Орлов Д.С. (отв. ред.) Гуминовые вещества в биосфере

Подождите немного. Документ загружается.

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО ПРОБЛЕМАМ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

ИНСТИТУТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ И ФОТОСИНТЕЗА

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. М.В. ЛОМОНОСОВА

МОСКОВСКАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

им. К.А. ТИМИРЯЗЕВА МСХ РФ

ТЮМЕНСКИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ МСХ РФ

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ и экологии АН БЕЛАРУСИ

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

и экологии АН УКРАИНЫ

ГУМИНОВЫЕ

ВЕЩЕСТВА

В БИОСФЕРЕ

МОСКВА "НАУКА"

1993

УДК 631.41

Гуминовые вещества в биосфере. — М.: Наука, 1993. — 237 с. —

ISDN 5-02-003828-8

Книга посвящена гуминовым веществам, играющим важную экологическую роль в

биосфере и уже нашедшим применение в народном хозяйстве. Гуминовые вещества

обеспечивают накопление элементов питания растений, формируют структурное со-

стояние и химические свойства почв, обеспечивают защиту почв, природных вод,

растительности от химического и радиоактивного загрязнения. Рассмотрены созданные

в различных регионах страны опытно-промышленные гуминовые препараты, реко-

мендованные для использования в растениеводстве, животноводстве, медицине и тех-

нике, а также строение и свойства природных гуминовых веществ, функции гуминовых

веществ в биосфере, органо-минеральные взаимодействия, технология производства

гуминовых препаратов.

Для экологов, биогеохимиков, почвоведов и других специалистов в области охраны

окружающей среды.

Book is dedicated to humus substances wich play a very important role in biosphere

and which are applied widely in national economy. Humic substanes provide accumulation

of nutrients, form structural conditions and chemical properties of soils, provide protection

of soils, waters and vegetation from chemical and radio active pollution. Synthetic humic

substances which have been recomenned for application in agriculture, medicine and technics

in different areas of country are investigated and discussed.

Book sums up the scientific and practical achievements in enumerated branches.

Composition and properties of natural humic substances, their functions in biosphere,

organo-mineral interactions, technology of industry of synthetic humates and their

aplication are observed.

For ecologists, biogeochemists, soil scientists and other specialists in protection

of environment.

Ответственный редактор

доктор биологических наук, профессор Д.С. Орлов

Рецензенты:

академик РАН, профессор Г.В. Добровольский

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Н.Ф. Ганжара

Редактор издательства А.А. Фролова

1502000000-080

042(02)-93

183-92, и полугодие © Коллектив авторов, 1993

ISBN 5-02-003828-8

ПРЕДИСЛОВИЕ

Теоретические исследования и прикладное значение гуминовых

веществ, как природного происхождения, так и производимых в

лабораторных условиях или на опытно-промышленных установках,

возрастают буквально с каждым годом. Сырьем для производства

гуминовых препаратов служат разнообразные малоиспользуемые

природные тела, запасы которых достаточны для опытно-промыш-

ленного и промышленного производства гуминовых веществ в

течение сотен лет. Поэтому реальная возможность применения

гуминовых веществ в различных отраслях народного хозяйства не

вызывает сомнений.

Исследования стимулирующего влияния гуминовых веществ на

развитие сельскохозяйственных растений получили наиболее полное

развитие впервые в нашей стране, Польше, Чехословакии около

40 лет назад. Приоритетное значение, несомненно, имеют работы

профессора Лидии Асеновны Христевой, создавшей в Днепропетровске

уже в 50-х годах нашего столетия лабораторию по изучению

гуминовых удобрений и организовавшей серию всесоюзных совещаний

по этой проблеме. Одним из итогов научной и организационной

деятельности Л.А.Христевой явилось издание серии трудов под

общим заглавием "Гуминовые удобрения: Теория и практика их

применения" по важнейшим результатам исследований в этом на-

правлении. В этих трудах заложены все фундаментальные основы

сегодняшего понимания проблемы гуминовых веществ.

В последние 10—15 лет интерес к гуминовым веществам значи-

тельно расширился и вышел уже за рамки традиционного изучения

органического вещества почв и опытов по влиянию гуминовых

кислот на развитие растений. Ученые различных направлений выявили

общие биогеохимические и экологические функции гуминовых веществ,

их влияние на развитие планетарных процессов в биосфере.

Было показано, что гуминовые вещества нельзя рассматривать

лишь как некоторые отходы жизненных процессов, они являются

естественным продуктом совместной эволюции минерального и

живого в истории Земли и обязательным и необходимым компо-

нентом, обеспечивающим существование современных жизненных

форм. Количественно оценены роль гуминовых веществ в геохими-

ческой миграции минеральных компонентов, катионов и анионов,

их участие в комплексообразовании, окислении и восстановлении

ряда элементов, а также установлены важнейшие механизмы влияния

гуминовых соединений на природные процессы. Понимание высокой

значимости этих соединений в жизни Земли привело ученых ряда

стран к необходимости создания нового научного объединения —

Международного общества по изучению гуминовых веществ (IHSS),

5-я конференция которого состоялась в 1991 г. в Японии (Нагоя),

а 6-я — в 1992 г. в Италии (Бари).

Анализ состояния проблемы побудил Московский университет

и Научный совет по проблемам почвоведения АН СССР провести

в сентябре 1990 г. Всесоюзную конференцию "Гуминовые вещества

в биосфере. Народнохозяйственное значение и экологическая роль".

Конференция вызвала большой интерес, было представлено около

90 организаций, число участников достигло 348 человек, в их числе —

ученые из Болгарии, Германии, Польши, Чехословакии. На конферен-

ции были обсуждены важнейшие вопросы строения гуминовых

кислот и фульвокислот, глобальные функции гуминовых веществ

в биосфере, реакции комплексообразования и миграции органо-

минеральных соединений; обсуждались классификация и номенклатура

гуминовых соединений и их органо-минеральных производных.

Прикладные вопросы касались использования гуминовых препа-

ратов в растениеводстве, птицеводстве, животноводстве, медицине,

технике. Особое внимание было уделено технологиям получения

гуминовых препаратов, возможностям использования различного

сырья; было показано, что от особенностей технологического процесса,

вида сырья, зольности, окисленности гуминовых веществ в зна-

чительной мере зависит их физиологическая активность.

Несмотря на значительные успехи в области изучения гуминовых

веществ и их использования, остается еще немало трудных проблем,

в их числе — природа и механизмы физиологической активности

гуминовых веществ, реакции образования органо-минеральных произ-

водных. Необходимы дальнейшие проработки технологических схем

и особенно методов получения малозольных препаратов, выделения

фрагментов полидисперсных смесей, ответственных за физиологичес-

кую активность, и пр. Конференция отметила необходимость создания

в стране общества по изучению гуминовых веществ, которое могло

бы стать коллективным членом соответствующего международного

общества. Отмечалось также, что для успешного внедрения гуминовых

препаратов в практику было бы целесообразно уже теперь приступить

к формированию научно-производственной ассоциации практиков

и ученых в области биогеохимии, экологии и физиологии гуминовых

веществ.

Практически все отмеченные выше основные положения нашли

отражение в предлагаемой вниманию читателей книге. В ней рас-

сматриваются вопросы теории строения гуминовых веществ, их

геохимической и физиологической роли, технологии получения и

практического использования. Часть материалов по проблеме гуми-

новых веществ в биосфере опубликована в журналах "Почвоведение"

(1992, № 1) и "Биологические науки" (1991, № 10).

Авторы настоящей книги надеются, что приведенные в ней

материалы будут способствовать быстрейшему развитию изысканий

и практическому использованию гуминовых веществ.

Д. С. Орлов

В книге приняты следующие сокращения:

ОВ — органическое вещество

ГВ — гуминовые вещества

ГП — гуминовые препараты

ГК — гуминовые кислоты

ФК — фульвокислоты

УДК 631.411.4.001.5

А.И.Горовая, И.И.Ярчук

ЗНАЧЕНИЕ РАБОТ Л.А. ХРИСТЕВОЙ В НАУКЕ

О ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВАХ

ГУМУСОВОЙ ПРИРОДЫ

10 апреля 1988 г. перестало биться сердце крупного советского

ученого, основателя школы по изучению природы действия и

практического применения физиологически активных ГВ, доктора

сельскохозяйственных наук, заведующей кафедрой ботаники и физио-

логии растений Днепропетровского сельскохозяйственного института,

научного руководителя Проблемной лаборатории по гуминовым

удобрениям, вице-президента IV Комиссии Международного общества

по торфу, профессора Лидии Асеновны Христевой.

Родилась Лидия Асеновна в 1907 г. в болгарской семье, но

детство ее прошло в Полтаве. В 1930 г. она поступила в Харьковский

ветеринарный институт, а затем перевелась в Харьковский сельско-

хозяйственный институт. Аспирантуру Лидия Асеновна закончила

в Воронежском сельскохозяйственном институте и с 1938 г. начала

преподавательскую деятельность в Луганском сельскохозяйственном

институте. Именно в это время один из шахтеров-рабфаковцев

обратил внимание Лидии Асеновны на то, что на терриконах

углистых сланцев обильно растет растительность, это навело ее

на мысль о возможности использования углистых сланцев в качестве

удобрений. Проведя щелочной гидролиз сланцев, Лидия Асеновна

выделила из них ГК и начала их исследовать. Первые материалы

по определению стимулирующего действия ГК на проростки растений

были опубликованы в журнале "Прикладная химия" в 1938 г.

Военные годы прервали исследовательскую работу Л.А. Христевой.

Она выезжает в Таджикистан и работает преподавателем в Сельско-

хозяйственном институте. После войны Л.А. Христева работает в

Воронежском, а затем в Херсонском сельскохозяйственном институте,

где проводит глубокие исследования по влиянию ГК на рост

растений при различном отношении питательных веществ в начальный

период развития и публикует научные труды в Докладах ВАСХНИЛ

в 1947 г. В 1948—1951 гг. появляются статьи Л.А. Христевой о

природе воздействия ГК на рост и развитие растений и о их

роли в питании растений. В 1950 г. Л.А. Христева в Почвенном

институте им. В.В. Докучаева защищает диссертацию "Гуминовые

кислоты углистых сланцев как новый вид удобрений" на соискание

ученой степени доктора сельскохозяйственных наук. После защиты

диссертации Л.А. Христева получает разрешение на руководство

работами аспирантов, и с этого момента начинает формироваться

школа профессора Л.А.Христевой, вначале в Херсонском, а затем

в Днепропетровском сельскохозяйственном институте. Совместная

работа с первыми учениками (Л.Р. Пивоваровым, А.Е. Пшеничным

и И.И. Ярчуком) "О взаимосвязи между минеральным и органическим

питанием высших растений и использованием гуминовых кислот"

была опубликована в 1954 г. В 1957 г. в соавторстве с И.И. Ярчуком

и М.А. Кузько появляется публикация "Физиологические принципы

технологии гуминовых удобрений".

С 1955 г. начинается детальное изучение действия ГК на углеродное

питание, кислородный и углеводный обмен, засухо- и морозо-

стойкость растений и т.д.

В Днепропетровск Лидия Асеновна Христева приезжает в 1956 г.

и возглавляет кафедру ботаники и физиологии растений в Сельско-

хозяйственном институте.

Результаты теоретических исследований и первых полевых опытов

с гуминовыми удобрениями легли в основу организованных профес-

сором Л.А. Христовой первой Республиканской (1957 г.) и пер-

вой Всесоюзной (1963 г.) конференции по гуминовым удобрениям.

Всестороннее изучение действия ГК и начало внедрения гуминовых

удобрений в сельскохозяйственное производство послужили основа-

нием для Министерства сельского хозяйства СССР открыть в 1959 г.

в Днепропетровском сельскохозяйственном институте Проблемную

лабораторию по гуминовым удобрениям под руководством профессора

Л.А. Христевой.

Лидия Асеновна взрастила огромную школу учеников-после-

дователей. Это более 50 кандидатов сельскохозяйственных и биологи-

ческих наук и 2 доктора наук. Но это скупая статистика, а сколь-

ким ученым профессор Л.А. Христева помогла в самые трудные

периоды их творческого пути. Невозможно перечесть всех людей,

которые стремились к ней, находили поддержку, обретали уверенность,

уходили от нее окрыленными, способными к новым штурмам

высот науки.

Многие из учеников и сподвижников профессора Л.А. Христевой

испытывают чувство безмерной благодарности за ее человечность,

науку жить, трудиться, беззаветно служить любимому делу, сеять

добро, зажигать своим горением, быть чутким, отзывчивым, добро-

сердечным. Высокое профессиональное мастерство, огромный багаж

теоретических знаний, интуиция ученого и прекрасные организаторские

способности позволяли ей сконцентрировать знания, способности свои

и окружающих ее коллег и учеников на решении насущных проблем,

имеющих первостепенное значение.

Она по праву занимает одно из почетных мест среди основателей

науки о физиологически активных ГВ. По ее мнению, такую

сложную проблему, как гумусовые физиологически активные веще-

ства, можно было решить лишь при комплексном подходе. В связи

с этим она придавала одинаково важное значение генезису ГВ,

их химической структуре, физико-химическим свойствам, физиологи-

ческой активности, природе биологического действия, технологии

получения препаратов, а также практическим аспектам их применения.

Особое значение профессор JI.A. Христева придавала экологи-

ческой роли ГВ как компонентов экосистем. Мобилизация их

в почве и применение ГП имеют большое значение в стабилизации

нарушенных техногенными факторами равновесий в экосистемах.

Для решения этих задач профессор JI.A. Христева умело объеди-

няла вокруг себя специалистов разных профилей и охотно шла

на сотрудничество со многими учеными нашей и зарубежных

стран.

Высококомпетентные научные дискуссии профессор JI.A. Христева

вела по агрономии, агрохимии, биохимии и физиологии, моле-

кулярной биологии, почвоведению, экологии и др.

Убедившись в многочисленных экспериментах с растительными

и животными объектами, а также с микроорганизмами в поли-

функциональном действии физиологически активных веществ ГВ,

профессор JI.A. Христева одной из первых поставила задачу — выяс-

нить механизм действия этих уникальных природных соединений.

В этой области JI.A. Христева со своими учениками достигла

больших успехов, получив признание среди научной общественности

в стране и за рубежом.

В 1966 г., выступая с докладом "К теории действия физио-

логически активных веществ" в соавторстве с А.Н. Старостиным,

P.JI. Дынкиной, А.И. Горовой, В.П. Улитиной на Международном

симпозиуме по стимуляции растений в Софии, профессор JI.A. Хрис-

тева предложила научному собранию важный труд по обобщению

мировых достижений по физиологической активности ГВ и свою

научную гипотезу о механизме действия этих соединений. Впервые

прозвучала идея о возможных путях воздействия ГВ на живые

организмы путем активации нуклеинового и белкового метаболизма

через усиление энергетического обмена клетки, о непосредственном

влиянии гумусовых соединений на белоксинтезирующую систему

за счет дерепрессии соответствующих участков генома. В этом

случае предполагалось триггерное действие этих веществ. А в 1982 г.

на Международном симпозиуме IV и II Комиссий Международ-

ного общества по торфу в докладе JI.A. Христевой в соавторстве

с Г.А. Баталкиным, A.M. Галушкой и JI.IO. Махно были высказаны

предположения о мембранной активности гумусовых соединений

по результатам модельных опытов. Фактически эти гипотезы явились

программой исследований для целого поколения научных работников,

экспериментально подтвердивших правильность ряда ее положений.

Работами Л.Ф. Бобыря и JI.A. Епишиной доказано, что ГВ оказы-

вают влияние на транспорт электронов в электрон-транспортных

цепях хлоропластов и митохондрий, активируют фотосинтетическое

и окислительное фосфорилирование в этих органеллах, повышая

энергетический потенциал клетки. В работах Д.Г. Козарь, JI.B. Фот,

А.И. Горовой, P.JI. Дынкиной, JI.M. Степченко и др., в которых были

использованы биохимические, цитогенетические, авторадиографичес-

кие, биофизические и другие методы исследования, показано влияние

ГВ на геном клетки, усиление процессов синтеза ДНК, РНК

и белка, а также на ферменты белкового и нуклеинового мета-

болизма, что приводит к активации клеточного деления, регенера-

ции тканей, ростовых и морфогенетических процессов.

Незаурядные организаторские способности профессора J1.A. Хрис-

тевой позволили вывести руководимую ею Проблемную лабораторию

на передовые рубежи науки. Особое значение приобретают работы

по созданию технологий получения ГП и изучению их стимулирующих

и особенно адаптогенных свойств. Безбалластные препараты гума-

тов натрия, технология заводского производства которых разрабо-

тана под ее руководством В.А. Реутовым, В.А. Репкой, Р.Н. Крав-

ченко и Е.М.Куксиным, прошли государственные испытания и раз-

решены для широкого практического использования в сельском хо-

зяйстве. В настоящее время эти работы продолжаются профессо-

ром И.И. Ярчуком.

Стимулирующее действие ГВ многократно подтверждено лабо-

раторными исследованиями, вегетационными и полевыми опытами с

различными сельскохозяйственными культурами, а также производ-

ственными испытаниями и результатами широкого внедрения в

практику сельского хозяйства с высокой экономической эффектив-

ностью в-Днепропетровской, Херсонской областях, а также в Беларуси

и других регионах. Эти факты нашли освещение в сборниках трудов

Харьковского и Днепропетровского сельскохозяйственных институтов

"Гуминовые удобрения: Теория и практика их применения" (1957—

1983).

Что касается исследований по изучению адаптогенных свойств

ГВ, то здесь нельзя не остановиться на гениальном видении

ученого. Применив дифференцированные ингибиторы для вскрытия

природы действия ГВ и убедившись, что они влияют на жизненно

важные внутриклеточные метаболические процессы, которые в первую

очередь повреждаются под влиянием неблагоприятных условий внеш-

ней среды, профессор JI.A. Христева высказывает научную гипотезу

об их полезности в стрессовой ситуации. Уже в первых своих

работах JI.A. Христева отмечала: "Эффективность гуминовой кислоты

выше, когда растение поставлено в условия, отклоняющиеся от

нормы, и может повышать засухоустойчивость растений, способствуя

лучшему использованию минеральной пищи".

Каким же стрессорам отдать "предпочтение"? В Проблемной

лаборатории исследуются защитные свойства ГВ при лучевых пораже-

ниях, позднее — средства защиты растений от химических препаратов,

высокие дозы которых оказывают токсическое действие на все

компоненты агроценозов. И когда в стране насаждалась интенсивная

химизация сельского хозяйства, в лаборатории ставились опыты,

моделирующие современную сложную экологическую ситуацию по

загрязненности почвы пестицидами. Кроме того, разрабатывались

приемы применения ГВ для уменьшения лучевых и химических

поражений растений и других организмов. И, как всегда, большое

значение придавалось фундаментальным исследованиям. В этом

отношении весьма значимы такие обобщающие проблемные работы

профессора Л.А. Христевой, как "Действие физиологически активных

гуминовых кислот на растения при неблагоприятных внешних усло-

виях"(1973), "О природе неспецифической сопротивляемости растений

и физиологически активные формы гуминовых кислот как фактор

снятия лучевых поражений у растений" (в соавторстве с А.И.Горовой,

В.А.Реутовым, А.Д.Семиной, 1975) и "К природе действия физиологи-

чески активных гумусовых веществ на растения в экстремальных

условиях"(1977). В последней публикации профессор Л.А. Христева

приводит схему-гипотезу ведущих этапов влияния физиологически

активных ГВ на сопротивляемость растений к неблагоприятным

условиям среды (схема).

Результаты теоретических исследований легли в основу раз-

работки практических способов применения физиологически активных

веществ гумусовой природы. Они защищены коллективными автор-

скими свидетельствами, в том числе "Способ дезактивации лучевых

поражений и повышения резистентности растений к ионизирующей

радиации" (Христева и др., 1971) и "Способ детоксикации ядохимика-

тов" (Горовая и др., 1974). Под руководством Л.А.Христевой изданы

многочисленные рекомендации по применению и производственной

оценке гумата натрия.

Результаты научно-исследовательской работы систематически до-

кладывались на научных конференциях, многие из которых органи-

зовывались и проводились под руководством Л.А.Христевой. В 1957,

1963, 1967, 1980, 1983 гг. Л.А. Христева выступает организатором и с

научными докладами на республиканских и всесоюзных научных

конференциях по ГВ, проходивших в г. Днепропетровске, в 1966 г.—

на Всесоюзной конференции по нуклеиновым кислотам растений в Уфе,

в 1967 г. — на Межвузовской конференции по биохимии и плодородию

почв в МГУ, в 1969 г.— на конференции Прибалтийских республик

"Стимуляторы роста организмов" в Вильнюсе, в 1974 г.— на

Всесоюзной конференции по стимуляторам роста в Москве и др.

С 60-х годов профессор Л.А.Христева выходит на международную

научную арену. Свой первый доклад она сделала в 1961 г. на

Международном симпозиуме по ГВ в Чехословакии, в 1963 г.