Professori Helinä Hartikainen
Helsingin yliopisto, soveltavan kemian ja mikrobiologian laitos
e-mail
Kuolleista kasveista syntynyttä ainesta pidettiin maanviljelyksen alkuaikoina elämän eliksiirinä, jolle ei kuitenkaan osattu antaa mitään omaa nimeä. Antiikin roomalaiskirjailijat käyttivät sanaa humus synonyyminä maata tarkoittaville sanoille terra ja solum. Vasta 1800-luvun alussa Thaer alkoi käyttää humus-termiä tarkoittamaan vain tiettyä maan komponenttia. Oppikirjassaan hän kuvaili humuksen koostumusta, reaktiivisuutta ja uuttuvuutta paikkansa pitävästi, mutta ruokki jo aiemmin vääräksi osoitettua humusteoriaa. Sen mukaan kasvien kuiva-aineesta suurin osa on peräisin maan eloperäisestä aineksesta. Nykyisin tiedämme, että kasvien kuiva-aines on syntynyt elävän kasvin yhteyttämisen tuloksena ja että kuoltuaan se toimii elämää ylläpitävästi monien biologisten, kemiallisten ja fysikaalisten mekanismien kautta. Loogisen kokonaiskuvan muodostamista vaikutustavoista hämärtää kuitenkin usein terminologinen kirjavuus ja epätäsmällisyys. Ristiriitaisia mielikuvia syntyy, kun kaikesta maan eloperäisestä aineksesta käytetään epätarkasti nimitystä humus. Nykymääritelmän mukaan humus on humifioitumisprosessissa syntetisoitunutta, pääosin mikrobien tuottamaa ainesta, joka on rakenteeltaan hyvin monimutkaista ja huonosti hajoavaa. Orgaanisen aineksen jako varsinaiseen humukseen ja muuhun ainekseen systematisoi maassa tapahtuvia prosesseja. Raja näiden kahden luokan välillä on liukuva, sillä kuolleen eloperäisen aineksen matka humukseksi on pitkä ja monivaiheinen. Sekä matkan varrella tapahtuvilla reaktioilla ja niissä syntyvillä välituotteilla että prosessin lopputuotteella on maassa omat tärkeät tehtävänsä. Näin ollen orgaanisen aineksen eri luokkia ei voida käsitellä toisistaan riippumattomina.
Hajoava aines toimii varastona, josta vapautuu ravinteita uuden kasvillisuuden käyttöön. Monipuolisesti sopeutuneen mikrobiston toimesta maahan joutuva aines tavallisesti hajoaa suurimmaksi osaksi lähtöaineikseen. Samanlaisen kasvillisuuden vallitessa pitkään samalla paikalla maahan muodostuu luonteenomainen, melko vakaa orgaanisen aineksen pitoisuus. Poikkeuksen tekevät luonnontilaiset suot, joissa hidastunut hajotus pikkuhiljaa kasvattaa turvekerroksia. Mikrobiologinen aktiivisuus parantaa kasvien juurten kasvuedellytyksiä lima-aineiden tuotannon avulla, jotka stabiloivat maan mururakennetta. Maan muheuden ylläpito kuitenkin edellyttää, että maassa on jatkuvasti hajotuskelpoista ainesta. Mikrobien metabolian sivutuotteina maahan joutuu myös monia elämää sääteleviä aktiivisia aineita kuten antibiootteja, vitamiineja, aminohappoja sekä aineita, joilla on kasvihormonien tapaisia vaikutuksia. Tavallisesti vain hyvin pieni osa orgaanisesta jäteaineksesta päätyy humussynteesin raaka-aineeksi.
Koska varsinainen humus on vaikeasti hajoavaa, se ei voi itse toimia mikrobien energian ja kasvien ravinteiden lähteenä. Sen rooli elämän ylläpidossa perustuukin monipuolisiin fysikaalisiin ja kemiallisiin vaikutustapoihin. Hyvän vedensitomiskykynsä ansiosta se vähentää eroosiota ja pienentää ja ravinteiden huuhtoutumisriskiä. Maaekosysteemin toimintakyvyn kannalta se on vertaansa vailla oleva reaktiokomponentti, joka toimii itse reaktiopintana, mutta kilpailee toisaalta muiden maassa esiintyvien aineiden kanssa sopivista reaktiopaikoista. Monipuoliset reaktiomekanismit perustuvat humusmolekyylien rakenteeseen: molekyylit ovat suuria ja niissä on erityyppisiä funktionaalisia ryhmiä sekä hydrofiilisiä että hydrofobisia alueita. Puskurointi-, ioninvaihto-, kompleksinmuodostus-, liuotus- ja adsorptioreaktioilla on huomattava merkitys sekä ravinteiden että haitallisten aineiden liukenemisen, sitoutumisen, liikkumisen ja biologisen käyttökelpoisuuden kannalta. Kationi- ja anionimuotoisten orgaanisten kemikaalien pidättäjänä humus toimii samojen periaatteiden mukaan kuin epäorgaanisten aineidenkin kohdalla, mutta poolittomien yhdisteiden sitoutumisessa tulee kysymykseen vain humus, jonka hydrofobisille pinnoille nämä kemikaalit pystyvät pidättymään fysikaalisin voimin.
Humus toimii samojen periaatteiden mukaan sekä maaperässä että vesistöissä. On kuitenkin huomattava, että se on stabiilia syntyolosuhteissaan. Kun maaperän humusta joutuu vesistöihin, sen hajoamisolosuhteet muuttuvat radikaalisti. Esimerkiksi korkeaenerginen UV-valo pystyy pilkkomaan suuria molekyylejä, minkä jälkeen ne eivät ole enää mikrobeille samanlainen hajotusongelma kuin suuret ja monimutkaiset molekyylit. Tämä saattaa vaikuttaa vesien tilaan edistämällä ravinteiden vapautumista humuksesta ja vaikuttamalla vesistöjen hapenkulutukseen.