Гуминовые вещества в биосфере

Гуминовые вещества в биосфере

ОРЛОВ Д.С. , 1997, ХИМИЯ.
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

На планете Земля общее количество органического углерода в биосфере оценивается величиной 2-3 х 1012 т. Большая часть органического углерода приходится на сушу, и в первую очередь на почвенный гумус. В результате фотосинтеза ежегодно связывается около 50 х 109 т углерода из атмосферы, а при отмирании организмов в виде опада на поверхность почвы поступает около 40 х 109 т. Часть опада минерализуется до СО2 и Н2О, но его значительная доля превращается в гуминовые вещества (ГВ) - по разным источникам, от 0,6 до 2,5 х 109 т углерода в год. Образование гуминовых веществ не просто утилизация органических остатков, которая необходима в биосфере. Важнее то, что при этом возникает новый класс природных соединений, не существующих в живых организмах, но необходимых для существования и обеспечения непрерывности современных жизненных форм.

Гуминовые вещества (от лат. humus - земля, почва) были впервые выделены из торфа немецким ученым Ф. Ахардом (F. Achard) в 1786 году и уже более 200 лет изучаются учеными разных стран. Много внимания гуминовым веществам уделил великий шведский химик Я. Берцелиус, который в "Учебнике химии" ("Lehrbuch der Chemie", 1839) посвятил им несколько разделов, описав не только состав и происхождение этих соединений, конечно, в соответствии с воззрениями прошлого века, но и дал подробную характеристику их взаимодействия с катионами металлов. Характерно, что если в XIX веке классические химики много писали о гуминовых кислотах, гумине, креновых и апокреновых кислотах (последние теперь называют фульвокислотами), то в современных руководствах по органической химии и химии природных соединений о них практически не упоминается. В последние полвека большой вклад в изучение гуминовых веществ внесли русские и советские ученые, преимущественно почвоведы: И.В. Тюрин, М.М. Кононова, С.С. Драгунов, Л.Н. Александрова, многие исследователи зарубежных стран, в их числе В. Фляйг (ФРГ), Ф. Дюшофур (Франция), Т. Хаяси (Япония), М. Шнитцер (Канада), Ф. Стевенсон (США), М.Х.Б. Хейес (Англия) и др. В 1981 году было принято решение о создании Международного общества по изучению гуминовых веществ (International Humic Substances Society - IHSS), первым президентом общества был избран Р.Л. Малколм (R.L.Malcolm), США. Первая Международная конференция состоялась в 1983 году в штате Колорадо (США). Теперь такие встречи проходят регулярно. К настоящему времени разработаны методы выделения ГВ из различных природных объектов, определены их химический состав, все важнейшие свойства, изучено влияние на почвы, растения, микроорганизмы, рыб, животных. Выявлены возможности использования ГВ при производстве аккумуляторов, различных фильтров, для приготовления красителей, буровых растворов. В продаже появились растворы, пасты и порошки гуматов, которым приписывают высокую физиологическую активность. Источниками для получения такого рода препаратов служат почвы, торф, сапропели, бурые угли.

Первые работы по гуминовым удобрениям принадлежат, видимо, Л.А. Христевой (Днепропетровск), затем эти работы развили и продолжили С.С. Драгунов, М.М. Кононова, другие ученые. В последние годы во многих городах производят и продают различные удобрения: в Минске, Ашхабаде, Баку, Днепропетровске, Туле, Москве, Владимире. Производятся и продаются они и в ряде зарубежных стран. Разнообразие коммерческих препаратов велико, но преобладающая часть из них не прошла через химико-фармацевтическую комиссию, их действие не подтверждено необходимыми сертификатами, поэтому о качестве этих стимуляторов приходится судить уже только после их приобретения и попытки практического использования.

Различают несколько групп ГВ:

  1. гуминовые кислоты, растворимые только в щелочных растворах;
  2. гиматомелановые кислоты, извлекаемые из сырого остатка (геля) гуминовых кислот этиловым спиртом;
  3. фульвокислоты, растворимые в воде, щелочных и кислых растворах; в составе последних различают истинные фульвокислоты в понимании У. Форсита, которые отделяют из кислоторастворимой фракции на активированном угле, и в понимании И.В. Тюрина, согласно которому фульвокислотами называют все вещества, находящиеся в кислом фильтрате после осаждения и отделения гуминовых кислот;
  4. гумин - практически нерастворимое и неизвлекаемое из природных тел и компостов органическое вещество.

О всех этих группах гуминовых кислот обычно говорят во множественном числе (например, гуминовые кислоты), поскольку их состав и свойства меняются в зависимости от источника ГВ, но даже в препаратах, полученных из одного источника (одного типа почв, торфа, угля), они неоднородны, полидисперсны и представлены большим набором сходных по строению, но неидентичных молекул.