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.

2. Химическая структура гуминовых веществ.

По химической структуре гуминовые вещества – высокомолекулярные (молекулярная масса 1300-1500) конденсированные ароматические соединения, в которых установлено наличие фенольных гидроксилов, карбоксильных, карбонильных и ацетогрупп, простых эфирных связей и др[6].

О способе выделения гуминовой кислоты из торфа в свое время писал Ф. Ахард. И этот способ применяют практически до сих пор для выделения ГВ из любых природных тел. Реакции извлечения ГВ сводятся к следующим простым уравнениям:

П + NaOH

ГК-COONa + ГМК-СООNa + ФК-СООNa,

где: П - почва или иное природное образование, содержащее гуминовые вещества; ГК - радикал гуминовой кислоты; ФК - фульвокислоты, ГМК - гиматомелановой кислоты.

Если к полученному щелочному экстракту добавить какой-либо кислоты до рН 1-2, то выпадет осадок гуминовой и гиматомелановой кислот, а фульвокислоты останутся в растворе:

ГК-СООNa + ГМК-СООNa + ФК-СООNa + + 3НCl ГК-СООН+ + ГМК-СООН+ + + ФК-СООН + 3NaCl.

Осадки гуминовой и гиматомелановой кислот легкоотделимы, их высушивают и получают темно-бурые или почти черные порошки. Чтобы в чистом виде получить фульвокислоты, кислый раствор пропускают через активированный уголь, промывают водой и ацетоном, затем снова растворяют адсорбированные кислоты раствором щелочи. После анализа или пропускания через Н-катионит и высушивания получают красивые темно-красные игольчатые (но не кристаллические) фульвокислоты. Схема в целом проста, хотя во многих случаях ее усложняют, чтобы получить не только суммарные количества ГВ, но и их фракции, различающиеся по характеру связей с Са2 +, Fe3 +, алюмосиликатами.

Из любого природного тела полностью извлечь все ГВ не удается никакими приемами. Остающуюся нерастворимой часть ГВ называют гумином; свойства последнего очень похожи на свойства гуминовых кислот.

Хорошо изучено содержание различных химических элементов в этих веществах. Содержание углерода в массовых долях колеблется от 40 до 60 % в зависимости от происхождения и источника ГВ. Азот есть всегда, это доказал еще русский ученый Р. Германн в середине прошлого века, но его мало - 3-5 %. Водорода обычно содержится 3-6 %, а кислорода - 33-37%. Обязательно входят сера - до 0,7-1,2 % и фосфор - до 0,5 %. Всегда есть разные металлы, хотя пока трудно сказать, обязательны ли они для ГВ или просто являются примесью, поскольку очистить ГВ нелегко.

Состав природных ГВ весьма нестабилен. Важнейшая особенность ГВ - их разнообразие в природе, о чем можно судить не только по элементному составу, но и по набору функциональных групп и другим свойствам.

Любые ГВ содержат большой набор функциональных групп, они полифункциональны. Их молекулы содержат карбоксильные группы -СООН, фенольные -ОН, хинонные =С=О, аминогруппы -NH2 и др. Их количество, во-первых, велико, во-вторых, они распределены неравномерно по молекулам различного размера, и даже молекулы одного размера могут различаться по содержанию функциональных групп. Более того, молекулы ГВ различаются по количеству входящих в их состав остатков аминокислот (всего их 17-20), по количеству углеводных остатков и характеру их расположения.

Содержание функциональных групп, выраженное в ММ колеблется в гуминовых кислотах в следующих пределах: -СООН - 1500-5700, кислые -ОН - 2100-5700, слабокислые и спиртовые -ОН - 200-4900, хиноидные -С=О - 100-5600, кетонные -С=О - около 1700, -ОСН3 - 300-800. Кроме того, большую роль играют группы -NН2 . Разнообразие кислых функциональных групп очень велико

Чтобы составить ясное представление о построении молекул ГВ, необходимо определить, из каких фрагментов они построены и что лежит в их основе. Для этого прибегают к дроблению больших молекул на составные части, что возможно двумя способами:[7]

1) относительно мягкий - гидролиз растворами кислот или щелочей;

2) жесткий - окисление ГВ растворами марганцевокислого калия или окисью меди.

При гидролизе в раствор переходят, отделившись от молекулы ГВ, низкомолекулярные фрагменты, аминосахара и моносахариды. Аминокислот бывает от 17 до 22, все они альфа-аминокислоты, те же, что есть в растениях, бактериальной плазме, причем примерно в тех же соотношениях.

В составе аминокислот (в порядке убывания) чаще всего встречаются аспарагиновая кислота НООС-СН2-СНNН2-СООН, глютаминовая НООС-СН2-СН2-CHNH2-СООН, глицин НООС-СН2NH2 , аланин Н3C-CHNH2-СООН, валин (Н3С)2-СН-СНNН2-СООН, изолейцин Н3ССН2-СН(Н3С)-CHNH2-COOH, лейцин (Н3С)2-СН-СН2-СНNН2-СООН, фенилаланин С6Н5-СН2-CHNH2-COOH, пролин (СН2)2-СН2--NН-СН-СООН, серин НО-СН2-CHNH2--СООН, треонин Н3С-СН(ОН)-CHNH2-СООН, метионин СН3-S-(СН2)2-СНNН2-СООН, тирозин НО-С6Н4-СН2-CHNH2 -СООН, цистин S2-(СН2)2-(CHNH2СООН)2 , лизин Н2N-(СН2)4--СНNН2 -СООН, гистидин NH-(CH)2=NC--CH2-CHNH2-COOH, аргинин H2N(HN)C-NH--(CH2)3-CHNH2-COOH. Массовая доля аминокислот в ГВ составляет 6-10%.