Padoms zemniekam. Humīnvielu loma ražas palielināšanā 0
Autori: Gunārs Bremanis, Dr.ķīm., Solveiga Maļecka, Mg lauks.
Jau senos laikos zemnieki visā pasaulē ir pazinuši kompostēšanas principu. Arī lopu mēsliem lielākoties ļāva vispirms nostāvēties, pirms tos izkliedēja uz lauka. Šajā laikā mikrobioloģiskos procesos veidojās humuss, mēslos esošais amonjaks tika pārvērsts negaistošā slāpekli saturošā savienojumā, urīnvielā un bagātinājās mēslojuma mikrobioloģiskais sastāvs. Tāpat bija zināma slieku labvēlīgā ietekme uz augsnes struktūras uzlabošanu.
Humuss
Humuss ir pilnībā sadalījušās augu vai dzīvnieku atliekas, kas kļuvušas vienveidīgas savā sastāvā un ieguvušas nosacītu ķīmisku stabilitāti. Kritērijs humusa atšķirībai no pārējā augsnes organiskā materiāla ir šā materiāla vēl līdz galam nepabeigtais sadalīšanās process, kam vizuāli raksturīgas vēl samanāmas audu struktūras. Humuss ir tumšs, melns vai tumši brūns irdens organiskais materiāls. No ķīmiskā viedokļa tas ir neskaitāmu individuāli dažādu, bet kopumā līdzīgu lielmolekulāru savienojumu masa. Humusvielu jeb humīnvielu (angl. humic substances) ķīmisko stabilitāti un līdzību nosaka tas, ka pamatā tās sastāv no aromātiskus slāpekļa, skābekļa, dažkārt arī sēra heterociklus saturošas policikliskas struktūras, kas savā starpā saistīti ar kovalentu saiti, un kā funkcionālās grupas tajā dominē karboksilgrupas (kas nosaka šo savienojumu skābo raksturu, kura dēļ termina humīnvielas vietā bieži lieto terminu humīnskābes) un pie aromātiskajām struktūrām saistītas hidroksilgrupas, bet to daudzveidību palielina arī citu ķīmisku grupējumu – alkilgrupu, monosaharīdu un aminoskābju atlikumu, imino, imido un citu funkcionālu grupu – klātbūtne. Humīnvielu karboksilgrupas saista metālu jonus, tādējādi kavējot šo mikroelementu izskalošanos no augsnes. Humuss saista arī ūdeni, neļaujot augsnei izžūt, un padara to irdenāku, veicinot gaisa piekļuvi augu saknēm. Humīnvielas ir galvenā organiskā sastāvdaļa ne vien augsnē, bet arī kūdrā, sapropelī, brūnoglēs; arī strautu, ezeru un jūras ūdenī izšķīdušais organiskais materiāls pamatā ir humīnvielas.
Humīnvielu iedalījumam par pamatu izmanto laboratorijas metodiku to sadalīšanai. Vispirms humīnvielu maisījumu apstrādā ar stipru atšķaidītu sārmu; nešķīstošā frakcija ir humīns. Šķīdumu, kas visbiežāk ir koloidāls, neitralizē ar sālsskābi, paskābinot, līdz šķīdums kļūst stipri skābs – izgulsnējas humīnskābes, bet šķīdumā paliek fulvīnskābes. Bet, apstrādājot ar spirtu, daļa izšķīst – tās ir ulmīnskābes (himatomelānskābes). Atlikušās humīnskābes iedala pelēkajās un brūnajās atkarībā no to šķīdības dažādi jonizētā koncentrētā sārmā. Visi minētie humīnskābju paveidi ir daudzu dažādu organisko skābju maisījumi. Tā kā humīnskābes ir lielmolekulāri savienojumi ar ļoti daudzām funkcionālām grupām, kam ir tendence savstarpēji pievilkties, tās savstarpēji samērā stipri saistās, veidojot molekulu kompleksus.
Humīnskābju aptuvenais ķīmisko elementu sastāvs ir šāds: C – 40–60%, O – 30–40%, N – 3–5%, kam seko ūdeņradis, sērs, fosfors u. c., arī mikroelementi. Tiek vērtēts, ka ~40–60% no saldūdeņos izšķīdušā oglekļa un 60–70% no kopējā augsnē esošā oglekļa ir humīnvielu sastāvā.
Humusvielu nozīme
Šodien atzīst, ka humusa nozīme ir gan kā ūdens saistītājam augsnē, gan kā oglekļa un citu elementu avotam, kā arī metālu jonu piegādātājam augiem. Tas darbojas arī kā augsnes struktūras uzlabotājs un pamats augsnes mikrobioloģiskajai daudzveidībai. Ir pārliecinoši pierādīts, ka humusvielu klātiene veicina sēklu dīgšanu, apsakņošanos un sakņu bārkšu veidošanos. Saistot metālu jonus – mikroelementus –, humusvielas kavē to izskalošanos no augsnes un nodrošina to biopieejamību augiem. Humusvielu spēju saistīt metālu jonus izmanto arī ūdens attīrīšanai. Humusvielu spēju ietekmēt mikrobioloģisko vidi izmanto augu aizsardzībai pret kaitēkļiem un slimībām; arī šajā jomā pasaulē izvērsti plaši pētījumi.
Pētījumi Latvijā
Latvija organiskas izcelsmes mēslojuma pētījumu jomā atpaliek, īpaši attiecībā uz slieku biohumusa ieviešanu lauksaimniecības praksē. Ir jāaktivizē pētījumi, lai radītu pamatu jaunu organiskas izcelsmes mēslošanas un slimību profilakses līdzekļu izstrādei un to iedarbības izpētei ar mērķi nodrošināt labu ražu, tās kvalitāti un tīru vidi. Kaut arī pasaulē šajā jomā intensīvi zinātniski pētījumi tiek veikti jau vairāk nekā 50 gadu, noskaidrojamie faktori, agroklimatiskā vide un humusa izejvielu bāze piešķir šiem pētījumiem lokālu raksturu un tas neļauj citās klimatiskajās zonās gūtos rezultātus automātiski izmantot Latvijā. Tādēļ Valsts Stendes graudaugu selekcijas institūtā realizēja ERAF līdzfinansētu projektu 2010/0313/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/082 Organiskas izcelsmes produktu izvilkumu un to ietekmes izpēte augkopībā kūdras un slieku biohumusa izvilkumu bioloģiskai pārbaudei, izvērtējot izvilkumu ietekmi uz ražu, slimību un kukaiņu izplatību. Projektu no 2011. līdz 2013. gadam realizēja sadarbībā ar zinātniski pētniecisko ražošanas firmu SIA Intellectual resources, kas izstrādā minēto izvilkumu pagatavošanas tehnoloģijas, un LLU, kas pētīja šo izvilkumu mikrobioloģisko ietekmi. Pēc iepirkuma līguma LU Bioloģijas institūta Augu minerālās barošanas laboratorijā analizēja šo izvilkumu sastāvus. Mūsu pētījuma, kā arī literatūras avotos aprakstītie dati liecina, ka organiskas izcelsmes produkts – slieku komposts jeb vermikomposts un to ekstrakti – dažādi ietekmē augu augšanu, produktivitāti un slimību izplatību. Tas ir atkarīgs no šo produktu izcelsmes, to lietošanas veidiem un devām.
Mūsu pētīto humusvielu sastāvā sausna: 0,2% kūdras un 0,18% slieku biohumusa izvilkumā. Kūdras izvilkums satur organiskās vielas ar lielāku aromātisko grupējumu īpatsvaru. Izvilkuma paraugu karsējot 95 °C temperatūrā, aromātisko savienojumu īpatsvars organiskajā materiālā palielinās. Slieku biohumusa izvilkumā bija daudz vairāk augsti humificēta organiskā materiāla. Karsēšana humificēto materiālu sagrauj.
Ar augsti humificētajām organiskajām vielām bagātais slieku biohumusa izvilkums izceļas ar palielinātu elektrovadītspēju, kā arī ar dūmakainību, kas traucē pareizi noteikt fosfora daudzumu un precīzajā multielementu analīzē (ar atomu absorbcijas spektrometru) – elementus ar lielāku īpatsvaru paraugā (K, Ca, Mg, Fe).
Kūdras izvilkums ir gandrīz divas reizes bagātāks ar slāpekli nekā slieku biohumusa izvilkums. Gan kūdras, gan slieku biohumusa izvilkumos slāpeklis pamatā bija amonija un nitrāta formā, ļoti nedaudz slāpekļa bija nitrīta formā. Kūdras izvilkums bija nabadzīgāks ar fosforu, slieku biohumusa izvilkumā tā bija ~30 reižu vairāk. Abu veidu izvilkumi satur samērā plašu buķeti augiem nepieciešamo makro un mikro elementu, bet to absolūtais daudzums bija nenozīmīgi mazs. Novērojām, ka nekarsēta slieku biohumusa izvilkuma maisījumi salīdzinājumā ar karsētajiem izvilkumiem bija ar mazāku pH nekā izejas izvilkumi. Tas var liecināt par rūgšanas procesu iegūtajos izvilkumos ar sekojošām sastāva izmaiņām. Iegūtie rezultāti liecināja par to, ka anaerobo baktēriju skaits ievērojami mazāks, salīdzinot ar aerobo baktēriju daudzumu preparātos. Aerobo baktēriju skaits starp variantiem būtiski neatšķīrās. Gan kūdras izvilkumā, gan biohumusā baktēriju skaits svārstījās no 16,5 līdz 21,7 milj./ml preparāta; 90% no aerobajām baktērijām veidoja sporu veidotājbaktērijas.
Kartupeļu ražu palielināja kūdras eliksīrs
Projektā, piemēram, izmēģinājumos ar kartupeļu šķirni ‘Borodjanskij rozovij’ (2011.–2012. gadā) kontroles variantā ieguva bumbuļu ražu 35,27 t/ha. Lietojot 95 °C temperatūrā iegūto kūdras eliksīru, novērota labvēlīga ietekme uz bumbuļu ražu (38,57 t/ha), apstrādājot bumbuļus pirms stādīšanas bez turpmākas augu apstrādes ar šo produktu, bet, apsmidzinot augus, bija vērojama negatīva ietekme uz bumbuļu ražu. Iespējams, izvēlētā deva augu apstrādei (1,5 l/ha) bija nepiemērota. Kūdras eliksīra, kas pagatavots 45 °C temperatūrā, lietošana būtisku ražas pieaugumu salīdzinājumā ar kontroli nodrošināja, to izmantojot augu apstrādei trīs reizes veģetācijas periodā. Bumbuļu raža šajā variantā sasniedza 42,67 t/ha. Izmantojot slieku humusa izvilkumus, kas pagatavoti 45 un 95 °C temperatūrā, konstatēja būtisku bumbuļu ražas samazinājumu visos apstrādes variantos.
2012. gada izmēģinājumos konstatēts, ka kopumā smidzinājumiem ar kūdras un biohumusa ekstraktiem bijusi stimulējuša ietekme uz minerālelementu uzņemšanu – palielinājies N, P, Mg, Cu, B daudzums kartupeļos. Tomēr 50% gadījumu kartupeļu bumbuļos samazinājies Ca daudzums (variantos, kur veica smidzinājumus pa lapām), kas varētu ietekmēt bumbuļu uzglabāšanās rādītājus. Barības vielu uzņemšanā konstatētas būtiskas atšķirības starp divu pētījuma gadu rezultātiem, kas galvenokārt varētu būt skaidrojamas ar klimatisko apstākļu ietekmi.
Efekts atkarīgs no augu sugas un vides faktoriem
2011. un 2012. gada veģetācijas sezonās kūdras un vermikomposta izvilkumu efektivitāte bija zema, ierobežojot auzu, rapšu, kartupeļu un sīpolu slimības. Sīpolu stādījumā konvencionālajā sistēmā atsevišķos variantos tika novērota infekciju pastiprinātas izplatības tendence. Vērtējot izvilkumu ietekmi uz augu slimībām, augstāko vērtējumu ieguva vermikomposta izvilkums, gatavots 45 ºC temperatūrā.
Kūdras un vermikomposta izvilkumu efektivitāte, ierobežojot kultūraugu kaitēkļus, bija ļoti niecīga vai vispār tos neietekmēja. Vērtējot izvilkumu ietekmi uz kultūraugu kaitēkļiem, jāsecina, ka kūdras izvilkumam, kas izgatavots 45ºC temperatūrā, bija lielāka ietekme.
Mikroorganismu kopskaitu analizējamos paraugos ietekmē sezonālas izmaiņas, bet būtisks to palielinājums daudzos variantos tika novērots pēc izvilkumu lietošanas. Apkopojot abu izmēģinājumu gadu rezultātus, konstatēts, ka preparātu ietekme atšķiras ne tikai atkarībā no kultūrauga bioloģiskajām īpašībām, bet arī no lauku apsaimniekošanas veida. Bioloģiskais un konvencionālais saimniekošanas veids atšķirīgi ietekmē augsnes īpašības un bioloģisko procesu norises intensitāti. Kartupeļiem augstākais pozitīvais vērtējums konstatējams, saimniekojot ar konvencionālajiem paņēmieniem, bet auzām – audzējot tās bioloģiskajos apstākļos.
Problēmas pētniekiem un lietotājiem rada mainīgs humusvielu preparātu ķīmiskais sastāvs, mainīga vermikomposta kvalitāte, atšķirīga augu reakcija uz lietotajiem preparātiem. Vispārīgs secinājums – humusvielu preparātu efekts atkarīgs no augu sugas un vides faktoriem.
Humīnskābju izvilkumu raksturojums
Tējas ir vājākie humīnskābju izvilkumi. Latvijā galvenokārt lieto tādus apzīmējumus kā skalojumi, mērcējumi, vircas. Tā ir jau ārkārtīgi sena un visā pasaulē pazīstama šķidrā mēslojuma iegūšanas metode no organiskas izcelsmes izejvielām. Lielā atšķaidījuma dēļ kūdras vai koku lapu tējas kā mēslojumu var droši lietot, tās izmanto arī akvārijos optimālas mikrovides un vides skābuma uzturēšanai. Arī komposta skalojumos (tējās) humīnskābju koncentrācija parasti ir neliela, tādēļ pēdējos 10 gados sastopami ieteikumi tos bagātināt ar komerciāli pieejamiem humīnskābju preparātiem.
Bagātākas, īpaši mikrobioloģiskā ziņā, būs slieku biohumusa tējas. Par atsevišķu tēju pagatavošanas veidu var uzskatīt paņēmienu, saskaņā ar kuru vēl nesadalījušos organisko materiālu ūdens vidē iztur ilgstoši, veicinot tā sadalīšanos. Tādējādi radušās humusvielas ātri izšķīst ūdenī. Šādā veidā var iegūt tējas ar salīdzinoši lielāku humusvielu koncentrāciju; tādas Latvijā parasti sauc par vircām. Piemēram, starp dārzkopjiem populāra un ieteicama ir šādi pagatavota nātru virca. Liela tēju priekšrocība ir to augstā mikrobioloģiskā aktivitāte, kas piemīt arī pašam humusam, bet zūd, ja izvilkumus gatavo ar metodēm, kurās izmanto stiprus sārmus un augstu temperatūru.
Lai eksperimentāliem nolūkiem iegūtu mikrobioloģiski bagātas tējas ar nelielu humīnskābju koncentrāciju, istabas temperatūrā ūdenī, tās apmaisot, tiek skalotas sliekas.
Klasiskā metode iespējami pilnīgākai humīnvielu iegūšanai no organiskajiem materiāliem ir to apstrāde vairāku stundu garumā ar stipru sārma šķīdumu. Metāla jons, ko satur sārms, paliek produktā, tādēļ parasti izmanto visiem augiem nepieciešamā makroelementa kālija sārmu. Metodei ir vairāki apakšvarianti: ilgstoša izturēšana vai apmaisīšana istabas vai nedaudz paaugstinātā temperatūrā, karsēšana, karsēšana autoklāvā paaugstinātā spiedienā. Pēc šīs apstrādes reakcijas maisījumu filtrē un iegūto humīnvielu šķīdumu neitralizē ar skābi, parasti – ar sālsskābi.
Jakutijas zinātnieki, veicot ekstrakciju pēc minētās metodes ar sārmu vairākos temperatūras režīmos, papildus apstrādāja reakcijas maisījumu ar ultraskaņu un magnētisko lauku. Šīs metodes palielināja humīnvielu iznākumu un izraisīja arī to struktūras maiņu: ultraskaņas metode sekmēja mazākas molekulārmasas frakcijas, tostarp fulvīnskābju īpatsvaru, savukārt magnētiskā lauka metodes lietojumam novēroja arī pretēju – kondensācijas – efektu. Mazāku molekulārmasu frakciju, respektīvi, fulvīnskābju, īpatsvara palielinājums produktā ir vēlams efekts, jo šos savienojumus augi spēj izmantot vislabāk, tādēļ paredzams, ka ultraskaņas izmantošana humīnvielu ekstrakcijai palielināsies.
Jaunāka metode organisko materiālu apstrādei ar sārmu ir to samalšana sausā veidā. Parasti to veic ložu dzirnavās. Malumu pēc tam šķīdina ūdenī, filtrē, neitralizē ar skābi. Šīs metodes galvenā priekšrocība ir tā, ka nav jāstrādā ar lieliem koncentrēta sārma tilpumiem, ņemot vērā to, ka sārmi, īpaši karstos šķīdumos, ļoti efektīvi saēd olbaltumvielas, piemēram, ādu.
Pēc kavitācijas metodes organiskā materiāla un sārma šķīduma maisījumu parasti nedaudz paaugstinātā temperatūrā (piemēram, 45 oC) labi izmaisa, nostādina un atfiltrē no rupjākiem piemaisījumiem. Tad šķīdumu izlaiž caur kavitatoru, neitralizē ar skābi, un izvilkums ir gatavs. Kavitācijas metode arī palielina humīnvielu iznākumu, vienlaikus ievērojami paātrinot pašu izvilkuma gatavošanas procesu. Šīs metodes priekšrocība ir arī enerģijas ietaupījums, salīdzinot ar metodēm, kad tiek lietota ilgstoša karsēšana. Kā apakšvariants minama kavitācijas metode, kas papildināta ar ultraskaņas izmantošanu; tā ievērojami palielina vieglāko frakciju īpatsvaru, fulvoskābju iznākumu.
