Гуминовые вещества были впервые определены Валлериусом в 1761 году как разложившееся органическое вещество. В 1786 году Ачард выделил коричневое вещество из почвы и торфа с помощью раствора КОН и назвал его гуминовой кислотой. Гумус, латинское слово, обозначающее вещество, похожее на почву, было впервые введено де Соссюром в 1804 году для обозначения органического вещества темной почвы. В 1837 году Шпренгель разработал несколько методов получения гуминовой кислоты путем предварительной обработки почвы разбавленными минеральными кислотами перед щелочной экстракцией. Свен Оден (1919) предположил, что ГВ - это вещества от светло- до темно-коричневого цвета из неизвестных материалов, которые образуются в природе в результате разложения органического вещества под действием микроорганизмов или в лаборатории с помощью окисляющих химических реагентов. В качестве альтернативы было высказано предположение, что гумус является продуктом реакции конденсации углеводов и аминокислот в среде, свободной от микроорганизмов. Также было заявлено, что при окислении фенола, хинона и гидрохинона в щелочном растворе образуются соединения, аналогичные гуминовым кислотам.
Гуминовые вещества (ГВ) являются основными компонентами природного органического вещества (НОМ) в почве и воде, а также в геологических органических отложениях, таких как озерные отложения, торфы, бурые угли и глинистые сланцы. Они в значительной степени определяют характерный коричневый цвет разлагающихся растительных остатков и способствуют коричневой или черной окраске поверхностных слоев почвы. Они являются основными компонентами NOM в поверхностных водах и при более высоких концентрациях могут придавать темный цвет, особенно в коричневых пресноводных прудах, озерах и ручьях. Цвет опавших листьев или компостов может быть от желтовато-коричневого до черного, в зависимости от степени разложения и концентрации.
Гуминовые вещества являются очень важными компонентами почвы, которые влияют на физические и химические свойства и повышают плодородие почвы. В водных системах, таких как реки, около 50% растворенных органических веществ составляют ГВ, которые влияют на рН и щелочность. В наземных и водных системах ГВ влияют на химический состав, круговорот и биодоступность химических элементов, а также на перенос и разложение ксенобиотиков и природных органических химикатов. Они влияют на биологическую продуктивность водных экосистем, а также на образование побочных продуктов обеззараживания при обработке воды.
Гуминовые вещества представляют собой сложные и гетерогенные смеси полидисперсных материалов, образующихся в результате биохимических и химических реакций при разложении и трансформации остатков растений и микроорганизмов (процесс, называемый гумификацией). Важными компонентами, принимающими участие в этом процессе, являются растительный лигнин и продукты его трансформации, а также полисахариды, меланин, кутин, белки, липиды, нуклеиновые кислоты, мелкие частицы угля и т.д.
Гуминовые вещества в почвах и донных отложениях можно разделить на три основные фракции: гуминовые кислоты (HA или HAs), фульвокислоты (FA или FAs) и гумин. ГК и ЖК извлекаются из почвы и других твердофазных источников с использованием сильного основания (NaOH или KOH). Гуминовые кислоты нерастворимы при низком рН, и их осаждают добавлением сильной кислоты (доведите рН до 1 с помощью HCl). Гумин не может быть экстрагирован ни сильным основанием, ни сильной кислотой.
Водные ГВ содержат только ГК и ЖК, и эти компоненты обычно удаляются из воды путем снижения рН до 2 и адсорбции обоих компонентов на подходящей колонке со смолой. ГК и ЖК извлекаются из смолы с сильным основанием, после чего рН снижается до 1 для осаждения ГК. Колонка для разделения смолы также используется для отделения ЖК от негуминовых веществ (аминокислот, пептидов, сахаров и т.д.), извлеченных из почвы. При низком pH ЖК адсорбируется на смоле, но негуминовые вещества проходят через колонку.
Гуминовые вещества обладают высокой химической активностью, но при этом не поддаются биологическому разложению. Большинство данных о ГК, ЖК и гумине относятся к средним свойствам и структуре большого набора компонентов различной структуры и молекулярной массы. Точные свойства и структура данного образца ГВ зависят от источника воды или почвы и конкретных условий экстракции. Тем не менее, средние свойства ГК, ЖК и гумина из разных источников удивительно схожи.
Несмотря на то, что население планеты растет угрожающими темпами, площадь сельскохозяйственных угодий существенно не расширяется. В этих условиях крайне важно повысить способность человека выращивать зерновые на ограниченном пространстве, например, на небольших полях. Фермеры используют неорганические химические удобрения для поддержания плодородия почвы. Однако чрезмерно используемые земли со временем становятся неплодородными и засоленными, а их рН меняется. Засоление почвы характеризуется высоким содержанием Na+, Mg+2, Ca+2, Cl–, HCO3– и SO4–2, что влияет на рост растений. Более того, общее содержание углерода в почве уменьшается с каждым днем. Органическое вещество почвы содержит остатки растений и животных, а также другие органические соединения, которые образуются в процессе разложения биомассы в почве. При этом около 60% органического вещества почвы составляют гуминовые вещества (ГВ), которые играют жизненно важную роль в поддержании здоровья почвы при возделывании.
Σχόλια