مواد هیومیک: هیومیک اسید، فولیک اسید و هیومین

مواد هیومیک

مواد هیومیک به عنوان جز اصلی کربن فعال خاک شناخته می­شوند. مواد هیومیک گروه پیچیده­ای از ترکیبات آلی هستند که نقش مهمی در حاصلخیزی خاک و کیفیت آب و سلامت کلی محیط دارند. آن­ها از طریق فرآیند Humification تشکیل می­شوند که تجزیه طبیعی مواد آلی در خاک، آب و سایر محیط­ها است.

فرآیند Humification

فرآیند Humification با تجزیه ترکیبات قابل تجزیه مانند کربوهیدرات­ها، پروتئین­ها و لیپیدها به ترکیبات ساده ­تر مانند اسیدهای آمینه و قندها آغاز می­شود. این مرحله توسط میکروارگانیسم­هایی مانند باکتری­ها و قارچ­ها انجام می­شود که به سرعت ترکیبات آلی پیچیده را به ترکیبات ساده ­تر تجزیه می­کنند.

در مرحله بعدی Humification ، ترکیبات حدواسط مانند پپتیدها به ترکیبات ساده­تری مانند اسیدهای آمینه تجزیه می­شوند. سپس این آمینواسیدها می توانند به ترکیبات ساده ­تر مانند کربن دی اکسید و آب تجزیه شوند.

در مرحله نهایی Humification ، ماده آلی باقی مانده بیش­تر تجزیه می­شود و به مواد هیومیک پیچیده ­تر و پایدارتر مانند فولیک اسید و هیومیک اسید تثبیت می­شود. ترکیب و خواص دقیق این مواد هیومیک به عوامل مختلفی از جمله منبع و ترکیب مواد آلی درحال تجزیه، میکروارگانیسم ­های خاص درگیر در فرآیند و شرایط محیطی که فرآیند در آن انجام می شود بستگی دارد.

مواد هیومیک می­توانند به یون­های فلزی متصل شوند و کمپلکس­هایی را تشکیل دهند. این توانایی در کلات کردن یون­های فلزی، هیومیک اسید را به یک جز مهم در حاصلخیزی خاک تبدیل می­کند، زیرا می­توانند به دردسترس­ تر کردن ریزمغذی ­هایی مانند آهن و منگنز برای گیاهان کمک کنند. این امر به نوبه خود می­تواند رشد و سلامت کلی گیاه را بهبود بخشد.

ترکیبات مواد هیومیک

مواد هیومیک استخراج شده ترکیبی از مجموعه اسیدهای آلی هستند که از رسوبات کربن خاک استخراج می­شوند و معمولا براساس وزن مولکولی و درجه اکسیداسیون به سه زیرگروه مجزا گروه ­بندی می­شوند:

• فولیک اسیدها
• هیومیک اسیدها
• هیومین ها

فولیک اسیدها و هیومیک اسیدها

فولیک اسیدها و هیومیک اسیدها به عنوان محرک­های زیستی شناخته شده­اند که رشد و سلامت گیاه را بدون تأمین مواد مغذی ضروری افزایش می­دهند. استفاده از مواد هیومیک به عنوان محرک­های زیستی در سال­های اخیر محبوبیت زیادی پیدا کرده است و در حال حاضر به طور گسترده در کشاورزی برای بهبود عملکرد محصول، کیفیت و تحمل تنش استفاده می­شود.

نسبت کربن به اکسیژن (C/O) مواد هیومیک عامل مهمی است که بر خواص و عملکرد آن­ها تأثیر می­گذارد. نسبت C به O به عنوان نسبت تعداد اتم­ های کربن به تعداد اتم­ های اکسیژن در مولکول ماده هیومیک تعریف می­شود. نسبت کربن به اکسیژن مواد هیومیکی بسته به منشأ و درجه تبدیل مواد آلی که از آن مشتق شده­ اند می­تواند متفاوت باشد.

مطالعات نشان داده­اند که مواد هیومیک با نسبت C به O بالاتر، وزن مولکولی و آبگریزی بیش­تری دارند که می­تواند بر توانایی آن­ها برای اتصال با فلزات و آلاینده­ های آلی در محیط تأثیر بگذارد. مواد هیومیک با نسبت C به O بالاتر نیز در برابر تجزیه زیستی مقاوم تر هستند که می­تواند به ماندگاری آن­ها در محیط کمک کند.

از طرف دیگر، مواد هیومیکی با نسبت C به O پایین­ تر تمایل به حل شدن در آب دارند و ظرفیت بیش­تری برای کمپلکس شدن با کاتیون­ها و آنیون­ها دارند و به طور بالقوه آن­ها را برای گیاهان و میکروارگانیسم های موجود در خاک بیش­تر دردسترس قرار می­دهد. نسبت­ های پایین ­تر کربن به اکسیژن نیز با فعالیت میکروبی بیش­تر و چرخه مواد مغذی در خاک مرتبط است.

به طور کلی، نسبت C به O مواد هیومیک می­تواند پیامدهای قابل توجهی برای سرنوشت و عملکرد محیطی آن­ها داشته باشد.

 هیومیک اسید

هیومیک اسید ذره­ای با وزن مولکولی بالا از مواد هیومیک است که کمتر در آب حل می شود و رنگ قهوه ­ای سوخته (مایل به سیاه) دارد. هیومیک اسیدها از گروه­های عاملی مختلفی از جمله گروه­های کربوکسیل، هیدروکسیل و فنولی تشکیل شده اند که ویژگی­های فیزیکوشیمیایی منحصر به فردی را به آن­ها می­دهد. تعیین ساختار دقیق هیومیک اسیدها دشوار است، زیرا آن­ها بسیار ناهمگن هستند و دارای طیف وسیعی از وزن­ها، ساختارها و ترکیبات مولکولی هستند. با این حال، چندین مدل برای توصیف ساختار هیومیک اسیدها ارائه شده ­است.

مدلی که به طور گسترده مورد پذیرش قرار گرفته است مدل هسته و پوسته است. براساس این مدل هیومیک اسیدها از هسته­ای از حلقه­ های آروماتیک و پوسته­ای از گروه­های آلیفاتیک و کربوکسیلیک اسید تشکیل شده­اند. این مدل نشان می­دهد که حلقه ­های آروماتیک مسئول کمپلکس کردن و کلات کردن یون­های فلزی هستند، درحالیکه گروه­ های کربوکسیلیک و آلیفاتیک به ترتیب خواص آبدوست و آبگریز را فراهم می­کنند. یکی از اولین مدل­های پذیرفته شده توسط استیونسون در سال 1982 پیشنهاد شد.

هیومیک اسید را می­توان از منابع مختلفی به دست آورد از جمله:

لئوناردیت: نوعی زغال ­سنگ اکسید شده است که منبع غنی هیومیک اسید است.

پیت: نوعی ماده آلی خاک است که از مواد گیاهی نیمه تجزیه شده تشکیل شده و منبع غنی هیومیک اسید است.

کمپوست: نوعی کود آلی است که از مواد گیاهی و جانوری تجزیه شده تهیه می­شود و منبع غنی هیومیک اسید است.

ورمی کمپوست: نوعی کمپوست است که با استفاده از کرم خاکی تولید می­شود و منبع غنی هیومیک اسید است.

فولیک اسید

فولیک اسیدها کوچکترین و محلول ­ترین مواد هیومیک هستند و با وزن مولکولی کم و رنگ زرد تا قهوه ای مشخص می شوند. فولیک اسیدها بیش­تر از هیومیک اسیدها در آب حل می شوند و به دلیل محتوای بالای گروه های عاملی کربوکسیلیک و فنولی با رنگ زرد تا کهربایی مشخص می شوند. آنها همچنین به راحتی توسط ریشه گیاهان جذب می شوند و جزء مهمی در حاصلخیزی خاک و رشد گیاه محسوب می­شوند.

آنها معمولاً در خاک ها و آب های سطحی یافت می شوند و از تجزیه مواد گیاهی و جانوری به دست می آیند.

یکی از ویژگی های شیمیایی کلیدی فولیک اسید توانایی آن در تشکیل کمپلکس با یون های فلزی مانند آهن، آلومینیوم و مس است. این کمپلکس­ ها برای انتقال و در دسترس بودن مواد مغذی در خاک و محیط های آبی مهم هستند. فولیک اسید همچنین می تواند به عنوان یک عامل کیلیت عمل کند، به یون های فلزی متصل شود و از رسوب یا اکسیداسیون آنها جلوگیری کند.

یکی دیگر از خصوصیات شیمیایی مهم فولیک اسید میزان بالای اکسیژن آن است که آن را به یک عامل اکسید کننده قوی تبدیل می کند. فولیک اسید می تواند با انواع ترکیبات آلی و غیرآلی از جمله آلاینده ها و فلزات سنگین واکنش نشان دهد و منجر به تخریب یا سم زدایی آنها شود.

فولیک اسید را نیز می­توان از منابع زیر به دست آورد:

• لئوناردیت
• پیت
• کمپوست
• ورمی کمپوست