Danh mục tin tức

Kiến thức tổng hợp về Humic, Humate - "Vàng đen" của nền nông nghiệp bền vững - Phần 1

CHẤT HỮU CƠ, CHẤT MÙN, HUMATE, AXIT HUMIC, AXIT FULVIC VÀ HUMIN: 
TẦM QUAN TRỌNG ĐỐI VỚI ĐỘ MÀU MỠ CỦA ĐẤT VÀ SỨC KHỎE CÂY TRỒNG
Dr. Robert E.Pettit - Đại học Texas A&M

I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỢP CHẤT HUMIC:

Hợp chất humic (Humic substances) được mệnh danh là  "VÀNG ĐEN TRONG NÔNG NGHIỆP" đóng vai trò quan trọng quyết định độ màu mỡ của đất và dinh dưỡng cây trồng. Cây trồng phát triển trên đất chứa hàm lượng humin, axit humic (HAs) và axit fulvic (FAs) hợp lý sẽ khỏe hơn và năng suất cao hơn; chất lượng dinh dưỡng của thực phẩm và lương thực tốt hơn. Vai trò của chất humic trong độ màu mỡ của đất và dinh dưỡng cây trồng liên quan đến nhiều chức năng mà các hợp chất hữu cơ này tác động nên chu trình tuần hoàn trên trái đất. Quá trình phân hủy xác hữu cơ liên quan đến quá trình tái tạo thành phần chứa cacbon cấu trúc  lên cơ thể động thực vật qua đất và không khí trở lại sinh thể.
Con người đã bỏ qua tầm quan trọng trong quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ khi phát hiện ra các axit từ phân NPK có khả năng kích thích sinh trưởng của thực vật. Việc tiếp tục sử dụng các loại phân này và bỏ qua thành phần humic hợp lý trong đất có thể gây ra nhiều vấn đề xã hội và sinh thái. Chúng ta cần xem xét lại cách tiếp cận về công nghệ dinh dưỡng cây trồng bằng cách quan tâm nhiều hơn đến thành phần mùn trong đất.
Việc nhấn mạnh tầm quan trọng của chất humic và giá trị của nó như là một thành phần dinh dưỡng chưa bao giờ cần được quan tâm cấp thiết như hiện nay. Những chuyên gia đang quan tâm đến khả năng của đất trong việc thúc đẩy sinh trưởng cây trồng cần hỗ trợ giáo dục cộng đồng nhận thức sâu sắc hơn vấn đề này. Các nhà khoa học và nông học hàng đầu nhận ra rằng chất humic là thành tố quan trọng nhất trong đất màu mỡ.  Để chứng minh cho chức năng của chất humic, nghiên cứu sau đây được thực hiện dựa trên những cơ sở khoa học đã được công bố và được sử dụng như tài liệu hướng dẫn. Thêm vào đó, qua việc hiểu được chức năng của các hợp chất chứa cacbon này, các chuyên gia cũng có cơ sở vững chắc trong việc xây dựng các chương trình phát triển nông nghiệp bền vững thân thiện với môi trường.

II. MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VỀ CHẤT HỮU CƠ VÀ HUMIC

CHẤT HỮU CƠ: chất hữu cơ được định nghĩa là nhóm hợp chất chứa cácbon có nguồn gốc từ cơ thể sống và các quặng trong hoặc trên các phần cấu trúc nên trái đất. Chất hữu cơ đất chính là xác của cơ thể động thực vật nằm trên bề mặt trái đất hoặc được bổ sung có mục đích bởi con người để tạo thành các chất trừ sâu tổng hợp có nguồn gốc hữu cơ. Đất màu mỡ là đất chứa 2.8% chất hữu cơ, hầu hết đất đều chỉ chứa ít hơn 2%. Trong đất axit và bị rửa trôi (thường là cát), phần hữu cơ ở dưới dạng các mảnh vụ thân cây và axit fulvic. Trong đất trung tính và kiềm, phần hữu cơ chủ yếu tồn tại dứoi dạng axit fulvic và humin. Khi các chất hữu cơ được đốt cháy thành tro. Phần tro gồm các loại muối khoáng, vi lượng cần thiềt cho cây trồng trong suốt quá trình sinh trưởng bình thường. Do đó chất hưu co gồm nhiều nguyên tố vi lượng.
Việc đo lường hàm lượng hữu cơ trong đất vô cùng hữu ích trong việc điều chỉnh độ phì nhiêu của đất. Chất chiết xuất phần hữu cơ từ đất tốt nhất là natri hidroxit (NaOH 0.5), thứ hai là natri pyrophotphat decahydrate (Na4O)7.10H2O – pH 9.8%. Không chất nào trong hai chất này có khả năng chiết xuất hoàn toàn phần hữu cơ từ đất, như vậy không thể xác định được tổng số phần hữu cơ trong đất. Trên thực tế, hữu cơ không phải là thành phần có thể đo lường được. Hàm lượng các bon hữu cơ của đất có thể được đo lường và là chỉ số đáng tin cậy hơn để đo lường hàm lượng humic của đất.
 
HỢP CHẤT MÙN: Chất mùn được định nghĩa là hợp chất màu nâu hoặc đen chứa nhiều hợp chất chứa cacbon và không được nhìn thấy dưới kính hiển vi vì có cấu tạo tế bào trong việc hình thành cơ thể động thực vật. Chất mùn tách biệt hoàn toàn với các hợp chất không phải mùn như cacbonhidrate (phần đa số của các bon đất), chất béo, chất sáp, ancan, peptit, amino axit, protein, lipit và axit hữu cơ vì cấu trúc hóa học khác biệt hoàn toàn so với các hợp chất này. Hầu hêt các phân tử nhỏ của hợp chất không phải mùn này nhanh chóng được phân hủy bởi vi sinh vật trong đất. Ngược lại, chất mùn đất lại phân hủy rất chậm trong điều kiện đất tự nhiên. Khi kết hợp với các khoáng chất của đất, chất mùn đất có thể tồn tại trong đất trong hàng trăm năm. Chất mùn là thành phần hữu cơ chủ yếu, chiếm tới 65-75%. Chất mùn được coi là phần quyết định độ màu mỡ của đất.
 
CHẤT HUMIC:  là thành phần của hợp chất mùn và là hợp chất có trọng lượng phân tử lớn hình thành chất đa điện phân có đặc tính hút nước, gọi là hợp chất mùn. Rất nhiều trong số các thành phần của hợp chất mùn là các hợp chất hữu cơ tương đối ổn định và không đồng nhất. Chúng có vai trò tạo nên cấu trúc đất tơi xốp, khả năng giữ nước, sự trao đổi ion và cation, và liên quan mật thiết đến quá trình chelate các khoáng chất. Những phân tích nguyên tố của chất humic chỉ ra rằng chúng vốn được cấu tạo từ cacbon, oxy, hydro, nitơ và lưu huỳnh trong chuỗi phức hợp cácbon (phần chất béo chiếm tới 40-50% tổng số), C=C=C=C và 4,5 và 6 vòng các bon (hợp chất thơm chiến tới 35-60%) cùng với nhóm C=C, C=N và C=O.
Nghiên cứu ban đầu về cơ chế hình thành chất humic dựa trên 4 học thuyết đã được công bố: 1. Sự biến thể của lingin. 2. Quá trình tương tác amino axit quinone. 3. Quá trình vi khuẩn tổng hợp của hợp chất thơm và 4. Phản ứng Mallard (kết quả của phản ứng amino axit đường). Mỗi lý thuyết này mô tả phản ứng sinh vật và vô sinh phức tạp theo đó rất nhiều hợp chất hữu cơ như hợp chất fe-no-la (ví dụ như linhin), cacbon, nitơ được tái tổng hợp để hình thành cao phân tử. Để có được quá trình polyme hóa, các phản ứng thúc đẩy chất xúc tác khoáng vô cơ cũng sẽ diễn ra. Do đó, sự xuất hiện của các yếu tố vi lượng là rất cần thiết trong việc hình thành chất humic. Sự đa dạng trong đặc điểm phân tử của humic liên quan mật thiết đến các tiền chất và điều kiện môi trường khi nó được hình thành.
Chất humic được chỉ ra là chứa nhiều loại cấu trúc phân tử khác nhau, cụ thể như polysacarit, axit béo, polypeptit, linhin, este, phenol, ete, cacbonyl, quinoes, lipit, peroxit và kết hợp của benzen, acetat, ketat, lacto và hợp chất furan vòng; chất béo (chuỗi các bon). Quá trình oxy hóa của một vài chất humic tạo ra axit béo, axit phenol, axit benzenecacbonxilic cùng với axit ankan và axit béo.
 
Chất humic được chia thành 3 phần chính: Humin, Axit humic và Axit fulvic, dựa trên sự hòa tan của mỗi thành phần trong nước dưới các điều kiện pH khác nhau. Một vài đặc diểm nổi bật của chúng sẽ được trình bày trong bảng 1.
HUMIN: Humin là một phần của chất humic mà không tan trong kiềm (pH cao) và không tan trong axit (pH thấp). Humin là chất không tan trong nước với bất kì điều kiện pH nào. Hợp chất humin được coi là những chất hữu cơ phân lớn vì khối lượng phân tử của nó xấp xỉ từ 100.000 đến 10.000.000. So với khối lượng phân tử của hợp chất đường chỉ xấp xỉ từ 500 đến 100.000. Đặc tính lý hóa của humin cũng mới chỉ được hiểu rõ phần nào. Humin trong đất là phần khó được phân hủy nhất trong số các chất humic. Một vài chức năng chính của humin trong đất cải thiện khả năng giữ nước, cải thiện cấu trúc đất, duy trì độ ổn định của đất, đóng vai trò trong hệ thống chuyển đổi cation và nhìn chung tăng độ màu mỡ cho đất. Những đặc tính quan trọng này khiến humin trở thành yếu tố then chốt của đất màu mỡ.
 
AXIT HUMIC: Axit humic bao gồm hỗn hợp axit béo yếu (cacbon chuỗi) và axit thơm (cacbon vòng) không tan trong dung dịch axit nhưng tan trong dung dịch kiềm. Axit humic bao gồm các chất humic kết tủa từ dung dịch khi độ pH thấp hơn 2.
Axit humic được coi là chất đa phân tán vì những đặc tính hóa học phức tạp. Xét về mặt kích thước hợp chất chứa cacbon này được coi là hợp chất polyme tuyến tính tồn tại dạng cuộn ngẫu nhiên kết hợp với dây kết nối. Trung bình 35% phân tử HA là chất thơm (cacbon vòng) trong khi phần còn lại là chất béo (cacbon chuỗi). Kích thước của phân tử HA xấp xỉ từ 10.000 đến 100.000. Cao phân tử HA sẵn sàng liên kết với khoáng sét để tạo thành hợp chất sét hữu cơ ổn định. Các khe ngoại biên của hợp chất cao phân tử này có khả năng kết nối các chất hóa học hữu cơ tổng hợp và tự nhiên vào trong một chuỗi dạng lưới.
Axit humic cũng dễ dàng tạo thành hợp chất muối với các nguyên tố khoáng chất vô cơ. Phân tích chiết xuất HA tồn tại trong tự nhiên chỉ ra sự xuất hiện của 60 nguyên tố khoáng chất khác nhau tồn tại trong nó. Những nguyên tố vi lượng này gắn chặt với phân tử axit humic dưới dạng mà dễ dàng được các sinh vật sống hấp thụ. Do vậy HA có chức năng quan trong trong quá trình chuyển hóa ion và quá trình chelat kim loại.
 
AXIT FULVIC: Axit fulvic là hỗn hợp của axit béo và axit thơm yếu mà tan trong môi trường nước ở các điều kiện pH khác nhau (axit, trung tính và kiềm). Thành phần và hình dạng khá đa dạng. Kích thước  của axit fulvic nhỏ hơn axit humic, với khối lượng phân tử chỉ xấp xỉ từ 1.000 đến 10.000. FA có hàm lượng oxy gấp đôi HA. Chúng có nhiều gốc Cacbonxyl (COOH) và hydroxyl (COH), do đó axit fulvic có phản ứng hóa học cao hơn. Khả năng chuyển đổi ion của fulvic cũng cao gấp đôi axti humic.
Do kích thước phân tử tương đối nhỏ, axit fulvic có thể dễ dàng được hấp thụ qua rễ cây, thân cây và lá. Nhờ đó, chúng mang theo các vi lượng từ bề mặt vào tận trong mô. Axit fulvic là thành phần chính của các loại phân bón lá chất lượng cao. Các dạng phun bón lá chứa axit fulvic chelate các vi lượng, ở một giai đoạn phát triển nhất đinh, có thể được dùng như một kĩ thuật để tối đa hóa năng suất cây trồng. Khi được bón vào lá cây, axit fulvic sẽ vận chuyển các vi lượng chứa phức hợp chelate đến trực tiếp các cơ quan tổng hợp của tế bào cây.
 
Axit humic
Axit fulvic
Humin
Thành phần phân tử
C: 56.2%-61.9%
H: 3.4%-4.8%
O: 29.5%-34.8%
N: 3.5%-4.7%
C: 44.7%-49.8%
H: 3.4%-5.1%
O: 43.8%-47.3%
N: 2.3%-4.2%
 
Thời gian tồn tại trong đất
1.235 năm
1.140 năm
870 năm
Màu sắc
Màu nâu hoặc xám
Màu vàng
Màu đen
Kích thước phân tử
10.000-100.000
1.000-10.000
100.000-10.000.000
Đặc tính
Tan trong kiềm
Tan trong tất cả các môi trường nước
Không tan trong môi trường nước
 
Humate: Humate là muối kim loại của humic hoặc fulvic. Trong bất kì chất humic nào cũng chưa một lượng lớn các phân tử humate. Cấu trúc của humate dựa trên khả năng của gốc carboxyl (COOH) và hydroxyl (OH) (bên ngoài của cấu trúc cao phân tử) không liên kết với các ion H+.  Khi ion H+ tách ra khỏi ion âm COO- và –CO-, hai ion âm này có thể kết hợp với các ion dương kim loại như sắt, đồng, kẽm, canxi, magiê, mangan. Do đó humate từ các quặng kiêm loại khác nhau sẽ có những đặc tính riêng biệt.
 
 
 

Đối tác của Hacheco