Биологическая активность гуминового комплекса различного происхождения и его влияние на рост и развитие (стр. 6 из 11)
Выделение гуминовых и фульвокислот из компостов и вермикомпостов проводили в соответствии с требованиями Международного гуминового общества (Gaffney S., Marley N.A. and Clark S.B., 1996).
а) 
б) 
в)Рисунок 6. Гумусовые кислоты, выделенные из вермикомпоста червя "Старатель": а) гуминовые кислоты, б) фульвокислоты, в) гиматомелановые кислоты.
Из одинаковых по массе сухих навесок была определена влажность препаратов с использованием метода высушивания до постоянного веса. Содержание влаги в вермикомпостах существенно выше, чем в компостах. Разность во влагоемкости между компостами и вермикомпостами составила от 22,6% до 37,9%, таким образом влагоудерживающая способность вермикомпостов существенно выше, чем соответствующих компостов.
В таблице 7 приведены данные по экстрагируемости веществ 0,1N HCl из компостов и вермикомпостов. Следует отметить, что наибольшее количество экстрагируемых веществ получено из конского компоста и вермикомпоста. Наименьшее - из осадка сточных вод и вермикомпоста на его основе. Анализ данных таблицы показывает, что экстрагируемость веществ из вермикомпостов ниже по сравнению с компостами на 4-16%.
Таблица 7 Экстрагируемость веществ из компостов и вермикомпостов раствором 0,1N HCl
| № п/п | Источники компостов и вермикомпостов | Концентрация Экстрагируемых веществ, мг/мл | Изменение экстрагируемости вермикомпостов и компостов, % |
| 1 | Конский компост | 7,8 | 10,2 |
| Конский вермикомпост | 7,0 | ||
| 2 | Птичий компост | 6,7 | 4,3 |
| Птичий вермикомпост | 6,3 | ||
| 3 | Свиной компост | 6,3 | 7,9 |
| Свиной вермикомпост | 5,8 | ||
| 4 | ОСВ | 5,5 | 16,4 |
| Вермикомпост на основе ОСВ | 4,6 |
Для хроматографических исследований использовали растворы гуминовых кислот с концентрацией 1мг/мл и фульвокислот с концентрацией 2мг/мл. В работе использовали колонку - Macrosphere C8 (300A) (250x4.6). Ион-парную хроматографию проводили в присутствии в элюенте 6 мМ ТБА (тетрабутил - аммоний бромид). Детектирование хроматографических пиков проводили УФ детектором при 280 нм.
Хроматограммы гуминовых кислот содержали по два пика. Вещества пика – 1 гидрофильные, так как элюировались с колонки водой и имели низкие времена удерживания. Вещества пика - 2 гидрофобные, элюировались с колонки ацетонитрилом. Хроматографический пик 1, соответствующий гидрофильным гуминовым кислотам при проведении ион-парной хроматографии исчезает, а площадь под пиком 2 (гидрофобные гуминовые кислоты), соответственно возрастает. Такое поведение характерно для всех образцов гуминовых кислот. Полученные результаты дают основание считать, что различие между пиками 1 и 2 на рисунках 7 (а, б) и 8 (а, б) определяется в основном содержанием в ГК ионизованных групп. Учитывая, что исследование было выполнено при pH=7,6 речь идёт о карбоксильных группах, имеющих для гуминовых кислот pK - 3,6-4,6. По данным Перминовой (2000), содержание этих групп для большого массива гуминовых кислот, полученных из различных источников, составляет 3 -7 мМоль/г. Следует отметить, что карбоксильные группы присутствуют и в гидрофобной фракции гуминовых кислот (рис. 7, пик 2), так как при введении в элюент ТБА время выхода гидрофобной фракции возрастает с 28 до 31 мин, а пик становится более симметричным (рис. 8), что свидетельствует о более высокой однородности гуминовых кислот при нивелировании их зарядов.
а)
б)Рисунок 7. Хроматограмма гуминовых кислот, выделенных из конского компоста (а) и вермикомпоста (б) без ТБА в элюенте. детектирование - 280 нм, режим: изократический 10 мин элюент А; градиент от 100% А до 95% В c 10 до 30 мин; изократический - 95% В с 30 до 40 мин. Элюент-А -10 мМ фосфатный буфер с рН=7,6; элюент – B - 100% ацетонитрил.
а) 
б)Рисунок 8. Хроматограммы гуминовых кислот выделенных из конского компоста (а) и вермикомпоста (б) c ТБА в элюенте, детектирование 280нм, режим: изократический 10 мин элюент - А; градиент от 100% А до 95% В c 10 до 30 мин; изократический - 95% В с 30 до 40 мин. Элюент-А 10 мМ фосфатный буфер с рН=7,6 содержащий 6мМ ТБА (тетрабутил-амоний бромида); элюент - В- 100% ацетонитрил содержащий 6мМ ТБА.
Таким образом, в процессе вермикомпостирования наблюдается возрастание влагоудерживающей способности вермикомпостов; снижение экстрагируемости гуминовых веществ 0,1N раствором HCl; снижение экстрагируемости фульвокислот; возрастание удельной ароматичности суммарных фракций гуминовых кислот; возрастание удельной ароматичности суммарных фракций фульвокислот и существенный рост ароматичности гидрофильной фракции ФК.
Содержание ароматических фракций может служить в какой-то мере показателем степени гумификации вермикомпостов при их качественной оценке. Однако, в настоящее время не разработан однозначный параметр для оценки приемлемых уровней стабильности и зрелости компоста. Для компетентного заключения о степени гумификации необходимо рассмотреть как можно больше возможных показателей стабильности вермикомпоста.
5. Термодинамические свойства гуминовых веществ
Для оценки степени завершенности процесса гумификации вермикомпостов был использован метод дифференциальной сканирующей микрокалориметрии. На рисунке 9 приведены термограммы для растворов комплекса гуминовых веществ, выделенных из вермикомпостов различного периода созревания. Термограммы имеют общий вид. Температурные зависимости теплоемкостей (Ср) на участках А-В термограмм возрастают с ростом температуры до ~60°С. Начиная с точки В, температурные зависимости теплоемкостей меняют наклон (участок В-С), то есть, температурные зависимости теплоемкости на участке А-В имеют больший положительный температурный инкремент (∂С/∂T > 0), чем на участке В-С. Таким образом, при температуре ~60°С наблюдается некоторое изменение в состоянии гуминовых веществ.
Рисунок 9. Термограммы растворов гуминовых веществ выделенных из вермикомпостов различного периода созревания:
1 - образец-0, 2 - зимний образец, 3 - летний образец.
Tm – температура средины перехода при разрушении мицелл,
∆T- интервал перехода,
∆Cр- скачок теплоемкости.
После точки В при температуре ~60°С температурный инкремент теплоемкости (∂С/∂T) уменьшается.
Возможно, излом температурной зависимости теплоемкости связан с возрастанием силы гидрофобных взаимодействий до температуры ~70°С, а при более высокой температуре она начинают ослабевать, что проявляется на участке В-С в более низком температурным инкременте. На участке С-Д теплоемкости всех образцов гуминовых веществ скачкообразно возрастают в узком температурном интервале.
Учитывая этот факт и то, что гуминовые вещества в растворах образуют мицеллы, наблюдаемый термический переход можно отнести к разрушению мицелл, а скачок теплоемкости (ΔСр) связать с площадью гидрофобных групп, экспонированных в водный растворитель при разрушении мицелл.
Установление корреляционной зависимости между термодинамическими параметрами разрушения мицелл гуминовых веществ и спектральными параметрами, полученными из хроматографических данных, показало, что возрастание относительной степени ароматичности приводит к линейному росту ΔСр (R²=0,998). Как было отмечено выше, разрушение мицелл сопровождается экспонированием в воду гидрофобных групп гуминовых веществ ранее не доступных растворителю. Так как ароматические группы гуминовых веществ являются гидрофобными, то наблюдалось увеличение скачка теплоемкости с ростом ароматичности. Другими словами, мицеллы гуминовых веществ, полученные из вермикомпоста более высокой степени зрелости, содержат большее количество гидрофобных групп не доступных растворителю, которые при разрушении мицелл экспонируются в воду и дают большее значение ΔСр.
Рост степени ароматичности гуминовых веществ приводит к линейному росту ΔТ (R² = 0,941). Возрастание температурного интервала разрушения мицелл, вероятно, связано с ростом их гетерогенности.
Возрастание суммарной степени ароматичности гуминовых веществ приводит к линейному снижению температуры средины перехода (Тm) (R²= 0,967).
На основании проведенных исследований можно рассматривать возможность использования термического анализа для контроля степени гумификации и характеристики химических изменений в органическом веществе компоста.
Методом прецизионной дифференциальной сканирующей микроколориметрии и методом ВЭЖХ в обращенных фазах исследовали гуминовые кислоты, выделенных из вермикомпостов различного периода созревания. Концентрация гуминовых кислот в растворах составляла 6 мг/мл.
Термограммы трех образцов гуминовых кислот (1-образец-0 (компост); 2-зимний образец; 3- летний образец) сходны (рис. 10).
Теплоемкости (Ср) на участках А-В термограмм возрастают с ростом температуры до 58°С. Начиная с точки В теплоемкости снижаются (участок В-С), то есть температурные зависимости теплоемкости на участке А-В имеют положительный температурный инкремент (∂С/∂T>0), а на участке В-С – отрицательный (∂С/∂T<0). По видимому, при температуре 58°С наблюдается изменение в состоянии гуминовых кислот, которое соответствует термодинамическому переходу 3-го рода (∂С/∂T- меняет знак). На участке С-Д теплоемкости для образцов гуминовых кислот скачкообразно возрастают в узком температурном интервале. Определены термодинамические характеристики этого перехода: ширина перехода - ΔТ, средина перехода -Тс и разность теплоемкостей - ΔСр.