Фульвокислоты. Строение, состав и образование фульвокислот

Фульвокислоты (ФК) - это смесь слабых органических кислот алифатического и ароматического ряда, которые растворимы в воде при всех pH (кислые, нейтральные и щелочные). Их состав и форма весьма переменны. Молекулярная масса ФК (1 000 – 10 000) меньше, чем ГК, а содержание кислорода вдвое выше. Из-за относительно небольшого размера молекулы ФК могут легко проникать в корни растения, стебли и листья, внося полезные микроэлементы. Удобрения, используемые в виде аэрозолей и содержащие ФК в виде хелатов с микроэлементами, на определенных стадиях роста растения могут быть эффективным средством увеличения его продуктивности. При фолиарной обработке растений ФК доставляют микроэлементы к метаболическим участкам клеток. Они совместимы с растением и, таким образом, не фитотоксичны, когда применяются при относительно низких концентрациях.

Некоторые исследователи считают фульвокислоты наиболее важной частью органического вещества почвы. Однако их высокая растворимость в воде ставит под сомнение возможность их длительного существования в природных объектах (исключая грунтовые воды). Более того, установлено, что ферменты, осуществляющие углеводный, азотный и фосфорный обмен, прочно связаны с гуминовыми кислотами и выделяются из почвы вместе с ними, сохраняя при этом активность. Именно с гуминовыми кислотами связана основная часть гидролитических ферментов. Так активность инвертазы в присутствии гуминовых кислот в 5-6 раз, уреазы в 3.5 раза, протеазы в 1.5 раза выше, чем у фульвокислот.

Не так давно Д. Орловым была опубликована работа, заставляющая по-новому рассматривать эту проблему. Он пришел к выводу, что в природных объектах - почве, угле, торфе и других источниках гуминовых веществ -фульвокислот вообще не существует как самостоятельной фракции. Те ФК, которые мы определяем как часть гумусовых веществ, переходящих в раствор при обработке объекта (лигнит, торф, почва) щелочами и остающихся в нем после подкисления раствора до рН 2 для осаждения гуминовых кислот, образуются в растворе в результате аналитических процедур, вызывающих частичный гидролиз высокомолекулярных гуминовых кислот.

Практически все экспериментальные данные свидетельствуют, что ФК появляются только после щелочного или кислотного гидролиза органического вещества исследуемых объектов в целом, и гуминовых кислот, в частности. Следовательно, аналитически определяемое содержание фульвокислот свидетельствует лишь о той или иной степени гидролизуемости природных гуминовых кислот вне зависимости от объекта их получения.

Дальнейшие исследования О.С.Якименко и Ф.В.Уланкиной также приводят к выводу о том, что на образование фульвокислот нельзя исключить влияния гидролиза гуминовых кислот в ходе щелочной экстракции.

Таким образом, роль ФК мы можем рассматривать только в тех случаях, когда используем гуминовые препараты, полученные обработкой лигнита или торфа щелочными агентами, так как только после такой обработки в этих продуктах появляется смесь гуматов и фульватов щелочных металлов.

Кроме того, мы располагаем пока не опубликованными данными двух независимых исследований, проведенных Г.А.Калабиным и О.С. Якименко на фрагментах колеоптилей кукурузы, показавших, что ростостимулирующая активность фульвокислот проявляется только в сочетании с фракцией гуминовых кислот . Применение фульфвокислотной фракции в чистом виде, по их данным, приводит не к стимуляции, а к ингибированию роста.

Поэтому, обсуждая механизм влияния гумусовых веществ на растения, в дальнейшем мы будем оперировать понятием гуминовая кислота, предполагая, что ФК являются ее неотъемлемой частью.

Кроме почвы гуминовые кислоты в большом количестве содержатся в бурых углях, торфе, сапропеле и некоторых других органических веществах.

В почве гуминовые кислоты связаны с другими катионами, главным образом Ca, Mg, Fe, Al. Поэтому они практически нерастворимы в воде, что позволяет им накапливаться, образуя определенные запасы гумуса, и затем очень медленно, по мере минерализации и потребления микроорганизмами, служить источником элементов питания, стимуляторов роста, ферментов, витаминов и многих других биологически активных веществ, необходимых для роста и развития растений.

Для того, чтобы гумусовые вещества стали доступными растениям, они должны перейти в водорастворимую форму. Этот процесс происходит в присутствии щелочных металлов и некоторых других элементов и соединений с образованием водорастворимых солей - гуматов.

Гуматы – это соли природных гуминовых кислот, у которых ион водорода карбоксильных и (частично) гидроксильных групп замещен атомом металла. Природные гуматы образуются в почве в результате взаимодействия гуминовых кислот с ионами металлов почвенного раствора в виде нерастворимых солей. Именно они определяют ее генетические, экологические и агрономические функции. В природных объектах, называемых каустобиолитами - буром угле, торфе, сапропеле и некоторых типах сланцев - они содержатся в достаточно больших количествах и служат сырьем для производства водорастворимых гуматов щелочных металлов – гуматов натрия или калия. Из всех гуматов водорастворимыми являются только гуматы калия, натрия и аммония. Эти гуматы проявляют все положительные свойства почвенных гумусовых веществ, но, благодаря высокой растворимости в воде, их биологическая активность возрастает на несколько порядков, а природное происхождение определяет полную экологическую безопасность.

В дальнейшем , используя термин «гуматы», мы будем иметь в виду именно водорастворимые гуматы калия, натрия или аммония.