Відмінності та схожість гумінових препаратів
У найзагальнішому плані схожість гумінових препаратів пов'язана з тим, що це продукти біохімічної трансформації рослинних залишків, які володіють цілком певною біологічною активністю шляхом багатющого хімічного складу. У цьому ж плані відмінності пов'язані з різною концентраціонно-дозової залежності цієї біоактивності.
Причини, що пояснюють відмінності гумінових препаратів
При детальному підході виявляється ряд причин, що пояснюють відмінності гумінових препаратів. Ці причини можна розташувати в певному пріоритетному порядку:
1. Рослини гумусоутворювачі і джерела гумінових речовин (ГР).
Різні види рослин мають різне співвідношення целюлози і лігніну, а також досить великі відмінності в молекулярній масі целюлоз і лігнінів. Історична відмінність рослин, які виростали в різні геологічні епохи, що позначалося на біохімічному метаболізмі рослин, вмісту в них різних прижиттєвих органічних біоактивних речовин, макро-, мезо-, мікро - та ультрамікроелементів. Так як гумінові речовини є продуктом біохімічної трансформації, тобто відмінності кількісні і якісні відмінності їх мікробіологічної складової.
Наприклад, в гумінових речовин з вермикомпосту і сапропелів можливо максимальний вміст мікробіологічної компоненти. Далі йдуть ГР чорноземних ґрунтів. Далі-торф'яні ГР (є дані, що в них до 4% мікробіологічної складової). У вугіллі мікробіологічна складова в чистому вигляді практично відсутня (чиста мікробіологічна складова тільки при «забрудненні» сучасною мікробіотою).
Примітка 1: Буровугільні гумінові речовини утворилися з реліктових рослин близько 300 млн. років тому. Реліктові рослини, що зростали в супер критичних умовах (відсутність родючого ґрунту, підвищений вміст мінералів, високі температури) виробляли внутрішні стимулятори для власного виживання. Фрагменти цих стимуляторів присутні і в гумінових препаратах з вугілля, забезпечуючи їх підвищену біоактивність. Гумінові речовини з вугілля мають більш високу молекулярну масу і внутрішню енергію (за рахунок більш конденсованої структури).
2. Умови гуміфікації.
Умови гуміфікації сильно розрізняються, що позначається на хімічному складі і хімічній структурі гумінових речовин.
3. Умови вилучення гумінових речовин.
Дуже важливий момент, який впливає на багато хімічних і фізико-хімічні параметри гумінових препаратів.
До умов вилучення відносяться:
- застосовувані хімічні реагенти,
- способи екстракції
- температурні режими.
Для екстракції в основному використовують гідроксиди натрію, калію і амонію. Ці реагенти відрізняються не тільки своєю силою. Катіони, що входять до їх складу, по-різному впливають на структуру води.Так як гумінові речовини – це нерегулярні полімери асоціативного типу (фрагменти пов'язані простими і складними ефірними групами). Різна сила лужних агентів призводить до руйнування вихідного полімеру по різним місцям з отриманням фрагментів гуматів з переважанням фенольних (натрій), карбоксильних (калій) або карбонільних груп (амоній). З урахуванням різного впливу катіонів на структуру води виходять гумати і з різною молекулярною масою.
Примітка 2: існують способи добування, при яких фактично відбувається хімічна трансформація (застосування окислювачів – азотну кислоти і перекису водню, застосування кавітації, при якій локальні високі температури). Наші дослідження показали, що при окисленні бурого вугілля киснем повітря (при температурі до 1000С) кількість кисневмісних груп в гумінових речовин із них наближається до кількості кисневмісних груп чорнозему (за даними потенціометричного титрування .
Примітка 3: у зв'язку з цим, слід виділити окремо гумінові речовини з леонардиту (природно окисленого бурого вугілля), тому що вони в певній мірі стають ближче до гумінових речовин чорнозему.
Відмінності, викликані зазначеними вище причинами, в результаті позначаються на дозовій і концентраційній біоактивності гумінових препаратів, а значить і на їх ефективності.
Примітка 4: вищенаведене твердження не є абсолютним у зв'язку з недостатнім дослідженням біоактивності гумінових препаратів в широкому діапазоні концентрацій (від 10-1 до 10-12 і нижче процентної концентрації). Зараз з'явилося досить багато даних (в т. ч. і наших про те, що спостерігається біоактивність при наднизьких концентраціях. Крім того, останнім часом виявлена ще сортова і гібридна чутливість рослин до гумінових препаратів.
Схожість гумінових препаратів з різних джерел (чорнозему, торфів, біогумусу, бурого вугілля) проявляється і в практично абсолютній схожості оптичних спектрів в діапазоні 300-700 нм. Правда, ці результати отримані для гуматів амонію, що було зроблено для повної коректності . Було б цікаво порівняти спектри аміачних, калієвих і натрієвих солей гуматів з різної сировини.
В гумінових речовин із різної сировини можна виділити ряд специфічних хімічних сполук, які також додатково впливають на ефективність гумінових препаратів. Це фітогормони, вітаміни, амінокислоти, жасмонати, саліцилати та хітозан.У новоутворених гумінових речовин (з гною, вермикомпосту, компосту, ґрунту, деяких видів торфів) фітогормони, вітаміни, амінокислоти, оліго – і полісахариди присутні в чистому вигляді. В гумінових речовин із бурого вугілля і леонардіту - фітогормони, вітаміни, амінокислоти, оліго – і полісахариди плюс жасмонати, саліцилати і хітозан - присутні у вигляді різних похідних.
Примітки 5: Гумінові речовини, як стимулятори-адаптогени рослин, підвищують енергетику клітини культурних рослин, що дозволяє реалізовувати генетичну програму шляхом запуску тих ділянок генів, які відповідають за вироблення фітогормонів, ферментів та інших біоактивних речовин.
Тобто гумати запускають природний фізіологічний механізм клітини.
Механізми дії гумінових препаратів
Свого часу Парацельс сказав: "Все є отрута і все є ліки. Різниця лише в дозі».
Фактично Парацельс визнавав біологічну активність за всіма речовинами, що оточують людину. Сучасна наука поки ще виділяє в окрему групу біоактивні речовини тільки з однієї причини – неможливість повного дослідження таких властивостей у величезної кількості речовин у природі. Біоактивні речовини мають властивості,що прямо збігаються з формулою Парацельса: в малих концентраціях вони стимулюють рослини, а в великих-інгібують ріст і розвиток.
Гумінові речовини однозначно входять до групи біоактивних речовин завдяки яскраво вираженій своїй активності. Природні гумінові речовини мають багатющий хімічний склад - від 100 тисяч різноманітних органічних (практично всі класи органічних сполук) і неорганічних речовин (практично всі елементи таблиці Менделєєва). При цьому всі речовини містяться в співвідношеннях, які склалися у вихідному рослинному матеріалі.
У природних гумінових речовинах можна виділити дві основні компоненти: рослинну і мікробіологічну. З фізіологічного та біохімічного впливу також можна виділити дві групи: стимулюючу і ту, що викликає індукцію імунної відповіді.
У групу, що викликає індукцію імунної відповіді, входять поліфенольні сполуки (з лігніну, який утворюється в рослинах для їх захисту) рослинного походження і хітинові похідні мікробіологічного походження. Поліфенольні сполуки можна віднести до умовно отруйних, які в малих концентраціях викликають слабкий стрес, що призводить до індукції імунної відповіді. Хітинові похідні мікробіологічного походження є в малих кількостях сигнальними мітками, які викликають захисну реакцію рослин на агресію патогена або шкідника (комахи).
У культурних рослин в силу перерозподілу енергії генетичного апарату на користь продуктивності не вистачає енергії для нормального імунітету (імунної відповіді).
Гумінові речовини підвищують енергію клітини і генетичного апарату, що і дозволяє підвищити імунітет рослин.
Підвищення енергії клітини досягається двома шляхами:
- Темно-коричневий колір гумінових речовин обумовлений наявністю в їх структурі спряжених подвійних зв'язків, які можуть працювати як акумулятор енергії, одержуваної від сонячного випромінювання. Причому максимальне поглинання відбувається в самому біоактивному діапазоні ультрафіолетового випромінювання. Іншими словами, гумінові речовини підвищують коефіцієнт поглинання сонячної енергії. На практиці це дозволяє, наприклад, підвищити продуктивність тепличної продукції в осінньо-зимово-ранньовесняний період.
- Встановлено, що рослини здатні засвоювати не тільки низькомолекулярні речовини, але і високомолекулярні фрагменти. Гумінові речовини містять величезну кількість самих різних фрагментів речовин, які можуть прямо використовуватися рослинами без витрати енергії на їх синтез. І це дозволяє рослинам економити енергію і направляти її на підвищення імунітету.
Вище було сказано, що біоактивні речовини здатні інгібувати ріст і розвиток рослин. Механізм цього найчастіше пов'язаний з інгібуванням синтезу власних (ендогенних) аналогічних біоактивних речовин рослин.
В гумінових речовин з гною, вермикомпосту, компосту, ґрунту, деяких видів торфів фітогормони, вітаміни, амінокислоти, оліго – і полісахариди присутні в чистому вигляді. Причому кількість цих речовин може сильно коливатися. У разі високих доз цих гумінових препаратів може відбуватися інгібування синтезу подібних речовин в рослинах, що призводить до зниження ефективності даних препаратів. З одного боку, частина гумінових речовин спрямована на стимулювання власного синтезу, а частина фактично спрямована на інгібування власного синтезу.
У гумінових препаратів з вугілля цього немає. Вони діють виключно на стимулювання внутрішнього синтезу власних біоактивних речовин рослин. Якщо, звичайно, не використовувати високі дози вугільних гумінових речовин або вводити в вугільні гумінові препарати фітогормони, вітаміни.амінокислоти, оліго – і полісахариди додатково.
Примітка 6: Ми говоримо про вплив гумінових речовин на рослини, але за сучасними поняттями в реальності існує єдиний біокомплекс: ґрунт зі своєю мікробіотою – рослина зі своєю мікробіотою (ризосферною, мікоризних та ендогенної). Доведено наявність внутрішньої (ендогенної) мікробіоти в рослині, яка частково аналогічна мікробіоті ризосфери. Головне, що в ендогенній мікробіоті присутні і азотфіксуючі мікроорганізми. Всі мікроорганізми в основному і виробляють для рослин біоактивні речовини. Тому гумінові речовини діють на весь біокомплекс.
Примітка 7: останнім часом зафіксовано, що крім видової чутливості рослин до гумінових препаратів присутній сортова і гібридна чутливість, що позначається на ефективності цих препаратів при рекомендованих виробниками дозах.
Виходячи з вище сказаного, рекомендується агрономам творчо підходити до застосування гумінових препаратів на нових сортах і гібридах. Якщо фіксується невисока ефективність, то треба зменшувати дозу гумінових препаратів (в 2-10 разів). Найбільш ефективна доза визначається дослідним шляхом.
Автор: Бутюгін Олександр Васильович,
колишній с. н. с. Донецького національного університету, фахівець з гумінових речовин.
Бутюгин А.В. Применение буроугольных гуматов аммония в растениеводстве: монография /А.В. Бутюгин, Ю.Н. Зубкова. – 2-е изд., испр. и доп. - Донецьк: ДонНУ, 2014г. – с.189