес.
Липиды, масс. % 5
1
0
Антиоксиданты, моль/кг 1.1 г
2
Рис. 3. Изменение отношений С/Н и С/О в низинном
торфе в зависимости от условий и срока хранения.
зинного торфа только с преобладанием восстановительных процессов.
Аналогичное распределение наблюдается в динамике окисленных и восстановленных соединений азота N О- -К Н+ в опыте с низинным торфом (рис. 2). Концентрация ионов N О- на протяжении трех месяцев незначительно уменьшается, в дальнейшем происходит ее рост, свидетельствующий об активизации окислительных процессов.
При этом содержание N Н+ также достигает первоначального уровня в конце опыта. В верховом торфе нитратный азот отсутствуют, а концентрация ионов КН4+ в течение первых трех месяцев увеличивается, а во втором полугодии - приближается к исходному значению и остается такой до конца исследований. Следует отметить, что большее влияние на характер распределения Ее3+,
Ее2+, N О-, N Н+ в торфах во времени оказывают условия их хранения при комнатной температуре.
Изменение окислительно-восстановительных условий и микрофлоры в торфах приводит к превращениям биохимически устойчивых органических веществ (липидов, гуминовых кислот). По отношениям элементов С/Н, С/^ С/О, представленных на рис. 3, получена общая информация об изменениях в составе органичесчких
0.4-1-1-1-1
0 3 6 9 12
Время хранения, мес.
Рис. 4. Изменение содержания липидов и антиокси-дантов в низинном торфе в зависимости от условий и срока хранения.
соединеницй торфов. В первое полугодие условия хранения мало влияют на данные показатели. В конце эксперимента наблюдался рост отношений С/Н и С/О и уменьшение значений С/^ что свидетельствует об уплотнении структур и повышении степени окисленности. Причем в большей мере изменениям подвержены образцы, хранящиеся при отрицательной температуре.
Колебательный характер изменения активности окислительных процессов и микробиологической активности сказывается на изменении содержания липидов и жирорастворимых антиокси-дантов. Так, в низинном влажном торфе в варианте с комнатной температурой в течение первых 3 месяцев при восстановительных условиях концентрация липидов возрастала (рис. 4). После 6 и 12 месяцев хранения содержание в торфах липидов приблизилось к исходному значению. В торфе, хранящемся при температуре -10°С, содержание липидов через 12 месяцев превышало их исходное значение. При низких температурах часто происходит более интенсивное разложение целлюлозы. За счет этого высвобождаются связанные липиды, увеличивая общее их количест-
Изменение содержания ГК, зольности и различных форм азота в торфах через 12 месяцев хранения
Показатель Исходный образец Условия хранения*
1 2 3 4 5
Низинный торф
Гуминовые кислоты, мас. % 7.0 9.9 10.5 9.3 8.1 7.5
Азот, мг/100 г
общий 3600 3200 3400 3000 2900 2800
негидролизуемый 2800 2800 2800 2600 2500 2500
трудногидролизуемый 160 150 180 190 180 150
легкогидролизуемый 200 200 170 200 170 110
Зольность, мас. % 10.5 13.0 14.1 12.3 10.5 11.0
Верховой торф
Гуминове кислоты, мас. % 11.8 16.6 18.6 13.4 11.8 12.0
Азот, мг/100 г
общий 880 890 900 880 800 640
негидролизуемый 680 690 750 680 610 550
трудногидролизуемый 60 90 50 60 50 20
легкогидролизуемый 110 40 70 110 110 40
Зольность, мас. % 2.2 3.7 3.0 2.3 2.2 2.2
* Условия хранения: 1 - на свету при 20°С, 2 - в темноте при 20°С, 3 - в темноте при 5°С, 4 - в темноте при -10
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.