Organska materija

Organska materija ili organiski materijal je materija stvorena od organskih jedinjenja, koja potiče od ostataka nekada živih organizama, biljaka i životinja, kao i otpad koji oni proizvode u svojoj životnoj sredini. Organska materija ima masu i energiju.

Osnovnu strukturu organske materije čine: celuloza, tanin, kutin i lignin, zajedno sa proteinima, mastima i šećerima.

Organska materija igra bitnu ulogu u protoku hranljivih materija u životnoj stredini, kao i u zadržavanju vode na površini planete Zemlje.

Biološka, fizička i hemijska funkcija organske materije može biti veoma različita, u zavisnosti od porekla, načina transformacije, vremena i sredine.

Nastanak

Svi živi organizmi su građeni od organiskih jedinjenja. Dok žive, oni luče ili izbacuju organski materijal, kao što su izmet na tlo ili odbacuju sa sebe neke delove tela, kao što su lišće i korenje. Nakon smrti, organizam počinje da se raspada, pod dejstvom bakterija i gljivica. U procesu raspadanja, pod dejstvom polimerizacije, mogu nastati veliki molekuli organske materije.

Organska meterija je od vitalnog značaja za funkcionisanje ekosistema.

Organska materija u zemljištu

Organska materija je jedna od četiri komponente zemljišta, pored minerala, vode i vazduha. Javlja u obliku složene heterogene mešavine ostataka biljaka i mikroorganizama različitog stepena destrukcije i razloženosti, niskomolekularnih i visokomolekularnih proizvoda rapadanja i sinteze, novoobrazovanih i starih, delimično ili potpuno stabilizivanih humusnih materija. Količina zemljišne organske materije varira zavisno od tipa zemljišta, dubine i zemljišnih horizonata. Sadržaj organske materije u zemljištu se eksponencijalno smanjuje sa dubinom zemljišta, a za većinu zemljišta, najveća koncentracija po jedinici površne je u organogenim O-horizontima. Glina se vezuje za organsku materiju i time je štiti od smanjenje količine. U zemljištima grube teksture, kao što je pesak, veća je izloženost mikroorganizmima, koji ubrzavaju raspadanje. Najveća zastupljenost organskih materija je u prvih 10 cm.

Na količinu organske materije u zemljištu može uticati klima. Pri većim temperaturama u vlažnim uslovima dolazi do povećanja organske materije zbog bržeg procesa raspadanja. Sadržaj organskih materija se uvećava sa padavinama.

Biološke funkcije zemljišta:

• izvor energije
• mrtvi ili u stanju raspadanja ostaci biljaka i životinja rezervoar su hranljivih sastojaka u zemljištu
• povećava otpornost sistema biljke/zemljište

Fizičke funkcije:

• glavni uticaj na strukturnu stabilnost zemljišta
• kapacitet zadržavanja vlage, odnosno vode u zemljištu, što je od posebne važnosti za biljke u sušnom periodu. U zavisnosti od tipa zemljišta, 1 kilogram organske materije može apsorbovato 1—4 litara vode. Tla siromašna organskim materijama, ne mogu zadržati vodu. U njima se voda cedi i odlazi u jarke ili površinske vode ili u dublje slojeve tla, gde korenje biljaka ne može dopreti.
• toplotne (termalne) osobine

Hemijske funkcije:

• sposobnost razmene katjona i formiranja kompleska sa jonima metala
• utiče na regulisanje kiselosti zemljišta
• vezuje se sa mineralima iz zemljišta

Kao posledica ekspanzije i intenzivne poljoprivredne proizvodnje dolazi do opadanja sadržaja organske materije u većini zemljišta. Oko 45% zemljišta Evrope ima nizak ili veoma nizak sadržaj organskog ugljenika. Oko 74% zemljišta u južnoj Evropi u površinskom sloju ima manje od 2% sadržaja organskog ugljenika. Gubitak plodnosti zemljišta duguje se gubitku organske materije u tlu (humusu) i u zakišenjavanju zemljišta.

Male promene sadržaja organskih materija u zemljištu mogu uticati na dugoročnu održivost ekosistema, globalnu rezervu ugljenika i na koncentraciju atmosferskog ugljen-dioksida (CO₂).

Gubitak plodnosti zemljišta, usled gubljenja organske materije u tlu (humusa) i zakiseljivanj Povećanje organske materije u zemljištu vrši se primenom zelenog đubriva, korišćenjem pokrovnih useva i mešavina trave i deteline, prosejavanjem, redovnom upotrebom stajskog đubirva, pažljivim kultivisanjem tla. Poboljšanja se mogu postići i prilagođavanjem izmenjenim klimatskim uslovima primenom odgovarajućih otpornih vrsta biljaka otpornih na sušu i prilagođavanjem datuma sejanja i žetve izmenjenoj klimi.

Organske materije u vodi

Prirodne organske materije su prisutne u svim vrstama površinskih i podzemnih voda. Njihov sadržaj i svojstva se razlikuju u zavisnosti od porekla i biohemijskih procesa koji se odvijaju u životonoj sredini na određenom lokalitetu. Mogu se naći u rastvorenom obliku ili u obliku koloida, odnosno nerastvorenih čestica, najčešće kao neživi molekuli ili makromolekuli humina (oko 80-95%), a uz njega i lignin, tanin, ugljeni hidrati, aminokiseline, proteini i masne kiseline. Proces njihovog nastanka je dugotrajan i može varirati sezonski, kao posledica spiranja kišom, topljenja snega, poplava i suša. Poplave i suše imaju najveći uticaj na sastav i kvalitet površinskih voda. Organska materija u vodi ima važnu ulogu biogeohemijskim procesima, jer se ponaša kao primalac ili davalac protona, kao pufer utiče na transport i degradaciju zagađivača, učestvuje u taloženju i rastvaranju metala i minerala. Rastvorena organska materija utiče na dostupnost hranljivih materija i kao podloga za razvoj mikroorganizama. Izvori organskih materija u podzemnim vodama su veoma raznovrsni. To mogu biti atmosferski talozi, površinske vode, humus iz zemljišta, morske, odnosno okeanske vode, neke vrste sedimentnih stena, tresave, blatišta, ležišta uglja, nafte i gasa. Od organskih komponenti u podzemnim vodama su najčešći humusne i fulvinske kiseline, naftenati, bitumija, fenoli, organski azot i organski ugljenik.

Osim prirodnih procesa, organske materije u vodi su najčešće rezultat antropogenih uticaja. Zagađivanje voda organskim materijama, sa veoma ozbiljnim posledicama, najčešće nastaje zbog nekontrolisanog ispuštanja različitih otpadnih voda (komunalne, industrijske, domaćinstva, objekti za uzgoj stoke, zemljišta gradskih površina, saobraćajnica, neuređenih deponija). Organske materije komunalnih otpadnih voda najčešće sadrže aminokiseline, masne kiseline, sapune, površinski aktivne komponente iz detedženata i drugo. Industrijske otpadne vode mogu sadržati naftu i njene derivate, različite rastvarače, fenolna jedinjenja, alkohole, aldehide i drugo. Kao mera sadržaja organskih materija u otpadnim vodama koriste se:

• biološka potrošnja kiseonika (BPK) - količina kiseonika potrebna da se izvrši oksidacija prisutnih biološki razgradivih sastojaka vode. Predstavlja količinu kiseonika u funkciji vremena koju potroše mikroorganizmi pri prirodnom aerobnom samoprečišćavanju u vodi. Mera je sadržaja biorazgradivih komponenti u otpadnoj vodi.
• hemijska potrošnja kiseonika (HPK) - količina kiseonika potrebna da se izvrši oksidacija svih oksidabilnih materija (organskih komponenti i neorganskih soli) hemijskim putem. Mera je organskog opterećenja vode i pokazatelj je zagađenosti otpadnih voda. Najčešće se izražava kao O₂ u mg/l. Teorijska vrednost HPK odgovara količini kiseonika potrebnoj za oksidaciju organskog ugljenika. Prisustvom veće količini biološki nerazgradivih materija u otpadnim vodama se odražava u većim vrednostima HPK u odnosu na BPK
• ukupni organski ugljenik UOU (engl. TOC - Total Organic Carbon) - količina ugljen-dioksida, odnosno organski vezanog ugljenika u vodi nastalog oksidacijom organskog ugljenika. Koristi se za određivanje efikasnosti tretmana čistih i otpadnih voda.
• potrošnja kalijum-permanganata (KM_mO₄) pri standardizovanim uslovima za oksidaciju organskih materija u vodi.

Organska materija u vazuduhu

Troposfera, sloj atmosfere najbliže Zemljinoj površini, visine 10 do 16 km, je složen sistem u kome je materija prisutna u sva tri agregatna stanja i u kome se odvija veliki broj fizičko-hemijskih reakcija. Osnovni sastav troposfere čine azot (78%), kiseonik (<21%), argon (<1%), ugljen-dioksid (0,036%) i vodena para sa udelom od 1 do 3%, zavisno od temperature i nadmorske visine. Pored njih, u tragovima su prisutni brojni organski i neorganski gasovi, kao i suspendovane čestice, koji se emituju sa površine Zemlje ili nastaju u fizičko-hemijskim i foto-hemijskim reakcijama u troposferi i značajno utiču na njene fizičko-hemijske osobine. Jedna od najznačajnih grupa jedinjenja koja se emituju u troposferu su lako isparljiva organska jedinjenja (engl. VOC - volatile organic compounds). Mada na globalnom nivou, ova jedinjenja potiču iz prirodnih izvora (vulkanske erupcije, šumski požari, emisije određenih biljaka, sirova nafta), u urbanim sredinama i industrijskim zonama dominiraju antropogeni izvori. Lako isparljiva organska jedinjenja su veoma reaktivna i učestvuju u velikom broju reakcija koje se događaju u troposferi, a značajan broj njih ima za posledicu formiranje zagađujućih supstanci druge generacije, među kojima su troposferski ozon i sekundarni organski aerosoli. Metan nastaje u mnogim prirodnim procesima i poznat je kao prirodni gas. Nastaje raspadaljem jedinjenja koja sadrže ugljenik, u sredinama bez prisustva kiseonika. Životinje preživari, u procesu varenja hrane oslobađaju metan u vazduh. Mikroorganizmi koji žive u vlažnom zemljištu, takođe proizvede metan prilikom razlaganja organske materije. Osim toga, metan se oslobađa u rudnicima uglja i prilikom proizvodnje i transporta fosilnih goriva.

Hlorofluorokarbonati su široko rasprostranjeni u proizvodnji raznih sprejeva, kao sredstva za otapanje i kao rashlađivači. Mada su netoksični i bezbedni za upotrebu u nižim slojevima atmosfere, u višim slojevima ih ultraljubičasto zračenje ih razlaže, pri čemu se oslobađa hlor. Monoaromatični ugljovodonici, benzen, toluen, etilbenzen i izomeri ksilena su nemetanska lako isparljiva jedinjenja koja dominiraju urbanim i industrijski razvijenim sredinama i smatraju se nosiocima zagađenja iz antropogenih izvora.

Literatura

• Sejian, Veerasamy; Gaughan, John; Baumgard, Lance; Prasad, Cadaba (2015). Climate Change Impact on Livestock: Adaptation and Mitigation. Springer. ISBN 978-81-322-2265-1. 
• Molnar, Jelena (2011). Efekti odabranih unapređenih procesa oksidacije i koagulacije na sadržaj prirodnih organskih materija u vodi - doktorska disertacija. Novi Sad: Prirodno-matematički fakultet Univerziteta u Novom Sadu. 
• Vidojević, Dragana (2017). Značaj očuvanja organske materije za zemljišta Srbije (PDF). Agencija za zaštitu životne sredine - Ministarstvo poljoprivrede i zaštite životne sredine. Pristupljeno 1. 6. 2018. 
• Kadović, Ratko (2012). „Sadržaj organskog ugljenika” (PDF). Glasnik. Beograd: Šumarski fakultet. 105. Pristupljeno 2. 6. 2018. 
• Šoštarić, Andrej I. (2017). Mehanizmi uklanjanja isparljivih monoaromatičnih ugljovodonika (BTEX) iz ambijentalnog vazduha mokrom depozicijom - doktorska disertacija (PDF). Beograd: Hemijski fakultet Univerzitet u Beogradu. Arhivirano iz originala (PDF) 22. 09. 2020. g. Pristupljeno 3. 6. 2018. 

• Znaor, Darko (2015). Zameci promene poljoprivreda kao put prosperiteta za Balkan (PDF). Beograd: Fondacija Heinrich Böll. ISBN 978-86-86793-16-4. Pristupljeno 3. 6. 2018.