Реферат
По курсу «Агрономия»
На тему: «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ».
Москва
Содержание
Введение.
1. Понятие гуминовых веществ, их природное происхождение и биосферные функции.
2. Химическая структура гуминовых веществ.
Заключение.
Список использованной литературы.
Введение.
Тема настоящего реферата находится в предметной области сразу нескольких наук. Изучением гуминовых веществ занимается органическая химия, химия почв, биогеохимия, почвоведение, агрономия, экология и охрана биосферы, теория минерального питания растений др.
История открытия гуминовых веществ (ГВ) берет свое начало в 18 веке. Первые результаты исследований в данной области связаны с работой Ф.Ахарда, который действием раствора щелочи на почву и на торф получил темно-бурый раствор. Десятью годами позже Л.Вокелен выделил аналогичное вещество из ствола старого вяза. Т.Томсон в 1807 г. назвал это вещество ульмином (от ulmus – вяз). Много внимания гуминовым веществам уделил великий шведский химик Я. Берцелиус[1].
В последние полвека значительный 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).
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 в промышленном производстве и сельском хозяйстве. Первые работы по гуминовым удобрениям принадлежат Л.А. Христевой (Днепропетровск), С.С. Драгунову, другим ученым.
|
|
Среди ученых, предметно занимавшихся и занимающихся исследованием гуминовых веществ в последние 10-15 лет следует назвать имя Дмитрия Сергеевича Орлова, заведующего кафедрой химии почв факультета почвоведения Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, доктора биологических наук, заслуженного профессора МГУ, заслуженного деятеля науки РФ, дважды лауреата Ломоносовской премии, премии им. академика В.Р. Вильямса, удостоенного золотой медали им. академика К.К. Гедройца, премии правительства РФ в области науки и техники за 1995 год, автора более 500 научных работ.
Содержательная часть настоящего реферата и построена главным образом на анализе научных результатов, полученных данным ученым, его коллегами и учениками.
Целевая установка реферата состоит в раскрытии природного происхождения, биологических функций и химического состава гуминовых веществ.
Понятие гуминовых веществ, их природное происхождение и биосферные функции.
Как известно, биосфера включает в себя 3 основных компонента: живое вещество; биогенное вещество (органо-минеральные и органические продукты, созданные живым веществом); биокосное вещество (минеральные вещества, образующиеся в результате взаимодействия живых организмов с неживой природой)[2].
|
|
Важнейшим компонентом биосферы является почвенный покров. Набор входящих в состав почв органических веществ очень велик (рис. 1). Все органические вещества по своему происхождению, характеру и функциям четко делятся на 2 большие группы: органические остатки и гумус. Первую из них составляют отмершие части живых организмов, еще не утратившие своего анатомического строения. Эти компоненты подвергаются в почве первичному процессу гумификации, сущность которого заключается в формировании особых гуминовых веществ.
Гумус (перегной) – совокупность всех органических соединений, находящихся в почве, но не входящих в состав живых организмов.
Гуминовые вещества находятся в составе гумуса. Это – более или менее темноокрашенные, азотосодержащие высокомолекулярные соедине-ния, образующиеся в почвах, торфах, углях, других природных телах. Они накапливают элементы питания и энергию, участвуют в миграции катионов, снижают негативное действие токсичных веществ, влияют на развитие организмов и тепловой баланс планеты. Они устойчивы, высокомолекулярны, полидисперсны, содержат различные функциональные группы, аминокислоты, полисахариды, бензоидные фрагменты.
Гуминовые вещества представлены гумусовыми кислотами, прогуминовыми веществами и гумином.
Гумусовые кислоты представляют собой азотосодержащие высокомолекулярные оксикарбоновые кислоты с интенсивной темно-бурой окраской[3].
Гумусовые кислоты по растворимости разделяют на гуминовые кислоты, гиматомелановые кислоты и фульвокислоты.
Рис. 1. Номенклатурная схема разделения органических веществ почвы
|
|
Гуминовые кислоты – сложная смесь природных органических соединений, образующихся при разложении отмерших растений и их гумификации (биохимического превращения продуктов разложения органических остатков в гумус при участии микроорганизмов, влаги и кислорода атмосферы). В сухом состоянии – неплавкий аморфный темно-бурый порошкообразный продукт[4].
На планете Земля общее количество органического углерода в биосфере оценивается величиной 2-3 . 1012 т. Большая часть органического углерода приходится на сушу, и в первую очередь на почвенный гумус. В результате фотосинтеза ежегодно связывается около 50 . 109 т углерода из атмосферы, а при отмирании организмов в виде опада на поверхность почвы поступает около 40 . 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 . 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 выполняют в биосфере множество функций, из которых важнейшие следующие.
1. Аккумулятивная функция. Она заключается в накоплении химических элементов и энергии, необходимых живым организмам. В составе гуминовых веществ найдено от 40 до 60% С, 3-5% N, 30-40% О, а также водород, сера, фосфор, многие металлические катионы, в том числе так называемые микроэлементы. Не случайно темно-серые и черные по цвету почвы в народе всегда считали плодородными и называли, хотя и не всегда правильно, черноземами. Окраску таким почвам придают ГВ.
Гуминовые вещества отдают живым организмам необходимые им элементы питания постепенно, по мере их потребления, сохраняя тем самым необходимый запас этих элементов для последующих поколений. Этим они существенно отличаются от многих минеральных соединений, которые могут снабжать растения элементами питания, но представлены, как правило, легкорастворимыми веществами, которые быстро расходуются или вымываются из почвы. В то же время часть минеральных элементов входит в кристаллическую решетку алюмосиликатов, они недоступны живым организмам и только после разрушения минералов потребляются растениями.
Азот – важнейший элемент питания растений. Соединения азота играют большую роль в процессах фотосинтеза, обмена веществ, образования новых клеток. Основные запасы азота на Земле находятся в атмосфере. В почве его всего 3-5%. Но главным источником азота в почве является гумус[5].
2. Транспортная функция. Она заключается в формировании геохимических потоков минеральных и органических веществ, преимущественно в водных средах, за счет образования устойчивых, но сравнительно легкорастворимых комплексных соединений гумусовых кислот с катионами металлов или гидроксидами. Транспортная функция до некоторой степени противоречит аккумулятивной функции, поскольку их результаты прямо противоположны, но противоречивость действия обеспечивает многообразие влияния гуминовых веществ на минеральные компоненты почв и горных пород.
3. Регуляторная функция. Эта функция объединяет множество различных явлений и процессов и относится к почвам, водам и другим природным телам. В регуляторной функции гуминовых веществ можно выделить несколько главных составляющих: формирование почвенной структуры и водно-физических свойств почв; регулирование реакций ионного обмена между твердыми и жидкими фазами; влияние на кислотно-основные и окислительно-восстановительные режимы; регулирование условий питания живых организмов путем изменения растворимости минеральных компонентов; регулирование теплового режима почв и атмосферы, включая проявления парникового эффекта.
4. Протекторная функция, которая заключается в способности гуминовых веществ связывать в малоподвижные или труднодиссоциирующие соединения токсичные и радиоактивные элементы, а также соединения, негативно влияющие на экологическую ситуацию в природе, в том числе они могут инкорпорировать некоторые пестициды, углеводороды, фенолы. Защитная функция гуминовых веществ настолько велика, что богатые ими почвы могут полностью предотвратить поступление в грунтовые воды ионов свинца и других токсичных веществ.
5. Физиологическая функция. Многими исследователями было установлено, что различные гуминовые вещества, особенно гуминовые кислоты и их соли, могут стимулировать прорастание семян, активизировать дыхание растений, повышать продуктивность крупного рогатого скота, птицы. Более того, было показано, что некоторые препараты гуминовых веществ сдерживают развитие злокачественных опухолей, повышают устойчивость организмов к различного рода воспалительным процессам.
Наверное, здесь перечислены далеко не все функции, которые выполняют гуминовые вещества в природных средах, но приведенных примеров достаточно, чтобы подчеркнуть не только исключительно важную, но и поистине незаменимую роль гуминовых веществ в биосфере.