De humusstoffer er organiske forbindelser , som er vigtige komponenter i humus , hovedfraktionen organiske af jorden , den tørv og kul (og også en komponent af mange streams Upland af Brunvandet sø og den vand af havet ). I en lang periode den XIX th og XX th århundreder har humusstoffer ofte blevet betragtet med hensyn til syre-base-teorien beskriver de humussyrer , såsom organiske syrer og deres konjugatbaser , de humater som vigtige bestanddele af organisk stof . Fra dette synspunkt blev humussyrer defineret som organiske stoffer ekstraheret fra jorden, som koagulerer (danner små faste stykker), når en stærk baseekstrakt syrnes , mens fulvinsyrer er organiske syrer, der forbliver opløselige (forbliver opløst), når en stærk base ekstrakt syrnes.
Det isolerede humiske materiale er resultatet af en kemisk ekstraktion fra jordens organiske materiale (in) eller opløst organisk materiale, og humiske molekyler fordeles i jord eller vand. Ny forståelse betragter humiske stoffer ikke som makropolymerer med høj molekylvægt, men som heterogene og relativt små molekylære komponenter af organisk jordbundsmateriale, der er selvsamlet i supramolekylære foreninger og sammensat af en række forbindelser af biologisk oprindelse og syntetiseret ved abiotiske og biotiske reaktioner i jord. Det er jordens humus store molekylære kompleksitet, der giver humisk stof sin bioaktivitet i jorden og dets rolle som plantevækstfremmende.
Dannelsen af humiske stoffer i naturen er et af de mindst forståede aspekter af humuskemi og et af de mest spændende. Der er tre hovedteorier for at forklare teorien om lignin Waksman (1932), polyphenoler teorien og teorien om kondensering sukkeramin fra Maillard (1911). Disse teorier er utilstrækkelige til at redegøre for observationer inden for jordforskning. Humiske stoffer dannes ved mikrobiel nedbrydning af dødt plantemateriale (in) , såsom lignin og trækul . Humiske stoffer i laboratoriet er meget resistente over for yderligere bionedbrydning. De nøjagtige egenskaber og struktur for en given prøve afhænger af vand- eller jordkilden og de specifikke ekstraktionsbetingelser. Ikke desto mindre er de gennemsnitlige egenskaber for humiske stoffer produceret i laboratoriet fra forskellige kilder bemærkelsesværdigt ens.
Humiske stoffer, der findes i jord og sedimenter, kan opdeles i tre hovedfraktioner: humussyrer, fulvinsyrer og humin . Deres tilstedeværelse og relative overflod udledes af laboratorieekstraktion, en proces, der ændrer deres oprindelige form uden anerkendelse. Humus- og fulvinsyrer ekstraheres som kolloid sol fra jord og andre faste fasekilder i en stærkt basisk vandig opløsning af natriumhydroxid eller kaliumhydroxid . Huminsyrer udfældes fra denne opløsning ved at justere pH til 1 med saltsyre , hvorved fulvinsyrerne efterlades i opløsning. Dette er den operationelle skelnen mellem humus- og fulvinsyrer. Humin er uopløselig i fortyndet alkali. Den alkoholopløselige del af den humiske fraktion betegnes almindeligvis ulmsyre . De " humiske syrer grå " ( grå humusyrer , GHA) er opløselige i alkaliske medier med lav ionstyrke; de " brune humusyrer " ( brune humusyrer , BHA) er opløselige under alkaliske forhold uafhængigt af ionstyrke; og fulvinsyrer (FA) er opløselige uanset pH og ionstyrke.
Humus i naturen produceres ved bionedbrydning af væv fra døde organismer og er derfor omtrent synonymt med organisk materiale ; forskellene mellem de to er ofte ikke trukket præcist og konsekvent.
Huminsyre som traditionelt produceret i laboratoriet er ikke en enkelt syre ; snarere er det en kompleks blanding af mange forskellige syrer indeholdende carboxyl- og phenolatgrupper , således at blandingen opfører sig funktionelt som en dibasisk syre eller lejlighedsvis som en tribasinsyre . Humussyren, der bruges til at modificere jorden, fremstilles efter de samme veletablerede procedurer. Huminsyrer kan danne komplekser med ioner, der almindeligvis findes i miljøet, hvilket skaber humiske kolloider . Huminsyrer er uopløselige i vand ved sur pH, mens fulvinsyrer også stammer fra humiske stoffer, men er opløselige i vand over hele pH-området. Humus- og fulvinsyrer bruges almindeligvis som et jordtilskud i landbruget og sjældnere som et humant ernæringstilskud. Som et ernæringstilskud kan fulvinsyre findes i flydende form som en bestanddel af mineralkolloider. Fulvinsyrer er polyelektrolytter og er unikke kolloider, der let diffunderer gennem membraner i modsætning til alle andre kolloider.
En sekventiel kemisk fraktionering kaldet Humeomics kan bruges til at isolere mere homogene humiske fraktioner og bestemme deres molekylære strukturer ved avancerede spektroskopiske og kromatografiske metoder. Stoffer identificeret i de humiske ekstrakter og direkte i jorden inkluderer mono-, di- og trihydroxy syrer (en) , fedtsyrerne , dicarboxylsyrerne , lineære alkoholer, phenolsyrer , terpenoider , kulhydrater og aminosyrer.
Nedbrydningsprodukterne af dødt plantemateriale danner intime forbindelser med mineraler, hvilket gør det vanskeligt at isolere og karakterisere organiske jordbestanddele. Kemikere jordbearbejdning XVIII th århundrede har med succes brugt alkalisk ekstraktion til isolering af en del af organiske bestanddele af solen. Dette førte til teorien om, at en proces med "befugtning" skabte "humiske stoffer"; oftest “huminsyre”, “fulvinsyre” og “humin”. Disse humiske stoffer er dog ikke blevet observeret i jorden. Selvom teorien om "befugtning" ikke understøttes af beviser, fortsætter den underliggende teori i nutidig litteratur, herunder aktuelle lærebøger. Forsøg på at omdefinere "humiske stoffer" i gyldige termer har resulteret i en spredning af uforenelige definitioner med vidtrækkende implikationer ud over evnen til at kommunikere videnskabeligt nøjagtige jordprocesser og egenskaber.
Siden begyndelsen af moderne kemi har humiske stoffer været blandt de mest undersøgt blandt naturlige materialer. På trods af lange undersøgelser forbliver deres molekylære og kemiske struktur undvigende. Den traditionelle opfattelse er, at humiske stoffer er heteropolykondensater, i forskellige foreninger med ler. En nyere opfattelse er, at relativt små molekyler også spiller en rolle. Humiske stoffer repræsenterer 50 til 90% af kationudvekslingskapaciteten . Svarende til ler indeholder trækul og kolloid humus kationiske næringsstoffer.
En typisk humus stof er en blanding af mange molekyler, hvoraf nogle er baseret på et mønster af aromatiske ringe med phenoliske og carboxyliske substituenter , bundet sammen; illustrationen viser en typisk struktur. De funktionelle grupper, der bidrager mest til overfladeladning og reaktivitet af humiske stoffer, er phenol- og carboxylgrupperne. Humussyrer opfører sig som blandinger af dibasiske syrer, med en pK 1 værdi på ca. 4 til protonering af carboxylgrupper og ca. 8 til protonering af phenolatsalte grupper. Der er betydelig samlet lighed mellem de forskellige humusyrer. Af denne grund er pK-værdierne målt for en given prøve gennemsnitsværdier, der vedrører den sammensatte art. Den anden vigtige egenskab er ladningstætheden . Molekyler kan danne en supramolekylær struktur, der holdes sammen af ikke-kovalente kræfter , såsom van der Waals-kraft , π-π og CH-π-bindinger.
Tilstedeværelsen af carboxylat- og phenolatgrupper giver huminsyrer evnen til at danne komplekser med ioner, såsom Mg2 + , Ca2 + , Fe2 + og Fe3 + . Mange humussyrer har to eller flere af disse grupper arrangeret til at tillade dannelse af chelatkomplekser . Dannelsen af komplekser (chelater) er et vigtigt aspekt af den humane syres biologiske rolle i reguleringen af metalioners biotilgængelighed .
Tilstedeværelsen af humussyre i vand til drikkevand eller industriel vand brug kan have en betydelig indvirkning på bearbejdelighed af dette vand og succesen af kemiske desinfektion processer . For eksempel kan humus- og fulvinsyrer reagere med kemikalier, der anvendes i kloreringsprocessen til dannelse af desinfektionsbiprodukter, såsom dihaloacetonitriler, som er giftige for mennesker. Nøjagtige metoder til etablering af huminsyrekoncentrationer er derfor vigtige for at opretholde vandforsyningen, især fra tørvede højlandskaber i tempererede klimaer.
Da mange forskellige bioorganiske molekyler i meget forskellige fysiske foreninger blandes i naturlige miljøer, er det vanskeligt at måle deres nøjagtige koncentrationer i den humiske overbygning. Af denne grund estimeres koncentrationer af huminsyre traditionelt ud fra koncentrationer af organisk stof (generelt fra koncentrationer af totalt organisk kulstof (TOC) eller opløst organisk kulstof (DOC).
Ekstraktionsprocedurerne er dømt til at modificere nogle af de kemiske bindinger, der er til stede i jordhumiske stoffer (hovedsagelig esterbindinger i biopolyestere, såsom cutins og suberiner ). Humiske ekstrakter består af et stort antal forskellige bioorganiske molekyler, der endnu ikke er fuldstændigt adskilt og identificeret. Imidlertid er unikke klasser af resterende biomolekyler blevet identificeret ved selektive ekstraktioner og kemisk fraktionering og er repræsenteret af alkansyre og hydroxyalkansyre, harpikser, voks, ligninrester, sukkerarter og peptider.
Landmænd har vidst, at organiske jord ændringer har været til gavn for planternes vækst siden længe før historien. Imidlertid har den kemi og funktion af organisk stof været kontroversiel, da mennesket begyndte at postulere om XVIII th århundrede. Indtil Liebigs tid blev det antaget, at humus blev brugt direkte af planter, men efter at Liebig viste, at plantevækst afhænger af uorganiske forbindelser, mente mange jordforskere, at organisk materiale ikke kun var nyttigt til fertilitet, fordi det blev nedbrudt sammen med frigivelsen af dens bestanddele næringsstoffer , i uorganiske former. I dag tager jordforskere et mere holistisk synspunkt og erkender i det mindste, at humus påvirker jordens frugtbarhed gennem sin indvirkning på jordens vandholdende kapacitet. Da planter har vist sig at optage og translokere de komplekse organiske molekyler af systemiske insekticider , kan de ikke længere miskreditere tanken om, at planter muligvis er i stand til at optage opløselige former for humus; dette kan faktisk være en væsentlig proces til absorption af ellers uopløselige jernoxider.
En undersøgelse af virkningen af huminsyre på plantevækst blev udført ved Ohio State University, hvori det blev erklæret, at humiske syrer til dels øgede plantevæksten, og at der var relativt store reaktioner på mange.
En undersøgelse fra 1998 foretaget af forskere ved North Carolina State University College of Agriculture and Life Sciences viste, at tilføjelse af humat til jord signifikant øgede rodmassen af Agrostis stolonifera- græs .
Tungmetalbindingskapaciteten for humussyrer er blevet udnyttet til at udvikle afhjælpende teknologier til at fjerne tungmetaller fra spildevand. Til dette formål Yurishcheva et al. pels magnetiske nanopartikler overtrukket med humussyrer. Efter at have fanget blyionerne, kan nanopartiklerne derefter fanges ved hjælp af en magnet.
Arkæologi finder ud af, at det gamle Egypten brugte muddersten forstærket med halm og humussyrer.
I økonomisk geologi henviser udtrykket Humus til geologiske materialer, såsom senge af nedbrudt kul (ved forvitring), argillit ( mudderrock , løs og løst stratificeret lersten, der skyldes konsolidering af ler ved komprimering) eller materiale af porer i sandsten , som er rige på humussyrer. Fra humat blev ekstraheret fra Fruitland Formation i New Mexico til brug som jordjustering siden 1970'erne med næsten 60.000 ton produceret i 2016. De humate aflejringer kan også spille en vigtig rolle i dannelsen af uranaflejringer .
"Syntese af fulvinsyre (1a) blev udført ved en vej, der involverede selektiv ozonisering af 9-propenylpyranobenzopyran (1c) opnået ved en regioselektiv cyklisering af 2-methylsulfinylmethyl 1,3-dion (3c)"
“Spørgsmålet er også blevet behandlet ved at omdefinere 'humiske stoffer' som den del af jordens organiske materiale, der ikke kan karakteriseres molekylært, eller ved at kalde alt jordens organiske stof for 'humus'. Vi hævder, at dette kompromis - vedligeholdelse af terminologi men ændring af betydningen heraf på forskellige måder - hæmmer videnskabelig udvikling ud over jordvidenskaben. det kræver, at man efterlader det traditionelle syn for at skabe varig innovation og fremskridt. Dette er kritisk, da videnskabelige felter uden for jordvidenskab baserer deres forskning på den falske forudsætning for eksistensen af 'humiske stoffer'. Således bliver et spørgsmål om terminologi et problem med falsk slutning med vidtrækkende implikationer ud over vores evne til at kommunikere videnskabeligt nøjagtige jordprocesser og egenskaber. "
“ Humus tegner sig for 50 til 90% af kationudvekslingskapaciteten. Ligesom ler har humuskolloider og høje overfladearealer næringskationer »
"Værdien af at tilføje organisk stof til jorden i form af husdyrgødning, grøn gødning og afgrøderester til frembringelse af gunstig jordbunke har været kendt siden oldtiden"
"Og da planter har vist deres evne til at absorbere og translokere de komplekse molekyler af systemiske insekticider, kan de ikke længere miskreditere ideen om, at planter er i stand til at absorbere de opløselige humiske næringsstoffer, der indeholder langt ..."