Apskatīt Humusvielas izejas kodu

[[Attēls:Humusvielu_iedalījums.png|right|thumb|450x450px|Humusvielu iedalījums: 1) [[fulvoskābes]]; 2) [[humīnskābes]]; 3) [[humīns]]]]
[[Attēls:Organisko_vielu_transformācijas_evolūcija.png|right|thumb|450x450px|[[Organiskā viela|Organisko vielu]] transformācijas [[evolūcija]] – humusvielu veidošanās]]
'''Humusvielas''' ir bioloģiski noturīgas, lielmolekulāras, heterogēnas uzbūves dabiskas izcelsmes [[Organiskā viela|organiskas vielas]] ar plašu krāsu spektru (no dzeltenas līdz melnai).<ref>Stevenson F. J. (1982) Humus Chemistry – Genesis, Composition, Reactions. N.Y.: John
Wiley and Sons.</ref> Humusvielas ir atrodamas [[Ūdens|ūdeņos]], to nogulumos, [[Augsne|augsnē]]. Tās veido nozīmīgu daļu fosilo organisko nogulumu ([[akmeņogles|ogles]], [[lignīts]], [[kūdra]]). Humusvielu vecums atkarībā no to atrašanās vietas var būt ļoti dažāds. Humusvielas, kas atrodas [[Ūdens|ūdeņos]] vai [[Atkritumi|atkritumos]], ir dažus gadus vai tikai dažus mēnešus vecas, bet tās, kas atrodas [[jūra]]s ūdeņos, ir vairākus simtus gadu senas. [[Molekula|Molekulu]] izmērs var svārstīties no 400 līdz pat 1 000 000 [[Ogleklis|oglekļa]] vienībām – [[daltoni]]em. Humusvielām piemīt izteikta spēja veidot kompleksus ar [[metāli]]em, spēja šķīdināt [[Hidrofobs|hidrofobas]] organiskas vielas, kā arī samazināt šķīdumu [[Virsmas spraigums|virsmas spraigumu]]. Tāpēc humusvielas var būtiski ietekmēt vides īpašības, arī bioloģisko procesu norisi tajā.<ref>Hessen D.O., Tranvik L. (1998) Aquatic humic substances: Ecology and Biogeochemistry.
Ecological Series 133. Heidelberg, 346 pp.</ref>

Pēc šķīdības pakāpes ūdenī pastāv trīs frakcijas:                             
* [[humīns]] – humusvielu frakcija, kas nešķīst ūdenī;
* [[humīnskābes]] – humusvielu frakcija, kas šķīst ūdenī, ja [[pH]]>2;
* [[fulvoskābes]] – humusvielu frakcija, kas šķīst ūdenī, pastāvot jebkuram pH.{{sfn2|Aiken G. R. (1985) Isolation and concentration techniques for aquatic humic substances. In: Humic substances in soil, sediments and water (Eds. Aiken, G. R., McKnight, D.M., Wershaw, R. L., MacCarthy, P.) N.Y.: Wiley}}

== Humusvielu izcelsme ==  
Humusvielas var veidoties dažādās vidēs, un šādām humusvielām ir [[Autohtons|autohtona]] izcelsme, vai arī tās var tikt ienestas no saistītām vidēm ([[Allohtons|allohtonā]] izcelsme), piemēram, augsnes humusvielām ieskalojoties virszemes vai [[Pazemes ūdeņi|pazemes ūdeņos]].{{sfn2|Aiken G. R. (1985) Isolation and concentration techniques for aquatic humic substances. In: Humic substances in soil, sediments and water (Eds. Aiken, G. R., McKnight, D.M., Wershaw, R. L., MacCarthy, P.) N.Y.: Wiley}} 
Tās radušās sekundārās sintēzes ([[humifikācija]]s) rezultātā, satrūdot un transformējoties biomolekulām, kas veidojušās no atmirušiem organismiem [[Mikroorganisms|mikroorganismu]] iedarbībā uz organiskajām atliekām. Humifikācija ir ļoti sarežģīts bioķīmisks process ([[Augi|augu]] un [[Dzīvnieki|dzīvnieku]] atlieku sadalīšanās, [[Organiskā viela|organisko vielu]] [[mineralizācija]] un mikroorganismu iedarbība uz organiskajām atliekām u. c.), kuras rezultātā notiek organisko vielu sadalīšanās, tālāka transformācija un akumulācija kādā no vidēm.{{sfn2|Kļaviņš M. (1998) Aquatic humic substances. Latvian University, Rīga, 234 pp.}}  
Humifikācijas procesā mikroorganismi noārda un [[Vielmaiņa|metabolismam]] patērē lielāko daļu no organisko atlieku sastāvā esošo [[Ogļhidrāti|ogļhidrātu]], [[Lipīdi|lipīdu]], [[Nukleīnskābes|nukleīnskābju]] un [[Olbaltumvielas|olbaltumvielu]], un šī mikroorganismu veiktā barības vielu asimilācija ir uzskatāma par pirmo soli humusvielu veidošanās procesā. Dažas no minētajām vielām, piemēram, [[Cukurs|cukuri]] un [[ciete]], ir vieglāk sadalāmas, turpretī [[celuloze]] un [[Hemicelulozes|hemiceluloze]] mikroorganismu darbības ietekmē noārdās grūtāk, bet [[tauki]], [[vaski]] un [[lignīns]] ir visnoturīgākie pret bioloģisko degradāciju.{{sfn2|Ziechmann W. (1994) Humic substances. Mannheim: BI Wissenschafts Verlag}} Humifikācijas procesu raksturs dažādās vidēs nosaka zināmu līdzību dažādas izcelsmes humusvielu sastāvā. Vienlaikus jāpiebilst, ka atkarībā no humifikācijas apstākļiem vidē, tās fizikāli ģeogrāfiskajiem apstākļiem, bioloģisko procesu intensitātes humusvielu īpašības var stipri atšķirties (atšķirīgas ir, piemēram, augsnes, kūdras un ūdeņu humusvielas). Humifikācijas procesu ātrumu raksturo vairāki parametri:
* materiāla daudzums, kas tiek iesaistīts humifikācijas procesā;
* konsumentu [[Hererotrofi|(heterotrofisko organismu)]] kopienas, kuras pārtiek no organiskajām vielām;
* vides apstākļi ([[temperatūra]], vides reakcija, [[Oksidēšanās-reducēšanās reakcijas|oksidēšanās-reducēšanās]] apstākļi u. c.). Humifikācijas sekmēšana ir nozīmīga augsnes veidošanās procesos ([[Komposts|kompostēšana]]).
 
== Humusvielu nozīme ==
Humusvielas veido augsnes un daudzu fosilo oglekli saturošo [[Minerāls|minerālu]] (kūdras, [[Sapropelis|sapropeļa]], [[Brūnogles|brūnogļu]]) galveno masu. Uz Zemes humusvielas ir 2–3×1010 [[Tonna|t]] {{sfn2|Jones, M. N., Bryan, N. D. (1999) Colloidal properties of humic substances. Adv. Colloids Int. Sci. 78, 1-48.}}, un tāpēc tās var uzskatīt par visizplatītāko organisko vielu. Lielākie humusvielu krājumi atrodas izšķīdušā veidā [[Pasaules okeāns|Pasaules okeānā]], tās veido arī augsnes organiskās vielas. {{sfn2|Ziechmann W. (1994) Humic substances. Mannheim: BI Wissenschafts Verlag}}

Humusvielu uzbūve ļauj tām mijiedarboties ar dažādu vielu grupām, piemēram, neorganiskajiem [[Jons|joniem]], veidojot [[Sāļi|sāļus]] un [[Kompleksie savienojumi|kompleksus savienojumus]], kā arī ar [[Hidrofobs|hidrofobām]] organiskām vielām {{sfn2|Aiken G. R. (1985) Isolation and concentration techniques for aquatic humic substances. In: Humic substances in soil, sediments and water (Eds. Aiken, G. R., McKnight, D.M., Wershaw, R. L., MacCarthy, P.) N.Y.: Wiley}}{{sfn2|Ziechmann W. (1994) Humic substances. Mannheim: BI Wissenschafts Verlag}} Humusvielu spēja aktīvi mijiedarboties ar dažādām vidē esošām vielām nosaka to lielo nozīmi dabā noritošajos procesos, bet vienlaikus, ņemot vērā to lielo masu dažādās vidēs augsnē, kūdrā), tās spēj būtiski ietekmēt pašas vides īpašības, arī bioloģisko procesu norisi tajā. [[Attēls:Humusvielu_loma_augsnes_veidošanā,_produktivitātē_un_aizsardzībā.png|left|thumb|500x500px|Humusvielu loma augsnes veidošanā, produktivitātē un aizsardzībā (Izveidots pēc Орлов и др., 2002){{sfn2|Орлов Д. С., Садовникова Л. К., Лозановская И. Н. (2002) Экология и охрана биосферы при химическом загрязении. Москва: Высшая школа. 334}}]]

Humusvielu nozīmīgākās īpašības vidē norisošajos procesos ir šādas:
# noturība pret ķīmisko un bioloģisko degradāciju – humusvielas ir noturīgas pret mikrobiālo degradāciju, tādēļ to vecums var sasniegt pat 15 000 un vairāk gadu {{sfn2|Stevenson F. J. (1982) Humus Chemistry – Genesis, Composition, Reactions. N.Y.: John Wiley and Sons.}};
# humusvielas ir stabilas arī attiecībā pret vidē sastopamo [[Skābes|skābju]], [[Bāze (ķīmija)|bāzu]] un [[Oksidētājs|oksidētāju]] iedarbību. Intensīva humusvielu degradācija notiek fotoķīmiski, sevišķi [[Katalizators|katalizatoru]] klātbūtnē;
# spēja saistīties ar augsnes un ūdens minerālajiem komponentiem un organiskajiem savienojumiem {{sfn2|Stevenson F. J. (1982) Humus Chemistry – Genesis, Composition, Reactions. N.Y.: John Wiley and Sons.}}, kas ietekmē piesārņojošo vielu migrācijas raksturu {{sfn2|Kļaviņš M. (1998) Aquatic humic substances. Latvian University, Rīga, 234 pp.}};
# spēja saistīties ar [[Metāli|metālu]] joniem – humusvielās ir augsts tādu funkcionālo grupu saturs, kuras nosaka humusvielu spējas veidot savienojumus ar metālu joniem. Tāpēc ar humusvielām bagātos ūdeņos metāli galvenokārt atrodas nevis brīvu jonu, bet gan humīnskābju un fulvoskābju sāļu un [[Kompleksie savienojumi|kompleksu savienojumu]] veidā {{sfn2|Buffle, J. (1988) Complexation reactions in aquatic systems. Ellis Horwood: Chichester.}}. Līdz ar to humusvielas ietekmē metālu (īpaši smago metālu) transportu un atrašanos vidē.

== Humusvielu izmantošana ==

=== Humusvielu nozīme lauksaimniecībā ===
[[Attēls:Humusvielas_saturošu_mēslojumu_mūsdienās_plaši_izmanto_lauksaimniecībā.png|right|thumb|300x300px|Humusvielas saturošu mēslojumu mūsdienās plaši izmanto lauksaimniecībā]]
Humusvielas augsnē ir enerģijas avots tajā mītošajiem organismiem, jo tiem atšķirībā no virszemes [[augi]]em nav pieejama enerģija, kas rodas [[fotosintēze]]s procesā. Tādi augsnes organismi kā [[aļģes]], [[Raugs|rauga sēnes]], [[baktērijas]], [[sēnes]], [[nematodes]], [[mikoriza]] u.c. veic tādas būtiskas funkcijas kā augsnes auglības un struktūras uzlabošanu, kā arī veicina augu augšanu un aizsardzību pret dažādām slimībām. Humusvielām ir liela nozīme ūdens piesātinājuma nodrošināšanai un uzturēšanai. Līdzīgas struktūras augsnē humusvielu spēja noturēt ūdeni augu [[Sakne|sakņu]] sistēmas tuvumā ir septiņas reizes augstāka nekā tādas pašas augsnes [[Māls|mālu]] daļiņām.
Humusvielas augsnē ir arī efektīvs kompleksveidotājs, kas kopā ar [[Baktērijas|baktēriju]] radītajiem cukuriem un mālu minerāliem veido kompleksus. Kompleksu veidošana kopā ar spēju ietekmēt mitruma režīmu ir svarīgs augsnes struktūras veidotājs un uzlabotājs. Irdenāka augsnes struktūra uzlabo pārējos augšņu komponentus – [[Gāze|gāzu]] apmaiņu ar [[Atmosfēra|atmosfēru]], ūdens infiltrāciju, spēja veidot kompleksus būtiski ietekmē arī dažādus [[Toksīni|toksīnus]] ([[nikotīns]], [[fenoli]], [[antibiotika]]s, [[aflatoksīns]] u.c. [[pesticīdi]]), ar tiem gan veido kompleksus, gan arī iekļauj tos savā struktūrā, tādējādi samazinot to [[toksiskums]].
Humusvielām ir liela nozīme augsnes buferkapacitātes nodrošināšanā, līdz ar to augsnes ir izturīgākas pret paskābināšanos. Humusvielas ietekmē reakcijas ar [[Metāli|metālu joniem]], samazinot to kustīgumu un toksiskumu, t.i., humusvielu un smago [[Metāli|metālu]] veidotie kompleksi ir mazāk toksiski augiem kompleksa sastāvā kļūst nešķīstoši, tādējādi augi smagos metālus nevar uzņemt.

=== Humusvielu nozīme augu augšanas stimulēšanā ===
Galvenie augu augšanas stimulējošie faktori ir ūdens piesātinājuma nodrošināšana, augsnes struktūras uzlabošana, spēja saistīt mikroelementus. Humusvielas stimulē augu [[Augu minerālvielas|makroelementu]] [[Kālijs|K]], [[Slāpeklis|N]], [[Fosfors|P]], [[Kalcijs|Ca]] un [[Magnijs|Mg]] uzņemšanu. Ja tiek izmantotas humusvielas ar relatīvi mazu [[Molekulu masa|molekulmasu]] un optimālu to koncentrāciju, augiem, kas apstrādāti ar humusvielām vai audzēti ar humusvielām bagātā augsnē, ir par 20–50 % lielāka sakņu sistēma. Augu lapu apsmidzināšana ar humusvielām intensificē [[Ogļhidrāti|ogļhidrātu]] veidošanos augu lapās. Humusvielas tādējādi laika gaitā nokļūst gan augu saknēs, gan augos, iedarbojoties kā papildu barības vielas, ko var uzņemt augi vai [[Viekmaiņa|metabolisma]] reakcijās iesaistītie augsnes mikroorganismi.

=== Humusvielu izmantošana degradētas vides rekultivācijā ===
Humusvielu un metālu jonu mijiedarbībai ir liela nozīme – tās ietekmē metālu kustīgumu un toksiskumu, tiem nonākot dabas vidē. Ir pierādīts, ka humusvielas nosaka metālu atrašanās formas gan dabas ūdeņos, gan nogulumos. Humusvielu virsmas platība ir aptuveni 2000 m2/[[Grams|g]], kas ir ievērojami augstāka par citu vidē esošo minerālu virsmas platību un ir viens no galvenajiem faktoriem, kas ietekmē humusvielu–metālu mijiedarbības intensitāti.
Ir pierādīts, ka humusvielas vidē veicina vai ir tiešs cēlonis daudzu metālu jonu [[Oksidēšanās-reducēšanās reakcijas|reducēšanai]], kas ietekmē metālu kustīgumu vidē – piemēram, [[Dzelzs|Fe3+]] par [[Dzelzs|Fe2+]], [[Hroms|Cr6+]] par [[Hroms|Cr3+]]. Taču veikti arī pētījumi, kas ir pierādījuši, ka humusvielas pazemes vidē var noteikt apglabātu [[Radioaktivitāte|radioaktīvo]] vielu kustīguma palielināšanos {{sfn2|Giesy P. J., Geiger A. R., Kevern R. N., Alberts J. J. (1986) UO2 2+ - humate interactions in soft, acid, humate – rich waters. In: J, environ. Radioactivity, 4, G. B.: Elsesvier, 39-64}}, kā arī paaugstināt [[Dzīvsudrabs|Hg]] kustīgumu piesārņotās vidēs. Metālu un humusvielu mijiedarbības rezultātā ievērojami samazinās metālu jonu toksiskums. {{sfn2|Porta A. A., Ronco E. A. (1993) Cu (II) acute toxicity to the rotifer Brachionus calyciforus, as affected by fulvic acids of freshwater origin. In: Environmental pollution, 82, G. B.: Elsevier, 263-267}}
Organisko piesārņojošo vielu izplatību dabā ietekmē humusvielas, kuras sastopamas koloīdo daļiņu un izšķīdušā veidā, kā arī adsorbētas uz augsnes un nogulumus veidojošiem minerāliem. Humusvielu un organisko vielu mijiedarbības rezultātā var mainīties to īpašības un iedarbība dabas vidē.

=== Ūdeņu attīrīšana ===
Humusvielas un to modifikācijas produktus var izmantot notekūdeņu attīrīšanai, lai tos atbrīvotu no toksiskiem metālu savienojumiem. Tās ļoti veiksmīgi var izmantot [[Aerācijas tanki|aerācijas tankos]] kā piedevas, lai absorbētu [[Tauki|taukus]], [[eļļa]]s, organiskas izcelsmes šķidrumus un suspendēto materiālu.

=== Sorbenti ===
Humusvielām piemīt spēja ietekmēt [[Virsmas spraigums|virsmas spraigumu]], jo tām ir liela virsmas platība, to sastāvā ir tādas funkcionālās grupas kā [[Fenoli|fenolu]] hidroksilgrupas, karboksilgrupas u.c., kas nosaka spēju absorbēt, adsorbēt un selektīvi [[Ekstrakcija|ekstrahēt]] dažādus organiskos un neorganiskos materiālus. Izmantojot šīs humusvielu īpašības, tās veiksmīgi var lietot kā specializētus filtrus, ekstrahētājus un šķīdumus [[hromatogrāfija]]i. Ļoti plaši tos var izmantot ūdeņu attīrīšanai, kas [[Piesārņojums|piesārņoti]] ar dažādām suspensijām, eļļām, metāliem u.c. Ir pierādīts, ka kūdru un humusvielas var izmantot kā biosorbentus [[Kadmijs|kadmija]] un [[Cinks|cinka]] saistīšanai. {{sfn2|Twardowska I., Kyziol J., Goldrath T., Avnimelech Y. (1999) Adsorption of zinc peat from peatlands of Poland and Israel. In: Journal of geochemical exploration, 66, B. V.: Elsevier, 387 – 405}}

=== Humusvielu izmantošana rūpniecībā ===
Humusvielas var izmantot kā urbšanas [[Šķīdums|šķīdumus]], [[Baterija|bateriju]] un [[Akumulatoru baterija|akumulatoru]] darbības ilguma palielināšanai, [[Betons|betona]] un [[Cements|cementa]] [[Rūpniecība|rūpniecībā]], jo tās kā piedevas ne tikai nemaina betona sastāvu, bet arī uzlabo tā mehāniskās īpašības. Vēl humusvielas izmato tumšās krāsas iegūšanai, kā arī par piedevām eļļām, [[vaski]]em un sveķiem, kā izturīgus aģentus ūdens vidē, barjeru veidojošiem pārklājumiem [[Papīrs|papīra]] rūpniecībā. Humusvielas tradicionāli izmanto [[keramika]]s gatavošanā kā mitrinātāju un dispersijas veidotāju. Lai sāktu no [[Māls|māliem]] gatavot dažādus izstrādājumus, tos ir nepieciešams samitrināt un uzbriedināt, ko veiksmīgi var izdarīt ar humusvielām. Tās tiek lietotas kā [[Asfaltbetons|asfalta]] modifikācijas produkti jumtu materiāliem, dažādām [[Mastika|mastikām]], [[Hermētiķis|hermētiķiem]], pārklājumiem u.c. Sakarā ar humusvielu dispersiju veidošanas spējām tās var izmantot [[Inerts|inertu]], pret [[Liece|lieci]] un plaisāšanu izturīgu materiālu izgatavošanai, kā arī lietot kā piedevas, lai modificētu dažādas plūsmas, izsmidzināšanu un virsmas [[Adhēzija|adhēziju]]. Humusvielas var izmantot [[Gumija|gumiju]], melnās [[tinte]]s, krāsu un rūpniecisko pārklājumu ražošanā. Humusvielu stabilitāte arī augstās temperatūrās un spēja veidot kompleksus ar dažādām [[Organiskā viela|organiskajām vielām]] ir par iemeslu to izmantošanai smērvielu rūpniecībā. Humusvielas var kalpot kā konservanti, mikroorganismu darbības kavētājas, kas saista visus [[Slāpeklis|slāpekli]] saturošus savienojumus, arī [[aminoskābes]] un [[Ferments|enzīmus]].

== Atsauces ==
{{Atsauces}}

== Literatūra ==
* {{laikraksta atsauce|last1=Purmalis|first1=Oskars|last2=Šīre|first2=Jānis|title=Humusvielas un to izmantošanas iespējas|url=http://www.lu.lv/fileadmin/user_upload/lu_portal/projekti/vpp/files/apProj_5/Humusvielas/HV.pdf}}

[[Kategorija:Augsnes]]