عملکرد هیومیک اسید در محیط خاک

هیومیک اسیدها اغلب برای بهبود خاک به دلیل توانایی آن ها در بهبود ساختمان خاک، دسترسی به مواد مغذی و حفظ آب استفاده می شوند.

یکی از دلایل اصلی که هیومیک اسیدها برای خاک مفید هستند، بهبود پایداری خاکدانه ها و در نتیجه ساختار خاک است. این به ایجاد ساختار خاک متخلخل تر کمک می کند که نفوذپذیری آن بیش تر شود و رطوبت و مواد مغذی را بهتر حفظ کند، درحالی که امکان رشد و تهویه بهتر ریشه را نیز فراهم می کند. آن ها قادر به تشکیل کمپلکس های پایدار با مولکول های آب هستند که می تواند به جلوگیری از آبشویی به ویژه در خاک های شنی یا بسیار نفوذپذیر کمک کند.

*پایداری خوب خاکدانه ها مقاومت بهتری در برابر پراکندگی ذرات خاک در آب ایجاد می کند و منجر به کاهش فرسایش می شود. افزایش پایداری خاکدانه ها منجر به نفوذ بهتر آب می شود*

یکی از مکانیسم های پیشنهادی این است که هیومیک اسیدها می توانند با مواد معدنی خاک، مانند کانی های رسی، برای تشکیل خاکدانه های پایدار تعامل کنند. این می تواند از طریق تشکیل پل های کاتیونی بین مولکول های هیومیک اسید و مواد معدنی خاک رخ دهد که می تواند به تثبیت خاکدانه ها کمک کند.

مکانیسم پیشنهادی دیگر این است که هیومیک اسیدها می توانند فعالیت میکروارگانیسم های خاک را افزایش دهند که به نوبه خود می تواند به بهبود ساختمان خاک کمک کند. به عنوان مثال، هیومیک اسیدها می توانند به عنوان منبع کربن میکروبی عمل کنند و انرژی و مواد مغذی را برای رشد و نمو میکروارگانیسم های خاک فراهم کنند. این مواد می تواند منجر به تولید مواد آلی مانند پلی ساکاریدها و اگزوپلی ساکاریدها شود که می توانند به عنوان یک عامل سیمانی برای اتصال ذرات خاک به یکدیگر و بهبود ساختمان خاک عمل کنند.

آنها به عنوان کلات کننده طبیعی عمل می کنند، به این معنی که می توانند به کاتیون هایی مانند پتاسیم، کلسیم، منیزیم و ریز مغذی های فلزی متصل شوند و آنها را به شکلی نگه دارند که بیشتر در دسترس گیاهان باشد. ظرفیت تبادل کاتیونی  (CEC) هیومیک اسیدها معیاری برای سنجش توانایی آنها در جذب و حفظ یون های دارای بار مثبت، مانند مواد مغذی، در خاک است. هیومیک اسیدها به دلیل وجود گروه‌های عاملی مانند گروه‌های کربوکسیل، فنولی و هیدروکسیل که توانایی اتصال و تبادل کاتیون‌ها را دارند، دارای ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) بالایی هستند CEC هیومیک اسیدها تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند pH، قدرت یونی و ماهیت کاتیون ها قرار دارد.

در چندین مطالعه CEC هیومیک اسیدها گزارش شده است. به عنوان مثال، مطالعه ای توسط هوانگ و همکاران (2017) گزارش کرد که CEC هیومیک اسیدهای استخراج شده از خاک های پیت بسته به روش استخراج و pH از 56 تا 360 میلی اکیوالان در 100 گرم متغیر است. در مطالعه دیگری مشخص شد که CEC هیومیک اسیدها از خاک های جنگلی از 200 تا 250 میلی اکیوالان در 100 گرم متغیر است.

CEC بالای هیومیک اسیدها آنها را در حاصلخیزی خاک و در دسترس بودن مواد مغذی برای گیاهان مهم می کند. آنها قادر به اتصال و حفظ مواد مغذی مانند پتاسیم، کلسیم و منیزیم هستند، که سپس می توانند در صورت نیاز در اختیار ریشه گیاه قرار گیرند. CEC هیومیک اسیدها همچنین در بی حرکتی و سم زدایی فلزات سنگین در خاک نقش دارد، زیرا آنها می توانند به این فلزات متصل شده و آن ها را از محلول خاک خارج کنند. 

هیومیک اسیدها همچنین در ریزوسفر می توانند بر تنوع و فعالیت جوامع میکروبی تأثیر بگذارند، که می تواند پیامدهای مهمی برای سلامت خاک و عملکرد اکوسیستم داشته باشد. آنها می توانند فراوانی میکروارگانیسم های مفید مانند قارچ های میکوریزا و باکتری های تثبیت کننده نیتروژن را افزایش دهند، در حالی که فراوانی پاتوژن های گیاهی و سایر ارگانیسم های مضر را کاهش دهند. این افزایش فعالیت میکروبی می تواند به چرخه مواد مغذی کارآمدتر و حاصلخیزی بیش تر خاک منجر شود.

یکی دیگر از اثرات هیومیک اسیدها بر میکروب های خاک، توانایی آنها در افزایش تولید آنزیم های خارج سلولی است. این آنزیم ها نقش مهمی در تجزیه مواد آلی و آزادسازی مواد مغذی برای جذب گیاه دارند. تحقیقات نشان داده است که هیومیک اسیدها می توانند تولید آنزیم هایی مانند سلولازها، پروتئازها و فسفاتازها را در خاک تحریک کنند.

مطالعات نشان داده‌اند که هیومیک اسیدها می‌توانند کلونیزاسیون ریشه‌ها را توسط قارچ‌های میکوریزا و ریزوبیاها افزایش دهند و منجر به افزایش رشد و بهره‌وری گیاه شوند.

هیومیک اسیدها علاوه بر تامین منبع کربن، در تنظیم فعالیت میکروبی خاک با اصلاح خواص فیزیکی و شیمیایی محیط خاک نیز نقش دارند. به عنوان مثال، هیومیک اسیدها می توانند به مواد معدنی و سایر مواد مغذی متصل شوند و سبب دسترسی کمتر برای جذب توسط میکروب ها می شود و همچنین می توانند بر pH خاک و بر رشد و فعالیت میکروبی تأثیر بگذارند.

میکروارگانیسم های خاک نقش حیاتی در چرخه کربن و مواد مغذی در محیط دارند و وجود هیومیک اسیدها در خاک می تواند بر سرعت و کارایی این فرآیندها تأثیر بسزایی داشته باشد. به عنوان مثال، وجود هیومیک اسیدها می تواند سرعت تجزیه مواد آلی و چرخه مواد مغذی را افزایش دهد، که می تواند تأثیرات مثبتی بر حاصلخیزی خاک و رشد گیاه داشته باشد. به طور کلی، اثرات هیومیک اسیدها بر میکروب های خاک پیچیده است و به عوامل متعددی مانند نوع خاک، ترکیب جامعه میکروبی و غلظت هیومیک اسید بستگی دارد.

با این حال، اجماع عمومی بر این است که هیومیک اسیدها با افزایش فعالیت میکروبی و تنوع، تولید آنزیم و رشد میکروب‌های مفید، نقش مهمی در حفظ سلامت و حاصلخیزی خاک دارند.