826

АГРОХИМИЯ, АГРОПОЧВОВЕДЕНИЕ, ЭКОЛОГИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 541.486:543.226.712’47

Н. М. Антрапцева, д-р хим. наук, профессор; Г. Н. Била-Зиялова, канд. хим. наук, доцент,

Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины, г. Киев, Украина

ТЕРМИЧЕСКИЕ ТВЕРДОФАЗНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ДВОЙНОГО ФОСФАТА ЦИНКА-КАЛЬЦИЯ

Аннотация. Дегидратация двойного фосфата цинка-кальция состава Zn2Ca(PO4)2·2H2O начинается при 1000С и реализуется в две стадии с образованием на первой из них гигроскопичного моногидрата. Заканчивается обезвоживание образованием δ-Zn2Ca(PO4)2, который при дальнейшем нагревании претерпевает три полиморфных превращения в β-, α- и γ-формы Zn2Ca(PO4)2. Конденсации монофосфатного аниона при нагревании Zn2Ca(PO4)2·2H2O до 10000С не происходит.

Ключевые слова: двойной фосфат, термические превращения, анион.

Введение. Применение безводных двойных фосфатов, содержащих в составе два разных катиона, обеспечивает многие полезные для практики физикохимические и эксплуатационные свойства. [4].

Термические и структурные преобразования, сопровождающие получение безводного двойного фосфата цинка-кальция обезвоживанием дигидрата состава Zn2Ca(PO4)2·2H2O, изучено недостаточно. Авторы [3] при исследовании термической дегидратации минерала шольцит, имеющего аналогичный состав, основное внимание уделяли фазовым превращениям и не анализировали изменения анионного состава фосфата. Между тем, экспериментально доказано, что термическое обезвоживание гидратированных фосфатов часто сопровождается процессами конденсации монофосфатного аниона. Это в значительной мере усложняет процессы получения безводных фосфатов термообработкой гидратированных солей и нуждается в дополнительных исследованиях процесса и продуктов дегидратации фосфата Zn2Ca(PO4)2·2H2O.

Цель настоящей работы – изучить последовательность термических твердофазных превращений, сопровождающих обезвоживание двойного фосфата цин- ка-кальция дигидрата состава Zn2Ca(PO4)2·2H2O.

Методика эксперимента. Двойной фосфат Zn2Ca(PO4)2·2H2O получали взаимодействием механической смеси кальций карбоната и цинк гидроксокарбоната с фосфорной кислотой. Термическую дегидратацию изучали в условиях динамического нагревания на воздухе (дериватограф Q-1500D, скорость нагревания 0.6, 2.5, 5.0 град/мин., платиновый держатель проб с крышкой, эталон сравнения – свежепрокаленный Al2O3). Продукты частичного и полного обезвоживания, полученные, аналогично [2], при нагревании до температур, соответствующих тепловым эффектам на кривой ДТА, анализировали с помощью рентгенофазового (ДРОН-4.0М, CuKα) и ИК спектроскопического (Specord 75 JR) анализов. Анионный состав продуктов термообработки определяли методом количественной хроматографии.

61

Вторая стадия дегидратации Zn2Ca(PO4)2·2H2O характеризует удаление второй молекулы воды. Этот процесс осуществляется в два этапа, которые отличаются не только характером удаления воды (рис.1), но и образующимися продуктами. Так, у фосфата, полученного при удалении 1,32 моль Н2О (3550С), сохраняется структура исходного Zn2Ca(PO4)2·2H2O и, как следствие, также как и у моногидрата Zn2Ca(PO4)2·H2O, наблюдается способность к поглощению всей удаленной воды. ИК спектр и рентгенограмма этого образца полностью аналогичны таковым для регидратированного после нагревания дигидрата до 2400С (рис.2).

Удаление из Zn2Ca(PO4)2·2H2O последних 0,68 молей воды происходит в интервале 355 – 4300С и завершается образованием новой кристаллической структуры, характерной для безводного фосфата. Идентификация, выполненная согласно [1,5], характеризует его как δ-Zn2Ca(PO4)2. Полученный при 4300С фосфат устойчив при нагревании до 6050С. Способность к регидратации δ-Zn2Ca(PO4)2 практически отсутствует.

Образование δ-Zn2Ca(PO4)2 фиксируется изменениями всей спектральной картины: колебания молекул воды в ИК спектре не регистрируются, спектральный интервал поглощения в области колебаний фосфатного аниона сужается (рис. 2). Тепловые эффекты в интервале 605 – 9250С обусловлены полиморфными превращениями δ-формы безводного Zn2Ca(PO4)2 в β- (605 – 6650С) и α-форму (730 – 7900С), кристаллические структуры которых различны [1,5]. Эффект в области 885 – 9250С характеризует обратимое полиморфное превращение α-Zn2Ca(PO4)2 в γ-Zn2Ca(PO4)2 [5], четко фиксирующееся как на кривой охлаждения образца, так и при повторном его нагревании. Конденсации фосфатного аниона при нагревании Zn2Ca(PO4)2·2H2O до 10000С не происходит.

63

Выводы. Последовательность термических и структурных превращений, сопровождающих обезвоживание Zn2Ca(PO4)2·2H2O, можно представить в виде следующей схемы:

Литература

1.Атлас инфракрасных спектров фосфатов. Двойные моно- и дифосфаты /В.В.Печковский, Н.Н.Чудинова, Р.Я.Мельникова та ин. М.: Наука, 1990. 244 с.

2.Antraptseva N.M., Solod N.V. State of water and thermal properties of zinc and cobalt(II) phosphate solid solution // Functional materials. 2015. V. 22. №4. P. 224-229.

3.Czaya R. Dehydration and transformation phases of scholzite CaZn2(PO4)2·2H2O //Acta crystallogr. 1972. V.28. №1. P. 322-323.

4.Kanazawa T. Inorganic Phosphate Materiales. Elsevier, New York, 1989. 301 с.

5.Kreidler E.R., Hummel F.A. Phase Equilibria in the System Ca3(PO4)2 – Zn3(PO4)2 //Inorg.

Chem. 1967. V.6. №3. P. 524 – 528.

УДК 631.4

М. С. Бутенко, аспирант; О.А. Ульянова, профессор, ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ, г. Красноярск, Россия

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ УДОБРИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ОПИЛОК И ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА

Аннотация. В статье рассматривается биологическая активность удобрительных композиций на основе опилок, коры и птичьего помета. Добавление птичьего помета в опилки и кору приводит к повышению выделения углекислоты в зависимости от варианта опыта. Показано, что максимальное суммарное разложение целлюлозы происходит на варианте опыта, включающем птичий помет + опилки в соотношении 1:1.

Ключевые слова: опилки, кора, птичий помет, удобрительная композиция, целлюлозоразложение, биологическая активность.

В настоящее время для устойчивого развития сельскохозяйственного производства и сохранения плодородия почв необходимо эффективное использование удобрений. В настоящее время интенсивно ведутся работы по определению оптимальных доз и соотношения различных удобрительных композиций, способов и частоты их внесения для получения высоких урожаев [3]. Огромная роль биологического фактора в формировании и развитии почв, а также в динамике современных почвенных процессов не вызывает сомнения. Данные по интенсивности продуцирования углекислоты и активности ферментов, полученные в лабораторных условиях, используются для характеристики процессов, протекающих в почве в естественной обстановке [2].

64

Продуцирование углекислого газа в почве есть одна из ее важнейших функций. Фотосинтез не мог бы осуществляться в тех широких масштабах на Земле, если бы почвы не являлись продуцентами углекислого газа. В растительном сообществе существует постоянно действующий источник углерода – выделение СО2 с поверхности почвы, получивший название почвенного «дыхания». Почвенное «дыхание» служит показателем биологической активности и интенсивности разложения органического вещества в почве [1]. Почвенный воздух имеет большое значение для почвенных процессов и роста растений. Он важен для углеродного питания растений (более половины углекислого газа, идущего на формирование урожая сельскохозяйственных культур, потребляется растениями из почвы). Состав почвенного воздуха изменяется во времени и зависит от внесения минеральных и органических удобрений, вида растений, биологической деятельности почвы, гидротермических условий и т.д. В результате биологических процессов в почве поглощается кислород и выделяется углекислый газ, который идет на образование безазотистых органических веществ – углеводов. Решающая роль в продуцировании углекислого газа принадлежит биологическим факторам, поэтому выделение СО2 из почвы может характеризовать интенсивность биологических процессов в ней [4].

Цель работы исследовать биологическую активность удобрительных композиций, подготовленных на основе отходов сельскохозяйственного производства.

Сянваря 2016 года был заложен лабораторный опыт по следующей схеме:

1.Опилки; 2. Кора; 3. Птичий помет + Опилки 3:1; 4. Птичий помет + Кора 3:1; 5. Птичий помет + Кора + Опилки 1:0,5:0,5; 6. Птичий помет + Опилки 1:1; 7. Птичий помет + Кора 1:1. В ходе этого раз в две недели проводилось изучение минерализации удобрительной смеси по продуцированию СО2 абсорбционным методом в модификации И.Н. Шаркова (Рис. 1), а также один раз в месяц изучали целлюлозоразлагающую способность льняной ткани.

Рис. 1. Влияние удобрительных композиций на продуцирование СО2 по вариантам опыта: 1. Опилки; 2. Кора; 3. Птичий помет + Опилки = 3:1;

4.Птичий помет + Кора = 3:1; 5. Птичий помет + Кора + Опилки = 1:0,5:0,5;

6.Птичий помет + Опилки = 1:1; 7. Птичий помет + Кора = 1:1.

65

Исследования показали, что на варианте с опилками без каких либо добавок, наблюдается минимальное выделение углекислоты, обусловленное низким статусом питания в этом варианте, так как известно, что опилки характеризуются очень низкой обеспеченностью питательных элементов. Анализируя вариант с корой, отметим, что выделение углекислоты выше в 1,3 - 2,4 раза в зависимости от срока компостирования, в сравнении с вариантом с опилками. Увеличение эмиссии углекислого газа обусловлено составом коры и опилок. Химический состав – очень важный фактор на начальных стадиях разложения. Наибольшая эмиссия СО2 отмечена на вариантах при внесении птичьего помета в кору и опилки в соотношении 1:1. Это связано с тем, что птичий помет имеет в своем составе высокое количество элементов питания. Так, продуцирование углекислого газа в начальный период при внесении птичьего помета составило от 15,3 до 17,8 мг/м2. Добавление в опилки птичьего помета, обогащенного элементами питания, усиливает микробиологическую активность, что приводит к повышению выделения углекислоты в зависимости от варианта опыта. В течение наблюдения за исследуемый период напряженность биологических процессов была неодинаковой. В первый месяц компостирования выделение углекислоты было наибольшим и связано с большим содержанием легкогидролизуемых соединений. По мере расходования последних, интенсивность продуцирования углекислоты снижается. При внесении птичьего помета в кору и опилки, отмечены наибольшие суммарные потери углерода. Это позволило сделать вывод о более высокой биологической активности удобрительных композиций, приготовленных на их основе.

Целлюлозолитическая активность может служить характеристикой трансформации органического вещества и определять уровень плодородия почв и продуктивность биоты.

Интенсивность разложения целлюлозы на вариантах с корой и опилками минимальна. Внесение птичьего помета в эти древесные отходы дальнейшее смешивание этих компонентов и компостирование, оказывает существенное влияние на интенсивность разложения. Как видно из рисунка 2 под влиянием птичьего помета целлюлозоразлагающая способность повышается.

Рис. 2. Влияние удобрительных смесей на целлюлозоразложение льняной ткани по вариантам опыта

1 - опилки; 2 - кора; 3 - птичий помет + опилки (3:1); 4 - птичий помет + кора (3:1); 5 - птичий помет + кора + опилки (1:0,5:0,5); 6 - птичий помет + опилки (1:1); 7 - птичий помет + кора (1:1).

66

Исследования показали максимальное суммарное разложение целлюлозы на варианте, включающем птичий помет + опилки в соотношении 1:1.

Таким образом, сравнительный анализ результатов исследования разных удобрительных композиций показал, что интенсивность биологических процессов выше в варианте, включающем птичий помет и кора в соотношении 1:1, обусловленная составом удобрительной композиции.

Литература

1.Петрусенко О.В., Прокопенко А.В. Биологическая активность черноземов и серых лесных почв Красноярской лесостепи при поступлении растительных веществ / Функционирование и охрана почвенного покрова: мат-лы регион. науч. конф. молод. уч. / РОП Красноярское отд-ние, Краснояр. гос. аграр. ун-т. Краевой фонд «Образование». Красноярск, 1996. С.22.

2.Попова Э.П. Оценка актуальной биологической активности лесных почв среднего приангарья / Почвенные ресурсы, рационализация землепользования и экологическая оптимизация агроландшафтов в Приенисейской Сибири: мат-лы конф., посв. 150-летию со дня рождения В.В, Докучаева. Красноярск, 1997. С. 29.

3.Салем М.А., Гиниятов Н.Ш., Багаева Т.В. и др. Влияние удобрений на биологическую активность выщелочного чернозема / Ученые записи Казанского университета. Серия: Естественные науки. Казань, 2005. Т.147.№2. С. 172-179.

4.Ульянова О.А. Нетрадиционные удобрения и технологии их применения: учеб. пособие / Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2009. 149 с.

УДК 577.4

Е.А. Ивакина, канд. биол. наук, доцент, ФГБОУ ВО Государственный аграрный университет Северного Зауралья

ФОРМИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОБУСЛОВЛЕННОГО РЕГИОНАЛЬНОГО СТАНДАРТА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ КРОВООБРАЩЕНИЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА

Аннотация. Изучение физиологических особенностей человека и уровня его адаптивности к различным факторам внешней среды является фундаментальным вкладом в организацию учебного процесса и поддержание уровня его здоровья. В статье приведен краткий анализ экологической ситуации в Тюменской области, а также результаты обследования физиологического состояния и адаптационных возможностей населения приполярных районов ХМАО в зависимости от времени проживания в данном регионе. Целью нашего исследования являлось выявление различий функциональных показателей организма человека в зависимости от места проживания, длительности проживания в данном регионе.

Комплексная программа исследования включала выявление функциональных показателей и психологических особенностей.

Ключевые слова: экологическая ситуация, физиологическое состояние, адаптация, факторы внешней среды, система кровообращения.

При оценке экологической ситуации региона учитывали: качество воздуха, загрязнение почв и водных объектов токсическими веществами промышленного происхождения, а также радиоактивное загрязнение приземного слоя атмосферы, почв и водных источников. В городах Тюменской области уровень загрязнения атмосферы ниже, чем в целом по стране. Почвы населенных пунктов Тюменской

67

области относятся к допустимой категории загрязнения, хотя отдельные участки почв (Тюмень, Тобольск, Заводоуковск) имеют более высокую категорию загрязнения [1]. Истоки многих рек Тюменской области расположены на территории промышленных районв Свердловской области, и их загрязнение таково: Исеть (нефтепродукты 1960 ПДК). Экстремально высокое загрязнение (превышение ПДК в 5 и более раз для веществ 1 и 2 класса опасности) Исеть, Пышма, Тавда – загрязнение этих рек связано с систематическими сбросами сточных вод предприятий. Реки Тюменской области Тура, Конда, Пур, Ук, Обь также имеют экстремально высокое загрязнение нефтепродуктами и радионуклидами [1].

В качестве основных объектов исследования были выбраны люди трех возрастных групп: 18-20, 21-25 и 26-30лет – жители ЯНАО. Всего обследовано 380 человек.

Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы является индикатором состояния всего организма [2], его оценивали по следующим показателям: ЧСС, АДС, АДД. На основании регистрируемых показателей рассчитывали пульсовое давление (ПД), систолический (СОК) и минутный объѐм крови (МОК). Для расчета эффективности деятельности сердца применяли индекс кровообращения (ИК). Состояния тонуса сосудов оценивали по величине периферического сопротивления кровеносных сосудов (ПСС).

Анализ степени вегетативного равновесия в регуляции сердечно сосудистой системы производили по величине индекса Кердо. Состояние дыхательной системы произведено по следующим показателям: жизненная ѐмкость лѐгких (ЖЕЛ), должная жизненная ѐмкость легких (ДЖЕЛ) [3]. Адаптационные компен- саторно-приспособительные механизмы, лежащие в основе поддержания оптимального функционального состояния системы кровообращения, определялись путѐм расчѐта величины адаптационного потенциала (АП) сердечнососудистой системы по формуле Р.М. Баевского.

Вычисление основного обмена было произведено по формуле Рида, что позволяет вычислить процент отклонений основного обмена от нормы. Для определения физической работоспособности использована методика проведения пробы PWC170 с помощью ступеньки - степ-тест, рассчитаны величины МПК[4]. Для оценки функциональных возможностей мускулатуры определялись максимальная кистевая (правая и левая) и становая мышечная сила. Наряду с абсолютными показателями силы анализировалось их процентное отношение к массе тела, что имеет значение при сопоставлении индивидуальных значений мышечной массы людей, отличающихся особенностями телосложения.

Обследованных разделили в группы не только по возрасту, но и по длительности проживания в районах Крайнего Севера. Первую группу составляют люди, которые родились и постоянно проживают в приполярных районах. Во вторую вошли те, кто проживает в данном регионе менее десяти лет. В данной статье мы приводим результаты обследования в возрастной группе 18-20 лет, это студенты вузов, расположенных в г. Салехарде.

Выявлены достоверные отличия в росте : в первой группе средний рост равен 159.5 см., во второй 163 см. Средние значения массы тела различаются незначительно и составляют 62 кг. И 60 кг соответственно. Однако, необходимо отме-

68

тить, что среди проживающих на Крайнем Севере с рождения можно выделить подгруппу с избыточной массой тела. При росте, не превышающем163 см., масса составляет 80-85 кг.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) обследованных первой группы составляет в среднем 3125 мл., во второй группе 2800 мл. Поскольку обследование проводилось в группах одного пола и возраста, полученные данные свидетельствуют, что уровень развития дыхательного аппарата у тех, кто рожден и постоянно проживает в Заполярье выше по сравнению с людьми, приехавшими в данный регион. Объяснить это можно адаптацией организма к пониженному значению содержания кислорода в атмосферном воздухе высоких широт. Аналогичные результаты получены и по величине жизненного индекса (ЖИ) – объема выдыхаемого воздуха, приходящегося на один килограмм массы тела. В первой группе ЖИ составляет в среднем 50,4 мл/кг., во второй группе данный показатель меньше и равен 46,7 мл/кг., подчеркнем, – при меньшем значении массы тела.

Определена максимальная сила кисти (правой и левой). Средние значения составляют 25 и 23кг. Отличий в группах практически не выявлено, имеются отличия по величине данного показателя у людей , не имеющих физических нагрузок (20-23кг.) и регулярно занимающихся физической культурой и делающих за- рядку(30-33кг), вне зависимости от длительности проживания в данном регионе.

Показатели состояния системы кровообращения характеризуют как общую работоспособность организма, так и уровень его адаптивности[5]. Выявлено, что среднее значение ЧСС у обследованных первой группы несколько выше норма- тивного(60-80) и составляет 83 удара в минуту, во второй группе 77 ударов в минуту. Важно, что нормативные значения от 60 до 80 ударов в минуту выявлены только у приехавших в Заполярье, а у постоянно проживающих – лишь одиночные приближения к верхней границе нормы.

Среднее значение АДД составляет 115 мм.рт.ст. и 122 мм.рт.ст. т.е. в первой группе данный показатель в норме, во второй небольшое его превышение. Средние значения АДС составляет 75 мм.рт.ст. и 79,8 мм.рт.ст соответственно. Значение пульсового давления для постоянно проживающих на крайнем Севере находится в пределах нормы, а у приезжих этот показатель незначительно превышен. Соотношение ПСС таково: в первой группе среднее значение составляет

47,5 ед., во второй – 50,2 ед.

Таблица 1

Значение показателей функционального состояния сердечнососудистой системы в обследованных группах

Величина сердечного индекса СИ постоянно проживающих на крайнем Севере на 11% больше, чем СИ в группе приехавших. Выявлено следующее соотношение между величинами коэффициента выносливости сердца КВ: показатели

69

КВ обследованных из первой достоверно выше, чем у их сверстников из второй группы (табл.1). Выявлены достоверные отличия объема сердца постоянно проживающих и приезжих: объем сердца в первой группе достоверно выше, чем во второй.

Среднее значение АП сердечно-сосудистой системы людей, родившихся и постоянно проживающих в заполярных районах, составляет 1,87 балла, а в группе приехавших 2,2 балла, данное значение превышает верхнюю границу нормы, соответствующей успешной адаптации. Поскольку нормальная адаптация сердечнососудистой системы не превышает 2,1 балла, следовательно, для того чтобы судить о напряжении механизмов адаптации сердечно-сосудистой системы, необходимо проанализировать распределение величины АП по значениям в процентном отношении от общего количества обследованных в группе (табл.2). В группе постоянных жителей Заполярья величина АП менее 2,1 балла выявлена в 89% случаев, что соответствует успешной адаптации. У 10% обследованных величина АП находится в пределах от 2,1 до 3,2, что свидетельствует о напряжении механизмов адаптации, и лишь у 1% людей из данной группы величина АП составляет от 3,21 до 4,3, что соответствует неудовлетворительной адаптации. В группе приезжих величины АП, соответствующие успешной адаптации, выявлены в 45% случаев, напряжение механизмов адаптации – в 50% случаев, неудовлетворительная адаптация выявлена у 5%.

Сравнительная оценка морфофункциональных показателей людей 18-20 лет, проживающих в заполярных районах ЯНАО, позволила выявить различия в уровне физического развития в зависимости от длительности проживания в данном регионе. Приезжие имеют более высокие антропометрические показатели, однако величины показателей состояния дыхательной системы у людей, постоянно проживающих в ЯНАО, имеют более высокие значения.

Адаптационный потенциал сердечно-сосудистой системы, соответствующий успешной адаптации, выявлен у большего в процентном отношении количества обследованных первой группы: у 89% , а в группе приезжих в два раза меньше и составляет 45%.

У населения проживающих в заполярных районах ЯНАО происходит формирование экологически обусловленного регионального стандарта функционирования системы кровообращения, что выражается в достоверном отличии ряда показателей функционирования этой системы от общепринятых нормативных. Выявлены высокие значения пульсового давления (в среднем на 10% от верхней границы нормы). Отношение жизненной емкости легких к должной жизненной емкости находится ниже допустимых 85% во всех обследованных группах.

Данные физического развития и функционального состояния организма проживающих в заполярных районах ЯНАО и особенности их адаптации, особен-

70