Lhumus (pronuncia italiana ; dal latino humus, "suolo, terra, terreno"), adattato talvolta in umo (SOM, soil organic matter), è un componente chimico del terreno. È pedologicamente omogeneo, di colore bruno e formato da prodotti di vario grado di polimerizzazione, frutto della degradazione e rielaborazione della sostanza organica del terreno. È un complesso di sostanze organiche elaborate presenti nel suolo. L'humus rappresenta la parte più attiva, sotto l'aspetto chimico e fisico, della sostanza organica del terreno e interagisce con la frazione minerale e con la soluzione circolante influenzando le proprietà chimiche e fisiche del terreno. La scoperta dell'importanza dell'humus per la nutrizione della pianta la si fa risalire all'agronomo tedesco Albrecht Thaer.
Tipi di humus La classificazione secondo i tipi prende in esame l'aspetto morfologico della sostanza organica e la mette in relazione con la pedogenesi. Non si tratta di uno schema esaustivo, tuttavia è molto usato nella letteratura soprattutto quando si fa riferimento all'origine della sostanza organica. Lo schema di classificazione è il seguente:
Sostanza organica evoluta in condizioni di sommersione o ristagno: In condizioni di sommersione permanente: torba. In condizioni di sommersione periodica: anmoor. Sostanza organica evoluta in condizioni di aerazione: Suoli forestali: Lettiera di foreste di aghifoglie, reazione fortemente acida, rapporto C/N elevato: mor. Lettiera di foreste di latifoglie, reazione marcatamente acida, rapporto C/N medio alto: moder. Lettiera assente, reazione acida, rapporto C/N medio alto: mull forestale. Suoli non forestali (praterie, suoli agrari): Lettiera assente, reazione neutra o basica, rapporto C/N equilibrato: mull calcico.
La torba si evolve in ambienti di palude in condizioni di sommersione permanente. Le proprietà chimiche possono cambiare secondo le caratteristiche delle acque. Si distingue la torba neutra, con pH 7-7,5, rapporto C/N medio-alto, elevato tasso di saturazione in basi, e la torba acida, con pH inferiore a 4, rapporto C/N molto alto, tasso di saturazione in basi molto basso. In generale l'umificazione è lenta e incompleta, mentre la mineralizzazione è stentata, perciò si tratta di una sostanza organica poco attiva. L'attività biologica è modesta ed è basata su batteri anaerobi. La struttura è fibrosa.
Lanmoor si evolve in suoli forestali soggetti a periodi di ristagno. Le proprietà chimiche possono essere variabili e in generale il rapporto C/N è moderatamente alto. L'umificazione è lenta ma completa, la mineralizzazione stentata. L'attività biologica è basata su una pedofauna stagionale e su batteri. Questi ultimi si alternano fra una microflora aerobica e una anaerobica in funzione delle condizioni di umidità.
Il mor si forma in suoli forestali di aghifoglie e foreste di resinose o brughiere in ambiente freddo e piovoso, con lettiera persistente. Ha una reazione fortemente acida, rapporto C/N alto (circa 30), tasso di saturazione basica bassissimo. La struttura è fibrosa. L'attività biologica è modesta e gli organismi sono rappresentati soprattutto da acari, collemboli e funghi. Sia l'umificazione sia la mineralizzazione sono piuttosto lente. La struttura è fibrosa negli orizzonti più superficiali.
Il moder si forma su suoli forestali di boschi misti in ambiente freddo e piovoso, con lettiera persistente, ma con formazione di deboli complessi argillo-umici. La reazione è marcatamente acida, il rapporto C/N leggermente alto (circa 10-20) e tasso di saturazione in basi molto basso. La struttura è grumosa ma instabile. Fra gli organismi viventi prevalgono artropodi e funghi.
Il mull si forma in generale nelle condizioni migliori di fertilità. Gli ambienti sono disparati e le proprietà variabili in funzione della vegetazione e delle condizioni pedoclimatiche. Le caratteristiche generali comuni consistono nell'attività biologica elevata, con presenza di lombrichi, artropodi e una microfauna che vede la prevalenza di funghi in ambiente acido, batteri e attinomiceti in ambiente neutro o basico. Altra proprietà comune è l'assenza di lettiera dovuta ad un'umificazione rapida e completa e all'incorporazione della sostanza organica nella frazione minerale con formazione di complessi argillo-umici più o meno stabili. La mineralizzazione è condizionata dal tasso di saturazione basica. Si distinguono due tipi di mull: Il mull forestale si forma in suoli non calcarei ma con una buona dotazione in calcio. La vegetazione è costituita da boschi di latifoglie. La reazione è acida (pH 5,5-6,5), il rapporto C/N medio-alto e il tasso di saturazione in basi mediamente alto, dell'ordine del 60%. La mineralizzazione è abbastanza rapida e la struttura di tipo grumoso. Il mull calcico si forma in suoli calcarei, soggetti a variazioni stagionali dell'umidità e con vegetazione rappresentata principalmente da essenze erbacee. La reazione è neutra o alcalina (pH 7 o superiore), il rapporto C/N equilibrato (circa 10), il tasso di saturazione in basi molto alto (90-100%). La struttura è grumosa e molto stabile per l'elevata dotazione in calcio e magnesio e la mineralizzazione lenta a causa della stabilità dei complessi argillo-umici. A questo tipo di sostanza organica si può ricondurre anche quello dei terreni agrari.
Composizione chimica dell'humus L'identificazione chimica dell'humus è indefinita in vari aspetti a causa della complessità ed eterogeneità della sua composizione. Molti autori usano distinguere la sostanza organica del terreno in composti umici e non umici. Questi ultimi hanno una ben definita collocazione sistematica e si identificano in una delle varie classi di composti macromolecolari (proteine, lipidi, polisaccaridi, lignina, cera, acidi nucleici, ecc.) o di composti organici semplici mono o polifunzionali (zuccheri, acidi carbossilici, alcoli, amminoacidi, polifenoli, ecc.). Ogni tentativo di collocazione sistematica dell'humus è impossibile sia per la composizione chimica indefinita sia per la complessità strutturale; tuttavia presenta delle proprietà fisiche e chimiche costanti che ne rendono possibile una caratterizzazione distinguendolo nettamente dagli altri composti organici.
Una definizione dell'humus in prima istanza lo identifica come un aggregato supramolecolare, ossia un'associazione di molecole trasformate di origine biologica a peso molecolare relativamente basso. L'humus ha composizione non ancora totalmente definita, è dotato di proprietà colloidale ed è di colore variabile dal giallo al bruno al nero. I suoi componenti chimici sono identificati dopo un complesso procedimento di estrazione. Data la complessità strutturale dell'humus, qualsiasi processo di estrazione rappresenta un artefatto che altera i risultati. La materia è oggetto di ampi studi e dibattiti e ai fini della standardizzazione è coordinata, a livello scientifico, dall'International Humic Substances Society (IHSS, Società Internazionale delle Sostanze Umiche), che ha definito le procedure standard di estrazione.
Estrazione dei componenti dell'humus La procedura standard definita dall'IHSS per l'estrazione e l'isolamento dei componenti dell'humus è stata definita per la prima volta nel 1981. In seguito ha subito dei miglioramenti. La procedura attuale, adottata dal 1996, prevede l'esecuzione di diversi trattamenti meccanici (agitazione e centrifugazione), fisico-chimici (adsorbimento, dialisi) e chimici (trattamenti con acidi e alcali) sul campione iniziale o sulle frazioni isolate nelle singole fasi.
La procedura dura nel complesso alcuni giorni, a causa dei tempi richiesti dalle fasi che prevedono l'agitazione. Nel complesso si articola in due fasi principali, da cui si ottengono due frazioni solubili, rappresentate dagli acidi fulvici, e una insolubile, rappresentata dagli acidi umici.
La prima fase prevede la sospensione del campione in una soluzione di HCl, l'agitazione e la successiva separazione, per decantazione o per centrifugazione, di un residuo solido e di un supernatante denominato estratto FA 1.
La seconda fase si attua sul residuo solido che viene neutralizzato e successivamente sospeso in una soluzione di NaOH. La sospensione è sottoposta a più cicli intermittenti di agitazione e infine si separano, per centrifugazione, un precipitato insolubile e un supernatante, denominato estratto FA 2.
I prodotti ottenuti sono sottoposti a trattamenti che si svolgono con metodologie specifiche allo scopo di isolare rispettivamente gli acidi fulvici e gli acidi umici.
Gli acidi umici sono contenuti nel precipitato insolubile separato nella seconda fase. Questo precipitato è sottoposto a trattamenti sequenziali di sospensione e precipitazione allo scopo di purificarlo allontanando i componenti inorganici e la sostanza organica non umificata. In sintesi i trattamenti sono i seguenti: Sospensione in soluzione di KOH e KCl e centrifugazione. Da questa operazione si scartano i residui solidi e si mantiene il supernatante. Il supernatante ottenuto dall'operazione precedente è sottoposto ad un trattamento di precipitazione per aggiunta di HCl. Dopo centrifugazione si scarta il supernatante e si mantiene il precipitato. Il precipitato è sottoposto a sospensione in soluzione di HCl e HF, agitazione e centrifugazione, scartando il supernatante. Questo trattamento ha lo scopo di allontanare i sali minerali con il supernatante e va ripetuto finché la concentrazione salina nel supernatante scartato scende sotto l'1%. Dopo l'operazione precedente, il precipitato è sottoposto a dialisi con acqua distillata. L'operazione si conclude quando la soluzione filtrata non contiene più ioni Cl−. A questo punto il precipitato si ritiene completamente desalificato. Il precipitato residuo dopo la dialisi è rappresentato dagli acidi umici e viene sottoposto a liofilizzazione per poterlo conservare.
Gli estratti FA, contenenti gli acidi fulvici, sono invece sottoposti separatamente a trattamenti di isolamento basati sull'adsorbimento. Allo scopo si impiega uno scambiatore non ionico, rappresentato da una resina (XAD-8). La metodologia applicata per l'estratto FA 1 e l'estratto FA 2 differisce nei dettagli operativi. Gli acidi fulvici isolati dall'estratto FA 1 sono conservati in soluzione, quelli isolati dall'estratto FA 2 sono invece conservati allo stato secco tramite liofilizzazione.
Composizione delle sostanze umiche
Le conoscenze della composizione chimica sono incerte e in continua evoluzione anche in relazione all'impiego di metodologie più avanzate. Più che la composizione e la struttura in senso stretto, sulle quali sussistono ancora informazioni approssimative, hanno un valore significativo le conoscenze parziali in merito alle proprietà chimiche e chimico-fisiche e all'esistenza di specifici gruppi funzionali. Molte di queste conoscenze sono in realtà derivate da ipotesi interpretative dei risultati delle indagini, soprattutto in relazione al fatto che l'oggetto d'indagine è l'artefatto di un procedimento di estrazione che altera l'effettiva struttura e composizione e che alcuni metodi d'indagine producono di per sé degli artefatti.
In merito alla composizione in elementi, la letteratura indica che il tenore in carbonio e azoto è più elevato negli acidi umici, mentre il tenore in ossigeno è più alto negli acidi fulvici.
Il carattere acido dei composti umici è attribuito alla presenza di gruppi funzionali acidi quali il carbossile associato a catene alifatiche o ad anelli aromatici e il gruppo fenolico dei nuclei aromatici. Le proprietà acide sono più marcate negli acidi fulvici e questo spiega anche il maggior tenore in ossigeno di questi componenti e il loro carattere di solubilità.