Лабораторна робота 11 Теорія і практика використання біогумусу і біомаси

1. Біогумус (вермикомпост) та його характеристика.

2. Агрохімічна характеристика біогумусу як добрива пролонгованої дії

3. Збагачення грунту черв'яками

4. Використання вермикультури у тваринництві і медицині

1. Біогумус (вермикомпост) та його характеристика.

Біогумус (вермикомпост) — високомолекулярна органічна спо­лука, яка включає циклічну структуру та аліфатичні ланцюги, що утворилися в результаті переробки черв'яками органічних речовин (гною, соломи, листя, решток силосу, сіна, відходів харчової, м'яс­ної, плодоовочевої промисловості, комунального господарства, пта­шиного посліду) і виділені в навколишнє середовище з травного каналу черв'яків. Гумус черв'яків (капроліти) багатий на поживні речовини — біологічний матеріал, який є речовиною, що не зле­жується і не має запаху.

Підбираючи корм, можна регулювати вміст і властивості біо­гумусу. Біотехнічний процес одержання біогумусу ґрунтується на здатності черв'яків проковтувати кусочки органічної речовини, трансформувати його в кишкову порожнину і виділяти у вигляді копролітів. Складний конгломерат біогумусу найкраще розділити на ряд груп і фракцій за відносно близьким типом будови, які відрізняються одна від одної за молекулярною масою і хімічним складом. Залежно від способу екстракції, що застосовується, мож­на виділити такі фракції: гуміни, гумінові кислоти, фульвокислоти, гематомеланові кислоти. Особливої уваги заслуговує вміст гумінів. Наявність карбоксильної (­-СООН) і фенольної (-С₆Н₅О) груп дає підставу стверджувати, що вони мають функції кислот з молекулярною масою від 2500 до 60 000. Гуміни мають значну питому поверхню (600 - 1000м²/г), велику адсорбційну здатність. Наприклад, їх обмінна катіонна здатність становить 400 – 600 мг-екв/100 г ґрунту. Крім того, вони добре поглинають воду і здатність до коагуляції. Реакції і процеси, в яких безпосередньо бере участь органічна речовина біогумусу, і які відбуваються під її впливом, різноманітні і багато чисельні. Це іонний обмін, окислювально-відновні реакції, комплексоутворення металів, сорбція пестицидів і важких металів, інших хімічних речовин. Під час гідролізу вуглеводів, що входять до складу біогумусу утворюються моносахариди, аміносахари, уронові кислоти; під час гідролізу білків — пептиди, а потім амінокислоти, під час гід­ролізу жирів — гліцерин і жирні кислоти.

Утворення менш складних ароматичних сполук, до складу яких входять фенольні групи, відбувається при гідролізі лігніну і ду­бильних речовин. В аеробних умовах переважають процеси окис­лення, а в анаеробних — відновлення. Розрив вуглецевого ланцюга і зміна ступенів окислення атомів у молекулах вуглеводів викли­кає реакції окислення і відновлення. Це сприяє декарбоксилюванню органічних сполук.

В аеробних умовах продукти гідролізу вуглеводів окислюють­ся до карбонових кислот, альдегідів, оксихінонів і кислот. Інтен­сивно мінералізуються розчинні сахари, крохмаль, білки, досить швидко — геміцелюлоза і целюлоза. Найстійкіші до розкладання дубильні речовини, лігнін, віск і смоли. Паралельно відбувається і вторинний синтез — процеси гуміфікації. Вітаміни, антибіотики і ферменти, що входять до складу біогумусу, стимулюють ріст і розвиток рослин. Встановлено, що гумінові кислоти при концент­рації розчину 0,001—0,01 % активують розвиток кореневої системи, стимулюють кореневе живлення.

Основами і деякими іншими розчинниками з біогумусу добу­вають гумати амонію, натрію, калію, кальцію. Залежно від кон­центрації і типу біогумусу розчини гуматів мають забарвлення від чорного до червонувато-бурого.

Гумінові кислоти — це полідисперсна гетерогенна група висо- комолекулярних азотовмісних органічних кислот, які включають ароматичні цикли та аліфатичні ланцюги. У вигляді аморфного осаду, пластівців (гелю) гумінові кислоти легко осаджуються кис­лотами з розчинів гуматів.

Молекулярні маси гумінових кислот досягають десятків тисяч вуглецевих одиниць. Елементарний склад гумінових кислот коли­вається в межах: вуглецю — від 35 до 50, водню — від 35 до 45, кисню — від 18 до 24, азоту — від 2,5 до 3,5 %. Крім азоту, в них містяться фосфор, калій, сірка і мікроелементи. Встановлено, що основними структурними одиницями гумінових кислот є ароматич­ні ядра, в тому числі азотовмісні гетероцикли, бічні ланцюги і пе­риферичні функціональні групи: метоксильні — ОСН₃, карбоксиль­ні— СООН, карбонільні >СО, гідроксильні — ОН і фенольні — ОС₆Н₅. Д. С. Орлов та інші зазначають, що за допомогою методів кислотного і лужного гідролізу можна відщепити, а потім іденти­фікувати компоненти, які входять до складу бічних ланцюгів гу­мінових кислот, що представлені амінокислотними, вуглеводними та іншими залишками. Використання деструкції (відновлення, піроліз, окислення) для вивчення ядер молекул гумінових кислот дає змогу припустити, що до їх складу входять п'яти- і шести­членні кільця, включаючи й гетероцикли типу піридину. Вивчення оптичної густини і в'язкості гумінових кислот та електронно-мікросколічні дослідження показали, що молекули гумінових кислот гнучкі, можуть мати витягнуту, але не суворо лінійну форму, а при висушуванні набувають сфероїдальної форми діаметром 300— 400 мм. І. М. Лозанівський та інші зазначають, що з продуктів деструкції гумінових кислот побудована модель їх структурної елементарної комірки.

Утворення гуміновими кислотами у воді ряду нерозчинних орга- но-мінеральних похідних, які характеризуються високою поми­нальною здатністю, сприяє закріпленню їх у грунті, що є для ньо­го важливим акумулятором енергії і джерелом поживних речовин.

Аналогічно гуміновим кислотам фульвокислоти в біогумусі — це гетерогенна полідисперсна група високомолекулярних азото­вмісних органічних кислот. Вони мають червонувате або жовтува­те забарвлення, яке зберігається в розчині після підкислення луж­ного екстракту з біогумусу і випадання в осад гумінових кислот.

Фульвокислоти рухомі і більш розчинні у воді, ніж гумінові кислоти. В біогумусі їх міститься незначна кількість.

Неспецифічні органічні сполуки, які містяться у біогумусі, надають йому фізіологічної активності, сприяють структуроутво­ренню та утворенню органо-мінернльних комплексів. До їх складу входять цінні елементи живлення рослин. Крім згаданих органіч­них сполук, у біогумусі е дубильні речовини, пігменти, вітаміни та деякі інші сполуки.