jellemzése

Ing. Francisco Rodríguez Neave

Egyetemi tanár-kutató

Fontosság

A humuszanyagok tanulmányozásának és kezelésének fontossága abban rejlik, hogy mind közvetlenül, mind közvetve nagy hatással vannak a növények növekedésére és fejlődésére. A közvetett hatások a humuszanyagok szerepére utalnak a talaj termékenységének javításában, különösen annak fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságaiban. A közvetlen hatások a humuszanyagok termesztett növények általi felszívódásához és az anyagcseréjükben elősegített változásokhoz kapcsolódnak, amelyek végül a növény nagyobb környezeti stresszel szembeni toleranciájában, valamint a növények jobb termelésében és minőségében mutatkozhatnak meg.

A talajban lévő humuszanyagok hozzájárulnak a mikrobiális aktivitás javulásához (baktériumok, gombák és aktinomicéták), ami jobb feltételeket eredményez a gyökerek és következésképpen a növény megtelepedéséhez. Emellett növelik a nedvességmegtartó képességet, növelik az ioncserélő képességet, növelik a mikrotápanyagok elérhetőségét kelátképződés révén, hozzájárulnak a szemcsés szerkezet kialakulásához, elősegítik a mérgező anyagok lebontását vagy inaktiválását, javítják a pufferképességet., többek között.

A humuszanyagokat a növények és a magok képesek felszívni, és beavatkozhatnak anyagcseréjükbe. Ez kedvez a mag csírázásának, a radikális növekedésnek, a tápanyagok felszívódásának.

Forrás

A különböző környezetben kezelt vagy lerakott szerves, növényi és állati hulladékokat, mint például a talaj, a komposzt, a biomemészterek, a tőzeglápok, a mocsarak, a parazsak, lényegében mikrobiális átalakítási folyamatnak vetik alá. Ez a folyamat alapvetően kétféle módon áll, az mineralizációból és a humifikációból, amelyeket az 1. ábra részletez. Az mineralizáció a tápanyagok szerves formájukból a szervetlen formákba történő átjutásból áll, amelyeket a növények felhasználhatnak. A fentiekre példa a nitrogén, amely fehérjék, aminosavak, nukleinsavak, klorofill stb. Formájában lehet szerves hulladékban, olyan vegyületekben, amelyeket a mikroorganizmusok energiaforrásként fogyasztanak, és melléktermékként ammóniát szabadítanak fel. . A humifikáció azon reakciók összessége, amelyek humuszanyagok képződéséhez vezetnek.

A humifikációs folyamatban a leginkább elfogadott magyarázatot az úgynevezett POLIFENOL-ELMÉLET kezeli. Ezt az elméletet nagyobb részletességgel írja le Rodríguez (1991). Ezen elmélet alapján a humuszképződés lépéseit a 2. ábra vázolja fel.

A humuszanyagok fő alkotóelemei a ligninből származó és/vagy mikroorganizmusok által szintetizált kinonok. A kinonok forrásaként a természetben vannak lignin, mikroorganizmusok, növényekben nem kombinált fenolok, glikozidok, tanninok. Közülük a lignin és mikroorganizmusok származékait tanulmányozták a legjobban.

A lignin mikroorganizmusok általi támadásával kapcsolatban a Deuteromycetes csoport mikroszkopikus gombái óriási szerepet játszanak a lignin lebomlásában és a humuszanyagok képződésében.

A polifenolok termelésével megkülönböztethető mikroorganizmusok az aktinomicettek és gombák. A következő példák vannak: a) Stachybotrys atra és S. chartarum 20 különböző fenolt termelt táptalajban; b) az Epicocccum nigrum 24 különböző fenolt szintetizált táptalajban; c) a Hendersonula toruloidea 45 különböző fenol körül képződött, amelyek összekapcsolódva sötét színű polimereket képeznek; d) S. chartarum, amikor 30 g glükózt fogyasztott, olyan biomasszát eredményezett, amelynek 30% -a fenolos vegyület volt. Megfigyelték, hogy amikor sterilizált talajhoz adtak glükózt C-14-gyel és később S. chartarummal inkubálták, fenolokat képeztek C-14-gyel.

A 2. ábrán bemutatott kinonok kondenzálásának utolsó lépésében részt vehetnek amino-vegyületek. Az N-15 jelzésű nitrogénnel végzett kutatások megjelenésével sikerült tisztázni a nitrogén szerepét a humuszanyagok képződésének folyamatában, amelyet az alábbiakban foglalunk össze: a) felgyorsítja a humuszanyagok képződését; b) növeli a képződő humuszanyagok mennyiségét; c) növeli a humuszanyagok biodegradációval szembeni ellenálló képességét.

A nitrogénnek ez a hatása gyakorlati szempontból óriási következményekkel jár, mivel lehetséges: a) felgyorsítani a komposzt képződését egy alacsony minőségű anyagból (szalma, cellulóz), növelve annak műtrágya-értékét nitrogénben; b) kedvez a talajban lévő növényi maradványok humán folyamatának, elsősorban azoknak, amelyeknek magas a C/N aránya, például a szívószálaknak; c) csökken a műtrágyák nitrogénvesztesége, növelve azok hatékonyságát és maradványhatását.

A nitrogén humifikációra gyakorolt ​​hatásának nagysága az alkalmazott nitrogénforrástól függ. A szerves források hatékonyabban növelik a humuszanyagok nitrogéntartalmát, mint a szervetlen források. A szervetlen források a montmorillonit agyag jelenléte miatt fokozzák humuszanyagba való beépülését. A szervetlen forrásból származó ammónia hatékonyabbnak bizonyult a humuszanyagok képződésének növelésében és a bennük lévő nitrogéntartalom emelésében.

A humifikációs folyamatban lévő nitrogén a humuszanyagok részévé válik, kétféle formában: a) szerves vegyületek, főleg amino-vegyületek és b) ammónia. A nitrogén beépülése után a heterociklusos láncban és az oldalláncokban (amino- vagy amino-cukor) helyezkedik el. Az előbbi hosszú távon rendelkezésre áll, míg az oldalláncok É-jét nitrogénforrásnak tekintik a növényi ciklus során.

Az agyagok jelentős szerepet játszanak a humifikációs folyamatban. Ez a hatás oka lehet az agyagnak a mikroorganizmusok aktivitására és populációjára gyakorolt ​​hatása, vagy a humusz prekurzorok polimerizációs folyamatainak katalizálásakor közvetlen hatás.

Az agyagok humifikációra gyakorolt ​​hatása a következő mechanizmusokkal magyarázható: a) a mikroorganizmusok védő környezete, mind a természetes ragadozók, mind a káros anyagok, például a pH és az antibiotikumok hatására; b) a mikroelemek mikroorganizmusok ellátásának javulása; c) enzimek és szubsztrátok koncentrációja a kolloid felületen, gyorsított aktivitással; d) a szerves vegyületek stabilizálása, mind a hozzáadott, mind a közelmúltban képződött vegyületek esetében.

A szerves nitrogén- vagy ammóniumforrások, valamint a montmorillonit agyag nagy hatékonyságot mutattak a humuszanyagok képződésében. Ezt figyelembe kell venni alacsony nitrogéntartalmú és magas szénhidráttartalmú anyagok, például szalmák vagy cellulóz alapú komposztáláskor.

Jellemzés

A humuszanyagok vagy a humusz komplex fekete vagy sötétbarna színű molekulák, amelyek nagy molekulatömeggel, kolloid és hidrofil tulajdonságokkal, ionadszorpciós és deszorpciós képességgel, tápanyagok felszabadulásával közép- és hosszú távon. Ezeket a humuszanyagokat összetevőik különböző pH-jú oldatokban való oldhatósága alapján osztályozzák. Ennek eredményeként négy frakció jön létre: fulvosavak, huminsavak, himatomelánsavak és huminok, a 3. ábra szerint.

A humin a humuszanyagok azon része, amelyek nem oldódnak lúgos vagy savas közegben. A humusznak az a része van a legellenállóbb a bomlásnak. A huminok néhány funkciója összefügg a nedvességmegtartó képességgel, a talaj szerkezetének és stabilitásának kialakulásával, az ioncserélő képességben. Ezen anyagok egyéb tulajdonságait az 1. táblázat mutatja be.

A huminsavak azok a humuszanyagok töredékei, amelyek lúgos közegben oldódnak, de savas közegben nem oldódnak. Rugalmas és elágazó szerkezetűek, sok belső üreggel, amelyek meghatározzák vízfelvevő képességüket. A molekula 35% -a aromás szerkezetű sav, amely a molekula középpontját alkotja; a fennmaradó 65% -ot alifás mellékláncok alkotják (aminosavak, peptidek, alifás savak). A huminsavak javíthatják a kationok elérhetőségét, mind kationcserélő képességük miatt, mind pedig azok kelátképzésének könnyűsége miatt. Egyéb jellemzőket az 1. táblázat tartalmaz.

A fulvosav az alkáli és savas közegben oldódó humuszanyagok frakciója. A humuszanyagok legkisebb része, amint azt az 1. táblázat leírja. A karboxil- és hidroxilcsoportok nagy mennyiségének köszönhetően kémiailag nagyon reaktívak, ami nagy kationcserélő képességet eredményez. Kis méretük miatt a fulvosavak nagyobb eséllyel szívódnak fel a növények által, mind a gyökerek, mind a levelek által.

HASZNÁLAT A MEZŐGAZDASÁGBAN

A mezőgazdasági földterületen található szerves anyagok a talajminőség egyik mutatója. A talajban a szerves anyag kívánatos tartalma 3,5%, kivéve az annaolokat, ahol 13,5% -os értékeket várnak. A szerves anyag legnagyobb hányadát (65-75%) a humusz vagy a humuszanyagok képezik. A szerves trágyák talajhoz való hozzájárulása a leghatékonyabb módszer a szerves anyag tartalom növelésére. Ehhez előnyösek a magas humifikációs indexű (40%) műtrágyák, vagy azért, mert a humuszanyagok képződésének folyamata előrehaladt a komposztálás útján, vagy azért, mert nagy mennyiségű szerves vegyületet tartalmaz a humuszanyagok prekurzoraiból. Azokon a helyeken, ahol nincs elegendő szerves trágya-forrás, koncentrált humuszanyagok használata ajánlott.

A koncentrált humuszanyagokat szilárd vagy folyékony formában használják. Általában a szilárd formát közvetlenül a talajba kezelik, a fő forrás a komposzt vagy az érett trágya, bár koncentrált anyagokat, például leonarditot (oxidált szénlerakódásokat) kínálnak a piacon. A folyékony forma kezelhető lombokon vagy talajon keresztül. A kereskedelemben kapható folyékony kiszerelés fő forrása a leonardit, amelyet Mexikóban a múlt század 90-es évek elején kezdtek el használni, bár olyan anyagokat találunk, mint a "komposzt vagy a vermikomposzt humusz".

Érdemes megemlíteni, hogy a humuszanyagok egyéb forrásai is megtalálhatók a piacon. Vannak a vegyipar által kifejlesztett "szintetikus humuszanyagok", amelyek vinil-acetát, maleinsav, polivinil-alkohol, poliakrilátok, karboxi-metil-cellulóz, izopril-akrilamid polimereiből állnak. Az elvégzett tesztek azt mutatják, hogy hatékonyságuk nem azonos a természetes humuszanyagokkal. Más vállalatok "ulminákat" vagy "regenerált humuszanyagokat" forgalmaznak, amelyek alapanyaga természetes szén, amelyek oxidációs és frakcionálási folyamatnak vannak kitéve. Jóllehet a huminsavakhoz hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, nincs bizonyíték arra, hogy azonos hatékonyságúak lennének.

A humuszanyagok óriási hatással vannak a talaj termékenységére. Javítják a mikrobiális aktivitást, ezáltal növelve azoknak az anyagoknak a termelését, amelyek elősegítik a talajszerkezet kialakulását vagy a növény növekedésének szabályozóihoz tartoznak; növeli a nedvességmegtartó képességet; növeli az ioncserélő kapacitást; kelátképzés révén növelni a mikroelemek elérhetőségét; Hozzájárulnak a szemcsés szerkezet kialakulásához, következésképpen a föld levegőztetéséhez és elvezetéséhez (4. ábra); segítenek mérgező anyagok, például nehézfémek és növényvédő szerek lebontásában vagy inaktiválásában; javítja a talaj pufferkapacitását, oly módon, hogy azok módosítsák a pH-t és csökkenhessenek a sótartalom szintje vagy az oldott sók mennyisége.

Másrészt a humuszanyagok közvetlen hatással vannak a növények növekedésére és fejlődésére. Ezen anyagok frakcióit a növények felszívhatják, akár a gyökereken, akár a lombokon keresztül. Ugyanígy a magok is felszívódnak. Ha a molekula nagy, az abszorpció passzívan megy végbe. Amikor a molekula kicsi, aktív felszívódás lép fel.

A növénybe vagy a magba kerülve a humuszanyagok számos biokémiai hatással vannak a sejtfalra, a membránokra és a citoplazmára, amelyeket az 5. ábra ismertet. Ez a növény különböző szerveinek nagyobb növekedését jelenti, nagyobb mértékben a növények környezeti stressz (hőmérséklet, páratartalom) toleranciája, sótartalom, pH, tápanyagok, betegségek), valamint a növények minőségének és termelésének növekedése.

A humuszanyagok növelik a magok sebességét és/vagy csírázási százalékát. Hasonlóképpen, a tápanyagok felszívódásának javulását figyelték meg a növények, mivel a humuszanyagok növelik a sejtmembrán permeabilitását és elősegítik a membránok szerkezeti foszfolipidjeinek elektromos változását. Ennek alapján javítható a vegyi műtrágyák hatékonysága, következésképpen csökkenthetők az alkalmazott dózisok és a negatív környezeti hatások. Ez számos olyan agrokémiai anyagot népszerűsített, amelyek összetételükben a tápanyagok mellett humuszanyagokat is tartalmaznak. Gyakran megfigyelhető a mikroelemek kezelése, ahol a humuszanyagok kelátképzőként hatnak, ahogy azt a következő séma leírja, a humuszanyagok felületén lévő réz és aktív gyökök esetén.

A humuszanyagok felgyorsítják az energia-anyagcserét és a növény leveleinek klorofill-tartalmát, különösen fulvosavakkal. Emellett növelik a messenger RNS koncentrációját, módosítva a fehérjék termelését, mind az enzimként, mind pedig a sejtmembránokban található szerkezeti és transzporter fehérjék termelését. A huminsavak hatékonyan szabályozzák a növényi hormonokat azáltal, hogy megvédik az indolecetsavat az enzimatikus oxidációtól.

A humuszanyagok szabad gyököket tartalmaznak, nagyobb a huminsav-tartalmuk nagyobb humifikálódásuk vagy polimerizációjuk miatt. Ezek a szabad gyökök speciális funkciókat tölthetnek be a növényekben, például aktivátorok, katalízis, fényérzékenyek.

A fulvosavak 10-100 mg L -1 koncentrációban elősegítik a gyökindulást. A kialakult gyökerek növekedésének stimulálása akkor fordul elő, amikor a fulvosav és a huminsav kombinációja bekövetkezik.

Humuszanyagok, lombozat útján 50-300 mg L -1 koncentrációban, vagy tápoldatban 25-300 mg L -1 koncentrációban, javítják a növényi szár növekedését.

A növények reakciója a humuszanyagok hozzáadására általában a következő sorrendet követi a legnagyobb és legkevesebb hatással: zöldségek, fűfélék, hüvelyesek, olajos magvak.

KÖVETKEZTETÉS