Właściwości składników
Zawartość związków organicznych jest podstawowym wskaźnikiem jakości gleb decydującym o ich właściwościach fizykochemicznych, takich jak zdolności sorpcyjne i buforowe oraz procesach biologicznych. Warunkują wiele przemian, określanych mianem aktywności biologicznej. Wysoka zawartość związków organicznych w glebie jest czynnikiem stabilizującym jej strukturę, zmniejszającym podatność na zagęszczenie oraz degradację w wyniku erozji wodnej i wietrznej. Związki organiczne zwiększają zawartość próchnicy w glebie i aktywność biologiczną gleby oraz stymulują wzrost i rozwój roślin uprawnych.
Kwasy humusowe
Kwasy humusowe zawierają wiele substancji wzrostowych, np. witamin, auksyn, kwasów organicznych, substancji o charakterze antybiotyków, które intensyfikują ważne procesy fizjologiczne roślin (gospodarkę wodną, oddychanie i fotosyntezę). Działanie kwasów humusowych polega na uaktywnianiu enzymów roślinnych i działają one jak organiczne katalizatory wielu procesów biologicznych. Na stanowiskach wzbogaconych w kwasy humusowe stwierdza się zwiększenie produktywności roślin i poprawę jakości i wartości biologicznej plonu.
Kwasy humusowe dzięki swojemu pozytywnemu działaniu na glebę i rośliny powodują:
- poprawę struktury gruzełkowatej gleby, przyczyniając się do poprawy stosunków wodno-powietrznych;
- stabilizują odczyn gleby;
- zwiększają retencję wodną gleby, ograniczając tym samym skutki suszy glebowej;
- przeciwdziałają spływom powierzchniowym i erozji;
- zwiększają efektywność nawożenia mineralnego poprzez poprawę dostępności składników pokarmowych dla roślin;
- stanowią naturalny czynnik ograniczający przenikanie jonów metali ciężkich z gleby do roślin;
- warunkują lepsze właściwości termiczne gleby;
- stymulują wzrost oraz namnażanie pożytecznych mikroorganizmów glebowych, zwiększając biologiczną aktywność gleby
- stymulują rozwój systemu korzeniowego, zapewniając roślinom odpowiednie zaopatrzenie w wodę i składniki pokarmowe;
- zwiększają siłę kiełkowania nasion oraz ich żywotność;
- korzystnie wpływają na rozwój siewek;
- intensyfikują enzymy roślinne oraz działają jako katalizatory procesów biologicznych;
- poprawiają kondycję roślin i zwiększają ich odporność na warunki stresowe;
- zwiększają efektywność procesu fotosyntezy;
- poprawiają parametry jakościowe plonów, wpływając pozytywnie między innymi na: podniesienie zawartości maro i mikroelementów w plonie użytkowym, masę t. z., zawartość białka, zaolejenie czy polaryzację.
Kwasy huminowe i fulwowe
Kwasy huminowe i fulwowe są naturalnym źródłem próchnicy. Zwiększają żyzność gleby, działają korzystnie na jej właściwości sorpcyjne, mrozoodporność i reakcję na suszę. Wraz z mikroorganizmami wpływają na powstanie struktury gruzełkowej gleby, stabilizują jej odczyn oraz poprawiają napowietrzenie. Zwiększają również siłę kiełkowania nasion, pozytywnie wpływają na rozwój siewek oraz lepsze pobieranie składników pokarmowych przez rośliny.
Kwasy huminowe poprawiają żyzność gleby oraz wzrost korzeni i wydzielin korzeniowych roślin uprawnych. Kwasy fulwowe mają właściwości elektrodynamicze i rozdrabniają nadmiernie zagęszczone koloidy glebowe. W obecności kwasów fulwowych nawet bardzo wilgotna gleba zachowuje strukturę gruzełkowatą (również na glebach zalanych, podmokłych i ciężkich poprawia się ich napowietrzenie). Wpływa to korzystnie na rozwój systemu korzeniowego roślin a co za tym idzie na odżywienie roślin w składniki pokarmowe.
Sole kwasów huminowych i fulwowych
Sole kwasów huminowych, czyli humiany, to kwasy huminowe połączone z jonami metali. Proces ten ma ogromny wpływ na dostępność substancji odżywczych dla roślin. Huminiany zapobiegają wymywaniu w głąb profilu glebowego jonów żelaza, fosforu, potasu, magnezu, manganu oraz azotu. Pierwiastki występujące w solach kwasów huminowych są łatwo przyswajalne przez rośliny. Należy także podkreślić, że kwasy huminowe dezaktywują szkodliwe substancje tworząc sole nierozpuszczalne w wodzie i zupełnie nieprzyswajalne przez rośliny. Mogą zostać zatem wykorzystane do rekultywacji gleb skażonych metalami ciężkimi, czy związkami naftowymi.
Aminokwasy
Aminokwasy są naturalnym, łatwo rozpoznawanym przez rośliny nośnikiem składników pokarmowych i czynnikiem stymulującym wzrost. Są najważniejszym składnikiem organizmów żywych, ponieważ to z nich zbudowane są białka. Niektóre aminokwasy stanowią produkty wyjściowe do produkcji enzymów i hormonów. Wysoka zawartość aminokwasów np. w nawozie skutecznie wspomaga dostarczanie roślinom wapnia, stymuluje syntezę chlorofilu i pobieranie składników pokarmowych z gleby i pobudza wzrost roślin. Zwiększa także ich odporność na niekorzystne warunki atmosferyczne.
Betainy
Betaina jest składnikiem białek, która wpływa na usuwanie z roślin metali ciężkich. Bierze udział w wielu przemianach metabolicznych, chroni m. in. komórki przed skutkami odwodnienia, poprzez regulację potencjału osmotycznego komórki. Betaina powoduje wzrost aktywności fotosyntezy u roślin, pełni też funkcję nośników w transporcie mikroelementów do rośliny. Betaina w połączeniu z glicyną zwiększa tolerancję roślin na stres wodny i temperaturowy, co wskazuje na silne działanie przeciwko stresom abiotycznym. Poprawia wzrost systemu korzeniowego przez efekt podobny do działania cytokinin.
Celuloza
Celuloza występuje w komórkach roślinnych i jest niezbędnym elementem budulcowym ścian komórkowych. W niektórych przypadkach celuloza stanowi nawet połowę związków organicznych rośliny. Składa się z glukozy i jest odporna na wodę co sprawia, że silnie ją wiąże. Celulozę pozyskuje się zarówno w sposób naturalny (z drewna), jak i syntetyczny. Celuloza przetworzona do formy lignin stwarza korzystne warunki dla uprawy roślin, podobnie jak torf wysoki. Jest ona wykorzystywana, jako element do produkcji podłoży uprawowych wraz z komponentami organicznymi takimi jak torf wysoki, torf niski lub kora sosnowa. Ponad to jest rozkładana przez mikroorganizmy, co stanowi dla nich doskonały nośnik.
Cukry
Cukier prosty – glukoza, jest naturalnie wytwarzana w roślinach w odpowiednich dla nich ilościach podczas reakcji fotosyntezy. Natomiast cukry złożone (polisacharydy) takie jak skrobia, celuloza, chityna, inulina itp. stanowią ważny składnik kompleksu glebowego. Wpływają one na wielkość populacji mikroorganizmów w glebie, co wiąże się z wieloma przemianami np. rozkładem resztek roślinnych w próchnicę. Jej duża zawartość w glebie wpływa na poprawę wzrostu i rozwoju roślin.
Enzymy
Enzymy są białkami, które biorą udział w procesach takich jak fotosynteza, wzrost i plonowanie. Fotosynteza jest głównym źródłem energii roślin, a enzymy katalizują reakcje chemiczne niezbędne do jej przebiegu. Wzrost roślin zależy od enzymów zaangażowanych w procesy takie jak synteza białek i wzrost komórek. Plonowanie z kolei zależy od enzymów uczestniczących w procesach takich jak produkcja i dojrzewanie owoców. W konsekwencji enzymy są kluczowe dla prawidłowego funkcjonowania roślin i ich plonowania. Enzymy również nieustannie rozkładają materię organiczną, przekształcając ją w formy dostępne dla roślin a także w doskonałą pożywkę dla pożytecznych mikroorganizmów. Zwiększają odporność roślin na stresy abiotyczne i stymulują ich wzrost. Dzięki temu jak wykazują badania przyczyniają się także do zwiększenia frekwencji mikoryzowej w korzeniach roślin i podnoszą aktywność biologiczną gleby.
Kwasy organiczne
Kwasy organiczne stanowią dużą grupę związków do których należą m.in. kwasy humusowe, kwasy huminowe i fulwowe. Do kwasów organicznych należą również kwas mrówkowy i kwas cytrynowy. Są one stosowane jako dodatki do nawozów, których zadaniem jest głównie regulacja pH. Pozwala to utrzymać optymalne warunki dla wzrostu i rozwoju roślin. Kwasy organiczne (mrówkowy i cytrynowy) rozpuszczają również składniki mineralne w glebie co sprawia, ze pierwiastki zawarte w glebie staja się przyswajalne dla roślin. Kwasy humusowe natomiast skutecznie działają przeciw erozji gleby poprzez lepsze działanie koloidów glebowych, lepszy rozwój systemu korzeniowego i lepszy wzrost roślin.
Ligniny
Lignina jest drugą najpowszechniejszą substancją organiczną na Ziemi po celulozie i przed chityną. Rośliny tworzą stabilną substancję ligninę jako materiał do budowy struktur nośnych i ochronnych. Ten składnik umożliwia roślinom na bardzo szybki wzrost i rozwój. Przez długi czas ligniny są rozkładane przez mikroorganizmy w glebie, długotrwale dostarczając materii organicznej oraz będąc nośnikiem dla pożytecznych mikroorganizmów glebowych.
Peptydy
Peptydy to związki chemiczne, które składają się z aminokwasów. Peptydy sygnalizacyjne (SSP) są najlepiej znane jako silne regulatory wzrostu i rozwoju roślin, a niektóre z nich mają również wyspecjalizowane role w wykorzystaniu makroskładników.
Lipidy
Źródło energii dla niektórych grup mikroorganizmów glebowych i występujących na powierzchni roślin.
Witaminy
Związki biologicznie czynne bezpośrednio wpływające na procesy metaboliczne zachodzące w tkankach roślinnych. Jako antyutleniacze zwiększają odporność na stresy środowiskowe, w szczególności na suszę, zasolenie, nadmierne promieniowanie słoneczne. Witaminy są kofaktorami enzymów i biorą udział w procesie fotosyntezy. Witaminy z grupy B stymulują rozwój i wzrost korzeni.
Fitohormony:
Auksyny
Auksyny oddziałują na rośliny poprzez regulację ekspresji genów odpowiedzialnych za wzrost i rozwój roślin. Auksyny wiążą się z receptorem białkowym na powierzchni komórek i aktywują transkrypcję genów, które kontrolują procesy takie jak elongacja pędu, tworzenie się korzeni i kwitnienie. Auksyny także wpływają na regulację syntezy innych hormonów roślinnych, takich jak cytokininy i gibereliny, co daje im dodatkowy wpływ na rozwój i plonowanie roślin. Na przykład, auksyny i cytokininy współdziałają w regulacji kierunku wzrostu pędu i tworzenia się korzeni, zaś auksyny i gibereliny współpracują w kontrolowaniu tworzenia się i dojrzewania nasion. Auksyny pełnią rolę sygnałów hormonalnych, które kierują procesami takimi jak kiełkowanie nasion, wzrost liści i pędów, dojrzewanie owoców i kwitnienie. Nadmiar auksyn może powodować deformacje roślin, a niedobór może prowadzić do opóźnienia wzrostu i plonowania.
Podstawową, naturalną auksyną jest kwas indolilo-3-octowy (IAA, indolyl-3-acetic acid), którego prekursorem biosyntezy jest tryptofan lub indol. Miejscem syntezy auksyn są głównie wierzchołki wzrostu, zawiązki liściowe, młode liście oraz rozwijające się owoce i nasiona. Auksyny regulują wiele procesów związanych ze wzrostem wegetatywnym i generatywnym. Kontrolują podziały, różnicowanie i wzrost wydłużeniowy komórek, ruchy (tropizmy) wzrostowe pędu i korzenia w odpowiedzi na grawitację i światło, starzenie się i opadanie liści, dojrzewanie oraz odcinanie owoców, wzrost i rozwój części kwiatów, inicjują proces ukorzeniania, a także wzrost i różnicowanie się korzeni bocznych. Auksyny są głównymi fitohormonami, których obecność jest niezbędna do realizacji całości procesów wzrostu i rozwoju.
Gibereliny
Gibereliny (GA) są najliczniejszą klasą hormonów roś linnych. Dotychczas poznano ponad 130 różnych GA. Jednakże tylko część (GA1–GA7) wykazuje aktywność biologiczną, natomiast pozostałe są ich prekursorami lub produktami katabolizmu. Analizy ekspresji genów biosyntezy giberelin wykazały, że miejscem ich powstawania są komórki merystemu wierzchołkowego pędu oraz inne tkanki podlegające intensywnym podziałom i procesom wzrostu, np. tkanki młodych pędów czy komórki warstwy aleuronowej w ziarniakach. Gibereliny wywierają istotny wpływ na całą ontogenezę roślin. Uczestniczą w kiełkowaniu nasion, wzroście elongacyjnym hipokotyli i międzywęźli, indukcji kwitnienia, rozwoju liści i kwiatów, kwitnieniu spoczynku nasion oraz w zawiązywaniu i dojrzewaniu owoców.