Химические классы пестицидов

Гуминовые вещества (ГВ) – природные соединения, образование которых протекает в природных средах в результате химического и биологического разложения растительных и животных остатков и представляющие собой смесь макромолекул переменного состава и нерегулярного строения.

Оглавление

Гуминовые вещества - Гуминовые кислоты натриевых солей - фото
Гуминовые кислоты натриевых солей

Классификация гуминовых веществ

Гуминовые вещества (ГВ) составляют от 60% до 80% органического вещества почвенных и водных сред[3].

Общепринятая классификация гуминовых веществ основывается на различии их растворимости в кислотах и щелочах. Согласно данному принципу классификации гуминовые вещества подразделяются на три основные составляющие (фракции):

  • гумин – не извлекаемый остаток, нерастворимый ни в щелочах, ни в кислотах;
  • гуминовые кислоты (ГК) – фракция ГВ, растворимая в щелочах и нерастворимая в кислотах;
  • фульвокислоты (ФК) – фракция ГВ, растворимая в щелочах и кислотах[3].

Термин «гумусовые кислоты» принят для обозначения суммы гуминовых и фульвокислот[3].

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].

История

История изучения Гуминовых веществ началась более чем два века назад. Начало ее связывают с публикацией в 1786 году Ф. Ахарда в журнале "Chemische Annalen" статьи в которой автор описывает несколько опытов по выделению из разных слоев торфа химических веществ, позднее получивших наименование «гуминовые вещества»[4].

Современные исследования ГВ в нашей стране, Польше и Чехословакии велись в 50-х голах XXвека. Ведущая роль в этом влпросе принадлежит профессору Лидии Арсеновне Христевой, создавшей в это время в Днепропетровске лабораторию по изучению гуминовых удобрений и организовавшей серию всесоюзных совещаний по проблеме изучения и использования гуминовых веществ. Одним из итогов деятельности Л.А. Христевой явилось издание серии трудов с общей темой «Гуминовые удобрения: Теория и практика их применения». В этих трудах заложены фундаментальные основы теории и практики изучения и использования ГВ[4].

Высокая значимость гуминовых веществ в существовании жизни на нашей планете привело ученых многих стран к необходимости создания в 90-х годах ХХ века нового научного объединения Международного общества по изучению гуминовых веществ (IHSS). Это общество успешно функционирует и в настоящее время. Его задачей является объединение и поддержка трудов ученых разных стран по проблемам гуминовых веществ[4].

Литературные источники:
1. Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, 2022 год. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации (Минсельхоз России)
2. Наумова Г.В, Кособокова Р.В., Косоногова Л.В., Райцина Г.И. Жмакова Н.А., Овчинникова Т.Ф. Гуминовые препараты и технологические приемы их получения. В сб.: Гуминовые вещества в биосфере. М.: Наука, 1993, с.178 – с 187
3. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв. Москва: Издательство: МГУ, 1974 – 287 стр.
4. Орлов Д. С. Свойства и функции гуминовых веществ. В сб.: Гуминовые вещества в биосфере. М.: Наука, 1993, с.16–27.
5. Орлов Д. С. Химия почв. Москва: Издательство: МГУ, 1992 – 259 стр.
6. Титов И.Н. Гуматы и почва. Перевод с английского, Москва ИЛКО, 2006 – 28 с.

Список действующих веществ, входящие в химический класс Гуминовые вещества

Фульвокислоты