Chất hữu cơ, mùn, humate, axit humic, axit fulvic và humin... (phần 2)

Tầm quan trọng của những chất này trong độ phì nhiêu đất và sinh lý cây.

Bài viết của giáo sư Robert E.Pettit, thành viên của hiệp hội các giáo sư trường Đại Học A&M bang Texas. Mỹ.

Phần 2: 

Humic và ảnh hưởng của chúng đối với độ phì nhiêu của đất.

Humic là nguồn năng lượng tốt cho các nhóm vi sinh có lợi cho đất. Hợp Humic và hợp chất hữu cơ (không phải Humic) cung cấp nguồn năng lượng và nhiều nhu cầu chất khoáng cho các nhóm vi sinh vật và sinh vật  trong đất. Những nhóm sinh vật có ích cho đất thiếu bộ máy quang hợp để hấp thụ năng lượng mặt trời do đó sống sót được dựa vào lượng cácbon dư thừa của các chất có sẵn trong đất hoặc trên mặt đất. Năng lượng dự trữ trong các liên kết cácbon có chức năng cung cấp năng lượng cho các phản ứng của những nhóm vi sinh vật này. Các nhóm vi sinh vật có lợi cho đất (tảo, vi khuẩn lên men, giun nấm, giun tròn, và các sinh vật nhỏ) thực hiện nhiều chức năng có ích ảnh hưởng đến độ phì nhiêu của đất và sinh lý của cây. Lấy ví dụ như vi khuẩn tiết ra các Axit hữu cơ nhằm mục đích hòa tan các nguyên tố có trong đất. Vi khuẩn cũng tiết ra chất polysaccharide phức hợp (thành phần chủ yếu là đường) giúp tạo nên các sinh khối đất. Các  sinh khối đất mang lại cho đất một kết cấu vô cùng tốt. Những tổ chức vi sinh khác cũng có lợi cho đất như là nhóm vi khuẩn tia tiết chất kháng sinh vào đất. Những chất kháng sinh này sẽ được cây hấp thụ để bảo vệ cây chống lại các loại gây hại. Chất kháng sinh này cũng có vai trò tạo ra môi trường cân bằng sinh thái lí tưởng của các nhóm sinh vật trên bề mặt rễ cây (bề mặt rễ) và trong đất gần các rễ cây (vùng rễ). Nấm cũng thực hiện nhiều chức năng có lợi cho đất. Ví dụ, nấm mycorrhizae có khả năng hỗ trợ rễ cây trong việc hấp thụ nước và các nguyên tố vi lượng. Những loại nấm khác phân hủy rác thải của mùa vụ và chất sinh dưỡng bằng việc tiết ra các dưỡng chất cần thiết cho các nhóm sinh vật khác. Nhiều hợp chất hữu cơ được các loại nấm tiết ra nhằm mục đích hình thành mùn và các sinh khối đất. những loại sinh vật có lợi cho đất thì lại tạo ra các đường hầm giống như các đường rãnh trong đất. Các đường rãnh cho phép đất lấy và trao đổi khí với bầu khí quyển. Các sinh vật đất cũng góp phần tạo ra mùn và giúp cân bằng mật độ của các nhóm vi sinh vật trong đất. Một mảnh đất màu mỡ thật sự phải có một lượng cácbon đầy đủ để  duy trì hàng triệu dạng tồn tại của vi sinh vật, vì chúng cần thiết cho một mảnh đất màu mỡ và cây trồng khỏe mạnh. Một mảnh đất sống là một mảnh đất có độ phì nhiêu lớn. Mùn cũng có chức năng cải thiện dung tích giữ nước của đất. Chức năng quan trọng nhất của Humic trong đất đó là khả năng giữ nước. Theo quan điểm chung thì nước là chất quan trọng nhất mà cây nhận được từ đất. Humic giúp tạo nên một kết cấu đất lý tưởng thuận lợi cho việc hút và giữ nước xung quanh khu vực rễ. Do khu vực bề mặt rộng và diện tích bên trong , Humic đóng vai trò như là chất thấm hút nước. Chất thấm hút này có khả năng lưu lại gấp 7 lần số lượng bình thường khi gặp nước, dung tích chứa nước lớn hơn cả đất sét. Nước dự trữ gần bề mặt đất khi cần, cung cấp phwong tiện vận chuyển các dưỡng chất trung gian được các nhóm sinh vật trong đất và rễ cây sử dụng. Nguồn nước sẵn có đương nhiên là thành tố quan trọng nhất của đất màu mỡ. Những vùng đất có tỷ lệ humic cao thì sẽ có khă năng giữ được nước dùng cho mùa vụ trong các giai đoạn hạn hán. Điều này giải thích tại sao người trồng trọt sử dụng những loại phân bón dựa trên humate kết hợp với thực tiễn sản xuất bảo quản humic có thể thường xuyên thu hoạch vụ mùa trong những luc thời tiết hanh khô. Humic là thành phần chủ yếu của kết cấu đất bở. các loại cácbon khác nhau chưa Humic là thành tố chính của các sinh khối đất. Các dạng Cácbonhydrat được kết hợp bởi vi khuẩn và Humic có chức năng phối hợp cùng với đất sét và bùn để tạo nên các sinh khối đất. Khi humic có quan hệ mật thiết với các mẫu khoáng trong đất thì hợp chất keo của đất sét mùn và các sinh khối bùn humus được hình thành. Những sinh khối đất được tạo thành bới các quá trình tích điện do đó tăng lực liên kết làm cho những phân tử đất và chất cấu thành đất sét hút lẫn nhau. Một khi đã tạo thành, những sinh khối đất này sẽ giúp tạo ra một kết cấu sinh khối lý tưởng gần bề mặt đất làm cho đất bở hơn. Loai đất có kết cấu sinh khối tốt sẽ cải thiện lớp đất trồng trọt, thêm nhiều các mao mạch xốp (các khoảng không mở). Những mao mạch này cho phép đất trao đổi khí với tầng khí quyển, và thấm hút nước lớn hơn. Thời gian cư ngụ bình quân của những khối sinh khoáng hữu cơ này biến động theo từng loại humic. Thời gian cư ngụ bình quân cuae humic trong sinh khối này dựa vào thời hạn phóng  xạ cácbon, dùng phần chiết xuất từ những vùng đất không bị tác động như sau: humin, 1140 năm; Axit humic, 1235 năm; và  Axit Fulvic, 870 năm. Con người đã rút ngắn thời gian cư ngụ của Humic bằng việc bón phân liên tục và bằng những tập tục canh tác mà gây ra sự phong hóa đất. Đất bị lạm dụng bởi việc áp dụng khí Amoni khan và bởi các tập tục phá hoại (những việc làm này phá hủy Humic) có thể rút ngắn thời điểm cư ngụ tích tụ từ hàng trăm năm nay. Thời gian phục hồi của cácbon hữu cơ bổ sung mỗi năm từ xác động thực vật trung bình xấp xỉ 30 năm, dưới các điều kiện lý tưởng. Để giữ lại Humic trong đất, các hộ trồng trọt cần phải thực hiện các tập tục sản xuất có tác dụng ngăn chặn sự phân hủy của Humic. Các hộ trồng trọt cần phải phát triển những tập tục mà duy trì được thời gian cư ngụ của Humic. Tránh được những tập tục bón phân có tính phá hủy là rất quan trọng, nên luân canh, giả thiểu sử dụng thuốc trừ sâu, cày sâu và trộn bã mùa vụ gần bề mặt đất bằng cách sử dụng những thói quen canh tác có lợi. Những vùng đất có lượng Humic đầy đủ thì sẽ cải thiện được đất canh tác và do đó sẽ lưu  giữ dưỡng chất cho mùa vụ sản xuất một cách hiệu quả hơn. Humic có thể làm giảm và khử hoạt tính của các chất độc trong đất, Humic trong đất có chức năng tạo sự ổn định và hỗ trợ phân hủy các chất độc như: nicôtin, aflatoxin, thuốc kháng sinh, độc tố từ cây hẹ (shallots), và hầu hết các thuốc trừ sâu hữu cơ. Trong quá trình phân hủy vi khuẩn thì không phải tất cả lượng cácbon có trong các độc tố đều được thải ra dưới dạng CO₂. Một tỷ lệ nhất định của những phân tử độc này ban đầu là hợp chất vòng hương liệu được ổn định và kết hợp với dãy Polime phức tạp của Humic. Humic có những phân tích điện trên bề mặt thực hiện chức năng hút và khử hoạt tính của thuốc trừ sâu và các chất độc khác. Vì lyys do này mà cơ quan bảo vệ môi trường khuyến cáo sử dụng Humate để tẩy rửa các khu rác nhiễm độc. Nhiều công ty giải pháp sinh học ứng dụng các hợp chất có thành phần chính  là Humate đối với các khu rác nhiễm độc như một phần trong chương trình tẩy sạch của mình. Những hộ trồng trọt quan tâm đến việc làm sạch đất (khử nhiều loại thuốc trừ sâu độc hại) có thể thúc đẩy quá trình phân hủy chất độc bằng ứng dụng humic. Người trồng trọt canh tác trên đất có ít mùn cần phải dành một phần chi phí cho Humic trong toàn bộ vốn đầu tư cho phân bón. Chi phí cho humic có thể kinh tế hơn do giảm bớt chi phí cho các thành phần phân bón khác. Humic có tác dụng trung hòa đất pH và giải phóng Cácbon dioxide. Humic thực hiện chức năng trung hòa mật độ Ion Hiđrô (pH) trong đất. Qua nhiều lần nghiên cứu trên các cánh đồng đã cung cấp những bằng chứng thí nghiệm khẳng định thêm vai trò của Humic trong việc hỗ trợ đất trung hòa độ pH. Cả đất Axit và đất kiềm đều được trung hòa. Khi mà đất được trung hòa thì nhiều nguyên tố vi lượng trước đây bị giới hạn trong đất và khó tiếp xúc với rễ cây do môi trường kiềm hoặc môi trường Axit sẽ trở nên dễ hấp thụ hơn đối với rễ cây. Axit Humic cũng giải phóng CO₂ từ Canxi cácbonat có trong đất. CO₂ thải ra có thể được cây hấp thụ hoặc tạo ra Axit cácbon. Axit cácbon sẽ kích hoạt các khoáng chất trong đất để  tiết ra dưỡng chất cho cây. Enzim đất được giữ vững và khử hoạt tính bởi Humic. Enzim đất (Protêin phức hợp) được giữ vững bởi Humic trong đất thông qua các liên kết hóa trị. Sự ổn định của những Enzim này ít có liên quan đến sự phân hủy vi khuẩn. một khi đã được ổn định và hạn chế bởi Humic, hoạt động Enzim sẽ bị giảm xuống hoặc ngừng thực hiện chức năng của mình. Tuy nhiên những mối liên kết này khá yếu nếu thay đổi độ pH, nên những Enzim này vẫn có thể được tiết ra. Khi vài thành phần của Humic phản ứng với Enzim chúng sẽ bị ràng buộc với nhau chặt ché hơn. Ví dụ như hợp chất Enzim Phenolic thường gắn với đất sét, sẽ có tác dụng ổn định Enzim. Quá trình ổn định Enzim này giúp hạn chế hoạt động của các mầm bệnh tiềm ẩn trong cây. Vì các mầm bệnh tiền ẩn trong cây tạo ra Enzim để phá vỡ kháng thể của cây, song Enzim trong mầm bệnh lại bị hạn chế bởi Humic. Kết quả là mầm bệnh không có khả năng để xâm nhập vào các thực vật kí sinh tiềm ẩn trên cây. Nhiệt độ đất và tỉ lệ bbay hơi của nước cũng được ổn định bằng Humic. Humic có chức năng hỗ trợ ổn định nhiệt độ đất và làm chậm tỉ lệ bay hơi của nước. Đặc tính cách điện của Humic giúp duy trì nhiệt độ đất đồng nhất hơn, đặc biệt khi thời tiết thay đổi nhanh chóng như các đợt rét hoặc nóng nực. do là nước được cố định trong Humic và Humic làm giảm  sự giao  động nhiệt độ, độ ẩm đất ít bị thoát ra ngoài không khí. Những đặc trưng điện của Humic chi phối những phản ứng hóa học. Cả nhóm Axit hữu cơ phức hợp, Axit Humic, Axit Fulvic đã được chứng minh là  có liên quan đến 3 phản ứng hóa học cụ thể. Những phản ứng này được đặt tên như sau: (1) Lực hút tĩnh điện (2) Phản ứng hình thành hoặc liên kết các hợp chất (3) Phản ứng liên kết các phân tử nước.

Lực hút tĩnh điện của các nguyên tố vi lượng làm giảm sự rửa trôi vào tầng đất cái (subsoil). Lực hút tĩnh điện của các Cation đối với các mặt của Anion trong Humic giữ những Ion này khỏi bị rửa trôi sang tầng đất cái. Cation kim loại gắn với nhau lỏng lẻo do đó có thể dễ bị tách ra khi hút những điện tích lớn hơn khác. Cation sẵn sàng có mặt trong môi trường đất để vận chuyển vào rễ cây hoặc trao đổi với cation kim loại khác.

Những mặt tích điện của Humic có vai trò phân hủy và liên kết những nguyên tố vi lượng. Khi có một phản ứng phức tạp với cation kim loại xảy ra trên bề mặt của Humic thì sẽ được gọi là phản ứng liên kết. Hai mặt tích điện dương của Humic hút các Cation kim loại. Kết quả là cation tự  gắn với một hoặc nhiều mặt tích điện của Anion. Bằng cách tạo nên các liên kết hữu cơ kim loại thì những Axit hữu cơ này sẽ phân hủy các khoáng chất chủ yếu và thứ yếu trong đất. Sau đó thì cây sẽ hấp thụ những khoáng chất này một cách dễ dàng. Lực hấp dẫn của Cation kim loại đối với Axit Humic hoặc Axit Fulvic càng lớn thì sự phân hủy Cation từ những mặt của khoáng chất càng dễ hơn. Cả ảnh hưởng của Axit lẫn ảnh hưởng của sự lưu giữ dường như là có liên quan đến sự phân hủy và quá trình kết khối khoáng chất (binding processes). Những bằng chứng cho sự phân hủy khoáng chất có thể được hỗ trợ bởi sự nhiễm xạ qua tia X và phân tích hồng ngoại. việc lưu giữ các dưỡng chất cho cây: sắt, đồng, kẽm, magiê, mangan và canxi làm giảm độ độc của chúng dưới dạng các Cation, ngăn chặn hiện tượng rửa trôi và nâng cao tỉ lệ hấp thụ cho rễ cây. Phản ứng trao đổi lưu giữ có liên quan đến một nguyên tố trung gian. Sự phân giải những nguyên tố vi lượng này vào trong cây khá khác so với hệ thống trao đổi Cation cổ điển. Cation với mặt tích điện hai cộng có trong chuỗi lưu giữ không thể thay thế bởi các cation tích điện đơn như H⁺, K⁺, Na. Cation với một mặt  tích điện dương có khả năng để thay thế Ion kim loại như Cu++ với hai mặt tích điện dương. Những Ion kim lọai tích cực  có thể bị trao đổi bởi ion kim loại trung gian có hai mặt tích  điện dương khác. Những cái kẹp (the chelates) cung cấp cơ cấu vận chuyển qua đó những nguyên tố dinh dưỡng hòa tan sẽ được bổ sung tại bề mặt rễ. Quá trình lưu trữ cũng thúc đẩy dòng chảy ồ ạt của các nguyên tố khoáng vi dưỡng. Sự lưu giữ các nguyên tố kim loại nặng độc hại có mặt trong đất cũng bị ảnh hưởng bởi Humic. Khi những kim loại nặng độc hhaij như thủy ngân (Hg), chì (Pb) và catmi (Cd) bị kìm kẹp lại thì những hợp chất lim loại hữu cơ này sẽ khó cho cây hấp thụ. Những nghiên cứu chi tiết của việc lưu giữ các kim loại nặng trong rác thải công nghiệp đã chứng minh giá trị của Humic trong việc ngăn chặn cây hấp thụ những kim loại độc này. Luôn ghi nhớ rằng Cation kim loại tự do như Fe+2, Cu+2, và Zn+2 thì không tương thích với tế bào cây. Những ứng dụng trực tiếp của muối kim loại như sắt sunfat, đồng sunfat, và chì sunfat để điều chỉnh sự thiếu hụt các nguyên tố hiếm, có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng khi đất thiếu lượng humic đầy đủ để trung hòa. Những nguyên tố vi lượng nên được sử dụng trong những vòng kìm hữu cơ, tốt nhất là bởi Axit humic và Axit Fulvic. Nhiều nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng Humic (Axit humic và Axit Fulvic) có xung quanh vùng rễ cây sẽ làm giảm độc hại của cation kim loại.

Kênh nước là một chức năng quan trọng của Axit Humic và Axir Fulvic. Kênh nước tạo ra bởi humic có liên quan đến lực hút của các phân tử nước gắn với lực hút của cation nguyên tố khoáng (đơn giản được minh họa bởi liên kết COO - H2O - Fe+) tại một mặt Anion trên Polime humic và Axit Fulvic. Dung tích giữ nước của Humic và khả năng giữ các nguyên tố hiếm thực hiện một chức năng như nhau trong kênh nước. Người ta tin rằng kênh nước có khả năng cải thiện tính linh động của Ion dinh dưỡng qua hiện tượng hòa tan trong đất tới cây. Cơ cấu này cũng giúp giảm bớt hiện tượng rửa trôi các dưỡng chất trên bề mặt tầng đất cái. Humic hỗ trợ cho khoáng chất đất bằng cách tạo ra hợp chất đất sét hữu cơ kim loại, một quá trình được gọi là sự hình thành đất. Sự hình thành đất liên quan đến một dãy phức hợp các nguyên tố như Đồng, kẽm, sắt và mangan có trong các khoáng chất đất với Axit Humic và Axit Fulvic. Quá trình phức hợp này làm ức chế sự kết tinh của các nguyên tố khoáng. Quá trình phức hợp một phần bị điều khiển bởi nồng độ Axit của những Axit yếu và khả năng lưu giữ của Humic. Thiếu Humic những nguyên tố khoáng vi lượng bị chuyển đổi thành chất kết tủa không tan như là cácbonát kim loại, ôxit, sunfua, hiđrôxit. Do đó sự có mặt của Axit Humic và Axit Fulvic trong đất hạn chế sự phát triển của các nguyên tố khoáng mới. Ví dụ như sự kết tủa của sắt tạo nên sắt ôxit bị ức chế bởi sự có mặt của Axit Humic và Axit Fulvic. Những vùng đất thiếu humic có thể chứa lượng sắt đầy đủ, tuy nhiên lwongj sắt  ấy thường liên kết thành các dạng mà rễ cây khó hấp thụ. Khi tỉ lệ Axit Fulvic tăng dần trong đất, quá trình kết tủa kim loại chuyển tiếp (transition metal crystallization) đầu tiên sẽ bị cản trở sau đó bị ức chế với tỉ lệ Axit Fulvic cao. Cation của những kim loại chuyển tiếp này (ví dụ Cu++, Zn++ và Fe++) được sắp xếp theo dãy polime humic, bằng sự lưu giữ, để sau này tiết ra các nhóm vi sinh trong đất hoặc cho rễ cây. Quá trình vật lý và hóa học này ngăn chặn hiện tượng rửa trôi của các dưỡng chất cho cây vào tầng đất cái. Năng lượng dự trữ và hàm lượng nguyên tố khoáng vi lượng của humic giúp duy trì sự sống cho các nhóm vi sinh trong đất đều có liên quan đến sự biến tố. Sự có mặt của humic trong đất nhập mặn (vùng đất có tỉ lệ muối cao, ví dụ clorua natri) là để hỗ trợ cho sự biến tố của các Ion natri. Các phản  ứng biến tố - một quá trình biến đổi sinh vật học trong các nhóm sinh vật sống, thể hiện ở sự kết hợp của natri với nguyên tố thứ 2, như là ôxi, để tạo thành một nguyên tố mới. Mặc dù lý thuyết về sự biến tố đã vấp phải sự phản đối khá gay gắt của một số nhà vật lý và nhà hóa học truyền thống sông nhà sinh vật học đã đưa ra những dữ liệu thuyết phục để chứng tỏ rằng sự biến tố xảy ra cả trong các nhóm vi sinh sống. Sử dụng humin, Axit humic và Axit fulvic đối với đất ngập mặn kết hợp với các nhóm vi sinh cụ thể trong đất đã làm giảm tỉ lệ muối Natri (NaCl). Sự suy giảm này không tương quan với sự rửa trôi của muối, mà thwongf là tương quan với sự tăng tỉ lệ các nguyên tố khác. Sự gia tăng của humic cho đất ngập mặn có thể giúp giảm bớt tỉ lệ muối. Khi hàm lượng muối giảm thì độ phì nhiêu và chất lượng đất có thể khôi phục trở lại để cung cấp một môi trường thuận lợi cho sự tăng trưởng của rễ cây.