Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Торфяные месторождения Беларуси интенсивно разрабатываются. Торф находит широкое применение в сельском хозяйстве, энергетике и в качестве бытового топлива. Вместе с тем его использование нельзя считать достаточно рациональным.
Как известно, органическое вещество торфа представлено широким спектром разнообразных соединений. Многие из них могут быть выделены в результате его химической переработки. Наиболее представительная и ценная составляющая торфа -- гуминовые вещества (ГВ). Они обладают ростстимулирующими свойствами и могут применяться в качестве регуляторов роста растений. Такие препараты экологически безопасны, их производство хорошо обеспечено сырьем и не требует больших затрат.
Важно подчеркнуть, что современное растениеводство остро нуждается в биологически активных препаратах (БАП), позволяющих существенно повысить продуктивность земледелия и улучшить качество продукции. Однако в Беларуси регуляторы роста растений в промышленном масштабе не производятся, и республика вынуждена тратить значительные валютные средства на их приобретение за рубежом. К тому же большинство применяемых БАП — продукты глубокого химического синтеза, представляющие серьезную опасность для окружающей среды и здоровья человека.
В связи с этим тема настоящей диссертационной работы, направленной на изыскание новых способоз активизации гуминовых веществ торфа, разработку технологии получения эффективного регулятора роста растений и его внедрение в практику сельского хозяйства, представляется своевременной и актуальной.
Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнена в соответствии с планом научных исследований в области естественных наук Академии наук Беларуси (1985-1986 гг., № roc. per. 01850028707; 1986-1S89 гг. № гос. per. 01860020719; 1986-1990 гг., № гос. per. 01860016555; 1991-1995 гг., № гос. per. 01910056102); заданиями Государственного Комитета СССР по науке и технике (1986-1990 гг., проблема 0.71.03, № гос. per. 01860104168; 1988-1990 гг., № гос. per. 01880082062); республиканскими научно-техническими программами (1986-1990 гг., проблема 51.01р, 1986-1990 гг., проблема 51.03р, № гос. per. 01860041760; 1991-1995 гг., проблема 75.02р).
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы — научное обоснование и разработка технологических приемов получения биологически активного препарата на основе торфа методом его гидролитической деструкции.
Для достижения поставленной цели предусмотрено решение следующих задач:
выявить влияние природы гидролизующих агентов и технологических параметров последовательного кислотнс-щелочного гидролиза торфа на химический состав и биологическую активность гид-ролизатов;
определить оптимальные условия получения гуминовогс регулятора роста Тидретумат":
оценить торф различной природы как сырье для получения биологически активных препаратов;
изучить влияние гидролитической деструкции торфа на физико-химические свойства и биологическую активность гуминовых кислот (ГК);
выявить особенности биологического действия нового гу-минового препарата (ГП);
разработать способ и технологию получения гуминового регулятора роста Тидрогумат";
получить опытные партии препарата и уточнить технологические параметры его производства на опытно-промышленной установке;
разработать нормативно-техническую документацию на торфяное сырье, гуминовый препарат и технологию его производства;
провести полевые и производственные испытания нового регулятора роста в различных отраслях растениеводства.
Научная новизна. Впервые для получения биологически активных гуминовых препаратов на основе торфа предложен метод его последовательного кислотнс-щелочного гидролиза.
Установлено, что одновременно с гидролитической деструкцией углеводно-гуминового комплекса торфа протекают реакции вторичного синтеза с образованием биологически активных гуминопо-добных веществ (ГПБ) типа меланоидинов.
Указанный метод позволяет активизировать гуминовые кислоты и обогатить препараты другими биологически активными компонентами — аминокислотами, низкомолекулярными карбоновыми кислотами и меланоидинамм. Выявлено, что в результате последовательного кислотно-щелочного гидролиза торфа происходит частичная
деструкция периферических алифатических фрагментов ГК с образованием по месту разрыва связей дополнительных кислородсодержащих функциональных групп. В ядерной части молекул существенных изменений не установлено. Такие изменения в структуре молекул ГК сопровождаются усилением их ростстимулирующих свойств.
Впервые показано, что гуминовые кислоты оказывают мем-бранстропное действие, изменяя структурно-динамическое состояние цитоплазматических мембран, чго влечет за собой изменение функциональной активности клетки.
Выявлено положительное влияние гидрогумата на метаболизм, энергообмон и пролифератизную активность дрожжевых и растительных организмов, что в конечном итоге повышает их продуктивность и улучшает качество биомассы.
Практическая значимость полученных результатов. Разработаны способ и технология производства высокоэффективного гуми-нового регулятора роста растений на основе торфа. Научно обоснованы оптимальные условия процесса, при которых выход препарата достигает 80 % от органической массы (ОМ) торфа, тогда как в известных технологических решениях он не превышает 25-30 %. На основании результатов опытно-промышленной проверки технологических режимов получения гидрогумата оформлен временный технологический регламент на его производство. Разработаны и утверждены республиканские технические условия на препарат "Регулятор роста растений Тидрогумат" из торф?." (ТУ 88 БССР 202-91) и торф как сырье для производства регуляторов роста (ТУ 88 БССР 123-87).
Токсихолого-гигиеническая оценка нового регулятора роста выявила его безвредность для окружающей среды л здоровья человека. Высокая эффективность гидрогумата подтверждена полевыми и широкими производственными испытаниями з хозяйствах республик:? при возделывании зерновых, овощных культур и картофеля.
На основании результатов комплексных исследований получено разрешение ґссхимкомиссии Главного управления Министерства сельского хозяйства и продовольствия Беларуси на применение гидрогумата в растениеводстве. Разработаны Указания по применению препарата на зерновых и зернобобовых культурах, картофеле, в овощеводстве закрытого и открытого гручта.
Выданы исходные данные, на основе которых Государственным проектным институтом по комплексному использованию торфа в народном хозяйстве (Гипроторф) МТП России разработан проект на
строительство опытно-промышленных цехов по производству гуми-новых препаратов мощностью 500 и 2000 т/ год.
Организовано производство гидрогумата на Борисовском бумажно-лесохимическом заводе, на опытно-экспериментальном предприятии "Биохим" в Минской области и на промышленной установке колхоза "40 лет Октября" Брестской области.
Экономическая значимость полученных результатов. Предложена ресурсосберегающая технология переработки торфа, которая позволяет из 1 т исходного сырья влажностью 50 % получить 3,3 т высокоэффективного регулятора роста растений с концентрацией действующих веществ 10 %. Выход ГП по известным технологиям в 2,.5-3,0 раза ниже. Важно отметить, что остаток от гидролиза торфа также может быть использован в качестве компонента органо-минеральных удобрений.
Стоимость одного килограмма гидрогумата составляет 5000 руб. (в ценах января 1996 года), тогда как импортируемых БАП — от 10 до 50 долларов США. Это говорит о возможности существенной экономии валюты за счет применения б растениеводстве республики отечественных регуляторов роста, а также их поставки на экспорт.
Использование гидрогумата в дозах 2-3 кг/га дает возможность без изменения технологии возделывания сельскохозяйственных культур повысить их урожайность на 10-30 % и улучшить качество конечной продукции. Применение гидрогумата позволяет также снизить дозы внесения пестицидов и минеральных удобрений, что существенно уменьшает затраты в растениеводстве. Так, чистый доход от применения гидрогумата в смеси с половинной дозой фунгицида на культуре картофеля в колхозе "Новый быт" Минского района составил 99876 руб./га в ценах декабря 1994 года. Использование его в качестве компонента минеральных удобрений (карбамида, сульфата аммония) в 1993-1994 гг. на площади 2212 га в хозяйствах Минской области позволило получить экономический эффект 293172 тыс.руб.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
— научное обоснование последовательного кислотно-
щелочного гидролиза торфа как метода получения биологически ак
тивных препаратов;
— способ и технология производства регулятора роста расте
ний из торфа " Гид рогу мат";
— оценка химического состава гидрогумата и физико-
химическая характеристика его гуминового комплекса;
требования к торфу как сырью для получения регуляторов роста;
оценка биологического действия продуктов гидролитической деструкции торфа на "леточном и организменном уровнях;
результаты полевых и производственных испытаний гидро-гумата в растениеводстве.
Личный зклад соискателя. Соискателем проведены исследования і ю влиянию технологических параметров, природы гидроли-зующих агентов и вида торфа на химический состав и биологическую активность продуктов его ступенчатого кислотно-щелочного гидролиза. Определены оптимальные условия процесса и способ получения регулятора роста растений Тидрогумат". Организован выпуск опытно-промышленных партий препарата и уточнены технологические параметры его производства.
Изучены физико-химические свойства и биологическая активность ГК и гуминоподобных веществ гидрогумата. Исследовано влияние нового ГП на интенсивность дыхания организмов, биохимический состав (белок, фосфорные соединения, пигменты, витамины) биомассы дрожжей и растений, а также на качество конечной продукции (содержание сухого вещества, крахмала, нитратов).
Разработка технологии получения гидрогумата, нормативно-технической документации и внедрение препарата в производство осуществлено соискателем совместно с сотрудниками лаборатории биотехнологии (ныне химии и химической технологии твердого топлива); биофизические исследования по действию гидрогумата на электрофизиологическиэ характеристики мембран, их проницаемость и межклеточную диффузионную связь — совместно с сотрудниками Института экспериментальной ботаники АН5 и лаборатории биофизики Института фотобиологии АНБ; полевые и производственные испытания — совместно с научно-исследовательскими институтами Академии аграрных наук Республики Беларусь и Минской областной проектно-изыскательской станцией химизации сельского хозяйства.
Апробация результатов диссертации. Результаты научных исследований по теме диссертации доложены: на ХУ Менделеевском съезде по общей и прикладной химии "Химические проблемы экологии" (Минск, 1993 г.); на Международных симпозиумах: "Методы магнитного резонанса в биохимии, молекулярной биологии и медицине" (Москва, 1989 г.), "Физические проблемы экологии, природопользования и ресурсосбережения" (Ижевск, 1992 г.), "Симпозиуме стран Ла-
тинской Америки по переработке сахарного тростника и отходов сахарного производства" (Сантьяго, 1993 г.), "Органическое вещество торфа", (Минск, 1995 г.); на Международных научных и научно-технических конференциях: "Достижения науки и техники в области ресурсосбережения и экологии" (Гомель, 1989 г.), по физико-химии торфа (Калинин, 1989 г., Тверь, 1993 г.), "Регуляторы роста и развития растений" (Москва, 1995 г.), а также других конференциях, совещаниях и научных семинарах.
Опубликованность результатов. Результаты научных исследований по теме диссертации защищены 3 авторскими свидетельствами, а также опубликованы в 27 научных трудах, 14 из которых приведены в автореферате..
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста, списка использованных литературных источников и приложений.
Полный объем диссертации 189 страниц, в том числе 13 иллюстраций на 13 стр., 47 таблиц на 43 стр. и 16 приложений на 27 стр. Список использованных источников на 21 стр. включает 234 наименования.
