Окислительное нитрование костры льна Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 634.0.861.16 ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ НИТРОВАНИЕ КОСТРЫ ЛЬНА

© М.В. Ефанов , О.А. Панченко, А.В. Забелина

Алтайский государственный университет, пр. Ленина, 61, Барнаул, 656049 (Россия), e-mail: efanov@uic.asu.ru

Окислительным нитрованием костры льна получены азотсодержащие производные, в состав которых входит до 2,1% органически связанного азота и до 8,1% карбоксильных групп. Показано, что продукты окислительного нитрования костры льна являются стимуляторами роста сельскохозяйственных растений.

Введение

В современных условиях потребность сельского хозяйства в органических удобрениях не удовлетворяется. Проблема обедненности земель России гумусом повышает актуальность работ, связанных с получением новых видов дешевых органических удобрений, служащих источниками веществ гуминовой природы.

К числу доступных сырьевых ресурсов для получения таких удобрений относятся отходы лесохимической, целлюлозно-бумажной и гидролизной промышленности [1]. Для расширения сырьевой базы органических удобрений предложено использовать вторичные древесные отходы для получения «нитрогуминовых кислот» нитрованием опилок, обработанных целлюлазой [2].

Костра льна - это довольно ценное лигноуглеводное растительное сырье, которое является в настоящее время крупнотоннажным отходом льнопереработки Алтайского края и практически не находит квалифицированного применения. Целью настоящей работы является получение азотсодержащих производных костры льна методом окислительного нитрования и изучение свойств полученных органических удобрений.

Экспериментальная часть

В качестве исходного сырья использована измельченная костра льна, полученная с льнозавода ОАО «Бийская льняная компания» в виде воздушно-сухих частиц фракции около 0,1 мм. Химический состав сырья определяли по методикам, приведенным в руководстве [4]. Исходное сырье имеет следующий химический состав: целлюлоза - 37,2%, гемицеллюлозы - 25,6%, лигнин - 35,8%. Окислительное нитрование проводили следующим образом. Навеску сырья массой 2,0 г помещали в круглодонную колбу емк. 250 мл, снабженную обратным холодильником и обрабатывали 5-20%-ным раствором азотной кислоты при жидкостном модуле 20 при температуре 50 0С (термостат) в течение 60 мин.

Твердый остаток отфильтровывали и промывали водой до нейтральной реакции, высушивали в эксикаторе до постоянной массы и определяли выход, % от массы исходного сырья. В продуктах реакции определяли содержание общего азота по методу Дюма [5], а также содержание карбоксильных и метоксильных групп по методикам, приведенным в руководстве [6]. Агрохимические испытания проводили методом вегетационных опытов по методике, приведенной в руководстве [3]. В качестве показателей роста использовали высоту растений, число листьев, листовую поверхность, абсолютно сухой

* Автор, с которым следует вести переписку.

96

М.В. Ефанов, О.А. Панченко, А.В. Забелина

вес растений и содержание в них хлорофилла, которое определяли экстракционно-фотометрическим способом согласно [7].

Обсуждение результатов

Данные об изменении функционального состава полученных продуктов приведены в таблице 1. Как показывают результаты проведенных экспериментов (табл. 1), с увеличением концентрации азотной кислоты увеличивается содержание карбоксильных групп в полученных продуктах. Окисление сопровождается уменьшением количества метоксильных групп. С увеличением концентрации азотной кислоты происходит закономерное повышение содержания связанного азота в составе продуктов окислительного нитрования костры льна.

Уменьшение выхода полученных продуктов может быть обусловлено окислительной деструкцией костры льна, которая сопровождается частичной делигнификацией с потерей части лигнина и гемицеллюлоз.

Сравнительно высокий выход (64-74 %) азотсодержащих производных костры льна по сравнению с продуктами азотнокислотной делигнификации древесины свидетельствует о сохранении значительного количества полисахаридов гемицеллюлоз и лигнина.

Полученные продукты окислительного нитрования костры льна (табл. 1, образцы 2 и 4) были использованы нами в качестве азотсодержащего органического удобрения (стимулятора роста). В таблицах 2 и 3 приведены данные о влиянии исследуемых удобрений, содержащих 1,5 и 2,1% общего азота (варианты 1 и 2 соответственно) на развитие и рост растений гороха сорта «Сахарный», определенные в условиях вегетационных опытов согласно [3].

Установлено, что по показателям высоты растений и их листовой поверхности (табл. 2), опытные варианты 20-дневных растений гороха превосходили показатели контроля (опыт без удобрений) на 5,8 см и 8,2 см2 соответственно, что составляло прибавку на 19,9 и 21,5%. По числу листовых пластинок опытные варианты превосходят контроль на 23,3%. Таким образом, полученные удобрения оказывают стимулирующее положительное влияние на вегетативные показатели 20-дневных растений гороха.

Известно, что как генеративные, так и вегетативные органы растений любой культуры формируют составляющие элементы урожая. В первую очередь урожай зависит от состояния фотосинтеза в растении, которое основано, как правило, на содержании пигмента хлорофилла в этих органах [7].

Как следует из данных таблицы 3, растения гороха опытных вариантов действительно имеют большую величину содержания хлорофилла 1,7 мг%, а прибавка к контролю составила 0,9 мг% (112,5%). Среди опытных вариантов лучшим, судя по этим показателям, был образец номер 2, по сравнению с образцом номер 1, с меньшим содержанием азота (1,5%).

Повышенное содержание хлорофилла у растений опытных вариантов не могло не сказаться на величине и накоплении их биомассы. Абсолютно сухой вес у растений опытных вариантов в среднем на одно растение был больше, чем на контроле на 3,1 г (163,2%) (табл. 3). Следовательно, увеличение содержания азота в продуктах окислительного нитрования костры льна приводит к накоплению биомассы и хлорофилла в растениях. Следовательно, азотсодержащие продукты окислительного нитрования костры льна оказывают положительное стимулирующее влияние на морфофизиологические показатели 20дневных проростков гороха сорта «Сахарный».

Таблица 1. Влияние концентрации азотной кислоты на содержание функциональных групп в продуктах

окислительного нитрования костры льна (продолжительность реакции 60 мин, температура 50 °С)

Образец Концентрация Содержание, % Выход, %

НШ3, % СООН ОСН3 N

Исходная костра - 2,8 3,9 0,4 -

1 5 7,3 2,6 1,3 74

2 10 7,7 1,8 1,5 68

3 15 7,9 0,9 1,7 66

4 20 8,1 0,7 2,1 64

Таблица 2. Влияние азотсодержащих производных костры льна на морфофизиологические показатели 20-дневных растений гороха сорта «Сахарный»

Варианты Доза, Высота Эффект к Число Эффект к Листовая Эффект к

г/200 г растении, контролю листьев, контролю поверхность, контролю

почвы см см % шт. шт. % см2 2 см2 %

Контроль - 29,2 - - 36,0 - - 38,2 - —

Костра 0,02 30,4 1,2 4,1 38,4 2,4 6,7 39,9 1,7 4,5

льна 0,04 32,6 3,4 11,6 40,1 4,1 11,4 39,1 0,9 2,8

1 0,02 31,0 1,8 6,2 41,4 5,4 15,0 48,0 9,8 25,7

0,04 34,6 5,4 18,5 42,0 6,0 16,7 49,4 11,2 29,3

2 0,02 33,8 4,6 15,8 43,4 7,4 20,6 49,1 10,9 28,5

0,04 35,0 5,8 19,9 44,4 8,4 23,3 46,4 8,2 21,5

Таблица 3. Влияние азотсодержащих производных костры льна на содержание хлорофилла и продуктивность биомассы 20-дневных проростков гороха сорта «Сахарный»

Варианты Доза, г/200 г почвы Содержание хлорофилла в листьях, мг% Эффект к контролю Абсолютно сухой вес, г Эффект к контролю

мг% % г %

Контроль - 0.8 - - 1,9 - -

Костра 0,02 0,9 0,1 12,5 2,6 0,7 36,8

льна 0,04 0,9 0,1 12,5 3,0 1,1 57,9

1 0,02 1,2 0,4 50,0 4,1 2,2 11,8

0,04 1,6 0,8 100,0 4,4 2,5 131,6

2 0,02 1,3 0,5 62,5 5,0 3,1 163,2

0,04 1,7 0,9 112,5 4,7 2,8 147,4

Заключение

Таким образом, результаты предварительных вегетационных исследований позволяют рекомендовать полученные продукты для полевых агрономических испытаний в качестве удобрений под зернобобовые культуры, районированные в Алтайском крае с целью изучения возможности получения их биомассы на ранних стадиях развития растений.

Список литературы

1. Телышева Г.М., Панкова Р.Е. Удобрения из лигнина. Рига, 1978. 57 с.

2. Патент Японии № 46-33928: Получение нитрогуминовых кислот из древесных опилок // РЖХ., 1971. 10Т398П.

3. Доспехов Б.А. Методика вегетационного опыта. М., 1985. 200 с.

4. Практические работы по химии древесины и целлюлозы. М., 1965. 411 с.

5. Климова В.А. Основные микрометоды анализа органических соединений. М., 1975. 211 с.

6. Закис Г.Ф. Функциональный анализ лигнинов и их производных. Рига, 1987. 289 с.

7. Практикум по агрохимии. М., 1987. 394 с.

Поступило в редакцию 28 декабря 2003 г.

После переработки 25 октября 2004 г.