Humus

Humus je rozhodujícím segmentem pro život v půdě. Humusové látky jsou jednou z nejrozšířenějších forem výskytu organického uhlíku v biosféře. Jsou jednou z nejdůležitějších půdních složek ovlivňujících půdní metabolizmus i půdní ekosystém jako celek. Z kvalitativního pohledu je možné chápat humus jako jeden z produktů dekompozice odumřelé organické hmoty v půdě. Jeho tvorba začíná rozkladnými procesy organických zbytků a končí navazujícími syntézami. Rozkládány jsou v prvé řadě celulóza, hemicelulóza, lignin a proteiny, v řadě druhé pak fenolové deriváty a pryskyřice, alkaloidy, pigmenty a jiná organická barviva, taniny, tuky, vosky, oleje, keratiny, chitin, volné aminokyseliny a cukry. Během jediného roku ztratí drtivá většina organických látek svou původní morfologickou a chemickou integritu a stává se součástí pokladnice zvané humus. Polyfenolické produkty rozkladu dále podléhají mikrobiálním oxidačním polymerizacím, při nichž vznikají makromolekuly bez vedlejších produktů, a mikrobiálním polykondenzacím, při nichž naopak dochází k odštěpení jednoduchých nízkomolekulárních produktů. Průběh obou reakcí je urychlován enzymy a některými anorganickými ionty. Produkty syntéz pak mají tendenci vytvářet velmi komplikované organické struktury, které jsou nesrovnatelně stabilnější než výchozí látky.

Různé typy humusu se ve své celkové struktuře příliš neliší. Dělí je uspořádání a četnost výskytu jejich charakteristických stavebních skupin. Takto lze humus charakterizovat jako skupinu látek na bázi rozvětvených polymerů spirální struktury s různě obsazenými funkčními skupinami.

Humus tak můžeme považovat za skupinu půdních organických sloučenin s proměnnými vnějšími rozměry (vlivem svinování a natahování polymerních řetězců), vysokým vnitřním aktivním povrchem (vlivem jeho spirální struktury) a s převažujícím negativním nábojem, a tedy i se silnou tendencí vytvářet komplexy s půdními kationty. Polymerizace (či kondenzace) a depolymerizace přitom v humusových látkách probíhají kontinuálně.

Organická hmota vstupující do půdy ve formě rostlinných zbytků je v půdě využívána půdními organismy jako zdroj uhlíku a energie, ale i jako zdroj živin – vstupuje do potravního řetězce. Činností půdních organismů a biochemických pochodů v půdě dochází k postupnému rozkladu organické hmoty, živiny v ní obsažené se postupně uvolňují do půdy ve formě iontů a mohou opětovně sloužit jako zdroj živin pro rostliny.

Nově vytvořená organická hmota se v půdě váže na anorganické látky a tím vznikají velice stabilní organo-minerální komplexy, které jsou důležité pro tvorbu půdní struktury.

Základem půdní struktury jsou agregáty, které vznikají slepováním bakterií a jílových částeček s houbovými vlákny, hrubšími minerálními částicemi a nerozloženými zbytky rostlin. Důležitou roli v tvorbě agregátů hrají organismy s bohatou tvorbou slizovitých látek. V agregátech jsou jemné póry, do kterých může pronikat voda i vzduch. Na „slepení“ jednotlivých částeček do jednoho agregátu se podílejí organické látky a oxidy železa nebo křemíku, a podle jejich zastoupení a kvality se mění i stabilita agregátu. Nestabilní agregáty se ve vodě rychle rozplaví na jednotlivé částečky a půda má špatnou strukturu. Snadno se slévá, utužuje a vytváří se škraloupy nepropustné pro vodu a vzduch. Takové prostředí není vhodné pro rozvoj rostlin a organismů. Naopak půdy se stabilní strukturou jsou pórovité, dobře propustné pro vodu i vzduch a odolné proti utužení. Umožňují pronikání kořenů rostlin i edafonu do půdního profilu a jejich další rozvoj.

Vedle humusu vzniká při rozkladu a humifikaci oxid uhličitý. Podle hmotnosti je dokonce hlavním produktem. Relativní obohacování humusových látek o dusík zároveň znamená relativní ochuzování o uhlík (uvolněný hlavně jako CO₂). Oxid uhličitý je klíčovou sloučeninou koloběhu uhlíku v biosféře. Nejprve je odčerpán fotosyntézou z atmosféry a fixován v biomase. Odtud se buď vrací zpět do atmosféry, nebo se dočasně (byť na dlouhou dobu) váže v humusu. Ten se však posléze také rozkládá a vzniklý CO₂ doplňuje zásobu uhlíku v atmosféře. Z 1 hektaru půdy se denně uvolňuje do atmosféry průměrně 25–30, maximálně až 100 kg CO₂ (čili asi 6–25 kg uhlíku – rozdíly mezi ekosystémy jsou značné). Pro lepší představu: Čtvereční metr půdy „vydechuje“ až 5 litrů CO₂ denně. Malé množství CO₂ v půdě reaguje za vzniku H₂CO₃ a uhličitanů a může se z půdy vymývat.

Obsah celkového dusíku v půdě je hodnotou poměrně stálou a vyjadřuje se poměrem C: N. V našich půdách je uváděná průměrná hodnota C: N 10-12:1, i když za dostatečné zásobení rostlin dusíkem považují mnozí autoři ještě poměr 15-18:1. Poměr C: N s hloubkou klesá, a proto v podorniční vrstvě ho bývá 5-10 x méně.

Organické dusíkaté látky hydrolyzovatelné jsou v půdě mineralizovány až na amoniak.

HUMUS – je rozhodujícím segmentem pro život v půdě. Humusové látky jsou jednou z nejrozšířenějších forem výskytu organického uhlíku v biosféře. Jsou jednou z nejdůležitějších půdních složek ovlivňujících půdní metabolizmus i půdní ekosystém jako celek. Z kvalitativního pohledu je možné chápat humus jako jeden z produktů dekompozice odumřelé organické hmoty v půdě. Jeho tvorba začíná rozkladnými procesy organických zbytků a končí navazujícími syntézami. Rozkládány jsou v prvé řadě celulóza, hemicelulóza, lignin a proteiny, v řadě druhé pak fenolové deriváty a pryskyřice, alkaloidy, pigmenty a jiná organická barviva, taniny, tuky, vosky, oleje, keratiny, chitin, volné aminokyseliny a cukry. Během jediného roku ztratí drtivá většina organických látek svou původní morfologickou a chemickou integritu a stává se součástí pokladnice zvané humus. Polyfenolické produkty rozkladu dále podléhají mikrobiálním oxidačním polymerizacím, při nichž vznikají makromolekuly bez vedlejších produktů, a mikrobiálním polykondenzacím, při nichž naopak dochází k odštěpení jednoduchých nízkomolekulárních produktů. Průběh obou reakcí je urychlován enzymy a některými anorganickými ionty. Produkty syntéz pak mají tendenci vytvářet velmi komplikované organické struktury, které jsou nesrovnatelně stabilnější než výchozí látky.

Různé typy humusu se ve své celkové struktuře příliš neliší. Dělí je uspořádání a četnost výskytu jejich charakteristických stavebních skupin. Takto lze humus charakterizovat jako skupinu látek na bázi rozvětvených polymerů spirální struktury s různě obsazenými funkčními skupinami.

Humus tak můžeme považovat za skupinu půdních organických sloučenin s proměnnými vnějšími rozměry (vlivem svinování a natahování polymerních řetězců), vysokým vnitřním aktivním povrchem (vlivem jeho spirální struktury) a s převažujícím negativním nábojem, a tedy i se silnou tendencí vytvářet komplexy s půdními kationty. Polymerizace (či kondenzace) a depolymerizace přitom v humusových látkách probíhají kontinuálně.

Organická hmota vstupující do půdy ve formě rostlinných zbytků je v půdě využívána půdními organismy jako zdroj uhlíku a energie, ale i jako zdroj živin – vstupuje do potravního řetězce. Činností půdních organismů a biochemických pochodů v půdě dochází k postupnému rozkladu organické hmoty, živiny v ní obsažené se postupně uvolňují do půdy ve formě iontů a mohou opětovně sloužit jako zdroj živin pro rostliny.

Nově vytvořená organická hmota se v půdě váže na anorganické látky a tím vznikají velice stabilní organo-minerální komplexy, které jsou důležité pro tvorbu půdní struktury.

Základem půdní struktury jsou agregáty, které vznikají slepováním bakterií a jílových částeček s houbovými vlákny, hrubšími minerálními částicemi a nerozloženými zbytky rostlin. Důležitou roli v tvorbě agregátů hrají organismy s bohatou tvorbou slizovitých látek. V agregátech jsou jemné póry, do kterých může pronikat voda i vzduch. Na „slepení“ jednotlivých částeček do jednoho agregátu se podílejí organické látky a oxidy železa nebo křemíku, a podle jejich zastoupení a kvality se mění i stabilita agregátu. Nestabilní agregáty se ve vodě rychle rozplaví na jednotlivé částečky a půda má špatnou strukturu. Snadno se slévá, utužuje a vytváří se škraloupy nepropustné pro vodu a vzduch. Takové prostředí není vhodné pro rozvoj rostlin a organismů. Naopak půdy se stabilní strukturou jsou pórovité, dobře propustné pro vodu i vzduch a odolné proti utužení. Umožňují pronikání kořenů rostlin i edafonu do půdního profilu a jejich další rozvoj.

Vedle humusu vzniká při rozkladu a humifikaci oxid uhličitý. Podle hmotnosti je dokonce hlavním produktem. Relativní obohacování humusových látek o dusík zároveň znamená relativní ochuzování o uhlík (uvolněný hlavně jako CO₂). Oxid uhličitý je klíčovou sloučeninou koloběhu uhlíku v biosféře. Nejprve je odčerpán fotosyntézou z atmosféry a fixován v biomase. Odtud se buď vrací zpět do atmosféry, nebo se dočasně (byť na dlouhou dobu) váže v humusu. Ten se však posléze také rozkládá a vzniklý CO₂ doplňuje zásobu uhlíku v atmosféře. Z 1 hektaru půdy se denně uvolňuje do atmosféry průměrně 25–30, maximálně až 100 kg CO₂ (čili asi 6–25 kg uhlíku – rozdíly mezi ekosystémy jsou značné). Pro lepší představu: Čtvereční metr půdy „vydechuje“ až 5 litrů CO₂ denně. Malé množství CO₂ v půdě reaguje za vzniku H₂CO₃ a uhličitanů a může se z půdy vymývat.

Humus působí jako příjemce CO₂

• uhlík uložený v humusu pochází z fotosyntézy rostlin, tzn. z atmosféry. Čím vyšší je obsah humusu, tím více uhlíku z ovzduší je vázáno.
• Příklad: 1 ha zemědělské půdy s ornicí o výšce 30 cm a 3% podílem humusu váže 100 t uhlíku

Pokud rozklad organické hmoty probíhá v aerobních podmínkách, organismy získávají energii v procesech aerobní respirace. Aerobní mikroorganismy ve většině případů přeměňují zkonzumovaný substrát na buněčné komponenty, CO₂ a vodu. Využitelnost spotřebovaného substrátu (energetická účinnost) na tvorbu biomasy je vysoká. Naopak v anaerobních podmínkách při nedostatku kyslíku bakterie získávají energii v procesech anaerobní respirace a při fermentačních pochodech je energetická účinnost metabolismu nízká. To znamená, že na získání energie pro tvorbu určitého množství buněk je potřeba mnohem více substrátu než v případě aerobního metabolismu. Zatímco bakterie, které získávají energii v procesech aerobní a anaerobní respirace mineralizují organický substrát až na CO₂ a H₂O, ani jedna skupina anaerobních bakterií není schopna kompletní mineralizace substrátu (např. glukózu na CO₂).

Organická hmota vstupující do půdy ve formě rostlinných zbytků je v půdě využívána půdními organismy jako zdroj uhlíku a energie, ale i jako zdroj živin – vstupuje do potravního řetězce. Činností půdních organismů a biochemických pochodů v půdě dochází k postupnému rozkladu organické hmoty, živiny v ní obsažené se postupně uvolňují do půdy ve formě iontů a mohou opětovně sloužit jako zdroj živin pro rostliny. Nově vytvořená organická hmota se v půdě váže na anorganické látky a tím vznikají velice stabilní organo-minerální komplexy, které jsou důležité pro tvorbu půdní struktury. Vedle humusu vzniká při rozkladu a humifikaci oxid uhličitý. Oxid uhličitý je klíčovou sloučeninou koloběhu uhlíku v biosféře. Nejprve je odčerpán fotosyntézou z atmosféry a fixován v biomase. Odtud se buď vrací zpět do atmosféry, nebo se dočasně (byť na dlouhou dobu) váže v humusu. Ten se však posléze také rozkládá a vzniklý CO₂ doplňuje zásobu uhlíku v atmosféře. Z 1 hektaru půdy se denně uvolňuje do atmosféry průměrně 25–30, maximálně až 100 kg CO₂ (čili asi 6–25 kg uhlíku – rozdíly mezi ekosystémy jsou značné). Pro lepší představu: Čtvereční metr půdy „vydechuje“ až 5 litrů CO₂ denně. Malé množství CO₂ v půdě reaguje za vzniku H₂CO₃ a uhličitanů a může se z půdy vymývat. Úrodná půda obsahuje 100 t organické hmoty na 1 ha.

Energie v ekosystémech nekoluje, ale je přenášena z organismu na organismus. Nejdříve se musí nějak do systému dostat (základní vklad) – rostliny, zelené řasy a cyanobakterie jsou jediné organismy na Zemi schopné zachytit sluneční energii, uchovat ji v biomolekulách a tím ji dát k dispozici zbytku ekosystému (některé bakterie mohou v hloubkách oceánu zachytit podobným způsobem geotermální energii). Požitím těchto primárních producentů dalšími organismy se takto uchovaná energie předává z organismu na organismus. Při tomto předání vždy dojde k nějaké ztrátě energie, vždy se využije jen část a část se ztratí ve formě tepla, až je nakonec veškerá energie ztracena do prostoru. Biologické komunity – organismy na všech úrovních bez výjimky spolu v biologických komunitách interagují a jejich vztahy jsou vzájemně propojeny – tím se tvoří ekosystémy, od těch nejjednodušších (mechy na holých skalách) až po ty nejsložitější. Nic neexistuje jen tak samo o sobě (alespoň ne dnes, proto je tak obtížné si představit a vysvětlit počátky života).

Kompost vytváří

mimořádně stabilní, vysoce hodnotnou organickou strukturu půdy. Podporuje život v půdě a trvale zlepšuje její vlastnosti. Při používání kompostu není nutné vápnění. Kompost je hygienicky nezávadný. Kvalitní kompost je zcela zbaven klíčivých semen a oddenků plevelů.

Kompost usnadňuje zpracování půdy, zvyšuje vodní jímavost a retenční kapacitu, zkypřuje utužené a těžké půdy, regeneruje půdu, podporuje život v půdě, redukuje choroby rostlin a škůdce, omezuje kyselost půd a stabilizuje hodnotu pH, snižuje vodní erozi, redukuje spotřebu vody, zabraňuje vysychání, dlouhodobě zásobuje rostliny důležitými živinami, podporuje život v půdě.

Komposty jsou organická hnojiva, definovaná jako směs organických látek a zeminy, oživená užitečnou půdní mikroflórou, v níž probíhají nebo proběhly humusotvorné procesy. Hlavním smyslem výroby kvalitních kompostů je to, aby kompost obsahoval dostatečné množství organických látek, aby se přitom maximálně využily různé odpady obsahující organické látky a živiny, které kompostováním získávají novou kvalitu.

Pod povrchem půdy probíhá velice čilý život, založený zejména na konzumaci biologické potravy. Přesto se nedá říct, že v půdě žijí jenom vegetariáni. Naše představy o tomto životě jsou stále ještě velmi nedokonalé. Možná proto, že tam nevidíme, obvykle máme snahu tento život podceňovat.

Pro určitou představu mohou sloužit následující obrázky.

Na pouhém půl hektaru kvalitní půdy v mírném pásu je milion bakterií jen jediného druhu, 100 tisíc kvasinek a na 50 tisíc různých podhoubí. Půdy vznikají postupně, ale z lidské perspektivy je to proces natolik pomalý, že se vlastně jedná o neobnovitelný zdroj. Navíc zdroj velmi křehký a zranitelný.

Aby se tyto organismy uživily, musí být až 90 % produktů fotosyntézy čerpáno kořeny.