PHẦN 2: HỢP CHẤT HUMIC SUBSTANCES (HS) VÀ SỰ TUYỆT VỜI CỦA CHÚNG

Các hợp chất HS cung cấp năng lượng và nhiều khoáng chất thiết yếu cho vi sinh vật đất và động vật đất. Các sinh vật đất có ích thiếu bộ máy quang hợp để thu năng lượng từ mặt trời, do đó chúng phải tồn tại dựa vào các chất có chứa carbon trong đất. Năng lượng được lưu trữ trong các liên kết carbon có thể cung cấp cho các phản ứng trao đổi chất khác nhau trong các sinh vật này. Các sinh vật đất có ích (tảo, nấm men, vi khuẩn, nấm diệt tuyến trùng, nấm rễ và động vật nhỏ) có ích đến độ phì nhiêu của đất và sức khỏe của cây. Ví dụ, vi khuẩn giải phóng axit hữu cơ hỗ trợ quá trình hòa tan các nguyên tố khoáng liên kết trong đất. Vi khuẩn cũng giải phóng các polysacarit phức tạp giúp tạo ra hạt đất. Các hạt đất liên kết lại tạo nên một cấu trúc đất tốt cho sự sinh trưởng của cây trồng. Các vi sinh vật đất có lợi khác như Actinomyces giải phóng kháng sinh vào đất. Những loại kháng sinh này được cây trồng hấp thu và đưa đến các cơ quan khác để chống lại các bệnh hại. Kháng sinh cũng có chức năng tạo ra sự cân bằng sinh thái của các sinh vật trên bề mặt rễ (rhizoplane) và trong vùng rễ (rhizosphere). Nấm cũng thực hiện nhiều chức năng có lợi trong đất. Ví dụ, mycorrhizae hỗ trợ rễ cây trong sự hấp thu của nước và các nguyên tố vi lượng. Các loại nấm khác phân hủy tàn dư thực vật và tiết các chất dinh dưỡng cung cấp cho các sinh vật khác. Nhiều hợp chất hữu cơ được giải phóng bởi nấm giúp hình thành mùn và vụn đất. Động vật đất giúp tạo độ tơi xốp, thông thoáng cho đất thông qua hoạt động đào hàng. Động vật đất cũng hỗ trợ trong việc hình thành mùn, và giúp cân bằng mật độ của vi sinh vật đất. Một vùng đất tốt phải chứa đầy đủ các hợp chất carbon để duy trì sự sống của hàng tỷ sinh vật cần thiết giúp đất màu mỡ và giúp cây trồng khỏe mạnh.

Chức năng quan trọng nhất của HS trong đất là khả năng giữ nước của chúng. Xét về định lượng, nước là chất quan trọng nhất mà cây lấy đi từ đất. HS giúp tạo ra một cấu trúc đất xốp tạo điều kiện cho nước xâm nhập và giữ nước trong vùng rễ. Do diện tích bề mặt lớn và điện tích bên trong, HS hoạt động như bọt biển. HS có khả năng giữ nước gấp bảy lần khối lượng của chúng, khả năng giữ nước lớn hơn rất nhiều so với đất sét. Nước dự trữ trong HS là thành phần quan trọng nhất của đất màu mỡ. Các loại đất có chứa nồng độ cao hợp chất HS giúp giữ nước cho cây trồng trong thời kỳ hạn hán. Đây là lý do tại sao những nông dân sử dụng phân bón dựa trên nền HS và phối hợp với việc bổ sung thường xuyên HS có thể giữ vững năng suất thu hoạch trong điều kiện thời tiết khô hạn.

HS không có công thức cố định, mỗi HS có một số lượng cacbon khác nhau, chuỗi cacbon dài ngắn khác nhau. Khi các HS bắt đầu liên kết với phần khoáng chất của đất, sau đó liên kết với các keo đất thông qua quá trình trao đổi điện tích làm tăng khả năng kết dính cho các hạt đất, hạt sét rất mịn. Từ những liên kết này hình thành nên các tế khổng trong đất. Các tế khổng giúp cho rễ trao đổi khí dễ hơn, cung cấp oxi cho vsv có lợi và tăng khả năng giữ nước cho đất.

Thời gian tồn tại trong đất trung bình của các HS thay đổi như sau: humin, 1140 năm; axit humic, 1235 năm; và axit fulvic, 870 năm. Con người đã làm giảm thời gian tồn tại của các HS thông qua hoạt động bón quá nhiều phân vô cơ, canh tác liên tục nhiều năm mà không bổ sung hữu cơ cho đât, lạm dụng nhiều thuốc BVTV và biện pháp canh tác không đúng làm cho đất bị bạc màu, rữa trôi.

Các hợp chất HS trong đất có chức năng ổn định và hỗ trợ quá trình phân hủy các chất độc hại như: nicotine, aflatoxin, antibiotics và hầu hết các loại thuốc trừ sâu hữu cơ. Trong quá trình phân hủy các chất độc hại của vi sinh vật, không phải tất cả các carbon có trong các chất độc này đều được giải phóng dưới dạng CO2. Một phần của các phân tử độc hại này, chủ yếu là các hợp chất vòng thơm được ổn định và gắn vào trong các chuỗi mạch phức tạp của hợp chất HS. Trên bề mặt các hợp chất HS có các vị trí mang điện tích. Chúng có chức năng hút và vô hiệu hóa thuốc BVTV và các chất độc hại khác. Vì lý do này, các Cơ quan Bảo vệ Môi trường khuyến nghị sử dụng HS để làm sạch những nơi ô nhiễm các chất độc hại. Nhiều công ty cũng áp dụng HS vào các khu xử lý chất thải của họ. Nông dân cần quan tâm đến việc làm sạch nguồn đất của họ hơn (loại bỏ các tàn dư thuốc BVTV), đẩy nhanh sự phân hủy các độc tố bằng cách áp dụng các hợp chất HS. Việc bổ sung hợp chất HS vào đất thường xuyên là cần thiết. Người nông dân cần dành ra một khoản ngân sách cho việc mua những loại phân bón có chứa hợp chất HS để bón cho đất. Khoản chi phí này mang lại nhiều lợi nhuận hơn vì khi có bổ sung HS vào đất giúp giảm được lượng phân hóa học, tăng năng suất, giữ vững năng suất cho nhiều vụ sau.

HS có khả năng tác động đến nồng độ ion H+ của đất. Nhiều nghiên cứu thực địa đã cung cấp bằng chứng thực nghiệm rằng việc bổ sung HS vào đất giúp trung hòa độ pH của loại đất đó (đất chua hoặc đất kiềm). Khi đất được trung hòa, sau đó nhiều nguyên tố vi lượng trước đây bị kìm giữ trong đất được phóng thích cho rễ cây sử dụng. Các hợp chất HS cũng giải phóng carbon dioxide (CO2) khỏi canxi cacbonat có trong đất. CO2 được giải phóng thông qua cây trồng hoặc nó có thể tạo thành axit carbonic. Các axit carbonic này hòa tan khoáng chất trong đất giúp giải phóng chất dinh dưỡng cho cây trồng.

Các quá trình ổn định enzyme giúp hạn chế hoạt động của mầm bệnh thực vật có trong đất. Trước khi xâm nhập vào rễ, các mầm bệnh thường tiết ra các enzyme để phá vỡ hệ thống phòng vệ của cây trồng. Khi đất có nhiều hợp chất HS thì các enzyme này sẽ bị cố định và bất hoạt. Kết quả là mầm bệnh không thể xâm nhiễm vào bộ rễ cây trồng.

Các đặc tính này giúp duy trì nhiệt độ đất ổn định hơn, đặc biệt là trong thời kỳ biến đổi khí hậu nhanh chóng, giúp cây trồng gảm stress khi bị sốc nhiệt. Nước được giữ lại trong các hợp chất HS từ đó làm giảm bốc thoát hơi nước vào khí quyển.

Cả hai nhóm axit hữu cơ là axit humic (HA) và axit fulvic (FA) đã được chứng minh là có liên quan đến ba phản ứng hóa học cụ thể gồm: (1) lực hút tĩnh điện (2) tạo phức chất, và (3) làm cầu nối nước.

Lực hút tĩnh điện đối với các nguyên tố vi lượng làm giảm sự rửa trôi vào lòng đất. Các nguyên tố vi lượng được HS giữ lại, hạn chế trực di vào lòng đất. Chúng được gắn với HS bởi một lực vừa phải, do đó chúng có thể được phóng thích khi bị hút bởi một điện tích mạnh hơn. Vì vậy, các nguyên tố vi lượng luôn có sẵn trong môi trường đất để rễ cây có thể hút và sử dụng.

Các vị trí tích điện trên HS có chức năng hòa tan và liên kết các khoáng chất vi lượng. Khi một phản ứng phức tạp với các cation kim loại xảy ra trên bề mặt HS, nó được gọi là phức chất. Hai vị trí tích điện âm trên HS hút các cation kim loại hóa trị 2. Kết quả là các cation liên kết với nhiều hơn một vị trí mang điện tích âm, tạo thành phức chất vòng càng. Bằng cách hình thành phức chất vòng càng, các axit hữu cơ này mang lại sự hòa tan các khoáng chất sơ cấp và thứ cấp trong đất. Những khoáng chất này sau đó trở nên hữu hiệu để hấp thụ bởi rễ cây. Ái lực của cation kim loại đối với axit humic (HA) hoặc axit fulvic (FA) càng lớn, sự hòa tan của cation từ các bề mặt khoáng chất khác nhau càng dễ dàng. Phức chất của HS với các nguyên tố vi lượng như sắt (Fe), đồng (Cu), kẽm (Zn), magiê (Mg), mangan (Mn) và Bo (B) làm giảm độc tính của chúng hơn trạng thái cation, giảm sự rửa trôi và gia tăng sự hấp thu của cây trồng.

Việc phóng thích các khoáng chất vi lượng vào cây trồng khá khác biệt với quá trình trao đổi cation cổ điển. Các cation có điện tích 2+, hiện diện trong phức chelate, không thể được thay thế bằng một cation tích điện đơn lẻ như H+, K+ hoặc Na+. Ion kim loại có thể được trao đổi bởi một ion kim loại chuyển tiếp khác có cùng điện tích. Phức chất chelate cung cấp cơ chế mang mà theo đó các nguyên tố dinh dưỡng đã sử dụng hết được bổ sung tiếp ở bề mặt rễ. Quá trình tạo phức cũng làm tăng dòng chảy của các nguyên tố vi lượng đến vùng rễ. HS còn làm giảm tính độc của các kim loại nặng có trong đất. Khi các kim loại nặng độc hại như thủy ngân (Hg), chì (Pb) và cadmium (Cd) được tạo phức, các phức kim loại này trở nên ít hữu hiệu cho sự hấp thụ của cây trồng. Lưu ý rằng các cation kim loại tự do như Fe2+, Cu2+ và Zn2+ không tương thích với các tế bào thực vật. Việc sử dụng trực tiếp muối kim loại, chẳng hạn như sắt sunfat, đồng sunfat và kẽm sunfat, để bổ sung cho sự thiếu hụt nguyên tố vi lượng, có thể gây ra vấn đề nghiêm trọng khi đất thiếu hợp chất HS để làm hệ đệm. Khoáng chất vi lượng nên được sử dụng ở dạng phức chất hữu cơ, tốt nhất là bằng axit humic (HA) và axit fulvic (FA). Nhiều nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng các hợp chất HS [axit humic (HA) và axit fulvic (FA)] có trong vùng rễ làm giảm độc tính của các cation kim loại.

Cầu nước là một chức năng quan trọng của axit humic và axit fulvic. Cầu nối nước bằng HS liên quan đến sức hút của một phân tử nước, sau đó là sức hút của một cation nguyên tố khoáng (được minh họa đơn giản bởi (COO – H2O – Fe+) tại một vị trí anion trên chuỗi axit humic (HA) hoặc axit fulvic (FA). Khả năng giữ nước của HS và khả năng liên kết các nguyên tố khoáng vi lượng hoạt động cùng nhau trong cầu nối nước. Cầu nối nước cải thiện khả năng di chuyển của các ion dinh dưỡng vào vùng rễ. Các thí nghiệm gần đây chỉ ra rằng cầu nước xuất hiện nhiều hơn trong vùng đất có bổ sung hợp chất HS.

Sự hình thành đất liên quan đến sự tạo phức của các nguyên tố khoáng, chẳng hạn như đồng (Cu), kẽm (Zn), sắt (Fe) và mangan (Mn) từ khoáng trong đất tạo phức với axit humic (HA), axit fulvic (FA). Quá trình tạo phức này ức chế sự kết tinh của các nguyên tố khoáng trong đất. Trong trường hợp không có HS, các nguyên tố khoáng vi lượng sẽ chuyển thành các chất kết tủa không hòa tan như cacbonat kim loại, oxit, sunfua hay hydroxit. Các cation kim loại (ví dụ Cu2+, Zn2+ và Fe2+) được giữ trong các chuỗi mạch HS lớn, dưới dạng phức chelate, để phóng thích từ từ cho cây sử dụng. Các quá trình này ngăn chặn sự trực di các chất dinh dưỡng vào lòng đất.

Việc bổ sung các hợp chất HS vào đất nhiễm mặn có thể giúp làm giảm nồng độ muối trong đất đó. Bằng cách giảm hàm lượng muối trong đất, độ phì và dinh dưỡng đất được tăng lên cung cấp một môi trường tốt hơn cho sự phát triển của cây trồng.

Còn tiếp…

PHẦN 1: http://trivietcorp.com/gioi-thieu-ve-hop-chat-hs-humic-substances/