Гуминовые вещества и биосфера.

 

Все гуминовые вещества образуются в результате посмертного превращения органических остатков. Превращение органических остатков в гуминовые вещества получило название процесса гумификации. Процесс гумификации идет вне живых организмов как с их участием, так и путем чисто химических реакций окисления, восстановления, гидролиза, конденсации и др. В отличие от живой клетки, в которой синтез биополимеров осуществляется в соответствии с генетическим кодом, в процессе гумификации нет какой - либо установленной программы, поэтому могут возникать любые соединения, как более простые, так и более сложные, чем исходные биомолекулы. Образующиеся продукты вновь подвергаются реакциям синтеза или разложения, и такой процесс идет практически беспрерывно. В результате многочисленных реакций в природных телах накапливаются только наиболее устойчивые соединения, существующие более длительное время, чем лабильные вещества. Поэтому гуминовые вещества считают первой устойчивой формой органических соединений углерода вне живых организмов.

Гуминовые вещества выполняют в биосфере множество функций, из которых важнейшие следующие:

1. Аккумулятивная функция. Она заключается в накоплении химических элементов и энергии, необходимых живым организмам. Практически это означает, что гуминовые вещества ответственны за жизнеобеспечение почвенной биоты и гидробиоты, но поскольку они благодаря своей устойчивости сохраняются длительное время (сотни и тысячи лет), то тем самым гарантируют непрерывное снабжение растений и микроорганизмов энергией и строительным материалом. В составе гуминовых веществ найдены макроэлементы, водород, сера, многие металлические катионы, микроэлементы.

Гуминовые вещества отдают живым организмам необходимые им элементы питания постепенно, по мере их потребления, сохраняя тем самым необходимый запас этих элементов для последующих поколений. Этим они существенно отличаются от многих минеральных соединений, которые могут снабжать растения элементами питания, но представлены, как правило, легкорастворимыми веществами, которые быстро расходуются или вымываются из почвы.

2. Транспортная функция. Она заключается в формировании геохимических потоков минеральных и органических веществ, преимущественно в водных средах, за счет образования устойчивых, но сравнительно легкорастворимых комплексных соединений гумусовых кислот с катионами металлов или гидроксидами. Транспортная функция до некоторой степени противоречит аккумулятивной функции, поскольку их результаты прямо противоположны, но противоречивость действия обеспечивает многообразие влияния гуминовых веществ на минеральные компоненты почв и горных пород.

3. Регуляторная функция. Эта функция объединяет множество различных явлений и процессов и относится к почвам, водам и другим природным телам. В регуляторной функции гуминовых веществ можно выделить несколько главных составляющих:

формирование почвенной структуры и водно-физических свойств почв;

регулирование реакций ионного обмена между твердыми и жидкими фазами;

влияние на кислотно-основные и окислительно-восстановительные режимы;

регулирование условий питания живых организмов путем изменения растворимости минеральных компонентов;

регулирование теплового режима почв и атмосферы, включая проявления парникового эффекта.

4. Протекторная функция, которая заключается в способности гуминовых веществ связывать в малоподвижные или труднодиссоциирующие соединения токсичные и радиоактивные элементы, а также соединения, негативно влияющие на экологическую ситуацию в природе, в том числе они могут инкорпорировать некоторые пестициды, углеводороды, фенолы. Защитная функция гуминовых веществ настолько велика, что богатые ими почвы могут полностью предотвратить поступление в грунтовые воды ионов свинца и других токсичных веществ.

5. Физиологическая функция. Многими исследователями было установлено, что различные гуминовые вещества, особенно гуминовые кислоты и их соли, могут стимулировать прорастание семян, активизировать дыхание растений, повышать продуктивность крупного рогатого скота, птицы. Более того, было показано, что некоторые препараты гуминовых веществ сдерживают развитие злокачественных опухолей, повышают устойчивость организмов к различного рода воспалительным процессам.

Наверное, здесь перечислены далеко не все функции, которые выполняют гуминовые вещества в природных средах, но приведенных примеров достаточно, чтобы подчеркнуть не только исключительно важную, но и поистине незаменимую роль гуминовых веществ в биосфере.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Приходится признать, что гумификация - процесс превращения органических остатков в гуминовые вещества - одно из величайших изобретений природы. Если бы не было такого механизма, то можно было бы ожидать осуществления двух прямо противоположных процессов:

Полной минерализации органических остатков до оксидов - тогда не было бы основы для существования непрерывной жизни на Земле.

Полной сохранности органических остатков, тогда Земля должна была бы ими полностью покрыться.

Природа избрала иной путь - частично идет минерализация органических остатков, причем СО2 возвращается в атмосферу, вода - растениям. Часть остатков трансформируется в гуминовые вещества, устойчивые отчасти еще и потому, что для их разложения в природе нет специфических ферментов. Образующиеся гуминовые вещества находятся на грани живого и мертвого, поэтому академик В. И. Вернадский называл почвы биокосными телами, то есть телами, в образовании которых одновременно присутствует как живое начало –«био», так и неживое, минеральное – «косное». Только их взаимодействие приводит к формированию тех сред, в которых возникают благоприятные условия для развития живых организмов. Многочисленные функции гуминовых веществ в биосфере обусловлены их молекулярным разнообразием как по составу, свойствам, так и по молекулярным массам. Разнообразие гуминовых веществ объясняет и их устойчивость к действию различных природных факторов (Д.С. Орлов 1997).

 

ГУМАТЫ И ЭКОЛОГИЯ.

В настоящее время во многих регионах Болгарии создалась напряженная экологическая ситуация. Растущий фон ионизирующей радиации и загрязнение окружающей среды пестицидами и другими экзотоксикантами, обладающими мутагенным и канцерогенным действием, уже сейчас представляют опасность для живых организмов и их потомства. В связи с этим весьма актуальна проблема изыскания и научного обоснования применения экологически чистых природных соединений для защиты организмов от повреждающего действия различных экзотоксикантов.

Наиболее перспективными в этом отношении являются препараты гуминовых веществ. Общепринято, что гуминовые вещества в биосфере выполняют ряд разнообразных функций: аккумулятивные, транспортные, регуляторные, протекторные и физиологические. Гуминовые вещества определяют основу плодородия почв.

В последние годы проявляется повышенный интерес к этому классу природных полимеров как к эффективному средству для решения ряда экологических проблем. Например, многочисленными исследователями показано, что гуминовые вещества довольно прочно связывают и фиксируют катионы тяжелых металлов и радиоактивных элементов, а также пестициды и детергенты. Это предупреждает поступление экзотоксикантов в пищевую цепь: растения – животные -человек и снимает их отрицательные воздействия. Показано, что инкорпорирование некоторых пестицидов гуминовыми кислотами приводит к выводу их из сферы прямых контактов с живыми организмами. При этом с течением времени в процессе трансформации самих гуминовых кислот происходит разрушение токсических соединений или они превращаются в неактивные и нетоксичные вещества. Гуминовые вещества способны предохранять не только растения и почву от загрязнений, но и почвенно-грунтовые воды, так как перенос токсичных веществ резко ограничивается в результате образования малоподвижных органических компонентов почвы. Важным является и то, что ограничивается вертикальная миграция и загрязнение питьевых вод не только тяжелыми металлами, радионуклидами и пестицидами, но и такими подвижными анионами, как нитрат-, нитрит- и хлорид-ионы.

Протекторная (защитная) функция относится к важнейшим биосферным функциям гуматов. Известно, что природные или внесенные в почву гуматы защищают или сохраняют почвенную биоту и растительный покров в случаях возникновения экстремальных ситуаций. Почвы, обогащенные гуматами, лучше противостоят засухе или переувлажнению, меньше подвержены эрозии и дефляции, дольше сохраняют удовлетворительные свойства при орошении, в том числе и при поливе повышенными дозами или минерализованными водами. Кроме того, гуминовые вещества довольно прочно связывают многие радионуклиды, детергенты, пестициды, тяжелые металлы. Они способны переводить их в неактивные формы, которые со временем распадаются на нетоксичные соединения и таким образом выводят их из сферы прямых контактов с живыми организмами, почвами, почвено-грунтовыми водами, атмосферой (Орлов, 1993).

В настоящее время растущий фон ионизирующей радиации, загрязнение окружающей среды различными токсикантами, обладающими канцерогенными и мутагенными свойствами, а также последствия применения в сельском хозяйстве интенсивных технологий представляют серьезную опасность. Поэтому необходимо проведение природоохранных мероприятий и перспективными в этом отношении являются физиологически активные гуминовые препараты, такие как «HUMUS LifeТМ - LIGNO 20,0 LH SL». Они экологически совместимы с почвой и другими компонентами экосистем и активно способствуют стабилизации нарушенных биогеоценозов и нивелированию экстремальных погодных условий (Лозановская, Луганская, 1991).

Русские ученые отметили снижение накопления нитратов в кукурузе (224,1 мг/кг в контроле, 280,1 мг/кг при использовании атразина, 199,7 мг/кг при совместном внесении атразина и гумата натрия). Наблюдалось также положительное воздействие гумата на последующую культуру севооборота - ячмень в 1-ый и во 2-ой год внесения (последействие: более высокая всхожесть, лучший рост, меньшее поступление атразина в растения, накопление белка в зерне и т. п.) (Булгакова и др., 1983, 1990).

Сделаны интересные наблюдения: применение гумата вело к накоплению нитратов в растениях в начале вегетации и снижению их содержания в конце, что указывает на нормализацию процесса нитрификации на фоне внесения атразина; в почве отмечен аналогичный эффект, т.е. гумат нивелирует ингибирование денитрификации, вызванное атразином (Горовая, 1983, Ярчук, 1991).

Данных, подтверждающих высокую адаптогенную способность гуминовых веществ, накоплено достаточно. В последнее время, в связи с обострившейся экологической ситуацией, началось изучение их роли в адаптации различных компонентов экосистем к действию ионизирующей радиации. Исследованиями доказано, что в стрессовых ситуациях гуминовые вещества способствуют уменьшению лучевых и химических поражений, 50%-ный уровень ингибирования устраняется и полностью восстанавливается жизнедеятельность растений (Горовая, Хлызина 1988, 1993).

По эффективности действия гуминовые вещества не уступают витаминам группы В, РР, С и АТФ, причем их действие реализуется на протяжении всего онтогенеза, включая урожай. На клеточном уровне, лучевые и химические поражения могут проявляться по двум направлениям:

в снижении общего числа вступающих в митоз клеток или наоборот в патологическом возрастании их количества (ТМТД, ГХЦ, симтриазины, фентиурам, невысокие дозы излучения);

в хромосомных нарушениях (хлорорганические поллютанты пролонгированного действия, сильные радиационные поражения).

Выяснено, что гуминовые вещества способствуют уменьшению генетических и функциональных нарушений клеточного деления, восстанавливают нормальный клеточный цикл, участвуют в регенерации однонитевых разрывов ДНК. Хорошо иллюстрируют эти возможности опыты по изучению протекторных свойств гуминовых веществ в сравнении с другими адаптогенами при облучении и химических поражениях (Горовая 1984).

Перспективным направлением использования гуминовых веществ является также их применение для очистки почвы, грунтовых вод и атмосферы при загрязнении тяжелыми металлами, токсичными летучими веществами и фенолами. Установлено, что гуминовые вещества связывают их в нетоксичные, малоподвижные комплексы медь и никель, а при промышленных выбросах S-содержащих соединений и фенолов поглощают их, восстанавливают поврежденные листья вплоть до прекращения листопада в промышленных зонах, нормализуют состояние фотосинтетического аппарата, интенсифицируют азотный, фосфорный, калийный и углеводный обмен (Козюкина, 1983).

Таким образом, препараты на основе гуминовые вещества, как и серия препаратов «HUMUS LifeТМ», в нормальных условиях стимулируют, а в экстремальных нормализуют рост и развитие растений и положительно воздействуют на различные компоненты экосистем.

Промышленная и хозяйственная деятельность человека приводит к прогрессирующему загрязнению и деградации земель, разрушению поверхностного плодородного слоя почвы, насыщению его вредными для людей техногенными веществами, и соответственно, ухудшению условий окружающей среды. В наше время проблема рекультивация земель – неотъемлемый этап в гражданском и промышленном строительстве. Без нее не обойтись при проведении работ по обустройству и озеленению городских территорий, промышленных и придорожных зон, благоустройству зон отдыха, пригородных и приусадебных земельных участков. По подсчетам специалистов, доля таких земель, нуждающихся в реабилитации, весьма значительна и на ее естественное восстановление потребуются десятилетия.

В нашей фирме была разработана новая рецептура и технология восстановления земель. Она основана на использовании биологически активных гуминовых препаратов получаемых из природного сырья. Такие высококонцентрированные гуминовые препараты, как «HUMUS Lifeтм 16,0 HА SL - EXTRA» и «HUMUS LifeТМ - LIGNO 20,0 LH SL» помогут эффективно очистить землю от тяжелых металлов и восстановить плодородный слой земли.

Гуминовые препараты серии «HUMUS Lifeтм» не токсичны, не канцерогенны, не мутагенны, не тератогенны, не характеризуются эмбриологической токсичностью, обладают хорошо выраженным пролонгированным действием, их остаточные количества в растениях не обнаруживаются. Препараты используются в очень низких концентрациях, быстро включаются в процесс метаболизма, т. е. являются экологически чистыми, а технология их применения проста, экономична и экологически безопасна, эффективность их применения не вызывает сомнений.

Специалисты нашей фирмы и фирмы производителя «EURO ECO BIOTECHNOLOGIES» Ltd. предоставляют своим клиентам рекомендации на применение производимой продукции, и оказывают постоянные консультации по повышению эффективности применения гуминовых препаратов.

 

ЛИТЕРАТУРА:

1. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд - во МГУ, 1990.325 с.

2. Горовая А. И., Орлов Д. С., Щербенко О. В. Гуминовые вещества. Киев: Наук. думка, 1995.304 с.

 

3. Гуминовые вещества в биосфере/Под ред. Д. С. Орлова. М.: Наука, 1993.238 с.

4. Орлов Д. С., Гришина Л. А. Практикум по химии гумуса. М.: Изд - во МГУ, 1981.272 с.

5. Тейт Р., III. Органическое вещество почвы. М.: Мир, 1991.400 с.