Бесплатно скачать, заказать диплом, курсовую, диссертацию Роль гидролизного лигнина в плодородии почв и питании растений

У нас уже 21989 рефератов, курсовых и дипломных работ

Быстрый переход к готовым работам

Мнение посетителей:

Книга жалоб
и предложений

Название	Роль гидролизного лигнина в плодородии почв и питании растений

Количество страниц	352

ВУЗ	МГИУ

Год сдачи	2010

Бесплатно Скачать	24665.doc

Содержание	ВВЕДЕНИЕ...6 Условные обозначения...14 4 1 .УРОВЕНЬ ИЗУЧЕННОСТИ РОЛИ ЛИГНИНА В ПЛОДОРОДИИ ПОЧВ...15 1.1. Некоторые особенности строения лигнина...15 ^ 1.2. Роль лигнина в процессе гумусообразования... 21 1.3. Гидролизный лигнин, его получение и особенности... 25 1.4. Использование лигнина и его производных в сельском хозяйстве ...27 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ...36 2.1. Характеристика природных условий Северо-Запада России...36 2.2. Объекты и методы исследований...40 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТРАНСФОРМАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И ВЫБОР КРИТЕРИЕВ ЕГО КАЧЕСТВА...55 3.1. Агрохимическая оценка качества субстрата в процессе его ^ использования...56 * 3.2. Изучение динамики группового и фракционного состава гумуса в процессе трансформации субстрата...58 3.3. Оценка физиологической активности как критерий качества субстрата...67 Резюме...71 В 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОКИСЛИТЕЛЬНО-ГИДРОЛИТИЧЕСКОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА...74 2 4.1. Физико-химические свойства продуктов трансформации лигнина...82 4.2. Низкомолекулярные продукты трансформации лигнина и специфика их функций... 94 Резюме... 102 5. РОЛЬ ЛИГНИНА КАК ИСТОЧНИКА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ...104 5.1. Выделение гумусоподобных препаратов с высокой физиологической активностью в процессе трансформации лигнина...106 5.2. Влияние лигниновых препаратов на сельскохозяйственные растения...113 5.2.1. Влияние предпосевной обработки семян лигниновыми препаратами на продуктивность и качество выращиваемых растений...113 5.2.2. Динамика действия различных концентраций лигниновых препаратов на растения при внесении их в почву... 116 5.3. Влияние лигниновых препаратов на продуктивность и качество томатов...122 5.3.1. Сортовая реакция томатов на биопрепараты... 122 5.3.2. Изменение биохимических показателей листового аппарата растений томата под действием биопрепаратов... 126 5.3.3. Влияние биопрепаратов на качество плодов томатов...128 5.4. Влияние лигниновых препаратов на продуктивность и качество огурца...130 5.4.1. Сравнительное действие лигниновых препаратов и других ФАВ на сортовую реакцию огурца... 131 5.4.2. Снижение поражения огурца корневой гнилью при использовании ФАВ... 136 5.4.3. Действие исследуемых ФАВ на биохимические показатели растений огурца...142 3 5.5. Влияние лигниновых препаратов и других ФАВ на продуктивность и качество пекинской капусты...146 5.5.1. Влияние обработки семян ФАВ на биометрические показатели ^ пекинской капусты... 147 5.5.2. Влияние биопрепаратов на урожайность пекинской капусты... 150 5.5.3. Влияние биопрепаратов на накопление нитратов в листовой массе пекинской капусты...152 5.6. Влияние физиологически активных препаратов на продуктивность и качество редиса...157 5.6.1. Влияние ФАВ на урожайность редиса... 157 5.6.2. Влияние ФАВ на качество корнеплодов редиса... 159 5.7. Механизмы действия лигниновых препаратов на растения... 160 Резюме... 171 6. ВЛИЯНИЕ ГИДРОЛИЗНОГО ЙИГНИНА И УДОБРЕНИЙ НА ЕГО * ОСНОВЕ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ И БИОПРОДУКЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ФИТОЦЕНОЗАХ...173 6.1. Влияние гидролизного лигнина и лигнинонавозного компоста на урожайность и качество растений в условиях производства... 174 6.2. Действие гидролизного лигнина на фитосанитарное состояние почв в условиях производственных экспериментов... 181 6.3. Влияние гидролизного лигнина и лигниновых удобрений на агрохимические свойства дерново-подзолистых почв...187 6.4. Особенность минерализации гидролизного лигнина в различных агроэкологических условиях...203 6.5. Участие лигнина в биотрансформационных процессах...221 Ш 6.6. Выбор оптимальных условий получения лигнинонавозных компостов... 228 Резюме... 234 1 4 7. ЗНАЧЕНИЕ ЛИГНИНА В АГРОФИТОЦЕНОЗЕ... 237 7.1.1. Специфика реакции растений на гидролизный лигнин...238 ф 7.1.2. Влияние модифицированного лигнина на урожайность люпина и овса...248 7.1.3. Влияние различных способов нейтрализации гидролизного лигнина на урожайность злаков и бобовых... 253 7.2. Влияние гидролизного лигнина на продуктивность и качество компонентов агроценоза... 256 7.2.1. Влияние возрастающих доз лигнина на продуктивность и качество ячменя...257 7.2.2. Последействие лигнина на урожайность многолетних трав...261 7.2.3. Реакция различных хозяйственно-ботанических групп травостоя на лигнин... 267 . 7.2.4. Влияние лигнина на качество сена многолетних трав... 273 7.3. Влияние поверхностного внесения гидролизного лигнина на продуктивность и видовой состав пастбищного травостоя...275 7.4. Роль продуктов трансформации лигнина в агроценозе... 280 7.5. Роль гидролизного лигнина при формировании многовидовых растительных сообществ...285 Резюме...291 ВЫВОДЫ...296 РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ...299 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...301 ф ПРИЛОЖЕНИЕ...352 Введение ВВЕДЕНИЕ Современное земледелие должно основываться на комплексных, экологически оправданных методах хозяйствования с целью рациональ- fc ного использования почвы, водных ресурсов и воздуха для удовлетворе- ния потребности человечества в высококачественной продукции. Для решения этих задач предлагаются концептуально новые пути (Щербаков, Володин, 1990; Кирюшин и др., 1993; Кирюшин, 1993, 1996; Жученко, 1996, 2000; Семенов, 1998; Каштанов, Ермаков, Якушев, 1999; Ермаков, 2002 и др.). щ «Только смена парадигмы природопокорительного отношения на при- родогармоничное взаимодействие общества с биосферой, - подчеркивает А.А.Жученко (1996), - позволит преодолеть возникший глобальный кри- ^ зис». Применительно к сельскохозяйственному производству решение этой важнейшей проблемы возможно лишь на основе разработки и повсеместного применения ресурсо- и энергосберегающих адаптивных технологий. При современных кризисных экономических условиях в сельскохозяйственном производстве особую проблему представляет деградация почв, связанная с резким уменьшением средств, поддерживающих почвенное плодородие. Особую актуальность эти вопросы имеют в Нечерноземной ' Зоне России, где преобладают бедные гумусом дерново-подзолистые поч- вы. По данным В.Н.Ефимова и А.И.Иванова (2001) даже хорошо окультуренные дерново-подзолистые почвы данной почвенно-климатической зоны в настоящее время подвержены скрытым деградационным процессам. Интенсивное использование таких почв без применения удобрений приведет к катастрофическому их истощению. Комплексная агроэкологическая оценка плодородия почв и примене-ния удобрений позволила В.М.Красницкому (2002) сделать вывод о том, что сокращение до минимума использования минеральных и органиче- ¦ ских удобрений, после его наращивания в предыдущие три десятилетия, вызывает сложные, мало изученные и до конца не проявившиеся изменения. В настоящее время под угрозу поставлено само состояние плодородия почв - основного фактора, определяющего уровень земледелия и успешное функционирование в целом сельского хозяйства. Поскольку основные источники получения традиционных органических удобрений не могут восполнить их углубляющегося дефицита, од- 0 ним из основных путей выхода из кризисной ситуации является использо- вание в качестве источников органических удобрений нетрадиционных видов органического сырья. К числу продуктов для получения органиче- 6 ских, органо-минеральных, комплексных и других видов удобрений можно отнести гидролизный лигнин (ГЛ). Перспективы его использования в земледелии, как в чистом виде, так и в составе удобрений и продуктов модификации, достаточно хорошо изучены и представлены в многочис- ленных работах (Чудаков, 1966, 1971, 1983; Иванова 1970, 1988, 1991; Казарновский, 1974; Русу, 1976, 1979; Телышева, Панкова, 1978; Егоров, 1979; Цуркан, Русу, 1980; Осиновский и др., 1982; Тикавый и др., 1983; Цуркан, 1985, Батиров, 1987; Виленчук, 1988; Комаров, 1988, 1990; Якименко, 1991; Виноградова, 1993, 2000, 2001). Этой проблеме были посвящены конференции, семинары: Всесоюзная конференция по исполь- щ зованию лигнина и его производных в сельском хозяйстве (1978, 1985); Всесоюзная конференция по химии и использованию лигнина (1987); Научно-технический семинар по использованию лигнина и его производных - в сельском хозяйстве (1989). Проблеме включения отходов гидролизного производства в биологический круговорот веществ был посвящен сборник трудов Коми НЦ Уральского отделения АН СССР, опубликованный в 1989 году. Однако, в связи с формированием рыночной экономики, многоукладных форм производства и собственности на землю, установившиеся ранее и апробированные системы земледелия оказались нарушенными. Изменился характер и объемы гидролизного производства. До перестройки * гидролизный лигнин представлял собой многотоннажный производственный отход, от которого необходимо было избавиться, и он чаще всего вывозился в отвалы или сжигался. Поэтому стратегия использования лигнина первоначально была направлена на то, чтобы привлечь его в сельскохозяйственное производство и доказать эту возможность. Изучению этой проблемы была посвящена кандидатская диссертация автора - «Эффективность гидролизного лигнина, удобрений и биопрепаратов на его осно-ве при возделывании сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистых почвах Северо-Запада РСФСР». После перестройки весьма # затратным стало гидролизное производство. Гидролизный лигнин превра- тился из отхода производства в ценное сырье для медицины (полифепан и др.), сельского хозяйства (биопрепараты и удобрения) и строительства. Таким образом, возникла стратегически обоснованная задача поиска путей наиболее эффективного использования ГЛ. Потребовался анализ всего имеющегося материала и пересмотр отношений к лигнину. В настоящее время основные направления исследований сосредоточе- ? ны на включении отходов в биологический круговорот и связаны с агро- экологическим обоснованием их использования (Орлов, Якименко, Ам- мосова, 1993; Хмелинин, Швецова, 2000; Виноградова, 2000; 2001; Чебо- тарев и др., 2001). Немаловажное значение в этих исследованиях имеет участие как самого лигнина в процессе гумификации, так и продуктов его трансформации в роли физиологически активных регуляторов, и их включение в динамику биопродукционного процесса, что еще недостаточно ¦ изучено. Актуальность темы исследований определяется еще и тем, что лигнин, как компонент растений, является возобновляемым соединением. Ограниченность запасов ископаемых ресурсов, постоянный рост цен на основной источник химического сырья - нефть, заставляют обратить особое внимание на использование потенциала растительного сырья. ф В процессе фотосинтеза ежегодно образуется около 200 млрд. тонн растительной биомассы, что более чем в 20 раз превышает суммарную добычу угля, нефти, газа. Из всех видов биомассы важнейшим для про- . мышленной химической переработки является древесина. Мировые запа- сы ее определяются ориентировочно в 350 млрд.м3. В этом основное преимущество растительной биомассы перед другими источниками сырья в аспекте ее будущего использования. Общее количество перерабатываемой древесины в мировом масштабе составляет около 2 млрд.м3, где на долю химической переработки приходится около 15 %. Для гидролизной промышленности основным растительным сырьем служат древесные отходы (опилки, стружка, обрезки, кора). Дальнейшая перспектива химиче- ¦ ской переработки древесины основывается как на техническом освоении разработанных научных идей, так и на выборе новых направлений научных исследований, в том числе безотходного использования лигнина (Карливан, 1982). ГЛ представляет собой не только отход гидролизных и биохимических производств, связанных с гидролитическим расщеплением растительного сырья, но и ценное модельное соединение, изучение трансформации которого объединяет сферу фундаментальных и прикладных исследований. Совершенно неожиданное значение тема лигнина приобретает в связи с # грядущей экспансией трансгенных растений в сельскохозяйственное про- изводство (Бельков и др., 2003). Оказалось, что один из эффектов трансгенных растений заключается в том, что при их присутствии в растениях значительно повышается синтез лигнина (Kuiper et al., 2001). Так, при изучении десяти гибридных линий /^-защищенной кукурузы обнаружено, что все они характеризовались повышенным, на 33-97 %, содержанием лигнина (Saxena, Stotzky, 2001). Полагают, что подобный эффект может ф иметь серьезные экологические последствия. В этой связи роль лигнина может стать определяющей в сохранении самой жизни на Земле. Если бы древние растения не мигрировали из мелководных морей ранней Земли на бесплодную сушу континентов, то жизнь, которую мы знаем и наблюдаем сейчас, возможно, никогда бы не появилась. Есть версия, что эта массивная колонизация растениями суши, возможно, была стимулирована единственной генетической мутацией, которая позволила примитивным расте- # ниям производить лигнин, структурные и иные особенности которого обеспечили выживание растений в изменившихся условиях, а устойчивость к биодеградации послужила основой плодородия почв. В целях развития теоретических основ применения ГЛ в сельском хозяйстве, необходимо изучение механизмов его трансформации, что достигается на основе моделирования процессов, с формированием научной ф базы знаний. Реализацию программы исследований обеспечил интеграль- ный подход к анализу проблемы в целом, который дал возможность по-новому оценить роль лигнина в процессе его трансформации как естест- ^ венного регулятора внутрипочвенных процессов и специфики реакции растений, регулирующего взаимоотношения их в сообществе. Это раскрывает практическую возможность управления биопродукционным процессом в агроценозах, обеспечивая реализацию перехода от природопо-корительного отношения к природе к природогармоничному. Целью наших исследований явилось комплексное изучение роли гидролизного лигнина в плодородии почв и питании растений как активного ¦ агента гумусообразовательного и биопродукционного процессов. В задачи исследований входило: 1. Изучить динамику процесса трансформации органо-минерального субстрата, применяемого в условиях тепличного хозяйства и выявить наиболее информативные критерии его оценки; 2. Рассмотреть модель окислительно-гидролитической трансформации гидролизного лигнина и оценить физико-химические свойства продуктов трансформации; ¦ 3. Исследовать физиологическое влияние биопрепаратов из лигнина на урожайность и качество овощных и полевых культур; 4. Оценить влияние гидролизного лигнина и удобрений на его основе на плодородие почв, урожайность, качество и структуру урожая возделываемых растений; 5. Изучить особенность минерализации гидролизного лигнина в различных экологических условиях; ф1 6. Определить значение лигнина в агрофитоценозе. Научная новизна 1. Выявлены наиболее информативные критерии оценки динамики качества органо-минерального субстрата для культивирования на нем растений. 2. Рассмотрен процесс окислительно-гидролитической трансформации гидролизного лигнина в водно-щелочной среде в аспекте обоснования гипотезы гумификации Л.Н.Александровой. 3. Впервые исследована сортовая и видовая реакция сельскохозяйственных культур на лигниновые препараты, образующиеся в процессе его трансформации. 4. В различных агроэкологических условиях оценена скорость минерализации гидролизного лигнина; впервые произведен сопряженный биохимический и математический анализ долевого участия составляющих его компонентов, в том числе лигниновой основы. 5. Изучена роль гидролизного лигнина в питании растений и плодородии почв. Основные положения, выносимые на защиту 1. Аргументация активной роли гидролизного лигнина в гумусообра-зовательном и биопродукционном процессах. 2. Кинетика минерализации гидролизного лигнина в условиях различных фитоценозов. 3. Модель ускоренной окислительно-гидролитической трансформации гидролизного лигнина для изучения механизма гумификации. 4. Особенности влияния гидролизного лигнина и продуктов его трансформации на урожайность и качество растениеводческой продукции. Практическая значимость работы и реализация исследований 1. Определены способы выделения и использования в растениеводстве физиологически активных продуктов из ГЛ в качестве стимуляторов роста растений (А.с. № 1336966). Изучена специфика реакции растений на изменение концентраций продуктов трансформации лигнина. 10 2. Показаны способы получения удобрений из ГЛ и их пролонгированный характер действия на урожайность и качество сельскохозяйственных культур. 3. Установлены новые функциональные особенности физиологически ак-4* тивных препаратов из ГЛ, проявляющиеся в качестве защиты растений от вредителей и болезней. 4. Изобретен способ регулирования уровня избыточного накопления нитратов в растениеводческой продукции, с помощью лигниновых препаратов (А.с. №1578147). 5. Установлена способность ГЛ и лигниновых препаратов регулировать ф видовой состав растений и служить средством борьбы с сорной растительностью (А.с. №1521338). Результаты представленных в настоящей работе многолетних исследо-А ваний позволяют оценить роль лигнина в процессе его трансформации как физиологически активного агента, регулирующего продуктивность растений. Это находит применение в формировании многокомпонентных аг-рофитоценозов, повышении плодородия почв, оптимизации биопродукционного процесса. Апробация работы Основные положения диссертационной работы изложены в докладах, • сделанных на: зональной школе-семинаре молодых ученых СЗНИИСХ (Ленинград, 1984), Всесоюзной конференции по использованию лигнина и его производных в сельском хозяйстве (Андижан, 1985), научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ЛСХИ (1985-1990), Всесоюзной школе молодых ученых и специалистов (Нарва-Йыэсуу, 1986), научной конференции молодых ученых и специалистов ЛСХИ (Пушкин, 1986), научно-практической конференции молодых ученых (Минск, 1986), Всесоюзных конференциях «Пути рационального использования удобрений и повышение плодородия почв», «Органи-# ческое вещество в почвообразовании и плодородии почв» (Ленинград, 1986), 7-ой Всесоюзной конференции по химии и использованию лигнина (Рига, 1987), совещании по методам оценки нетрадиционных химических мелиорантов (Ленинград-Пушкин, 1987), научно-практической конференции «Биологически активные вещества в сельском хозяйстве» (Ленинград, 1987), научной конференции «Генезис пахотных почв Нечерноземья и регулирование их плодородия путем химизации, мелиорации и агротехниче-ф ских приемов» (Горький, 1987), Всесоюзной конференции по биологиче- ски активным полимерам и полимерным реагентам для растениеводства (Нальчик, 1988), конференции молодых ученых и студентов ЛСХИ (Ле- 11 нинград, 1988), научно-техническом семинаре по использованию лигнина и его производных в сельском хозяйстве (Ленинград-Пушкин, 1989), IV конференции молодых ученых (Пущино, 1989), Vni-м Всесоюзном съезде почвоведов (Новосибирск, 1989), Всесоюзной конференции «Экологиче- fc ские проблемы накопления нитратов в окружающей среде» (Пущино, 1989), молодых ученых и студентов ЛСХИ (Ленинград, 1990), Всесоюзном совещании «Проблемы азота в интенсивном земледелии» (Новосибирск, 1990), III Всесоюзной конференции по сельскохозяйственной радиологии (Обнинск, 1990), Всесоюзной конференции «Гуминовые вещества в биосфере, народнохозяйственное значение и экологическая роль» ф (Москва, 1990), на международных конференциях: «Aspecte ecologice ale folosirii si Protectiei resurselor de sol din Moldova» (Кишинев, 1990); «Soil compaction and soil management» (Tallinn, 1992); на Международном Коллоквиуме IAMFE/ САНКТ-ПЕТЕРБУРГ99 (С-Петербург, 1999); «Ekologiczne aspekty mehanizacji nawozenia ochrony roslin i uprawy gleby» (Warszawa, 1999); «Экология и гуманизм» (Пушкин, 2000); Международной научно-практической конференции «Современные проблемы опытного дела» (С-Петербург, 2000); на II и III Международных Конгрессах «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (С-Петербург 2000, 2003); Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях (Москва, 2001); «Экология и сельскохозяйственная техника» (С- Ф- Петербург-Павловск, 1999, 2001, 2002); Международной научно- практической конференции к 70-летию образования Агрофизического института «Агрофизика XXI века» (С-Петербург, 2002); II Международном симпозиуме «Современные проблемы ветеринарной диетологии и нутрициологии (С-Петербург, 2003). Материалы диссертации докладывались на научно-методических семинарах и ученых советах АФИ. Производственные испытания удобрений и биопрепаратов на основе лигнина производилось в хозяйствах: «Осьминское», «Киришский», «Тельмана», фирме «Лето», ОПХ «Каложицы» Ленинградской области и • хозяйстве «Агрофил» Новгородской области. Реализация результатов исследований Результаты исследований использованы: для разработки новых технических решений (изобретений), для внедрения разработок в производство, в том числе, в адаптационном хозяйстве «Агрофил», а также ОПХ «Каложицы». 12 Публикации материалов по результатам исследований По материалам диссертационной работы опубликовано самостоятельно и в соавторстве более 66 научных работ. #i Личный вклад автора Автору диссертации принадлежит: теоретическое обоснование и постановка проблемы, разработка программы и методик исследований, составление схем опытов, их закладка, наблюдения и проведение. Анализ структуры урожая и биохимическая оценка его качества. Методические Ф разработки, обработка результатов исследований, обобщение и обоснова- ние результатов исследований. В совместных исследованиях принимали участие обучаемые под руко-водством автора студенты-дипломники на кафедрах агрохимии, овощеводства и фитопатологии ЛСХИ-СПГАУ. Условия проведения модельных экспериментов по окислительно-гидролитической трансформации ГЛ, технологическое обеспечение и техническую разработку осуществляли сотрудники лабораторий химии лигнина и делигнификации ВНИИГидро-лиз. Результаты исследований вошли в совместные публикации. В процессе планирования, выполнения и обсуждения результатов автор # получал советы от: доктора с.-х. наук А.И.Осипова, докторов с.-х. проф. Л.Н.Александровой, Г.А.Воробейкова, докторов б.н., проф. В.С.Шарашовой, В.Ф.Дричко, академиков РАСХН В.Н.Ефимова и Е.И.Ермакова, канд. техн. наук М.Н.Сибаровой и других ученых и специалистов научных учреждений и сферы производства. Автор выражает искреннюю благодарность директору АФИ В.П.Якушеву за предоставленную возможность подготовки и завершения диссертационной работы. 13 Условные обозначения ГЛ - гидролизный лигнин ДЛ - дес груктированный лигнин ЛГК — лигногуминовые кислоты ЛГП - легкогидролизуемые полисахариды ЛНК - лигнинонавозный компост ЛНУ - лигнинонавозное удобрение ЛПК - лигнинопометный компост to ММ - молекулярная масса МЭК - метилэтилкетоновый экстракт ОЛ - окисленный лигнин ОФ - основная фракция ПФК - почвенный функциональный комплекс " ТГП - трудногидролизуемые полисахариды ТПК - торфопометный компост ФАВ - физиологически активные вещества ФПЕ - фенилпропановые единицы ФС - фенольные соединения #' ЭФ - эфирный экстракт 14 1. УРОВЕНЬ ИЗУЧЕННОСТИ РОЛИ ЛИГНИНА В ПЛОДОРОДИИ почв 1.1. Некоторые особенности строения лигнина Лигнин относится к одному из самых распространенных природных соединений. Основные представления о генезисе, структуре, химических и физических свойствах лигнина и его роли на Земле изложены в ряде фундаментальных работ: (Брауне, Брауне, 1964; Шуберт, 1968; Генералова, 1968; Фрейденберг, 1969; Грушников, Елкин, 1973; Манская, Кодина, 1975; Лигнин..., 1975; Химия древесины, 1982; Рабинович и др., 2001; Болобова и др., 2002; Kutscha, Gray, 1970 и др.). Лигнин - соединение исключительно растительного происхождения, определяющее основные физико-механические свойства всех наземных растений. В высших растениях его содержание колеблется от 15 до 30 % от общей массы растительной ткани (Брауне и Брауне, 1964; Блажей, Шу-тый, 1977). В растительной ткани лигнин инкрустирует целлюлозные фибриллы, участвуя в формировании основных опорных элементов растения (Брауне и Брауне, 1964). Он откладывается в клеточных стенках растений на более поздних стадиях их развития, когда стенки затвердевают до состояния древесины (Мецлер, 1980). Лигнин - полифенол, относящийся к классу ароматических соединений и являющийся полимером трехмерной структуры. Характер связей в лиг-ниноуглеводном комплексе растений не установлен. Лигнин образуется в результате полимеризационных реакций, причем энзимные системы - пе-роксидаза или лакказа - играют лишь роль стартера полимеризации (Чудаков, 1966, 1989). Лигнин не является индивидуальным соединением строго определенного состава. Природный лигнин полидисперсен. А.М.Казарновский (1974) считает, что его нельзя рассматривать как кон- ституционно определенное соединение. Термином «лигнин», обычно обозначают лигнин, который находится в растениях. Более точно его называют протолигнином или «лигнин in siti». При выделении лигнина из древесины указывается метод, с помощью которого он выделен, например «диоксанлигнин», «лигнин Класона» или «лигнин по Комарову» (Химия древесины, 1982). В разных видах растений содержание лигнина существенно колеблет- ся. Больше всего его в древесине хвойных пород (до 30-35 %), несколько меньше в древесине лиственных растений (до 25-30 %), а в травянистых растениях его содержание уменьшается до 15-20 %. 15 В основе строения макромолекулы лигнина лежит элементарное звено типа СбСз, которое называют фенилпропановым звеном (Орлов, 1985). Фенилпропановые единицы (ФПЕ) формируют лигнин, причем большое значение играет роль случая, что обеспечивает достаточную гибкость варьирования структуры лигнина для реализации многочисленных его функций в растении (Чудаков, 1989). Каждая фенилпропановая единица состоит из бензольного кольца и трехуглеродной пропановой цепочки. В параположении к боковой цепи у бензольного кольца находится гидро-ксил: Н Н Н /^\ НО-С - С = 6—\/—ОН Н >—• Лигнин часто описывают как «статистический полимер, построенный из оксифенилпропановых звеньев». Он образуется путем окислительной конденсации кониферилового спирта и родственных мономеров (Мецлер, 1980). Считают, что многообразие лигнинов в основном построено из трех основных типов фенилпропановых структурных единиц: сирингило-вых, гваяциловых и 4-оксифенольных (Брауне и Брауне, 1964; Манская, Ко дина, 1968). Все их различие в наличии метоксильных групп. При этом сирингиловые содержат наибольшее число групп - две, гваяцйловые - одну, 4-оксифенольные вообще не содержат. Предшественниками и структурными звеньями лигнина являются три спирта и их остатки: п-кумаровый (1), конифериловый (2) и п-синаповый (3): СН2ОН СН2ОН I I сн сн II II сн сн Н3СО ОН (2) Н3СО ОН (3) # Функциональные группы лигнина состоят из метоксильных (от 15 до 16 % в лигнине хвойных пород и от 17 до 21 %-в лигнине лиственных пород), спиртовых и фенолгидроксильных групп, карбонильных (альде- 16 гидных и кетонных), весьма вероятно наличие хинонных групп (Чудаков, 1983). Содержание гидроксильных групп составляет от 1 до 8 %, они же могут находиться как при бензольном кольце (фенольные), так и в пропа-новом остатке (спиртовые). Реакционная способность гидроксильных групп лигнина понижается в ряду: первичные, вторичные, фенольные (Царев, 1985). В боковой пропановой цепи содержатся карбонильные группы, которые представлены лактонными, кетонными и альдегидными группировками (Александрова, 1980). Многообразие связей, которые возникают между структурными фрагментами лигнина, приводит к формированию полимеров нерегулярного строения с широко разветвленной структурой и системой сопряжения. Соотношение структурных единиц в лигнинах различного происхождения многообразно. Так, в лигнине хвойных пород преобладают гваяциловые (конифериловые) структуры, а в лиственных - синаповые (сиреневые). В лигнинах травянистых растений превалируют п-кумаровые структуры (Шуберт, 1968; Запрометов, 1974; Орлов, 1985). Макромолекула лигнина характеризуется пространственной сложностью химической структуры. Это обусловлено не только разным сочетанием основных фенилпропано-вых структурных фрагментов лигнина, но и разнообразием связей между мономерами и нерегулярностью их чередования. В макромолекуле лигнина имеются эфирные С - О - С и углеродные С - С связи (Манская, Коди-на, 1975). Эфирные связи образуются за счет фенольного гидроксила одного мономера и гидроксильной группы при р или Д.- атоме боковой цепи мономера: С -С- - С - О - /С >\- с - С - С - - С - - С - ОСНз - G- ОСНз С - С - С ОСИ, ОН (1) (2) В качестве заместителей в ароматическом кольце могут быть атомы и группы: Н, С-, - ОСНз; в пропановой цепочке - ОН, - О -, =С=О и др. (Орлов, 1985). Основные углерод-углеродные связи в макромолекуле лигнина образуются между бензольными кольцами, боковыми цепями, а также между кольцами и цепями. Эти связи более прочные, чем эфирные и со-

Список литературы

Цена, в рублях: (при оплате в другой валюте, пересчет по курсу центрального банка на день оплаты)	1425

Скачать бесплатно	24665.doc

Найти готовую работу

ЗАКАЗАТЬ

Обратная связь:

Связаться

Вход для партнеров

Регистрация

Восстановить доступ

Материал для курсовых и дипломных работ

11.10.24 Верификация механизма реализации национального проекта «Малое и среднее предпринимательство и поддержка индивидуальной предпринимательской инициативы» на основе экосистемного подхода

11.10.24 Анализ эффективности предоставленной поддержки предприятиям МСП в Ростовской области центром инжиниринга АНО МФК «РРАПП»

11.10.24 Анализ реализации национального проекта «Малое и среднее предпринимательство и поддержка индивидуальной предпринимательской инициативы» в экосистемном обеспечении МСП в регионах России96

Архив материала для курсовых и дипломных работ

Ссылки:

Счетчики:

Быстрый переход к готовым работам

Мнение посетителей:

Найти готовую работу

Обратная связь:

Вход для партнеров

© 2006-2024. Все права защищены. Выполнение уникальных качественных работ - от эссе и реферата до диссертации. Заказ готовых, сдававшихся ранее работ.

© 2006-2024. Все права защищены.
Выполнение уникальных качественных работ - от эссе и реферата до диссертации. Заказ готовых, сдававшихся ранее работ.