Гуматы — соли гуминовых кислот¶
Гуматы — это соли гуминовых кислот, природных органических соединений, образующихся в почве, торфе, буром угле и седиментных породах в результате разложения растительных остатков. В зависимости от катиона различают натриевые, калиевые, аммониевые, железные и кальциевые гуматы. Широко применяются в сельском хозяйстве как стимуляторы роста растений и почвоулучшители, а также в промышленности, медицине и водоочистке.
¶Химический состав и строение
Гуминовые кислоты, из которых получают гуматы, представляют собой полимерные органические молекулы с высокой молекулярной массой (от нескольких сотен до нескольких тысяч дальтон). В их состав входят карбоксильные (-COOH) и фенольные гидроксильные (-OH) группы, которые при взаимодействии с щелочами образуют соли — собственно гуматы. Общую формулу гуминовых кислот точным образом записать невозможно из-за их полидисперсности и неоднородности, однако эмпирически их описывают как C, H, O, N, S содержащие полициклические структуры.
Основные виды гуматов:
- Натриевые гуматы (Na-гуматы) — наиболее распространённая форма, получаемая обработкой торфа или бурого угля раствором гидроксида натрия. Хорошо растворимы в воде.
- Калиевые гуматы (K-гуматы) — применяются как калийсодержащие удобрения, растворимы в воде.
- Кальциевые гуматы (Ca-гуматы) — практически нерастворимы в воде, используются для известкования и мелиорации кислых почв.
- Аммониевые гуматы (NH₄-гуматы) — применяются в некоторых сельскохозяйственных рецептурах.
- Железные гуматы (Fe-гуматы) — используются для доставки железа растениям при хлорозе.
¶Получение
Промышленное производство гуматов основано на экстракции исходного сырья щелочными растворами. В качестве сырья выступают:
- Торф — основной источник, особенно низинный торф с высоким содержанием гуминовых веществ (до 40–50 % от сухой массы).
- Бурый уголь — лягнит, содержащий до 60–80 % гуминовых кислот.
- Леонардит — окисленный бурый уголь, считающийся наиболее концентрированным природным источником гуминовых кислот.
Сырьё обрабатывают раствором NaOH, KOH или другого щелочного реагента, после чего раствор фильтруют и сушат. Продукт может выпускаться в виде порошка, гранул или жидких концентратов. Качество гуматов нормируется по содержанию гуминовых и фульвокислот, зольности и влажности.
¶Применение в сельском хозяйстве
Основная область применения гуматов — растениеводство. Они используются в следующих направлениях:
¶Обработка семян
Предпосевная обработка семян растворами гуматов (обычно 0,01–0,05 %) повышает их всхожесть, ускоряет прорастание и стимулирует развитие корневой системы.
¶Корневые и внекорневые подкормки
Гуматы вносят с поливом или по листу. Они улучшают усвоение макро- и микроэлементов, повышают активность ферментов, стимулируют фотосинтез. На кислых и обеднённых почвах эффект от применения наиболее выражен.
¶Почвоулучшение
Гуматы улучшают структуру почвы, повышают её влагоёмкость и буферность, активизируют микробиологические процессы. Кальциевые гуматы применяются для нейтрализации кислотности.
¶В животноводстве
Малые дозы гуматов добавляют в корма с целью повышения продуктивности и улучшения усвояемости кормов. Эффективность и безопасность этой практики остаются предметом научных дискуссий.
¶Применение в других отраслях
- Водоочистка — гуматы связывают тяжёлые металлы и радионуклиды, применяются в составе сорбентов и реагентов для обезвреживания загрязнённых вод.
- Бурение — калиевые гуматы используются как компонент буровых растворов для предотвращения набухания глин.
- Медицина и ветеринария — натриевые гуматы применяются наружно для ускорения заживления ран и при воспалительных заболеваниях. Внутрь назначаются реже, в основном в ветеринарии.
- Промышленность — гуматы входят в состав моющих средств, красителей, строительных материалов.
¶Экологические и медицинские аспекты
Гуматы относятся к числу малотоксичных веществ. Средняя летальная доза натриевого гумата при пероральном введении для крыс превышает 5000 мг/кг. При этом отдельные исследования указывают на возможное мутагенное действие фракций гуминовых кислот, что требует дальнейших исследований.
В природных водоёмах гуматы окрашивают воду в буро-жёлтый цвет, снижают прозрачность и участвуют в переносе тяжёлых металлов. Этот процесс имеет как положительное значение (комплексообразование), так и отрицательное (миграция загрязнителей).
¶Критика и ограничения
Эффективность гуматов как удобрений неоднократно оспаривалась. Ряд agronomических исследований показывает, что на плодородных почвах с нормальным pH прирост урожая от применения гуматов незначителен или статистически незначим. Другие работы демонстрируют положительный эффект на деградированных, засолённых и кислых почвах. Существующие стандарты на содержание активных веществ в коммерческих препаратах не всегда соблюдаются, что затрудняет сопоставление результатов.
¶История изучения
Исследование гуминовых веществ началось в XIX веке. Термин «гуминовые кислоты» ввёл немецкий химик Франц Гульдберг в 1761 году. Систематическое изучение химии гумуса связано с работами А. А. Дима, В. В. Докучаева и его школы, а позднее — с исследованиями М. М. Кононовой, заложившей современные представления о роли гумуса в плодородии почв. В СССР промышленное производство гуматов из торфа было налажено в 1950–1960-е годы.
Источники:
- Кононова М. М. «Почвенные органические вещества»
- Садовникова Л. К. «Гуминовые вещества и их роль в жизни почв»
- Stevenson F. J. «Humus Chemistry: Genesis, Composition, Reactions»
- ГОСТ Р 58564-2019 «Удобрения. Методы определения содержания гуминовых и фульвокислот»