O huminových látkách

Půdní organická hmota je nedílnou součástí půdní biomasy, která je tvořená jak živými, tak neživými organickými látkami. Organická frakce, jakožto jedna z nejdůležitějších komponent půdy, vzbudila značnou pozornost zejména v zemědělství, kde se se svými účinky zřetelně podílela a podílí na fyzikálních, chemických a biologických změnách půdy. Na základě dosavadního výzkumu bylo zjištěno, že půdy vysoce obohacené o tyto látky mají významný vliv na růst rostlin a úrodnost půdy [1].


Huminové látky jsou nedílnou součástí organické hmoty v půdě, kde vznikají v důsledku složitých aerobních mikrobiologických procesů zahrnujících chemické, fyzikální a biologické transformace převážně rostlinných a živočišných zbytků. Tento proces samovolné přeměny je často uváděn pod názvem humifikace [2].


Výskyt huminových látek je značně rozmanitý, jejich přítomnost byla prokázána například v rašelině, lignitu, černém i hnědém uhlí a také v ropě. Dále byla přítomnost těchto látek stanovena v nižších koncentracích také v přírodních vodách a sedimentech. Na základě těchto zmíněných skutečností můžeme HL zařadit mezi jedny z nejrozšířenějších sloučenin přírodního charakteru na Zemi [3].


Klasifikace a charakterizace HL

První studii zabývající se původem a chemickým charakterem huminových látek vypracoval Sprengel v roce 1839 [4]. Do klasifikace HL ve stejném roce přispěl také švédský vědec Berzelius [5]. Během let 1900 – 1940 se široká vědecká obec začala zajímat o zařazení těchto látek, jejich chemickou povahu a strukturu. Do této problematiky významně přispěl německý vědec Oden [6], který klasifikoval huminové látky do následujících skupin: uhelný humus, huminové kyseliny, hymatomelanové kyseliny a fulvinové kyseliny [2]. Tato charakterizace látek byla velmi blízká popisu, jak jej známe v dnešní době. Následující vývoj vedl k rozdělení HL podle acidobazické rozpustnosti na: fulvinové kyseliny (FK), huminové kyseliny (HK) a huminy (HU).

Přehled klasifikace jednotlivých frakcí huminových sloučenin je znázorněn ve schématu, který je uveden na Obr. 1.

Obr. 1: Klasifikace frakcí huminových látek.

 

Huminové látky jsou směsí různorodých komponent, které mají velmi podobnou chemickou strukturu. Všechny tyto sloučeniny jsou tvořeny základními stavebními jednotkami organických materiálů (C, H, O a N) [1]. Ačkoli si jsou tyto látky velmi blízké chemickou strukturou, z hlediska jejich chemických a fyzikálních vlastností se značně odlišují [7]. Základní vlastnosti HL vystihuje tabulka s barevným schématem (Obr. 2).

Obr. 2: Vlastnosti huminových látek.

 

Jednou z odlišností jednotlivých frakcí huminových látek, která je zřejmá z Obr. 2, je rozdílná barevnost. Fulvinové kyseliny vykazují žluté až žlutohnědé zbarvení, zatímco huminové kyseliny jsou tmavě hnědé, v některých případech šedé. Nejtmavším barevným odstínem se vyznačují nerozpustné zbytky huminových sloučenin (huminy), které jsou tmavě šedé až černé.


Z hlediska molekulových hmotností se fulvinové kyseliny pohybují okolo 2 000 Da. Na základě tohoto faktu můžeme tvrdit, že tato frakce huminových sloučenin disponuje nejnižší molekulovou hmotností a lze ji zařadit mezi tzv. nízkomolekulární frakce huminových látek. Růst molekulové hmotnosti dále pokračuje přes huminové kyseliny až k huminům, kde molekulová hmotnost může odpovídat až 30 000 Da. Tyto složky huminových látek nazýváme vysokomolekulární frakce. Kromě odlišného stupně polymerace se tato frakce HL vyznačuje také rozdílnou strukturou, odlišným počtem aromatických cyklů a funkčních skupin (karboxylová, hydroxylová, apod.).


Procentuální zastoupení obsahu uhlíku a kyslíku v jednotlivých frakcích je dáno vzrůstajícím počtem aromatických cyklů ve struktuře jednotlivých frakcí huminových látek. Procentuální zastoupení kyslíku naopak klesá od fulvinových kyselin směrem k huminům, protože FK disponují vyšším počtem funkčních skupin ve své struktuře, a to zejména karboxylovými, hydroxylovými a ketonickými skupinami.


FK obsahují vyšší počet hlavně karboxylových skupin, které jsou nositelem kyselých vodíků, čímž se tato frakce huminových látek chová kyseleji ve srovnání s huminovými kyselinami a huminy. Samozřejmě i HK a HU obsahují kyslík ve funkčních skupinách jako je tomu u FK, ale navíc jsou přítomny také v aromatických cyklech.


Využití huminových látek

Přirozený výskyt humusu v půdě a jeho dopad na její úrodnost je znám již od pradávna, můžeme tedy tvrdit, že vlastnosti huminových látek jsou lidmi využívány již celá staletí, ačkoli o jejich vlastnostech a původu nebyly známy žádné bližší informace. Jejich přítomnost v půdě má pozitivní vliv na rostliny, ale podílí se i na stabilizaci půdních agregátů apod.


Dříve bylo používáno uhlí jako hlavní zdroj energie. Vzhledem k tomu, že nedílnou součástí nízkoprouhelnatělé hmoty (hnědé uhlí, oxyhumolity) jsou i huminové látky, můžeme tvrdit, že v minulosti dosáhly HK mimo jiné hojného využití právě v energetickém průmyslu. Avšak s přicházející osvětou, která se týkala ochrany životního prostředí, je proces spalování fosilních paliv omezen a zároveň byl nahrazen takovými zdroji energie, které jsou šetrnější k životnímu prostředí. Tyto zdroje nazýváme jako alternativní a patří sem sluneční, větrné nebo vodní elektrárny [8].


Vědecká společnost se proto začala zabývat dalšími možnými uplatněními huminových látek především tedy huminových kyselin. Největší aplikační potenciál huminových látek nacházíme v oblasti zemědělství, průmyslu, ochrany životního prostředí, farmacie a biochemie.

REFERENCE

[1]  TAN, Kim Huat. Humic matter in soil and the environment principles and controversies: genesis, composition, reactions. New York. M. Dekker, 2003. ISBN 08-247-4862-X.

[2]  STEVENSON, F. J. Humus chemistry: genesis, composition, reactions. New York. John Wiley a Sons, Inc. 1994. ISBN 04-715-9474-1.

[3]  PITTER, Pavel. Hydrochemie. Praha. VŠCHT. 2009. ISBN 978-80-7080-701-9.

[4]  SPRENGEL, Carl. Die Bodenkunde oder die Lehre vom Boden, nebs einer vollständigen Anleitung Zur Chemischen analyse Der Ackererde… Bavorská státní knihovna. Nabu Press. 2012. ISBN 9781275123205.

[5]  BERZELIUS, J. J. Lehrbuch der Chemie: Erster Band. Dresden a Leipzig. Der Arnoldischen Buchhandlung, 1843. ISBN 9780198558187.

[6]  ODEN, Sven. Die Huminsäuren. Lipsko-Drážďany. 1919.

[7]  SCHNITZER, M. a Shahamat U KHAN. Humic substances in the environment. New York. M. Dekker. 1994. ISBN 08-247-1614-0.

[8]  KLÖCKING, Renate a B. HELBING. Biopolymers for medical and pharmaceutical appli¬cations: Humic Substances, Polyisoprenoids, Polyesters and Polysacharides, Two Volumes. Weinheim. Wiley-VCH. 2005. ISBN 35-273-1154-8.

 

Další zajímavé příspěvky