معرفی جامع اسید هیومیک

اسید هیومیک یک ماده مغذی بسیار مفید در خاک است که با قرار دادن ریشه‌های گیاهان در معرض مواد شیمیایی و مواد معدنی ضروری خاک باعث رشد گیاهان می‌شود. روش استخراج اسید هیومیک را در ادامه آموزش می‌دهیم. اگر این اولین بار است که کشاورزی می‌کنید، احتمالاً با اصطلاحاتی مانند کود آهسته رهش، مواد آلی خاک (SOM)، مواد هیومیک و… آشنایی ندارید.

اسید هیومیک چیست؟

در درس علوم در مورد گیاهان مرده و تجزیه آن‌ها در خاک شنیده‌اید. مواد هیومیک همان مواد آلی در خاک هستند که هنوز فرآیندهای پوسیدگی آن‌ها کامل نشده است. هنگامی که پوسیدگی کامل بشود و مواد آلی دیگر بیشتر تجزیه نشوند، آنچه را که به عنوان هوموس می‌شناسیم به دست می‌آوریم. به عبارت دیگر، زمانی که ماده هیومیک به آخرین مرحله فروپاشی برسد، هوموس دریافت می‌کنیم که فراتر از آن نمی‌تواند بیشتر تجزیه شود.

اسیدهای هیومیک بقایای کاملاً تجزیه شده از مواد آلی هستند. آنها مولکول‌هایی با زنجیره بلند هستند که وزن بالایی داشته و رنگ آنها قهوه‌ای تیره است. اسید هیومیک یک اسید و ماده واحد نیست بلکه «اسید هیومیک» یک اصطلاح گسترده است که به مخلوط پیچیده‌ای از بسیاری از اسیدهای مختلف که در محلول‌های قلیایی محلول هستند اشاره دارد. این مواد به طور طبیعی به عنوان بخشی از چرخه زندگی طبیعت در خاک، اقیانوس‌ها و رودخانه‌ها وجود دارند.

استخراج اسید هیومیک زمانبر است زیرا ترکیب آن بسیار پیچیده است و از اسیدهای مختلف تشکیل شده است که عمدتاً به گروه‌های فنولات و کربوکسیل تعلق دارند.

جدای از استفاده متعارف آنها به عنوان مکمل‌های غذایی گیاهی و افزودن به خاک، تحقیقات اخیر نشان داده است که اسید هیومیک و اسید فولویک به دلیل محتوای ارگانیک غنی و خواص ضد ویروسی، فواید زیادی برای تغذیه و ایمنی انسان دارند.

فواید استفاده از هیومیک اسید در خاک

در طول تاریخ، کشاورزان از اسید هیومیک برای تولید گیاهان سالم‌تر و عملکرد محصول بالاتر استفاده کرده‌اند. امروزه به دلایلی که در بالا ذکر شد، اسیدهای هیومیک حتی بیش از همیشه ضروری هستند. در اینجا فقط تعدادی از فواید اسید هیومیک ذکر شده است.

هیومیک اسید به ریشه‌های گیاهان کمک می‌کند تا آب و دیگر مواد معدنی موجود در خاک را راحت‌تر جذب کنند. هرچه میزان هیومیک اسید در خاک بیشتر باشد، بازدهی گیاهان هم بیشتر خواهد بود.

یکی از مزایای آشکار هوموس تجمع خاک رس است. این تجمع باعث شده است که خاک رس متخلخل، نرم و هوازی تر شده و زهکشی بهتری داشته باشد. در نتیجه ریشه گیاهان در عمق بیشتری از خاک فرو می‌روند.

در نهایت، «Humic Acids: Marvelous Products of Soil Chemistry» (ژورنال آموزش شیمی، دسامبر 2001) بیان می کند: «هیومیک اسید ماده‌ای قهوه‌ای رنگ است که ماده مهمی برای خاک محسوب می‌شود. آنها مولکول‌های عامل‌دار هستند که می‌توانند به عنوان حساسیت گیاه به نور را افزایش داده، آب را در خاک حفظ کند، در خاک رس باقی بماند، به عنوان محرک رشد گیاه عمل کند و مواد آلاینده سمی را از بین ببرد. هیچ ماده مصنوعی نمی‌تواند با تطبیق‌پذیری فیزیکی و شیمیایی هیومیک اسید برابری کند.»

جذب مواد مغذی توسط ریشه را افزایش می‌دهد.
ظرفیت نگهداری آب در خاک را افزایش می‌دهد.
ساختار کلی خاک را با هدف افزایش بازدهی، بهبود می‌بخشد.
فعالیت میکروبی در خاک را تحریک می‌کند.
مقدار pH خاک را متناسب با نیاز گیاه تنظیم می‌کند.
سموم و آلاینده‌ها را از خاک می‌زداید.
با افزایش جذب آهن به از بین بردن و جلوگیری از بروز کلروز آهن کمک می‌کند.
سلامت کلی گیاه را بهبود می‌بخشد و به گیاهان کمک می‌کند در برابر آفت‌ها و بیماری‌ها مقاومت کنند.
رشد ریشه را تحریک می‌کند که باعث افزایش حجم محصول می‌شود.
جوانه زنی گیاهان را افزایش می‌دهد.

چرا باید از اسید هیومیک استفاده کنیم؟

متأسفانه بسیاری از فعالیت‌های انسانی باعث تخریب و آلودگی خاک‌ها شده و اکوسیستم خاک (مواد آلی) را کاهش داده و برخی از خاک‌ها را برای محیط زیست و سلامت انسان مضر می‌سازد.

فرسایش یکی از بزرگ‌ترین علل تخریب خاک است، زیرا خاک سطحی ضروری با سرعتی بسیار بیشتر از جایگزینی آن از بین می‌رود. استفاده مداوم از کودهای معدنی، همراه با شخم سالانه، می‌تواند محتوای هوموس خاک را کاهش دهد. برای احیای خاک، مواد آلی باید جایگزین شوند.

هوموس فرسوده شده باید از یک منبع خارجی جایگزین شود، زیرا سال‌ها طول می‌کشد تا به طور طبیعی در خاک رشد کند. بدون مقدار سالم هوموس، فعالیت بیولوژیکی خاک و گیاهان وابسته به آن، به طور چشمگیری کاهش می‌یابد. خاک‌های سالم دارای مواد آلی در محدوده 2 تا 6 درصد هستند. اما بسیاری از محیط‌های کشاورزی از خاک با سطوح بسیار پایین تر مواد آلی استفاده می‌کنند.

هوموس یا مواد طبیعی؟

در ابتدا باید بدانید که میان هیومیک اسید و مواد موجود در خاک، تفاوت وجود دارد. هوموس به گروهی از مواد هومیک متمایز گفته می‌شود و در مقابل، مواد طبیعی خاک موادی هستند که با سرعت‌های مختلف در زمین تجزیه می‌شوند؛ مانند برگ و پوست میوه‌ها.

برخی از موادی که معمولا به آن‌ها هوموس می‌گوییم شامل موارد زیر می‌شوند:

فولویک اسید: اسیدی زرد مایل به قهوه‌ای که در همه شرایط pH در آب حل می‌شود و وزن مولکولی کمی دارد.
هیومیک اسید: اسیدی قهوه‌ای رنگ که فقط در آب موجود در خاک با pH بالا حل می‌شود. در صورتی که خاک دستکاری نشود، هیومیک اسید در آن برای سال‌ها باقی می‌ماند.
هیومین: ماده‌ای سیاه رنگ که در هیچ شرایطی در آب حل نمی‌شود. وزن مولکولی سنگینی دارد و در محصولات هیومیک اسید قرار ندارد.

اضافه کردن مواد طبیعی به خاکی که مواد معدنی خود را از دست داده است یکی از راه‌های احیای خاک مورد استفاده برای باغبانی و کشاورزی است. شن و ماسه با ظرفیت تبادل کاتیونی کم (CEC) نمی‌تواند کاتیون‌های مواد مغذی را در لایه‌های بالایی خود نگه دارد و این مواد مغذی با مرور زمان به لایه‌های زیرین خاک رفته و از دسترس ریشه‌های گیاهان خارج می‌شود. این اتفاق باعث رشد نامناسب گیاهان می‌شود.

شن و ماسه در شرایط خشک و کمبود هوموس قادر به حفظ آب درون خود نیستند و نمی‌توانند به موقع مواد مورد نیاز گیاهان را به آن‌ها برسانند. آب و مواد مغذی فقط برای مدت کوتاهی پس از استفاده در دسترس ریشه گیاهان است و پس از مدت کوتاهی، همه چیز به لایه‌های زیرین می‌رود. بیومولکول‌های هوموس می‌توانند به حفظ آب و مواد مغذی یونیزه شده که توسط چرخه طبیعی زیست توده آلی، کمپوست یا سایر منابع کود تولید می‌شوند، کمک کنند.

ضریب الکترونگاتیوی اسیدهای هیومیک در توسعه و حفظ خاک سالم و پایدار، نقش کلیدی دارد. منبع اسیدهای هیومیک می‌تواند مواد آلی در حال پوسیدگی مانند کمپوست باشد. در اصل، این کود به شکل آلی است. بنابراین مهم است که منبع مواد تشکیل دهنده و تجزیه و تحلیل مواد مغذی کمپوست خود بدانید.

هوموس ماده قدرتمندی است و مقدار کمی از آن می‌تواند نتایج چشم‌گیری به ارمغان بیاورد. استفاده از تقریبا 20 کلیو اسید هیومیک در یک هکتار زمین، به طرز قابل توجهی بهره‌وری را افزایش داد.

ساختار هیومیک اسید

هیومیک اسید به عنوان واسطه‌ای برای انتقال مواد مغذی از خاک به گیاه استفاده می‌شوند زیرا می‌توانند مواد مغذی یونیزه شده را در لایه‌های بالایی خاک نگه دارند. اسیدهای هیومیک نیز به ناحیه جذب ریشه گیاه جذب می‌شوند. وقتی به ریشه می‌رسند، آب و مواد مغذی مورد نیاز گیاه را به همراه می‌آورند.

منطقه جذب، ناحیه‌ای نزدیک به ریشه گیاه است که ریشه از آن مواد مغذی می‌گیرد. در صورت کمبود اسید هیومیک یا قارچ میکوریز، این منطقه می‌تواند از تمامی مواد مغذی مناسب برای گیاه تخلیه شده و باعث مرگ گیاه شود. هنگامی که گیاهان میکوریزی هستند، منطقه جذب در مجموع گسترده‌تر می‌شود.

میکوریزاها دارای ریزلوله‌ هستند که می‌توانند بسیار بیشتر از آن‌چه ریشه گیاه میزبان می‌تواند، به داخل خاک امتداد یابند. آنها می‌توانند مواد معدنی را برای استفاده گیاه میزبان از خارج از منطقه جذب جمع آوری کنند. اگر روابط میکوریزی سالمی در خاک وجود نداشته باشد، استفاده از هوموس برای در دسترس بودن و جذب مواد مغذی گیاه بسیار ضروری‌تر می‌شود.

جذب مواد مغذی توسط ریشه

یون‌های مثبت به راحتی توسط ریشه گیاه جذب می‌شوند زیرا ریشه دارای بار منفی است. به عبارت دیگر، مثبت (کاتیون) جذب منفی (ریشه زنده) می‌شود. اسیدهای هیومیک کاتیون‌ها (یون‌های مثبت) را به گونه‌ای در خاک نگه می‌دارند که می‌توانند به راحتی توسط ریشه گیاه جذب شده و انتقال ریز مغذی‌ها به سیستم گیاه را بهبود می‌بخشند. اسیدهای هیومیک (اولمیک، هیومیک و فولویک) یون‌های مثبت موجود در خاک را می‌گیرند و سپس به ناحیه جذب ریشه رفته و توسط میکرولوله‌های میکوریزا جذب می‌شوند.

از آنجایی که بار منفی ریشه بیشتر از بار منفی بیومولکول‌های اسید هیومیک است، دانشمندان معتقدند که ریز مغذی‌ها توسط ریشه گیاه جذب شده و توسط سیستم گیاه جذب می‌شوند. برخی از ریزمغذی‌ها با ورود به غشای ریشه از مولکول اسید هیومیک آزاد می‌شوند، اما اکنون متوجه شده‌ایم که گیاه برخی از اسیدهای هیومیک با وزن مولکولی سبک‌تر را نیز به سیستم خود جذب می‌کند. در اصل، مواد هیومیک، کاتیون‌هایی مانند منیزیم (Mg2+)، کلسیم (Ca2+) و آهن (Fe2+) را کلات می‌کنند. از طریق کلات کردن، مواد هیومیک دسترسی این کاتیون‌ها را برای گیاهان افزایش می‌دهند.

نحوه استخراج اسید هیومیک

می‌توانید اسید هیومیک را از نمونه خاک غنی از هوموس، پیت ماس یا کمپوست هیومیک استخراج کنید. اگر به طور مرتب کمپوست هیومیک را به باغ خود اضافه می‌کنید، تهیه اسید هیومیک از هر دو خاک حاوی هوموس یا کمپوست ارگانیک آسان بوده ولی زمان زیادی می‌برد.

استخراج اسید هیومیک از ذغال سنگ نارس یا باتلاق‌های ذغال سنگ نارس در صورتی که روش‌های قبلی هیچکدام در دسترس نباشند، کار سخت‌تری است.

به هر حال، بیایید مسیر نسبتاً ساده‌تر، اما به همان اندازه زمان‌بر را طی کنیم و دریابیم که چگونه می‌توان اسید هیومیک را از خاک باغچه‌ای که به طور منظم به آن کمپوست هیومیک اضافه می‌شود استخراج کرد.

مقدار زیادی خاک، مثلاً پنج فنجان، از باغچه خود نمونه خاک بردارید. این مقدار خاک باغچه مقدار کمی اسید هیومیک (حدودا نصف فنجان) تولید می‌کند.
تمام ریشه‌ها و تکه‌های علف یا برگ‌ها را با الک کردن نمونه خاک، از آن جدا کنید.
اسید کلریدریک با غلظت یک مولار را به نمونه خاک اضافه کنید تا مقدار pH آن در دمای اتاق بین 1 تا 2 در مقیاس pH باشد.
مقدار بیشتری از هیدروکلریک اسید را به محلول اضافه کنید تا نسبت جامد به مایع 1 گرم به 10 میلی لیتر باقی بماند.
ظرف حاوی این محلول را حدود یک ساعت یا بیشتر تکان دهید و سپس آن را بگذارید تا ذرات جامد در کف ظرف ته نشین شوند.
به آرامی و با احتیاط مایع را در ظرف دیگری بریزید و مراقب باشید ذرات جامد باقیمانده، کف ظرف ته نشین نشود. به این ترتیب مایع رویی از بقایای جامد خاک جدا می‌شود.
1 مولار کلرید سدیم را به بقایای ته نشین شده خاک در ظرف اول اضافه کنید تا pH به هفت برسد و مایع از نظر pH خنثی شود.
مقداری دیگر کلرید سدیم به باقیمانده خاک اضافه کنید تا نسبت کلرید سدیم و خاک باقیمانده 10 به 1 شود. کلرید سدیم باید در حضور نیتروژن به خاک وارد شود.
این سوسپانسیون ایجاد شده را تا حدود 4 ساعت نگه داشته و در فواصل منظم آن را تکان دهید.
بگذارید سوسپانسیون تمام شب بی‌حرکت بماند و صبح، مایع رویی و باقیمانده ته نشین شده را با ریختن مایع رویی در ظرف دیگر (همانطور که قبلا ذکر شد) جدا کنید.
مقداری اسید کلریدریک به مایع رویی اضافه کنید تا مقدار pH این مخلوط 1.0 شود. همانطور که این دو را مخلوط می‌کنید، محلول را مدام هم بزنید.
اجازه دهید این سوسپانسیون حدود 14 ساعت بماند.
سپس پودر هیومیک اسید (رسوب) حاصل را از اسید فولویک و با استفاده از سانتریفیوژ جدا کنید زیرا تخلیه دیگر امکان‌پذیر نیست.

در حضور نیتروژن، رسوب اسید هیومیک را با 1 مولار هیدروکسید پتاسیم مخلوط کنید و تا زمان که غلظت کل محلول به 0.3 مولار برسد، کلرید پتاسیم اضافه کنید. رسوبات را با سانتریفیوژ جدا کرده و 6 مولار اسید کلریدریک به آن اضافه کنید تا دوباره رسوب اسید هیومیک با pH یک ایجاد شود. در تمام مدت مدام به هم زدن ادامه دهید.
اجازه دهید مخلوط به مدت 14 ساعت دیگر بماند و پس از آن باقیمانده را با سانتریفیوژ از مایع رویی جدا کنید.

پودر هیومیک اسید را در محلول اسید هیدروکلریک و اسید هیدروفلوئوریک به نسبت 0.1 مول به 0.3 مول، در یک ظرف پلاستیکی قرار دهید. ظرف را حدود 8 تا 10 ساعت در دمای اتاق تکان دهید.
دوباره مواد تشکیل‌دهنده محلول را با سانتریفیوژ جدا کنید و مرحله قبل را تکرار کنید تا مقدار خاکستر مخلوط به 1% یا کمتر کاهش یابد.
رسوب اسید هیومیک را به یک لوله دیالیز منتقل کنید، مقداری آب به آن اضافه کنید تا مخلوطی گل آلود تشکیل شود و اجازه دهید مخلوط در مقابل آبی که تقطیر شده است، دیالیز شود.
دیالیز را ادامه دهید تا زمانی که آبی که در آن دیالیز انجام می‌شود، هنگام آزمایش با نیترات نقره، مقداری منفی نشان دهد.
اسید هیومیک را با نگهداری آن در محیط سرد خشک کنید.
حال مایع رویی ذخیره شده از محلول اول خاک و اسید کلریدریک را گرفته و از ستونی از رزین جاذب عبور دهید.
ستون رزین را پس از دور ریختن پساب و پساب شستشو با استفاده از یک ستون هیدروکسید سدیم با غلظت 0.1 مولار و 3 ستون آب مقطر تمیز کنید.
اسید کلریدریک را به محلول اضافه کنید تا pH آن 1.0 شود. 0.3 مولار اسید هیدروفلوئوریک غلیظ به این محلول اضافه کنید و مراقب باشید محتوای اسید فولویک محلول حفظ شود.
این فرآیند را با مایع رویی باقی مانده پس از جداسازی رسوب اسید هیومیک از اسید فولویک، تکرار کنید.
مایعات حاصل از این مرحله و مرحله قبل را با هم مخلوط کرده و این محصول نهایی را از ستونی از رزین جاذب عبور دهید تا در یک ستون شیشه‌ای جمع شود.
ستون رزین را با آب مقطر تمیز کنید و شستشوی مجدد را طبق دستورالعمل قبلی انجام دهید.
شستشوی نهایی را با استفاده از رزین تعویض کاتیونی خیسانده در هیدروژن، فیلتر کنید. ماده به دست آمده را در محیط سرد خشک کنید.

اکنون شما تمامی مراحل استخراج اسید هیومیک را انجام داده‌اید. بهتر است این روش را در صورت داشتن زمان و وسایل آزمایشگاهی کافی انجام دهید. زیرا همانطور که دیدید، این روش زمان زیادی می‌برد و به تجهیزات پیشرفته‌ای مانند سانتریفیوژ نیاز دارد.

چگونه به طور طبیعی سطح هوموس خاک را افزایش دهیم؟

اگر می‌خواهید اسید هیومیک را به خاک باغچه خود اضافه کنید، کافی است یک گودال در گوشه‌ای از باغ خود حفر کنید و مواد گیاهی خرد شده را داخل آن بریزید و هر از چند گاهی به آن آب اضافه کنید تا کمپوست خانگی و ارگانیک غنی از مواد هیومیک بدست آید.

استفاده از کمپوست و سایر منابع تجزیه مواد آلی، روش کارآمدی برای ایجاد مقدار زیادی هوموس خاک نیست. کمپوست به سرعت تجزیه می‌شود و مواد معدنی درون کمپوست از بین رفته و کربن را به صورت CO2 در جو آزاد می‌کند.

از سوی دیگر، مواد هیومیک، مولکول‌های زیستی پایدار و بادوام هستند. اجزای هوموس دارای میانگین زمان ماندگاری (به دست آمده از طریق تاریخ‌گذاری رادیوکربن در عصاره‌های خاک‌های دست‌نخورده) از 1140 تا 1235 سال، بسته به وزن مولکولی اسید هیومیک، هستند.

اگر واقعاً می‌خواهید یک خاک را احیا کنید، CEC آن را افزایش دهید، شیب و تخلخل آن را بهبود بخشید و چگونگی آبیاری را تغییر دهید. با این کارها می‌توانید خاک را برای رشد همه گیاهان و میکروارگانیسم‌ها آماده کنید. هوموس محصول شیمیایی خاک است و به منبعی از مواد شیمیایی وابسته است: اسیدهای آمینه.

آمینو اسیدها اجزای سازنده پروتئین هستند. بهترین منبع اسیدهای آمینه موجود در یک محیط طبیعی توسط گونه گلوموس میکوریزا تولید می‌شود. این مواد در چمن‌زارهای خودرو یافت می‌شوند. علف‌ها از رابطه گلوموس-میکوریزی استفاده می‌کنند. به همین دلیل است که خاک سطحی چمنزارهای بلند، غنی از هوموس است. گلوموس پروتئینی به نام گلومالین می‌سازد، ماده‌ای که غنی از اسیدهای آمینه است. در ترکیب با هوموس، ماده‌ای تولید می‌کنند که به جذب مواد مورد نیاز گیاه، کمک می‌کند.

آیا خاک شما به هیومیک اسید نیاز دارد؟

دانشمندان می‌توانند درصد کالری موجود در کمپوست را که از پروتئین‌ها (اسیدهای آمینه)، کربوهیدرات‌ها و چربی‌ها به دست می‌آید، به طور دقیق اندازه‌گیری کنند. این کار آن‌ها را قادر می‌سازد میزان هوموس‌سازی کمپوست را اندازه‌گیری کنند. حتی در کمپوستی که کیفیت عالی دارد، درصد کالری دریافتی از اسیدهای آمینه (پروتئین‌ها) کمتر از 5 درصد است. از آنجایی که درصد استخراج اسید امینه از کمپوست به دلیل کنترل‌های کیفیت ساخت و قوام مواد متفاوت دشوار است، نمی‌توانیم تبدیل ۱۰۰ درصد کارآمد همه این اسیدهای آمینه به مواد هیومیک را تضمین کنیم.

تلاش برای افزودن مقادیر کافی اسید هیومیک از طریق استفاده از کمپوست، نیازمند استفاده از مواد کمپوست به مقدار زیاد است و این کار ممکن است باعث مصرف بیش از اندازه مواد مغذی توسط گیاهان شود. در واقع، هرچه کیفیت کمپوست بهتر باشد، مواد مغذی در خاک بیشتر خواهد بود و باید از آن کمتر استفاده کرد.

اگر هوموس بیشتری در خاک می‌خواهید، می‌توانید از مکمل‌های هوموس موجود در بازار استفاده کنید. شما می‌توانید مقدار اسید هیومیک کمپوست را در یک آزمایشگاه اندازه‌گیری کنید. کمپوست با کیفیت، حدود 5 تا 8 درصد اسید هیومیک در خود دارد.

برای اهداف سلامتی و تغذیه، بهتر است به جای استخراج اسید هیومیک، قرص‌های آماده هیومیک اسید را از مغازه‌های تامین مواد و ابزار کشاورزی تهیه کنید یا آن‌ها را از طریق اینترنت سفارش دهید.