Humaatit ovat osa humusaineita (HS), jotka ovat humushappojen suoloja. Humaateilla on kaikille HS:ille yhteisiä ominaisuuksia: polydispersiteetti, rakenteen epäsäännöllisyys ja monitoiminnallisuus. Nämä ominaisuudet ilmenevät yhdistelmästä aromaattisen ytimen molekyylirakenteessa ja hydrofiilisessä reunassa, joka koostuu pääasiassa alifaattisista, oligosakkaridi- ja oligopeptidifragmenteista. Humaateja kutsutaan myös suureksi ryhmäksi valmisteita, jotka on valmistettu helposti liukenevista humushappojen suoloista . Näitä lääkkeitä käytetään kasvinviljelyssä, karjanhoidossa, lääketieteessä, rakentamisessa, porauksessa, ekologiassa, maanparannustoiminnassa ja ennallistamisessa.
Huumusisten lannoitteiden ja valmisteiden valmistus perustuu humushappojen kykyyn muodostaa vesiliukoisia suoloja natriumin , kaliumin ja ammoniumin kanssa . Yleisin menetelmä "luonnollisten" humaattien saamiseksi on humusaineiden eristäminen fossiilisista raaka-aineista ( turve , kivihiili ) alkalin läsnä ollessa. Tuotantoprosessin aikana saadaan painolastia ja ei-painolastisia humaatteja, joita voidaan kutsua myös "huumusiksi lannoitteiksi". Ero painolastittomien humaattien (humuslannoitteiden) ja painolastilannoitteiden välillä on siinä, että jälkimmäisessä on alkuperäisestä substraatista peräisin olevia mekaanisia epäpuhtauksia, mikä johtuu alhaisemmasta puhdistusasteesta.
Keinotekoisia eli synteettisiä humaatteja saadaan käsittelemällä ligniinipitoisia kasviraaka-aineita, jotka ovat sellu- ja paperitehtaiden jätettä (PPM). Tällaisia raaka-aineita ovat: lignosulfonaatit , selluloosan valmistuksen tuote sulfiittimenetelmällä, ja ligniini , hydrolyysituotannon sivutuote (patentti PCT/RU02/00533). Tekniikka mahdollistaa lignopitoisten raaka-aineiden seoksen nestefaasihapetuksen alkalisilla aineilla 170–200 °C:n lämpötiloissa ja 0,5–3 MPa:n paineessa lisäämällä vetyperoksidia ja käsittelemällä ilmakehän hapella. Hapetuksen ja osittaissynteesin tuloksena saadaan tummanvärinen humustyyppisten aineiden liuos, jonka kemialliset ominaisuudet ovat samanlaisia kuin luonnollisten humushappojen. Menetelmän etuja ovat suuren sellu- ja paperitehdasjätteen hyötykäyttö sekä raaka-aineiden halpa. Haittoja ovat raaka-aineista peritty korkea rikki- ja raskasmetallipitoisuus sekä vähäisempi fysiologinen aktiivisuus suhteessa kasveihin verrattuna luonnollisiin humusvalmisteisiin.
Maaperän ja kasvien korkea positiivinen vaste humaattien käyttöön kenttä- ja laboratoriokokeissa on johtanut suureen kiinnostukseen kaupallisten humaattien tuotantoa kohtaan kaikkialla maailmassa. Myönteinen kokemus humaattien käytöstä maataloudessa, puutarhataloudessa ja kunnostustekniikoissa on saanut monet teollisuusyritykset tuottamaan erilaisia humaatteja luomuraaka-aineista - pääasiassa turpeesta, leonardiitista ja ruskohiilestä sekä suuritonniisista orgaanisista jätteistä, vermikomposteista , sapropeelista , jne. Niiden rikastaminen ravintoaineilla, erityisten lisäaineiden tai erityisten tuotantomenetelmien käyttö on johtanut siihen, että markkinoilla on runsaasti kaupallisia humaatteja, joita tarjotaan orgaanisina lannoitteina, kasvien kasvua stimuloivina aineina, huonontuneen maaperän parannusaineina ja myrkyllisinä sorbentteina .
HS:n positiivinen vaikutus kasvien kasvuun ja kehitykseen havaittiin ensimmäisen kerran 1800-luvun lopulla ja vahvistettiin myöhemmin L. A. Khristevan, M. M. Kononovan, I. V. Tyurinin ja S. Vaksmanin klassisissa teoksissa. Tällaiset tutkimukset olivat erityisen aktiivisia 1960-luvulla, ja siitä lähtien on jo kertynyt paljon tietoa aiheesta, mukaan lukien HS:n kyky inaktivoida raskasmetallien ja orgaanisten epäpuhtauksien vaikutuksia maaperässä (Lee, YS ja RJ Bartlett). , 1976; Patti, AF, Verheyen, TV, Douglas, L. ja Wang, X., 1992; Perminova IV, Kovalevsky DV, Yashchenko N. Yu. et ai., 1996; Poapst, PA ja M. Schnitzer, 1971; Visser, SA 1986). Lukuisat kenttä- ja laboratoriokokeet erilaisilla koeviljelmillä ovat osoittaneet, että teollisten natrium-, kalium- ja ammoniumhumaattien käyttö optimaalisissa annoksissa niiden tuotannon raaka-ainelähteestä riippumatta stimuloi siementen itämistä merkittävästi (Rode et al., 1993; Piccolo) A.; Celano G.; Pietramellara G. 1993; Rauthan, BS ja Schnitzer, M. 1981; Van de Venter, HA, Furter, M., Dekker, J. ja Cronje, IJ, 1991), parantaa kasvien hengitystä ja ravitsemus (Kozyukina Zh. T.; Klintsare A. A., 1985; Noble AD, Randall, PJ ja James, TR 1995; Sladky, Z., 1959; Vaughan, D. ja JR McDonald, 1971), lisää pituutta ja biomassaa taimien (Lee, YS ja RJ Bartlett, 1976; Poapst, PA, C. Genier ja M. Schnitzer, 1970; Tan, KH ja V. Nopamornbodi, 1979 jne.) ja vähentää raskasmetallien ja radionuklideja kasveihin (Aleksandrov et ai., 1993; Perminova IV, Kovalevsky DV, Yashchenko N. Yu. et ai., 1996; Sebestova, E., Machovic, V. ja Pavlikova, H. 1997). Tämä vaikutus on erityisen havaittavissa kasvin kehityksen alkuvaiheissa, mutta joissain tapauksissa se ilmenee koko ontogeniassa, mukaan lukien tuotteiden tuotto (Chen Y. ja Aviad, T. 1990; Del Rio, JC, Czechowski, F ., Gonzalez-Vila, FJ ja Martin, F. 1997; Gonet, S. ja Kondratowicz-Maciejewska, K. 1999). Monilla teollisilla kalium- ja ammoniumhumaateilla on kasvua edistävä vaikutus, joka on paljon suurempi kuin niiden välitön ravintoarvo, mutta ne osoittavat myrkyllisyyttä suhteellisen korkeilla annoksilla. HS:n voimakkain vaikutus ilmenee epäsuotuisissa ympäristöolosuhteissa: riittämättömässä tai liiallisessa kosteudessa, alhaisissa lämpötiloissa, riittämättömässä valaistuksessa tai saastumisessa raskasmetalleilla, radionuklideilla tai orgaanisilla saasteilla, koska fysiologisesti aktiiviset HS:t lisäävät kasvien vastustuskykyä haitallisia ympäristötekijöitä vastaan.
Huolimatta puolen vuosisadan historiasta, jossa on tutkittu humiinihappojen ja niiden suolojen (humaattien) fysiologisen vaikutuksen mekanismeja eläviin organismeihin, stimuloivan vaikutuksen luonne on edelleen kiivaiden keskustelujen kohteena eri tieteellisten koulujen edustajien välillä. D.S. Orlovin (1990) mukaan humushappojen ja humaattien vaikutusmekanismeihin kuuluu sekä suora spesifinen vaikutus kasveihin että humaattien suojaava vaikutus, jonka määräävät humushappojen päätoiminnot biosfäärissä: kertyvä, kuljettava, säätelevä, suojaava ja fysiologinen. Käytettäessä humushappo- ja humaattivalmisteita fysiologisesti vaikuttavina aineina on loogista ottaa huomioon kaksi viimeistä toimintoa. Kun tarkastellaan luonnollisten humushappojen fysiologista ja stimuloivaa vaikutusta korkeampiin kasveihin, S. S. Dragunov (Dragunov, 1980) panee merkille viisi mahdollista ja erilaista tapausta niiden vaikutuksesta kasveihin: hormonaalinen vaikutus; parantaa mineraaliravinteiden tunkeutumista kasvien juurien läpi; samojen mineraalielementtien tunkeutuminen humus-mineraaliyhdisteiden muodossa; aktiivinen osallistuminen kasvisolun redox-prosesseihin; alustava entsymaattinen pilkkominen stimuloivien yhdisteiden muodostumisella. 1950-luvulta lähtien on julkaistu suuri määrä teoksia humaattien fysiologisen vaikutuksen mekanismin teoreettisista perusteista maa-kasvijärjestelmässä. Tähän kysymykseen ei kuitenkaan ole vielä yhtä kattavaa vastausta. Kirjallisuudessa kuvatut hypoteesit mahdollisista pääasiallisista humaattien vaikutusmekanismeista voidaan tiivistää neljään ryhmään: Kasvin juuriravinnon optimointi. Näitä ovat: a) ravinteiden ja hivenaineiden suora saanti; b) fosforiyhdisteiden mobilisointi biosaataviin muotoihin; c) siirtymämetallikationien (erityisesti kuparin, raudan ja sinkin) mobilisointi ja kuljetus kasveissa saatavilla olevassa kelatoidussa muodossa; ja d) maaperän ominaisuuksien optimointi (energian tuottaminen maaperän mikro-organismeille ja mikrobiologisen toiminnan lisääminen, vedenpidätyskyvyn parantaminen, rakenteen vahvistaminen jne.). Lääkkeen ominaisuuksien näkökulmasta nämä vaikutukset rajoittuvat lääkkeen materiaalikoostumukseen, happamien funktionaalisten ryhmien lukumäärään ja luonteeseen, polyfenoliytimen rakenteeseen ja makromolekyylin hydrolysoituvan osan rakenteeseen pääasiallisena. komponentit, jotka muodostavat orgaanisten ligandien kompleksinmuodostuskyvyn. Kasvien lehtien ravinnon optimointi. Pinta- aktiivisina aineina humushapot ja fulvohapot vähentävät vesiliuosten pintajännitystä ja lisäävät siten solukalvojen läpäisevyyttä. Tämä puolestaan optimoi kasvien kuljetusjärjestelmän läpimenoa - nopeuttaa ravinteiden liikkumista. Se nopeuttaa energia-aineenvaihduntaa, fotosynteesiä ja klorofyllin synteesiä. Amfifiilisuutensa ansiosta humusaineet vaikuttavat kalvopintojen hydrofiilisiin ja hydrofobisiin alueisiin. Lisäksi monet tutkijat uskovat, että humusaineet vaikuttavat myös solukalvojen fosfolipidikomponentteihin. HS:n vaikutus kasvien fysiologisiin prosesseihin. Kun humusaineet pääsevät soluihin, kasvisolujen kalvoissa ja endoplasmisissa komponenteissa tapahtuu useita biokemiallisia reaktioita: A) Oletetaan, että humusaineet lisäävät korkeaenergisen adenosiinitrifosfaatin (ATP) synteesiä soluissa, mikä optimoi kasvien hengityksen. Tämä mekanismi voi johtua humushappojen happamista funktionaalisista ryhmistä, koska vetyionit osallistuvat ATP:n synteesiin. B) Jotkut HS:n molekyyliset ainesosat johtavat kasvufytohormonien muodostumiseen tai toimivat "hormonin kaltaisina" aineina. Tämä voi johtua ortokinonien läsnäolosta humushappomolekyylin aromaattisessa osassa, jotka näyttelevät dehydrogenaasien roolia solun oksidatiivisissa prosesseissa. C) Entsymaattisen aktiivisuuden vahvistaminen, koska entsyymit - monimutkaiset proteiinit - stabiloituvat humusmolekyylissä olevien kovalenttisten sidosten vuoksi. Siten HS:n käyttö osoitti katalaasin, peroksidaasin, difenyylioksidaasin ja invertaasin pitoisuuden lisääntymistä. Detoksifikaatio eli myrkyllisten aineiden inaktivointi maaperässä - se liittyy yleensä HS:n sorptiokykyyn, vahvojen ja heikkojen happamien funktionaalisten ryhmien määrään, hydrofobisuuteen, raskasmetallien ja ksenobioottien sorptiokykyyn.
Teolliset humaatit, joita eri yritykset valmistavat nykyään luonnonraaka-aineista (hiili, turve, leonardiitti, pohjasedimentit, orgaaninen jäte jne.), voivat monien tutkimusten mukaan toimia tehokkaina maaperänparannusaineina ja materiaaleina pilaantuneen ja saastuneen maaperän ennallistamiseen. ja niiden vaikutus tehokkain epäsuotuisissa ympäristöolosuhteissa (Azanova-Vafina F.G., 1999; Bezuglova O.S.; Shevchenko I.D., 1996; Berkowitz, N., Chakrabartty, K., Cook, FD ja Fujikawa, JI, 1970; Ekeh, RC, Mbagwu, JSC, Agbim, NN ja Piccolo, A. 1997; Hafidi M.; Checkouri I.; Kaemmerer M.; Revel JC; Bailly JR, 1997; Perminova IV, Kovalevsky DV, Yashchenko N. Yu et al, 1996) . Samaan aikaan monet teollisten humaattien käyttöön liittyvät ongelmat ovat edelleen ratkaisematta. Nykyään, kuten vuosikymmen sitten, ei ole riittävästi tietoa humaattien luonteesta ja vaikutuksesta riippuen niiden valmistuksen raaka-aineista, eristys- ja esikäsittelytavoista sekä ilmeisistä eroista kemiallisessa rakenteessa ja ominaisuuksissa. luonnollisten ja teollisten humaattien välillä. Joitakin kaupallisten humaattien käytön haittoja ja rajoituksia on toistuvasti korostettu kirjallisuudessa (Lobartini, JC, Tan, KH, Rema, JA, Gingle, AR, Pape, C ja Himmelsbach, DS, 1992; Malcolm, RL ja MacCarthy, s. 1986 jne.). Humaatit sisältävät tavallisesti 30–60 % humushappoja ja vähimmäismäärän fulvohappoja sekä maaperän humukselle ominaisia proteiineja ja polysakkarideja. Kemiallisen rakenteensa monifunktionaalisuuden vuoksi ne ovat vuorovaikutuksessa maaperän mineraaliosan kanssa, mikä usein johtaa niiden immobilisoitumiseen maaperän toimesta ja inaktivoitumiseen, erityisesti mailla, joilla on raskas granulometrinen koostumus. Humaateille suositelluilla pienillä annoksilla niiden maahantuonti (200–600 g/ha) ne eivät johda merkittävään typen ja hiilen lisääntymiseen maaperässä. Siksi teollisia humaatteja ei voida tunnistaa maaperän humukseen tai orgaanisiin lannoitteisiin, vaan niitä tulee pitää maanparannusaineina, kasvua stimuloivina aineina, saastuneen maaperän myrkkyjä vähentävinä aineina ja keinoina, jotka lisäävät kasvien vastustuskykyä haitallisia ympäristötekijöitä vastaan.