ฮิวมัส

ฮิวมัสเกิดจากการย่อยสลายของอินทรียวัตถุ

ฮิวมัส (humus) คือ อินทรียวัตถุที่มีโครงสร้างสลับซับซ้อนโดยสลายตัวปะปนอยู่ในดินทำให้ดินมีความอุดมสมบูรณ์ เกิดจากการย่อยสลายของซากพืช ซากสัตว์ โดยกิจกรรมของจุลินทรีย์ซึ่งสังเคราะห์ได้สารประกอบอินทรีย์จำพวก กรดอะมิโน โปรตีน และอโรมาติก และจะเกิดการรวมตัวของสารประกอบอินทรีย์หลังจากที่จุลินทรีย์ตายลงและทับถมกันเป็นเวลานานกลายเป็นฮิวมัสในดิน

ส่วนประกอบของฮิวมัส

กรดอะมิโน โปรตีน และ อโรมาติก

ส่วนที่ไม่เป็นสารฮิวมิก

ประกอบด้วยสารอินทรีย์ที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตโดยทั่วไป เช่น สารประกอบพวกคาร์โบไฮเดรต โปรตีน กรดอะมิโน ลิพิด ลิกนิน แทนนิน และกรดอินทรีย์ต่างๆ เป็นต้น ลักษณะที่สำคัญของสารอินทรีย์เหล่านี้ คือ

1. มีมวลโมเลกุลค่อนข้างต่ำ
2. มีโครงสร้างโมเลกุลไม่สลับซับซ้อน
3. ง่ายต่อการย่อยสลาย
4. เป็นแหล่งอาหารและแหล่งพลังงานของจุลินทรีย์ในดิน

ส่วนที่เป็นสารฮิวมิก

เกิดจากการแปรสภาพของสารอินทรีย์และสังเคราะห์รวมตัวขึ้นมาใหม่ของสารที่ไม่ใช่ฮิวมิก ประกอบด้วยกลุ่มของสารอินทรีย์ประเภทที่มีลักษณะดังนี้

1. มีมวลโมเลกุลค่อนข้างสูง
2. โครงสร้างโมเลกุลมีรูปร่างทีไม่แน่นอน
3. แสดงสมบัติเป็นสารคอลลอยด์
4. คงทนต่อการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ดิน

สารฮิวมิกละลายน้ำได้น้อยมาก แต่สามารถละลายได้ในสารละลายที่เป็นกรดและด่างในบางส่วนของสารฮิวมิก สารฮิวมิกสามารถแบ่งออกได้เป็นสามส่วนใหญ่ๆ คือ

1. กรดฮิวมิก (humic acid) : ส่วนที่ละลายได้ในด่าง แล้วตกตะกอนเป็นกรดฮิวมิกเมื่อปรับสารละลายให้เป็นกรด
2. กรดฟุลวิก (fulvic acid) : ส่วนที่ละลายได้ในด่าง แต่ไม่ตกตะกอนเมื่อปรับสารละลายให้เป็นกรด
3. ฮิวมิน (humin) : ส่วนที่ไม่ละลายในด่าง

องค์ประกอบทางเคมีและหมู่ฟังก์ชันนัลในสารฮิวมิก

ส่วนใหญ่ประกอบด้วยกรดฮิวมิก (รวมกับฮิวมิน) และกรดฟุลวิกมีธาตุคาร์บอนและออกซิเจนเป็นองค์ประกอบประมาณ 90% โดยน้ำหนัก อีก 10% เป็นไฮโดรเจน ไนโตรเจน ซัลเฟอร์ และธาตุอื่นๆ ซึ่งโดยทั่วไปจะพบคาร์บอนมากกว่าออกซิเจน เมื่อไม่รวมซัลเฟอร์ สามารถเขียนสูตรเอมพิริคัล (empirical formula) ของกรดฮิวมิกและฟุลวิกเขียนได้เป็น C₁₀H₁₂O₅N และ C₁₂H₁₂O₉N ตามลำดับ โดยอัตราส่วนของ C:N อยู่ในช่วง 10-12:1

ลักษณะที่สำคัญ

องค์ประกอบและโครงสร้างทางเคมีของสารฮิวมิกมีลักษณะที่สำคัญ คือ หมู่ฟังก์ชัน (functional group) พบว่ามีหมู่ O และ OH เป็นหมู่ฟังก์ชันนัลหลัก ตัวอย่างเช่น หมู่คาร์บอกซิลิก (carboxylic, -COOH group) และหมู่ฟีนิลหรือฟีนอลิก (phenyl or phenolic, -C₆H₅OH group) ซึ่งมีมากที่สุดและสำคัญ หมู่ฟังก์ชันนัลที่มากรองลงมา ได้แก่ หมู่แอลกอฮอลิก (alcoholic, -OH) อินอลิก (enolic, -CH=C-OH) และคาร์บอนิล (carbonyl, =C=O) มักพบในรูปของควิโนน (quinone) และคีโตน (ketone)

โครงสร้างโมเลกุลของสารฮิวมิก

สารฮิวมิกมีโครงสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนมาก โดยมีโครงสร้างที่ไม่เป็นผลึก และไม่มีรูปแบบที่แน่นอน การเกิดสารฮิวมิกเกิดจากกระบวนทางชีวเคมีที่ซับซ้อนมากและมีหลายขั้นตอนรวมถึงหลายวิถีทาง (pathway) ซึ่งเกิดจากกิจกรรมของจุลินทรีย์ดิน โดยเรียกกระบวนการนี้ว่า ฮิวมิฟิเคชัน (humification) นอกจากนี้องค์ประกอบและโครงสร้างของสารฮิวมิกยังเปลี่ยนแปลงได้ตามแหล่งที่มาและองค์ประกอบเดิมของอินทรียสาร สภาพแวดล้อม จุลินทรีย์ดิน รวมถึงอายุและขั้นตอนการย่อยสลาย

สารเชิงซ้อนระหว่างโลหะหนัก-ฮิวมัส

ฮิวมัสที่เป็นทั้งสารฮิวมิกและไม่ได้เป็นสารฮิวมิก จะมีหมู่ฟังก์ชันนัลที่ว่องไวต่อปฏิกิริยา ซึ่งอยู่อย่างไม่อิสระเมื่ออยู่ในดินที่เป็นดินแร่ธาตุ (mineral soil) โดยจะทำปฏิกิริยาในรูปของสารเชิงซ้อนกับแร่ธาตุและสารประกอบต่างๆในดิน ตัวอย่างเช่น การทำปฏิกิริยาคีเลตกับโลหะแคทไอออน การดูดซับของฮิวมัสบนผิวอนุภาคของแร่ดินเหนียวและสารกำจัดศัตรูพืชต่างๆ ปฏิกิริยาเชิงซ้อนและการเกิดคีเลตระหว่างฮิวมัสกับโลหะต่างๆในดิน มีบทบาทและมีอิทธิพลต่อการสลายตัวผุพังของดิน รวมทั้งมีอิทธิพลต่อสมบัติทางเคมีและความอุดมสมบูรณ์ ดังนี้

1. ความเป็นประโยชน์ของฟอสฟอรัส (P) จะสูงขี้น เนื่องจากการทำปฏิกิริยาเชิงซ้อนระหว่างฮิวมัสกับโลหะแคทไอออน Al³⁺ และ Fe³⁺ ในดินที่เป็นกรด และกับ Ca²⁺ และ Mg²⁺ ในดินที่เป็นด่าง ทำให้โอกาสที่แคทไอออนในดินจะทำปฏิกิริยาตกตะกอนกับ P สารละลายได้น้อย
2. เกิดการปลดปล่อยธาตุอาหารที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างซิลิเกต ในระหว่างการสลายตัวผุพังของแร่ต้นกำเนิด
3. เป็นการเพิ่มประโยชน์ของจุลธาตุ (trace elements) ในดินชั้นบน เนื่องจากการดูดใช้จุลธาตุจากดินชั้นล่างโดยรากพืช เมื่อรากพืชเกิดการย่อยสลายจุลธาตุแล้วก็จะส่งผลประโยชน์ต่อพืชได้ดีขึ้นจากปฏิกิริยาคีเลต
4. โลหะจะทำหน้าที่เป็นตัวกลางเชื่อมระหว่างฮิวมัสและอนุภาคดินเหนียว จากการเกิดสารเชิงซ้อนระหว่างฮิวมัสกับดิน ซึ่งมีอิทธิพลต่อการเกิดและเสถียรภาพของเม็ดดิน
5. ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมหรือต่อต้านความเข้มข้นที่สูงขึ้นหรือสูงเกินไปของโลหะแคทไอออนบางชนิด เช่น Al³⁺, Cd²⁺ และ Pb²⁺ ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อพืชได้
6. มีบทบาทต่อเคลื่อนย้ายของโลหะบางชนิด เช่น Al³⁺ และ Fe³⁺ ลงสู่ชั้นล่างของดิน