гумінових

Інж. Франциско Родрігес Нів

Професор-науковий співробітник УАХ

Важливість

Важливість вивчення та поводження з гуміновими речовинами полягає у великому впливі, який вони мають на ріст і розвиток сільськогосподарських культур, як прямо, так і опосередковано. Непрямий вплив стосується ролі гумінових речовин у поліпшенні родючості ґрунтів, зокрема, їх фізичних, хімічних та біологічних властивостей. Прямі наслідки пов’язані з поглинанням гумінових речовин культурними рослинами та змінами, які вони сприяють їхньому метаболізму, що нарешті може відобразитися у більшій толерантності рослини до екологічних стресів та кращому виробництві та якості врожаю.

Гумінові речовини в ґрунті сприяють поліпшенню її мікробної активності (бактерії, гриби та актиноміцети), що призводить до кращих умов для встановлення коренів і, отже, рослини. Вони також збільшують здатність утримувати вологу, збільшують здатність іонообміну, збільшують доступність мікроелементів за допомогою хелатування, сприяють формуванню зернистої структури, сприяють деградації або інактивації токсичних речовин, покращують буферну здатність., серед інших ефектів.

Гумінові речовини можуть засвоюватися рослинами та насінням та втручатися в їх обмін речовин. Це сприяє проростанню насіння, радикальному росту, засвоєнню поживних речовин.

Джерело

Органічні, рослинні та тваринні відходи, що управляються або зберігаються в різних середовищах, таких як ґрунт, компост, біорозщеплювачі, торфовища, болота, вугілля, піддаються, по суті, мікробному процесу трансформації. Цей процес в основному складається з двох способів - мінералізації та гуміфікації, які докладно описані на рисунку 1. Мінералізація полягає у переході поживних речовин від їх органічних форм до неорганічних, які можуть бути використані сільськогосподарськими культурами. Прикладом вищезазначеного є азот, який може бути у формі білків, амінокислот, нуклеїнових кислот, хлорофілу тощо, в органічних відходах, сполуках, які споживаються мікроорганізмами як джерело енергії, виділяючи аміак як побічний продукт . Гуміфікація - це сукупність реакцій, що призводять до утворення гумінових речовин.

У процесі гуміфікації найбільш прийняте пояснення обробляється у так званій ТЕОРІЇ ПОЛІФЕНОЛУ. Ця теорія описана з більшою конкретністю у Родрігеса (1991). Виходячи з цієї теорії, етапи формування гумусу наведені на малюнку 2.

Хінони, отримані з лігнінів та/або синтезовані мікроорганізмами, є основними будівельними одиницями гумінових речовин. Як джерело хінонів у природі є лігнін, мікроорганізми, феноли, не поєднані в рослинах, глікозиди, дубильні речовини. Серед них найбільш вивчені похідні лігніну та мікроорганізмів.

Що стосується атаки лігніну мікроорганізмами, мікроскопічні гриби з групи Дейтроміцетів відіграють величезну роль у розкладанні лігніну та утворенні гумінових речовин.

Мікроорганізми, які відрізняються утворенням поліфенолів, - це актиноміцети та гриби. Є такі приклади: а) Stachybotrys atra та S. chartarum продукували 20 різних фенолів у культуральному середовищі; б) Epicocccum nigrum синтезував 24 різних феноли в живильному середовищі; в) Hendersonula toruloidea утворює близько 45 різних фенолів, які, з’єднавшись, утворюють полімери темного кольору; г) S. chartarum при споживанні 30 г глюкози утворює біомасу, з яких 30% становлять фенольні сполуки. Було помічено, що при додаванні глюкози з С-14 до стерилізованого ґрунту, а потім інкубації з S. chartarum, утворюються феноли з С-14.

На завершальному етапі конденсації хінонів, зазначеному на малюнку 2, може брати участь аміносполуки. З появою досліджень з азотом, міченим N-15, вдалося з'ясувати роль азоту в процесі утворення гумінових речовин, що узагальнено нижче: а) він прискорює утворення гумінових речовин; б) збільшує кількість гумінових речовин, що утворюються; в) підвищує стійкість гумінових речовин до біодеградації.

Цей ефект азоту має величезні наслідки з практичної точки зору, оскільки можна: а) прискорити утворення компосту з неякісного матеріалу (соломи, целюлози), збільшуючи його добриво в азоті; б) сприяє процесу гуміфікації рослинних залишків у ґрунті, переважно тих, що мають високий коефіцієнт С/N, таких як солома; в) втрати азоту від добрив зменшуються, збільшуючи їх ефективність та залишковий ефект.

Величина впливу азоту на гуміфікацію буде залежати від використовуваного джерела азоту. Органічні джерела ефективніше підвищують вміст азоту в гумінових речовинах порівняно з неорганічними джерелами. Неорганічні джерела збільшують їх включення в гумінові речовини завдяки присутності монтморилонітової глини. Аміак з неорганічного джерела виявився більш ефективним у збільшенні утворення гумінових речовин та у підвищенні вмісту в них азоту.

Азот у процесі гуміфікації стає частиною гумінових речовин у двох формах: а) органічні сполуки, переважно аміносполуки та б) аміак. Після введення азот знаходиться всередині гетероциклічного ланцюга та в бічних ланцюгах (аміно або аміноцукор). Перший доступний у довгостроковій перспективі, тоді як N бічних ланцюгів розглядається як джерело азоту під час циклу врожаю.

Глини відіграють помітну роль у процесі гуміфікації. Цей вплив може бути обумовлений впливом глини на активність і популяцію мікроорганізмів, або безпосереднім впливом на каталізацію процесів полімеризації попередників гумусу.

Вплив глин на гуміфікацію можна пояснити такими механізмами: а) захисне середовище для мікроорганізмів як від дії природних хижаків, так і від несприятливих речовин, таких як рН та антибіотики; б) поліпшення надходження мікроелементів до мікроорганізмів; в) концентрація ферментів і субстратів на колоїдній поверхні з прискореною активністю; г) стабілізація органічних сполук, як тих, що додаються, так і тих, що нещодавно утворилися.

Джерела органічного азоту або амонію, поряд з монтморилонітовою глиною, продемонстрували велику ефективність при утворенні гумінових речовин. Це слід враховувати при компостуванні на основі матеріалів з низьким вмістом азоту та вуглеводів, таких як соломка або целюлоза.

Характеристика

Гумінові речовини або гумус - це складні молекули чорного або темно-коричневого кольору, що мають високу молекулярну масу, колоїдні та гідрофільні властивості, іонну адсорбційну та десорбційну здатність, виділення поживних речовин у середньо- та довгостроковій перспективі. Ці гумінові речовини класифікуються на основі розчинності їх компонентів у розчинах з різним рН. Таким чином, у результаті виходять чотири фракції: фульвокислоти, гумінові кислоти, гіматомеланові кислоти та гуміни, як показано на малюнку 3.

Гуміни - це частка гумінових речовин, які не розчиняються в лужному або кислому середовищі. Це частина гумусу, яка є найбільш стійкою до розкладання. Деякі функції гумінів пов'язані з здатністю утримувати вологу, з формуванням структури та стійкістю ґрунту, в іонообмінній здатності. Інші властивості цих речовин представлені в таблиці 1.

Гумінові кислоти - це частка гумінових речовин, які розчиняються в лужному середовищі, але не розчиняються в кислому середовищі. Вони мають гнучку та розгалужену структуру, з безліччю внутрішніх порожнин, що визначає їх водопоглинальну здатність. 35% молекули - це кислоти з ароматичними структурами, які складають центр молекули; решта 65% складається з аліфатичних бічних ланцюгів (амінокислоти, пептиди, аліфатичні кислоти). Гумінові кислоти можуть покращити доступність катіонів як через їх катіонообмінну здатність, так і через легкість їх хелатування. Інші характеристики наведені в таблиці 1.

Фульвова кислота - це фракція гумінових речовин, розчинних у лужному та кислому середовищі. Це найменша частина гумінових речовин, як описано в таблиці 1. Через велику кількість карбоксильних та гідроксильних груп вони хімічно дуже реактивні, що призводить до високої здатності катіонообмінних процесів. Через невеликий розмір фульвокислоти мають більше шансів засвоїтися рослинами як корінням, так і листям.

ВИКОРИСТАННЯ В Сільському господарстві

Органічна речовина на сільськогосподарських угіддях є одним із показників якості ґрунту. Бажаний вміст органічних речовин у ґрунтах становить 3,5%, за винятком анізолів, де шукають значення 13,5%. Гумус або гумінові речовини складають найбільшу частку (65-75%) органічної речовини. Внесок органічних добрив у землю є найефективнішим способом збільшення вмісту органічних речовин. Для цього переважні добрива, що мають високий індекс гуміфікації (40%), або тому, що вони просунулися в процесі утворення гумінових речовин за допомогою компостування, або тому, що вони містять велику кількість органічних сполук, які є попередниками цих речовин. гуміновий. Для тих місць, де немає достатнього джерела органічних добрив, рекомендується використовувати концентровані гумінові речовини.

Концентровані гумінові речовини використовують у твердому або рідкому вигляді. Як правило, тверда форма потрапляє безпосередньо в ґрунт, основним джерелом є компост або зрілий гній, хоча на ринку пропонуються концентровані матеріали, такі як леонардит (окислені родовища вугілля). Рідка форма може оброблятися через позакореневе або через грунт. Основним джерелом рідкої форми, що комерційно пропонується, є леонардит, який почав застосовуватися в Мексиці на початку 90-х років минулого століття, хоча такі матеріали, як "компост або вермікомпостний перегній", знайдені.

Варто згадати, що на ринку можна знайти інші джерела гумінових речовин. Існують «синтетичні гумінові речовини», розроблені хімічною промисловістю, які складаються з полімерів вінілацетату, малеїнової кислоти, полівінілового спирту, поліакрилатів, карбоксиметилцелюлози, ізоприлу акриламіду. Проведені випробування вказують на те, що вони не мають такої ж ефективності, як природні гумінові речовини. Інші компанії комерціалізують "ульміни" або "регенеровані гумінові речовини", вихідним матеріалом яких є природні вугілля, які піддаються процесу окислення та фракціонування. Хоча вони мають деякі хімічні характеристики, подібні гуміновим кислотам, немає жодних доказів того, що вони мають однакову ефективність.

Гумінові речовини мають величезний вплив на родючість ґрунту. Вони покращують мікробну активність, тим самим збільшуючи вироблення речовин, які допомагають у формуванні структури грунту або належать до регуляторів росту рослин; збільшити здатність утримувати вологу; збільшення ємності іонообміну; збільшити доступність мікроелементів за допомогою хелатування; Вони сприяють формуванню зернистої структури, а отже, аерації та осушенню землі (рис. 4); вони допомагають у деградації або інактивації токсичних речовин, таких як важкі метали та пестициди; покращує буферну здатність грунту таким чином, що вони модулюють рН і можуть зменшуватися рівень солоності або кількість розчинених солей.

З іншого боку, гумінові речовини мають прямий вплив на ріст і розвиток сільськогосподарських культур. Фракції цих речовин можуть засвоюватися рослинами або через коріння, або через листя. Таким же чином відбувається поглинання насінням. Коли молекула велика, поглинання здійснюється пасивно. Коли молекули мало, відбувається активне поглинання.

Потрапляючи всередину рослини або насіння, гумінові речовини надають кілька біохімічних ефектів на клітинну стінку, мембрани та цитоплазму, що описано на рисунку 5. Це призводить до більшого росту різних органів рослини, в більшій мірі толерантність рослин до стресів навколишнього середовища (температури, вологості, солоність, рН, поживні речовини, хвороби), а також підвищення якості та виробництва сільськогосподарських культур.

Гумінові речовини збільшують швидкість та/або відсоток проростання насіння. Подібним чином спостерігається поліпшення засвоєння рослинами поживних речовин, оскільки гумінові речовини збільшують проникність клітинної мембрани та сприяють електричним змінам структурних фосфоліпідів мембран. Виходячи з цього, ефективність хімічних добрив може бути покращена, а отже, застосовувані дози та негативний вплив на навколишнє середовище можуть бути зменшені. Це сприяло розвитку великої кількості агрохімікатів, які містять гумінові речовини у своєму складі, крім поживних речовин. Зазвичай спостерігається поводження з мікроелементами, коли гумінові речовини діють як хелатируючі речовини, як описано в наступній схемі з міддю та активними радикалами на поверхні гумінових речовин.

Гумінові речовини прискорюють енергетичний обмін та вміст хлорофілу в листі рослини, особливо з фульвокислотами. Вони також підвищують концентрацію РНК-месенджера, модифікуючи вироблення білків, як тих, що діють як ферменти, так і структурні та транспортні білки в клітинних мембранах. Гумінові кислоти ефективно регулюють рослинні гормони, захищаючи індоліцетову кислоту від ферментативного окислення.

Гумінові речовини містять вільні радикали, які містять більше гумінових кислот через їх більший ступінь гуміфікації або полімеризації. Ці вільні радикали можуть виконувати в рослинах певні функції, такі як активатори, каталіз, світлочутливість.

Фульвокислоти в концентраціях від 10 до 100 мг L -1 сприяють ініціації радикалів. Стимуляція росту утворених коренів відбувається, коли відбувається поєднання фульвової та гумінової кислот.

Гумінові речовини в концентраціях від 50 до 300 мг L -1, що застосовуються позакореневим шляхом, або в поживному розчині в концентраціях від 25 до 300 мг L -1, покращують ріст стебла рослини.

Реакція сільськогосподарських культур на додавання гумінових речовин, як правило, має такий порядок від найбільшого до найменшого впливу: овочі, трави, бобові, олійні.

ВИСНОВОК