вещества

Инж. Франсиско Родригес Нийв

Професор-изследовател в UACh

Значение

Важността на изучаването и боравенето с хуминови вещества се крие в голямото влияние, което те оказват върху растежа и развитието на културите, както пряко, така и косвено. Индиректните ефекти се отнасят до ролята на хуминовите вещества за подобряване на плодородието на почвата и по-специално във физическите, химичните и биологичните му характеристики. Преките ефекти са свързани с усвояването на хуминови вещества от култивираните растения и промените, които те насърчават в техния метаболизъм, което най-накрая може да се отрази в по-голяма толерантност на растението към стрес от околната среда и по-добро производство и качество в културите.

Хуминовите вещества в почвата допринасят за подобряване на нейната микробна активност (бактерии, гъбички и актиномицети), което води до по-добри условия за установяване на корените и съответно на растението. Те също така увеличават капацитета за задържане на влага, увеличават капацитета на йонообмен, увеличават наличността на микроелементи чрез хелатиране, допринасят за формирането на гранулираната структура, подпомагат разграждането или инактивирането на токсични вещества, подобряват буферния капацитет., наред с други ефекти.

Хуминовите вещества могат да се абсорбират от растенията и семената и да се намесят в техния метаболизъм. Това благоприятства покълването на семената, радикалния растеж, усвояването на хранителните вещества.

Източник

Органичните, растителни и животински отпадъци, управлявани или депонирани в различни среди, като почва, компост, биоразградители, торфени блата, блата, въглища, са подложени на процес по същество на микробна трансформация. Този процес основно се състои от два начина, минерализация и хумификация, които са подробно описани на Фигура 1. Минерализацията се състои в преминаването на хранителни вещества от техните органични форми към неорганични форми, които могат да бъдат използвани от културите. Пример за горното е азотът, който може да бъде под формата на протеини, аминокиселини, нуклеинови киселини, хлорофил и др., В органични отпадъци, съединения, които се консумират от микроорганизмите като енергиен източник, освобождавайки амоняк като страничен продукт . Хумифицирането е съвкупността от реакции, които водят до образуването на хуминови вещества.

В процеса на хумификация най-приетото обяснение се обработва в така наречената ТЕОРИЯ НА ПОЛИФЕНОЛА. Тази теория е описана с по-голяма специфичност в Родригес (1991). Въз основа на тази теория стъпките в образуването на хумус са очертани на фигура 2.

Хиноните, получени от лигнини и/или синтезирани от микроорганизми, са основните строителни единици на хуминовите вещества. Като източник на хинони в природата има лигнин, микроорганизми, некомбинирани феноли в растенията, гликозиди, танини. Сред тях производните на лигнин и микроорганизмите са най-изследвани.

Във връзка с атаката на лигнин от микроорганизми, микроскопичните гъби от групата на Deuteromycetes играят огромна роля в разлагането на лигнин и образуването на хуминови вещества.

Микроорганизмите, които се отличават с производството на полифеноли, са актиномицети и гъби. Има следните примери: а) Stachybotrys atra и S. chartarum произвеждат 20 различни фенола в хранителна среда; б) Epicocccum nigrum синтезира 24 различни фенола в хранителна среда; в) Hendersonula toruloidea образува около 45 различни фенола, които, когато се обединят, образуват тъмно оцветени полимери; г) S. chartarum при консумация на 30 g глюкоза произвежда биомаса, от която 30% са фенолни съединения. Забелязано е, че при добавяне на глюкоза със С-14 към стерилизирана почва и по-късно инкубиране със S. chartarum се получават феноли със С-14.

В последния етап от кондензацията на хинони, посочен на Фигура 2, може да има участие на амино съединения. С появата на изследванията с азот, маркиран N-15, беше възможно да се изясни ролята на азота в процеса на образуване на хуминови вещества, което е обобщено по-долу: а) ускорява образуването на хуминови вещества; б) увеличава количеството образувани хуминови вещества; в) повишава устойчивостта на хуминови вещества към биоразграждане.

Този ефект на азота има огромни последици от практическа гледна точка, тъй като е възможно: а) да се ускори образуването на компост от нискокачествен материал (слама, целулоза), увеличавайки стойността му на торове в азота; б) благоприятства процеса на овлажняване на растителните остатъци в почвата, главно тези, които имат високо съотношение C/N, като слама; в) загубите на азот от торовете се намаляват, увеличавайки тяхната ефективност и остатъчен ефект.

Степента на въздействие на азота върху овлажняването ще зависи от използвания източник на азот. Органичните източници са по-ефективни за повишаване на съдържанието на азот в хуминовите вещества в сравнение с неорганичните източници. Неорганичните източници увеличават включването си в хуминови вещества, поради наличието на монтморилонитова глина. Амонякът от неорганичен източник се оказа по-ефективен за увеличаване образуването на хуминови вещества и за повишаване на съдържанието на азот в тях.

Азотът в процеса на хумификация става част от хуминовите вещества, в две форми: а) органични съединения, главно амино съединения и б) амоняк. Веднъж включен, азотът се намира в хетероцикличната верига и в страничните вериги (амино или амино захар). Първият е наличен в дългосрочен план, докато N на страничните вериги се счита за източник на азот по време на цикъла на посев.

Глините играят забележителна роля в процеса на хумификация. Това влияние може да се дължи на ефекта на глината върху активността и популацията на микроорганизми или чрез директен ефект при катализиране на процесите на полимеризация на хумусните прекурсори.

Ефектът на глините върху хумификацията може да се обясни със следните механизми: а) защитна среда за микроорганизмите, както от действието на природни хищници, така и от неблагоприятни вещества, като рН и антибиотици; б) подобряване на снабдяването с микроелементи на микроорганизмите; в) концентрация на ензими и субстрати върху колоидната повърхност с ускорена активност; г) стабилизиране на органични съединения, както добавени, така и наскоро образувани.

Органичните азотни или амониеви източници, заедно с монтморилонитовата глина, показват голяма ефективност при образуването на хуминови вещества. Това трябва да се вземе предвид при компостиране на базата на ниско съдържание на азот и високо съдържание на въглехидрати, като сламки или целулоза.

Характеризиране

Хумусните вещества или хумусът са сложни молекули с черен или тъмнокафяв цвят, с високо молекулно тегло, колоидни и хидрофилни свойства, йонна адсорбция и десорбция, освобождаване на хранителни вещества в средносрочен и дългосрочен план. Тези хуминови вещества се класифицират въз основа на разтворимостта на техните компоненти в разтвори с различно рН. По този начин се получават четири фракции: фулвокиселини, хуминови киселини, химатомеланови киселини и хумини, както е показано на фигура 3.

Хуминът е фракцията от хуминови вещества, които не са разтворими в алкална или кисела среда. Това е частта от хумуса, която е най-устойчива на разлагане. Някои от функциите на хумините са свързани с капацитета за задържане на влага, с формирането на структурата и стабилността на почвата, в йонообменната способност. Други свойства на тези вещества са представени в таблица 1.

Хуминовите киселини са фракцията от хуминови вещества, които са разтворими в алкална среда, но неразтворими в кисела среда. Те имат гъвкава и разклонена структура, с множество вътрешни кухини, което определя способността им за абсорбиране на вода. 35% от молекулата са киселини с ароматни структури, които съставляват центъра на молекулата; останалите 65% се състоят от алифатни странични вериги (аминокиселини, пептиди, алифатни киселини). Хуминовите киселини могат да подобрят наличността на катиони, както поради способността им за катионен обмен, така и поради лекотата на тяхното хелиране. Други характеристики са намерени в таблица 1.

Фулвиевата киселина е фракцията на хуминови вещества, които са разтворими в алкална и кисела среда. Това е най-малката част от хуминови вещества, както е описано в Таблица 1. Поради голямото им изобилие от карбоксилни и хидроксилни групи, те са много химически реактивни, което води до висока способност за обмен на катиони. Поради малкия си размер, фулвокиселините имат по-голям шанс да бъдат усвоени от растенията, както от корените, така и от листата.

ИЗПОЛЗВАНЕ В ЗЕМЕДЕЛИЕТО

Органичните вещества в земеделските земи са един от показателите за качеството на почвата. Желаното съдържание на органични вещества в почвите е 3,5%, с изключение на andisols, където се търсят стойности от 13,5%. Хумусът или хуминовите вещества съставляват най-големия дял (65-75%) от органичните вещества. Приносът на органичните торове в земята е най-ефективният начин за увеличаване на съдържанието на органични вещества. За това се предпочитат торове, които имат висок индекс на овлажняване (40%), или защото са напреднали в процеса на образуване на хуминови вещества чрез компостиране, или защото съдържат голямо количество органични съединения, които са предшественици на веществата. хумусен. За тези места, където няма достатъчен източник на органични торове, се препоръчва използването на концентрирани хуминови вещества.

Концентрираните хуминови вещества се използват в твърда или течна форма. Обикновено твърдата форма се обработва директно в почвата, като основният източник е компост или зрял оборски тор, въпреки че на пазара се предлагат концентрирани материали като леонардит (окислени находища на въглища). Течната форма може да се обработва чрез листно или чрез почва. Основният източник на течна форма, която се предлага в търговската мрежа, е леонардит, който започва да се използва в Мексико в началото на 90-те години на миналия век, въпреки че се намират материали като "компост или вермикомпост хумус".

Струва си да се спомене, че на пазара могат да се намерят и други източници на хуминови вещества. Съществуват "синтетични хуминови вещества", разработени от химическата промишленост, които са съставени от полимери на винилацетат, малеинова киселина, поливинилов алкохол, полиакрилати, карбоксиметилцелулоза, изоприл акриламид. Извършените тестове показват, че те нямат същата ефективност като естествените хуминови вещества. Други компании предлагат на пазара „улмини“ или „регенерирани хуминови вещества“, чийто изходен материал са естествените въглища, които са подложени на процес на окисляване и фракциониране. Въпреки че имат някои химични характеристики, подобни на хуминовите киселини, няма доказателства, че те имат същата ефективност.

Хуминовите вещества имат огромно въздействие върху плодородието на почвата. Те подобряват микробната активност, като по този начин увеличават производството на вещества, които помагат за формирането на почвената структура или принадлежат към регулаторите на растежа на растенията; увеличаване на капацитета за задържане на влага; увеличаване на капацитета за йонообмен; увеличаване на наличността на микроелементи чрез хелатиране; Те допринасят за формирането на гранулираната структура и следователно за аерацията и дренажа на земята (Фигура 4); те помагат за разграждането или инактивирането на токсични вещества като тежки метали и пестициди; подобрява буферния капацитет на почвата по такъв начин, че да модулира рН и да може да намалее нивото на соленост или количеството разтворени соли.

От друга страна, хуминовите вещества имат пряко въздействие върху растежа и развитието на културите. Фракциите от тези вещества могат да бъдат усвоени от растенията, било чрез корените или листата. По същия начин има усвояване от семената. Когато молекулата е голяма, абсорбцията се извършва пасивно. Когато молекулата е малка, настъпва активно усвояване.

Веднъж попаднали в растението или семето, хуминовите вещества имат няколко биохимични ефекти върху клетъчната стена, върху мембраните и върху цитоплазмата, които са описани на фигура 5. Това води до по-голям растеж на различни органи на растението, в по-голяма степен толерантност на растенията към стрес на околната среда (температура, влажност, соленост, рН, хранителни вещества, болести), както и повишаване на качеството и производството на култури.

Хуминовите вещества увеличават скоростта и/или процента на покълване на семената. По подобен начин се наблюдава подобряване на усвояването на хранителните вещества от растенията, тъй като хуминовите вещества увеличават пропускливостта на клетъчната мембрана и насърчават електрическите промени на структурните фосфолипиди на мембраните. Въз основа на това ефективността на химическите торове може да бъде подобрена и следователно приложените дози и отрицателното въздействие върху околната среда могат да бъдат намалени. Това насърчи голям брой агрохимикали, които съдържат хуминови вещества в състава си, в допълнение към хранителните вещества. Обичайно е да се наблюдава боравенето с микроелементи, където хуминовите вещества действат като хелатиращи агенти, както е описано в следващата схема с мед и активни радикали на повърхността на хуминовите вещества.

Хуминовите вещества ускоряват енергийния метаболизъм и съдържанието на хлорофил в листата на растението, особено с фулвокиселини. Те също така увеличават концентрацията на пратеник РНК, модифицирайки производството на протеини, както тези, които действат като ензими, така и структурни и транспортиращи протеини в клетъчните мембрани. Хуминовите киселини са ефективни при регулирането на растителните хормони, като предпазват индооцетната киселина от ензимно окисляване.

Хуминовите вещества съдържат свободни радикали, като са с по-високо съдържание на хуминови киселини поради тяхното по-голямо състояние на хумификация или полимеризация. Тези свободни радикали могат да изпълняват специфични функции в растенията, като активатори, катализа, фоточувствителност.

Фулви киселини, в концентрации от 10 до 100 mg L -1, подпомагат радикалното иницииране. Стимулирането на растежа на образуваните корени възниква, когато се получи комбинация от фулвови и хуминови киселини.

Хуминови вещества, в концентрации от 50 до 300 mg L -1, приложени по листен път или в хранителен разтвор в концентрации от 25 до 300 mg L -1, подобряват растежа на стъблото на растението.

Отговорът на посевите към добавянето на хуминови вещества обикновено следва следния ред от най-голямо до най-малко въздействие: зеленчуци, треви, бобови растения, маслодайни семена.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ