Critical Review About Structure-Property-Functions Relationship for Humic Substances Interactions with Plant Oxidative Metabolism

Abstract

The understanding of humic substances (HS) chemistry in soil science faces new challenges at present. Theories alternative to humification (HS formation process) have been presented to scientific community propagating uncertainty about the existence of these compounds as a structural entity located in the soil. In this review, we aim to show in a compressible manner that HS have a structural pattern independent of its origin, which allows us the characterization by means of techniques common to other groups of compounds ( 13 C NMR CP/MAS). These characteristics (C-aliphatic, Caromatic, carboxyl, carbonyl) allow the obtaining and quantification of HS properties (aromaticity, aliphaticity, hydrophobicity, recalcitrance) that define different functions in the soil (plant bioactivity). The preservation of the structureproperty-function relationship of HS qualifies them as a chemical compounds groups that are formed in the soil and are widely distributed in nature. The relevance of the supramolecularity concept to explain chemical and organizational characteristics of the humic structure, as well as, the use of spectroscopic techniques combined with chemometrics to understand the complex behavior of HS and its various functions is highlighted in this review. ResumoO entendimento da química das substâncias húmicas (SHs) na ciência do solo enfrenta hoje novos desafios. Teorias alternativas à humificação (processo de formação das SH) têm sido apresentadas à comunidade científica gerando questionamentos sobre a existência destes compostos como uma entidade estrutural presente no solo. Esta revisão tem como objetivo mostrar de forma compreensível que as SHs possuem um padrão estrutural independente da fonte de origem, que permite a caracterização por meio de técnicas comuns a outros grupos de compostos ( 13 C NMR CP/MAS). As características que as SHs apresentam (C-alifáticos, C-aromáticos, carboxilas, carbonilas) permitem a obtenção e quantificação de propriedades (aromaticidade, alifaticidade, hidrofobicidade, recalcitrância) que definem as diferentes funções que as mesmas exercem no solo (bioatividade em plantas). A preservação da relação estrutura-propriedade-função das SHs as qualifica como compostos químicos que são formados no solo e que estão amplamente distribuídos na natureza. Destaca-se nesta revisão a importância do conceito de supramolecularidade para explicar as características químicas e organizacionais da estrutura húmica e o uso de técnicas espectroscópicas aliadas à quimiometria para entender o comportamento complexo das SHs e suas diversas funções.Palavras-chave: Ácidos húmicos; espectroscopia; quimiometria; estresse oxidativo.

Um estudo de caso da remoção da palhada de cana-de-açúcar do solo: quais são as implicações no conteúdo de matéria orgânica do solo?

“…Os benefícios da alteração do solo com as SH incluem agregação com maior estabilidade, aumento da capacidade de tamponamento do pH e troca de cátions, maior capacidade de retenção de água, maior biodisponibilidade de nutrientes imóveis (como P, Fe e Zn) e diminuição da toxicidade do alumínio e metais pesados (Chen et al, 2004;Piccolo, 2002). Além de influenciar indiretamente a produtividade da planta através de modificações das características do solo, as SH também podem impactar diretamente nos processos metabólicos da planta, como bem relatado por diversos autores (Aguiar et al, 2018;Canellas et al, 2015;Canellas & Olivares, 2014;Canellas & Façanha, 2004;Canellas et al, 2019;Chen et al, 2004;De Hita et al, 2020;García et al, 2019;Olivares et al, 2017;Nardi et al, 2000Nardi et al, , 2009.…”