Гуминовые вещества

Гумификация

Гумификация – процесс превращения органических остатков в гуминовые вещества. Этот процесс идет вне живых организмов как с их непосредственным участием, так и путем чисто химических реакций окисления, восстановления, гидролиза, конденсации. В отличии от живой клетки, где синтез биополимеров идет в соответствии с генетическим кодом, в процессе гумификации нет какой-либо программы. В результате возникают любые соединения, как проще, так и сложнее, чем исходные биомолекулы. Образовавшиеся продукты вновь подвергаются синтезу или разложению. Этот процесс идет непрерывно. В результате длительного времени и большого количества реакций накапливаются только наиболее устойчивые соединения, существующие более длительное время. Поэтому гуминовые вещества считают первой устойчивой формой органических соединений углерода вне живых организмов^[6].

Гумификация имеет огромное значение для жизни на Земле. Ели бы этого процесса не было, то можно было ожидать осуществления двух прямо противоположных процессов. Первый – полная минерализации органических остатков до оксидов, и тогда основы для существования непрерывной жизни на нашей планете просто бы не было^[6].

Второй – полной сохранности органических остатков. В этом случае поверхность планеты бы ла бы ими покрыта полностью, что так же не способствовало процветанию и развитию жизни^[6].

Процесс гумификации позволяет исключить оба варианта. Частично идет минерализация органических остатков. При этом углекислый газ возвращается в атмосферу, а вода – растениям. Часть остатков превращается в гуминовые вещества, устойчивые ещё и по той причине, что для их разложения в природе не специфических ферментов^[6].

Гуминовые вещества находятся на грани живого и мертвого. Академик В.И. Вернадский называл почвы биокосными телами, то есть телами в которых присутствует как живое начало, так и неживое, минеральное^[6].

Функции в биосфере

Гуминовые вещества выполняют в биосфере множество функций.

Их многочисленность обусловлена молекулярным разнообразием ГВ по составу и молекулярным массам^[6]. Важнейшие из этих функций:

1. Аккумулятивная функция – заключается в накоплении химических элементов и энергии, нужных живым организмам. Гуминовые вещества ответственны за жизнеобеспечение почвенной биоты и гидробиоты. Поскольку они сохраняются сотни и тысячи лет, то гарантируют непрерывное снабжение растений и микроорганизмов энергией и строительным материалом. В состав гуминовых веществ входят микроэлементы, водород, сера, катионы многих металлов, макроэлементы. Гуминовые вещества отдают живым организмам элементы питания постепенно, по мере их потребления, не расходуя их напрасно и сохраняя для последующих поколений. Этим они отличаются от минеральных соединений, снабжающих растения элементами питания, но представленных обычно легкорастворимыми веществами быстро расходующимися и вымывающимися из почвы^[6].
2. Транспортная функция – формирование геохимических потоков минеральных и органических веществ, в основном в водных средах, за счет образования устойчивых, но сравнительно легкорастворимых комплексных соединений гумусовых кислот с катионами металлов или гидроксидами^[6]. Эта функция несколько противоречит аккумулятивной, но противоречивость их действий обеспечивает влияние гуминовых веществ на минеральные компоненты горных пород и различных типов почв^[6].
3. Регуляторная функция– объединяет множество явлений и процессов и относится к почвам, водам и другим природным телам. В регуляторной функции выделяют несколько главных составляющих:
   • формирование почвенной структуры и водно-физических свойств почв;
   • регулирование реакций ионного обмена между твердыми и жидкими фазами;
   • влияние на окислительно-восстановительные и кислотно-основные режимы;
   • регулирование условий питания животных организмов путем изменения растворимости минеральных компонентов;
   • регулирование теплового режима атмосферы и почв, в том числе проявления парникового эффекта^[6].
4. Протекторная функция – способность гуминовых веществ связывать в малоподвижные или труднодиссоциирующие соединения токсичные и радиоактивные элементы и соединения, негативно влияющие на экологию. В том числе они могут инкорпорировать некоторые пестициды, фенолы и углеводы. Защитная функция гуминовых веществ велика настолько, что богатые ими почвы способны полностью исключить поступление в грунтовые воды ионов свинца и прочих токсичных веществ^[6].
5. Физиологическая функция – связана с влиянием ГВ на живые организмы, а именно: стимулировать прорастание семян, активизировать дыхание растений, повышать продуктивность птицы и крупного рогатого скота. Установлено, что некоторые гуминовые вещества способны сдерживать развитие злокачественных опухолей, повышать устойчивость организмов к воспалительным процессам^[6].

Действие на растение

Гуминовые вещества оказывают на растения широкий спектр положительных воздействий:

• повышают энергию прорастания семян;
• интенсифицируют корнеобразование и корнеобразование у проростков;
• ускоряют развитие и рост надземной части;
• изменяют характер фосфорного обмена в листьях растений, в результате чего увеличивается уровень общего фосфора за счет более интенсификации поступления минерального фосфора в клетку растения, что ускоряет реакции фосфорилирования и приводит к повышению количества фосфорорганических соединений, в том числе нуклеиновых кислот;
• активизируют синтез белка в растительной клетке, тем самым интенсифицируя обмен веществ и в конечном итоге рост и развитие растений;
• регулируют биохимические процессы в клетках растений, в следствии чего целевая продукция формируется с улучшенными показателями качества;
• снижают уровень нитратного азота в готовой продукции^[2].

Максимальный эффект наблюдается при стрессовых воздействиях на растения (избыток или недостаток света, влаги, тепла, элементов питания). Это подтверждает адаптогенные свойства гуминовых веществ^[2].

По эффективности действия гуминовые вещества не уступают витаминам группы В, РР, С и АТФ. При этом причем их действие реализуется на протяжении всего онтогенеза^[6].

Применение

Многочисленными исследованиями выявлено, что наиболее активной составляющей Гуминовых веществ являются гуминовые кислоты. Доказана способность ГК стимулировать ростовые процессы корневой системы и регулировать рост растения в целом. Это позволяет использовать гуминовые кислоты в качестве действующих веществ регуляторов роста растений^[2].

В настоящее время на территории России разрешены к использованию препараты:

• «Бигус, ВР», «ГуматАктив, Ж», «Нертус ПланетаПег, Ж» – действующее вещество гуминовых кислот калиевые соли;
• «ГуматАктив, Ж» – действующее вещество фульвокислоты;
• «ВЛ 77, Ж» – действующее вещество гуминовые кислоты натриевых солей^[1].

Токсикологические характеристики

Многочисленные исследования показали полифункциональность протекторной функции гуминовых веществ. Они способны:

• связывать и фиксировать катионы тяжелых металлов, радиоактивных элементов, а также пестициды и детергенты, что предупреждает поступление токсичных веществ в пищевые цепи;
• инкорпорировать некоторые пестициды, что приводит к выводу их из сферы прямых контактов с живыми организмами, при этом в процессе трансформации гуминовых веществ токсические соединения разрушаются или превращаются в нетоксичные;
• предохранять от загрязнения почвенно-грунтовые воды, поскольку уменьшается перенос токсичных соединений;
• способствовать снижению отрицательного влияния радиоактивного облучения и химического поражения путем уменьшения генетических и функциональных нарушений клеточного деления, восстановления нормального клеточного цикла и регенерации однонитевых разрывов ДНК^[6].

Гуминовые вещества не токсичны, не канцерогенны, не мутагенны, не тератогенны, не характеризуются эмбриональной токсичностью, обладают ярко выраженным пролонгированным действием, их остаточные количества в растениях не обнаруживаются. Гуминовые вещества, как действующие вещества регуляторов ростка растений, используются в очень низких концентрациях, быстро включаются в процессы метаболизма. Технология применения проста экономична и экологически безопасна^[6].

Получение

Перспективным сырьем для получения Гуминовых веществ являются такие каустобиолиты, как торф и бурые угли^[2].

В основе получения гуминовых веществ лежат свойства гуминовых веществ каустобиолитов, а именно гуминовых кислот образовывать водорастворимые соли с одновалентными катионами натрия, калия, аммония^[2].

Для выщелачивания (извлечения) Гуминовых веществ и продуктов их модификации из природного сырья применяют водные растворы гидроксидов этих элементов. Реакции взаимодействия ГВ с ионами щелочных металлов протекают в нормальных условиях медленно, поэтому их осуществляют при повышенных температурах. Однако температурный интервал извлечения ГВ сравнительно узок – от +80 до +160ºC^[2].

Верхний предел ограничивается отрицательным воздействием высоких температур на биологическую активность препаратов. Нижний – снижения выхода продукции и увеличением продолжительности процесса^[2].

Кроме того, предложен ряд способов получения ГВ без нагрева, но с применением сильных окислителей: хлора, озонированного воздуха, озона, концентрированной азотной кислоты, окислов азота^[2].

Предлагаются физические методы воздействия на сырье: ультразвук, радиолиз, бароформинг^[2].