Действие гуминовых веществ на растения

 

Гуминовые кислоты представляют собой продукт естественной биохимической трансформации органического вещества в биосфере. Они являются основной частью органического вещества почвы - гумуса, играя ключевую роль в круговороте веществ в природе и поддержании почвенного плодородия. Гуминовые кислоты имеют разветвленную молекулярную структуру, включающую большое количество функциональных групп и активных центров. Формирование этих природных соединений происходит под воздействием физико-химических процессов, протекающих в почве и деятельности почвенных организмов. Источниками синтеза гуминовых кислот служат растительные и животные остатки, а также продукты жизнедеятельности почвенной микрофлоры. Таким образом, гуминовые кислоты являются аккумуляторами органического вещества почвы - аминокислот, углеводов, пигментов, биологически активных веществ и лигнина. Кроме того, в гуминовых кислотах концентрируются ценные неорганические компоненты почвы - элементы минерального питания (азот, фосфор, калий), а так же микроэлементы (железо, цинк, медь, марганец, бор, молибден и т.д.). Под воздействием естественных процессов, протекающих в почве, все вышеперечисленные компоненты включаются в единый молекулярный комплекс - гуминовые кислоты. Многообразие исходных компонентов для синтеза данного комплекса обуславливает сложную молекулярную структуру и, как следствие, широкий спектр физических, химических и биологических воздействий гуминовых кислот на почву и растение. Гуминовые кислоты, как составная часть гумуса, встречаются практически на всех типах почв. Они входят в состав твердых горючих ископаемых (твердые и мягкие бурые угли), а также торфа и сапропеля. Однако в естественном состоянии эти соединения малоактивны и практически полностью находятся в нерастворимой форме. Физиологически активными являются лишь соли, образуемые гуминовыми кислотами со щелочными металлами - натрием, калием (гуматы).

По своей природе гуминовые кислоты являются полиэлектролитами. В комплексе с органическими и минеральными частицами почвы они образуют почвенный поглощающий комплекс. Обладая большим количеством различных функциональных групп, гуминовые кислоты способны адсорбировать и удерживать на себе поступающие в почву питательные вещества, макро- и микроэлементы. Удерживаемые гуминовыми кислотами питательные вещества не связываются почвенными минералами и не вымываются водой, находясь в доступном для растений состоянии. Увеличение буферной емкости почвы. Внесение гуматов увеличивает буферную емкость почв, то есть способность почвы поддерживать естественный уровень рН даже при избыточном поступлении кислых или щелочных агентов. Так, при внесении, гуматы способны снимать излишнюю кислотность почв, что со временем дает возможность высевать на этих полях культуры, чувствительные к повышенной кислотности [12].

В отличии от свободных гуминовых кислот, гуматы являются водорастворимыми подвижными соединениями. Адсорбируя питательные вещества и микроэлементы, они способствуют их перемещению из почвы в растения. При внесении гуматов наблюдается четкая тенденция увеличения содержания подвижного фосфора (в 1,5-2 раза), обменного калия и усваиваемого азота (в 2-2,5 раза) в пахотном слое почвы [17].
Все микроэлементы, являясь переходными металлами, (кроме бора и йода), образуют с гуматами подвижные хелатные комплексы, легко проникающие в растения, что обеспечивает их усвоение, а железо и марганец, по мнению ученых, усваиваются исключительно в виде гуматов этих металлов. Предположительный механизм данного процесса сводится к тому, что гуматы при определенных условиях способны поглощать ионы металлов, высвобождая их при изменении условий. Присоединение положительно заряженных ионов металлов происходит за счет отрицательно заряженных функциональных групп гуминовых кислот (карбоксильных, гидроксильных и др.). В процессе поглощения корнями растений воды растворимые гуматы металлов подходят к клеткам корня на близкое расстояние. Отрицательный заряд корневой системы превышает отрицательный заряд гуматов, что ведет к отщеплению ионов металлов от молекул гуминовых кислот и поглощению ионов клеточной мембраной. Многие исследователи полагают, что небольшие молекулы гуминовых кислот вместе с закрепленными на них ионами металлов и другими питательными веществами могут поглощаться и усваиваться растением непосредственно. Благодаря описанным механизмам улучшается почвенное питание растений, что способствует их более эффективному росту и развитию [18, 19].

Гуминовые кислоты являются источниками доступных фосфатов и углерода для микроорганизмов. Молекулы гуминовых кислот способны образовывать крупные агрегаты, на которых идет активное развитие колоний микроорганизмов. Таким образом, гуматы значительно интенсифицируют деятельность разных групп микроорганизмов, с которыми тесно связана мобилизация питательных веществ почвы и превращение потенциального плодородия в эффективное. За счет роста численности силикатных бактерий происходит постоянное восполнение усвоенного растениями обменного калия. Гуматы увеличивают в почве численность микроорганизмов, разлагающих труднорастворимые минеральные и органические соединения фосфора. Гуматы улучшают обеспеченность почвы усвояемыми запасами азота: численность аммонифицирующих бактерий возрастает в три - пять раз, в отдельных случаях фиксировалось десятикратное увеличение аммонификаторов; количество нитрифицирующих бактерий увеличивается в 3-7 раз. За счет улучшения условий жизнедеятельности свободноживущих бактерий почти в 10 раз возрастает их способность к фиксации молекулярного азота из атмосферы. В результате этого почва обогащается доступными питательными элементами. При разложении органического вещества образуется большое количество органических кислот и углекислоты. Под их воздействием труднодоступные минеральные соединения фосфора, кальция, калия, магния переходят в доступные для растения формы.

Гуматы необратимо связывают тяжелые металлы и радионуклиды. Данное свойство особенно актуально в условиях повышенной техногенной нагрузки на почвы. Соединения свинца, ртути, мышьяка, никеля и кадмия, выделяющиеся при сжигании каменного угля, работе металлургических предприятий и электростанций попадают в почву из атмосферы в виде пыли и золы, а также с выхлопными газами автотранспорта. В то же время во многих регионах значительно повысился уровень радиационного загрязнения. При внесении в почву гуматы необратимо связывают тяжелые металлы и радионуклиды. В результате образуются нерастворимые малоподвижные комплексы, которые выводятся из круговорота веществ в почве. Таким образом, гуматы препятствуют попаданию данных соединений в растения, а следовательно, и в сельскохозяйственную продукцию. Наряду с этим активация гуматами микрофлоры приводит к дополнительному обогащению почвы гуминовыми кислотами. В результате за счет описанного выше механизма почва становится более устойчивой к техногенному загрязнению. Ускорение разложения органических экотоксикантов. За счет активации деятельности почвенных микроорганизмов гуматы способствуют ускоренному разложению токсичных органических соединений, образующихся при сжигании топлива, а также ядохимикатов. Многокомпонентный состав гуминовых кислот позволяет им эффективно сорбировать труднодоступные органические соединения, снижая их токсичность для растений и человека [26].

Также гуматы повышают активность всех клеток растения. В результате возрастает энергия клетки, улучшаются физико-химические свойства протоплазмы, интенсифицируется обмен веществ, фотосинтез и дыхание растений. Как следствие, ускоряется деление клеток, а значит, происходит улучшение общего роста растения. В результате применения гуматов активно развивается корневая система, усиливается корневое питание растений, а также всасывание влаги. Интенсификации корневого питания способствует комплексное воздействие гуматов на почву. Увеличение биомассы растения и активизация обмена веществ ведёт к усилению фотосинтеза и накоплению растениями углеводов.
Гуматы являются неспецифическими активаторами иммунной системы. В результате обработки гуматами значительно повышается устойчивость растений к различным заболеваниям. Чрезвычайно эффективным является замачивание семян в растворах гуматов с целью профилактики семенных инфекций и в особенности корневых гнилей. Наряду с этим при обработке гуматами повышается устойчивость растений к неблагоприятным факторам внешней среды - экстремальным температурам, переувлажнению, сильному ветру [28, 30].

Благодаря обработке препаратами на основе гуминовых веществ повышается устойчивость семян к заболеваниям и травматическим повреждениям, происходит освобождение от поверхностных инфекций. При обработке у семян повышается всхожесть, энергия прорастания, стимулируется рост и развитие проростков. Таким образом, обработка увеличивает всхожесть семян и предотвращает развитие грибковых заболеваний, в особенности корневых инфекций. Увеличивается проницаемость мембраны клеток корня. В результате улучшается проникновение питательных веществ и микроэлементов из почвенного раствора в растение. Вследствие чего питательные вещества поступают в основном в виде комплексов с гуматами. Улучшается развитие корневой системы, усиливается закрепление растений в почве, то есть растения становятся более устойчивыми к сильным ветрам, смыву в результате обильного выпадения осадков и эрозионным процессам. Особенно эффективно на культурах со слаборазвитой корневой системой: яровой пшенице, ячмене, овсе, рисе, гречихе. Развитие корневой системы интенсифицирует поглощение растением влаги и кислорода, а также почвенное питание. В результате в корневой системе усиливается синтез аминокислот, сахаров, витаминов и органических кислот. Усиливается обмен веществ между корнями и почвой. Выделяемые корнями органические кислоты (угольная, яблочная и др.) активно воздействуют на почву, увеличивая доступность питательных веществ и микроэлементов [11].