Группы гуминовых веществ

1. Гуминовые кислоты – часть гуминовых веществ, образующихся вне живых организмов, но под их влиянием. Делятся на гуминовую и ульминовую.

Гуминовые кислоты представляют собой химически активные молекулы. Они содержат набор карбоксильных, гидроксильных и альдегидных групп, с которыми могут реагировать другие почвенные компоненты.

На структуру гуминовых веществ влияют физические и химические почвенные условия. На химический состав гуминовых кислот влияют t и рН почвы (Например: гуминовые кислоты из кислых почв содержат больше алифатических структурных компонентов, чем из нейтральных почв).

Представляют собой высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, окрашенные в черный или коричневато-черный цвет. Средняя молекулярная масса – 1400.

Нерастворимы в воде и минеральных кислотах (неорганические кислоты – серная, азотная, соляная), растворимы в щелочах (едкий натр).

Гуминовые кислоты состоят из углерода, кислорода, водорода и азота.

При взаимодействии с катионами аммония (NH₄Cl), щелочных (литий, калий, натрий) и щелочноземельных (кальций, стронций, барий) образуют соли – гуматы.

Гуматы NH₄, Na и K хорошо растворимы в воде – вымываются осадками из почвы. Гуматы Ca и Mg не растворимы в воде и образуют в почве водопрочные гели – как бы цемент минеральной части.

2. Гиматомелановые кислоты – извлекаются из сырого остатка (геля) гуминовых кислот этиловым спиртом (этанолом). Гиматомелановая кислота – термин введен Гоппезейлером в 1889 году

3. Фульвокислоты (от лат fulvus – рыжий, красно-желтый) - легкорастворимые органические соединения почвенного гумуса, имеющие желтую или красновато-желтую окраску и растворимые в воде и кислых растворах

Делятся на креновую и апокреновую.

Отличие от гуминовых – светлая (желтая и оранжевая) окраска, низкое содержание углерода и азота, высокое кислорода, растворяются в кислотах.

Из-за резко кислой реакции и хорошей растворимости в воде хорошо разрушают минеральную часть почвы.

Степень скорости разрушения зависит от количества гуминовых кислот, чем их меньше, тем сильнее действие фульвокислот.

При взаимодействии с минеральной частью почвы образуют – фульваты (с железом, алюминием (менее подвижны и растворимы), калием, барием (наоборот)).

4. Гумин (гумусовый уголь) – часть гумусовых веществ, которые не растворяются ни в одном растворителе.

Представляют собой комплекс органических веществ (гуминовые и фульвокислоты и их производные (фульваты и гуматы) прочно связанных с минеральной частью почвы

Источники гуминовых веществ

Гуминовые вещества есть почти повсюду в природе. Их содержание в морских водах 0,1–3 мг/л, в речных — 20 мг/л, а в болотах — до 200 мг/л. В почвах гуминовых веществ 1–12%, при этом больше всего их в черноземах. Лидеры по содержанию этих соединений — органогенные породы, к которым относятся уголь, торф, сапропель, горючие сланцы. Обычно гуматы получают из окисленного бурого угля (его еще называют леонардитом), потому что в нем гуминовых веществ до 85%. Еще этот уголь удобен тем, что у него низкая теплотворная способность, поэтому его обычно сгребают в отвалы. Получается, что основной источник гуминовых веществ — отходы добычи бурого угля, а это полностью соответствует основным принципам «зеленой химии». Запасы бурого угля в мире превышают 1 трлн т.

Второй источник гуминовых веществ — торф (его мировые запасы больше 500 млрд тонн). Из-за того что при торфяных разработках нарушаются естественные болотные ландшафты, то есть экосистемы, необходимые для поддержания экологического равновесия, добычу торфа в мире признали нецелесообразной. Однако в России торф активно добывают, причем в некоторых экономически отсталых регионах это единственный способ добычи средств к существованию для населения. В основном торф идет на топливо и местные удобрения, поэтому, если бы из него же извлекать гуминовые вещества, этот уникальный природный ресурс можно было бы использовать более рационально. Конечно, с точки зрения «зеленой химии» торф не идеальный источник гуминовых веществ, но в краткосрочной перспективе это является вполне приемлемым.

Третий крупномасштабный источник гуминовых веществ — сапропель (донные отложения пресноводных водоемов, образующиеся из остатков растений и животных). Только в России его запасы составляют 225 млрд м³. Однако в сапропеле гораздо больше минеральных примесей, чем в торфе и угле, и он существенно разнообразнее по химическому составу, поэтому нужны более сложные технологии его переработки. С другой стороны, для производства сырья на месте и этот вариант может оказаться полезным. Тем более что в сапропеле нередко уже содержатся различные микроэлементы, которые нужны в качестве удобрений и кормовых добавок. Параллельно при добыче сапропеля удается очистить заиливающиеся озера.

Основной метод, которым выделяют гуминовые вещества, — это щелочная экстракция растворами аммиака или гидроксидами калия или натрия. Такая обработка переводит их в водорастворимые соли — гуматы калия или натрия, обладающие высокой биологической активностью. Метод практически безотходный, поэтому его широко используют и в России, и за рубежом. Альтернативный способ предполагает механическое измельчение бурого угля с твердой щелочью, в результате чего получается твердый, растворимый в воде гумат калия и натрия.