Axit humic là gì? Các nghiên cứu khoa học về Axit humic

Axit humic là hợp chất hữu cơ cao phân tử hình thành từ quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ, có cấu trúc phức tạp và chứa nhiều nhóm chức hoạt tính. Chúng thuộc nhóm chất mùn, tan trong môi trường kiềm, có khả năng tương tác với ion kim loại và đóng vai trò quan trọng trong sinh thái đất và nông nghiệp.

Định nghĩa axit humic

Axit humic là một nhóm các hợp chất hữu cơ có trọng lượng phân tử lớn, được hình thành tự nhiên thông qua quá trình phân hủy sinh học của vật chất hữu cơ như xác thực vật và vi sinh vật trong môi trường đất và trầm tích. Chúng thuộc nhóm chất mùn (humic substances), bao gồm ba phân nhóm chính: axit humic, axit fulvic và humin. Axit humic có màu nâu sẫm đến đen, và không tan trong nước ở môi trường axit nhưng tan trong môi trường kiềm.

Về mặt hóa học, axit humic có tính dị thể cao, với cấu trúc không xác định cụ thể, chứa nhiều loại phân tử lớn có nhân thơm, chuỗi aliphatic và nhiều nhóm chức phân cực. Các nhóm chức phổ biến như -COOH (carboxyl), -OH (hydroxyl), và các vòng phenol là thành phần tạo nên khả năng tương tác hóa học mạnh mẽ với khoáng chất, ion kim loại, và các hợp chất hữu cơ khác trong môi trường đất. Tham khảo tổng quan khoa học từ Canadian Journal of Soil Science.

Sự đa dạng về cấu trúc và hoạt tính bề mặt khiến axit humic trở thành một hợp chất có hoạt tính sinh học cao và được nghiên cứu rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, xử lý nước và y học. Tuy nhiên, khái niệm "axit" ở đây không giống với các axit khoáng thông thường, mà phản ánh sự có mặt của các nhóm chức có tính axit yếu trong cấu trúc phân tử.

Nguồn gốc và hình thành

Axit humic được hình thành từ quá trình humification – một chuỗi các phản ứng vi sinh và hóa học trong điều kiện yếm khí hoặc hiếu khí yếu, nơi chất hữu cơ như lá cây, rễ cây chết và các vi sinh vật bị phân giải chậm, tạo thành các chất mùn có tính ổn định cao. Quá trình này có thể mất từ vài năm đến hàng nghìn năm tùy theo điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và độ thoáng khí.

Trong công nghiệp, axit humic thường được khai thác từ các nguồn tự nhiên giàu chất mùn như than non (lignite), peat (than bùn), hoặc leonardite – một dạng oxy hóa cao của lignite. Các vật liệu này chứa hàm lượng axit humic cao và tương đối ổn định về mặt cấu trúc. Quá trình chiết tách thường sử dụng dung dịch kiềm (như NaOH hoặc KOH) để hòa tan axit humic và sau đó lọc ra khỏi các phần không tan (humin).

Bảng dưới đây so sánh các nguồn phổ biến dùng để chiết xuất axit humic:

Nguồn nguyên liệuĐặc điểmHàm lượng axit humic (%)
LeonarditeGiàu mùn, dễ chiết tách, ổn định50–80
Than non (lignite)Phân rã chưa hoàn toàn, phổ biến30–50
Peat (than bùn)Hàm lượng thấp, nhiều chất chưa phân hủy10–30

Các yếu tố như độ sâu khai thác, điều kiện địa chất và phương pháp chế biến ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng axit humic thu được, đặc biệt trong các ứng dụng nông nghiệp hữu cơ và cải tạo đất.

Cấu trúc hóa học và tính chất

Axit humic không có công thức hóa học cụ thể như các hợp chất hữu cơ truyền thống mà là một tập hợp các đại phân tử với khối lượng phân tử từ vài nghìn đến hàng trăm nghìn Dalton. Sự đa dạng cấu trúc của chúng bắt nguồn từ quá trình hình thành không đồng nhất và sự khác biệt về nguồn nguyên liệu. Tuy nhiên, các đặc điểm chung về mặt hóa học bao gồm tính đa chức, hoạt tính bề mặt cao và khả năng tạo phức (chelation) mạnh.

Các nhóm chức hóa học chính trong axit humic bao gồm:

  • Carboxyl (-COOH): đóng vai trò quan trọng trong phản ứng trao đổi ion
  • Hydroxyl (-OH): góp phần vào tính tan trong môi trường kiềm
  • Phenolic (-ArOH): liên quan đến khả năng chống oxy hóa
  • Quinone và ketone (-C=O): tham gia vào phản ứng oxy hóa khử

Nhờ các nhóm chức này, axit humic có thể liên kết với kim loại nặng như Fe²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, giảm độc tính và tăng khả năng hấp thụ dưỡng chất của cây trồng. Đặc tính này làm cho axit humic trở thành chất cải tạo đất hữu hiệu, đặc biệt trong các vùng đất nghèo dưỡng chất hoặc bị ô nhiễm.

Vai trò trong hệ sinh thái đất

Trong hệ sinh thái đất, axit humic có vai trò cấu trúc và sinh học quan trọng. Chúng giúp tăng cường độ kết tụ hạt đất, cải thiện kết cấu đất, làm đất tơi xốp hơn và nâng cao khả năng giữ nước. Điều này đặc biệt hữu ích trong nông nghiệp khô hạn hoặc vùng đất nghèo hữu cơ.

Khả năng trao đổi cation (CEC – cation exchange capacity) của đất tăng đáng kể khi có mặt axit humic, nhờ đó đất giữ lại và cung cấp tốt hơn các ion dưỡng chất như K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺. Ngoài ra, các liên kết chelate với vi chất giúp bảo vệ dưỡng chất khỏi bị rửa trôi hoặc cố định trong đất. Tác dụng này giúp cây trồng dễ hấp thụ dinh dưỡng hơn, đặc biệt là trong các điều kiện pH đất không tối ưu. Tham khảo nghiên cứu từ Soil Science Society of America Journal.

Axit humic còn giúp tăng cường hoạt động của hệ vi sinh vật có lợi trong đất bằng cách cung cấp nguồn carbon dễ tiếp cận, tạo điều kiện thuận lợi cho các vi khuẩn cố định đạm, phân giải lân và các nấm cộng sinh phát triển. Điều này làm tăng sinh khối sinh học của đất và khả năng tự phục hồi sau canh tác dài hạn hoặc thoái hóa đất.

Ảnh hưởng đến sinh trưởng cây trồng

Axit humic tác động đến cây trồng thông qua nhiều cơ chế sinh học và hóa học. Trong rễ, chúng kích thích sự kéo dài và phân chia tế bào, dẫn đến hệ thống rễ phát triển mạnh hơn, giúp cây tiếp cận nguồn nước và dinh dưỡng hiệu quả hơn. Ngoài ra, axit humic còn làm tăng tính thấm của màng tế bào, cải thiện hấp thu các chất khoáng như nitơ, phốt pho và kali.

Về sinh lý học, axit humic ảnh hưởng đến hoạt động hormone thực vật như auxin, gibberellin và cytokinin, giúp tăng trưởng chiều cao, diện tích lá và số lượng nhánh. Một số nghiên cứu còn cho thấy axit humic có thể làm tăng hàm lượng chlorophyll, từ đó nâng cao hiệu suất quang hợp và năng suất cây trồng. Tác động này đặc biệt rõ ở giai đoạn sinh trưởng ban đầu.

Các cơ chế chính thúc đẩy sinh trưởng bao gồm:

  • Tăng cường hoạt động enzyme như ATPase, nitrate reductase
  • Ổn định cấu trúc màng tế bào, hạn chế mất nước
  • Thúc đẩy hoạt động vi sinh vật cộng sinh trong vùng rễ
Nhờ các tác động đa chiều này, axit humic được ứng dụng rộng rãi trong trồng trọt hữu cơ, cây ăn quả, rau màu và cả cây công nghiệp như cà phê, hồ tiêu.

Ứng dụng trong nông nghiệp

Trong lĩnh vực nông nghiệp, axit humic được ứng dụng như chất cải tạo đất, chất hỗ trợ hấp thu phân bón và thành phần trong các chế phẩm kích thích sinh trưởng. Chúng có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với phân NPK, phân chuồng hoặc chế phẩm vi sinh. Mục tiêu chính là tăng hiệu quả sử dụng phân bón và cải thiện sức sống của cây trồng trong điều kiện đất đai và khí hậu bất lợi.

Ba dạng phổ biến trên thị trường là:

  • Dạng bột: dễ bảo quản, dùng phối trộn với phân bón hoặc pha chế
  • Dạng dung dịch: dùng để tưới gốc hoặc phun lá, thẩm thấu nhanh
  • Dạng viên nén: kết hợp với chất mang khoáng để phóng thích chậm
Việc lựa chọn dạng sử dụng phụ thuộc vào loại cây, điều kiện canh tác và mục đích kỹ thuật cụ thể.

Xu hướng hiện nay là tích hợp axit humic trong các giải pháp canh tác bền vững, chẳng hạn kết hợp với vi khuẩn cố định đạm hoặc nấm mycorrhizae, để tạo hệ sinh thái rễ mạnh mẽ và ổn định. Phân tích thị trường toàn cầu từ MarketsandMarkets cho thấy nhu cầu axit humic đang tăng mạnh trong canh tác hữu cơ và nông nghiệp công nghệ cao.

Ứng dụng ngoài lĩnh vực nông nghiệp

Bên cạnh vai trò trong nông nghiệp, axit humic còn được nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực như xử lý môi trường, công nghệ sinh học và y học. Nhờ cấu trúc chứa nhiều nhóm chức hoạt tính, axit humic có khả năng hấp phụ mạnh các ion kim loại nặng như Pb²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, giúp làm sạch nguồn nước thải và đất bị ô nhiễm kim loại.

Trong y học, các dẫn xuất của axit humic như fulvate và humate được nghiên cứu với vai trò hỗ trợ hệ miễn dịch, chống viêm và chống oxy hóa. Một số thí nghiệm in vitro đã chỉ ra khả năng ức chế sự nhân lên của virus herpes simplex và HIV, nhờ cơ chế gắn kết với vỏ ngoài virus và ức chế enzyme sao chép. Nghiên cứu từ National Institutes of Health (NIH) cung cấp bằng chứng bước đầu về tiềm năng này.

Các lĩnh vực tiềm năng khác gồm:

  • Chất mang cho thuốc hoặc enzyme trong công nghệ nano
  • Chất cải thiện vi sinh vật đất trong xử lý sinh học
  • Chất bổ sung khoáng và chất điện giải trong chăn nuôi
Những ứng dụng này vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm và kiểm định, nhưng cho thấy tiềm năng lớn của axit humic như một nền tảng vật liệu sinh học đa năng.

Ảnh hưởng đến môi trường và phân hủy sinh học

Axit humic là thành phần ổn định trong chu trình carbon của đất và nước. Chúng có thời gian tồn tại dài do tính kháng phân hủy sinh học cao, giúp ổn định cấu trúc hữu cơ của đất trong hàng chục đến hàng trăm năm. Nhờ đó, chúng góp phần vào việc cô lập carbon (carbon sequestration) – một công cụ quan trọng trong giảm thiểu biến đổi khí hậu.

Tuy nhiên, trong môi trường nước, sự hiện diện của axit humic có thể ảnh hưởng đến chất lượng nước thông qua các yếu tố như: màu nâu đậm gây ảnh hưởng đến cảm quan; khả năng phản ứng với chlorine tạo ra sản phẩm phụ trong xử lý nước (disinfection by-products, DBPs); và khả năng tạo phức với kim loại nặng ảnh hưởng đến độ độc sinh học. Do đó, trong xử lý nước cấp, việc loại bỏ hoặc kiểm soát axit humic là một bước quan trọng.

Mức độ phân hủy của axit humic phụ thuộc vào:

  • Nồng độ oxy và hoạt tính vi sinh vật trong đất hoặc nước
  • pH và nhiệt độ môi trường
  • Cấu trúc phân tử – phân tử càng lớn càng khó bị phân hủy
Sự tồn tại ổn định và đa chức năng của axit humic khiến chúng vừa là tác nhân bảo vệ hệ sinh thái, vừa là một thách thức trong xử lý môi trường nước khi không được kiểm soát phù hợp.

Tổng kết

Axit humic là một nhóm hợp chất hữu cơ phức tạp, hình thành tự nhiên và có vai trò thiết yếu trong cân bằng sinh học đất, dinh dưỡng cây trồng và quản lý hệ sinh thái. Chúng giúp cải thiện độ phì nhiêu, thúc đẩy sinh trưởng cây trồng, tăng hiệu quả sử dụng phân bón, và còn có ứng dụng tiềm năng trong xử lý môi trường và y học hiện đại. Nghiên cứu và ứng dụng axit humic đang mở rộng nhanh chóng, góp phần quan trọng vào nông nghiệp bền vững và phát triển công nghệ sinh học xanh.

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề axit humic:

Các gốc tự do ổn định trong axit humic Dịch bởi AI
Experientia - Tập 22 - Trang 136-137 - 1966
Phép cộng hưởng spin electron đã được đo với nhiều loại axit humic khác nhau. Các chế phẩm được sử dụng ở đây chứa các gốc tự do ổn định. Axit humic xám chứa nhiều gốc tự do hơn so với axit humic nâu.
#axit humic #gốc tự do #cộng hưởng spin electron #ổn định
Quang phổ 31P NMR trong pha rắn của đất than và đất khoáng, axit humic và các thành phần dung dịch đất: ảnh hưởng của sắt và mangan Dịch bởi AI
Springer Science and Business Media LLC - - 1999
Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân 31P trong pha rắn (NMR) mở ra một phương thức trực tiếp để xác định môi trường hóa học của P có trong đất và các fractions của đất. Sắt thường là thành phần chính trong đất và người ta đã nghĩ rằng sự tồn tại của Fe và Mn tham từ trong các thành phần của đất là nguyên nhân gây mất độ phân giải trong quang phổ NMR. Chúng tôi đã phát hiện ra rằng độ phân giải của c...... hiện toàn bộ
#NMR #31P #đất khoáng #đất than #axit humic #sắt #mangan #độ phân giải quang phổ
Tính chất kết hợp và tính chất hóa học keo của axit humic trong dung dịch nước Dịch bởi AI
Colloid Journal - Tập 75 - Trang 207-213 - 2013
Các tính chất hóa học keo của axit humic trong dung dịch nước đã được nghiên cứu như là hàm số của nồng độ, pH môi trường và bản chất của ion đối kháng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tại pH < 4, axit humic dạng Na tồn tại trong dung dịch nước dưới dạng các ngưng tụ có kích thước từ 30 đến 120 nm. Tại pH > 4, trạng thái của axit humic phụ thuộc vào nồng độ dung dịch. Tại nồng độ thấp, chúng tồn tạ...... hiện toàn bộ
Các dạng chất hữu cơ và chu trình dinh dưỡng trong các hệ thống sản xuất cà phê khác nhau ở Brazilian Cerrado Dịch bởi AI
Agroforestry Systems - Tập 88 - Trang 767-778 - 2014
Hệ thống nông lâm kết hợp và hệ thống hữu cơ đã được sử dụng để giảm thiểu tác động tiêu cực mà việc canh tác cà phê theo phương thức truyền thống gây ra đối với đất. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp 13C-CPMAS-NMR, quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier, phân tích thành phần nguyên tố, phân đoạn mùn cổ điển và tình trạng độ màu mỡ của đất để đánh giá ảnh hưởng của ba hệ thống này lên một loại đất...... hiện toàn bộ
#Hệ thống sản xuất cà phê #nông lâm kết hợp #hệ thống hữu cơ #Brazilian Cerrado #chất hữu cơ của đất #axit humic.
Sản xuất axit humic từ lên men thể rắn của Trichoderma reesei trong sợi trái cây trống dầu cọ thô Dịch bởi AI
3 Biotech - Tập 9 - Trang 1-10 - 2019
Axit humic (HA) là các đại phân tử hữu cơ có cấu trúc phức tạp cao và chủ yếu được thu được từ các nguồn carbon không tái tạo như than bùn và than đá. HA được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp nhưng cũng được biết đến với các tính chất trị liệu, tuy nhiên vẫn chưa được khám phá một cách đầy đủ. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra tiềm năng của các quy trình công nghệ sinh học trong việc sản xuất H...... hiện toàn bộ
#axit humic #Trichoderma reesei #lên men thể rắn #sợi dầu cọ #sản xuất bio
Phân hủy thuốc diuron được xúc tác bởi các hợp chất giống axit humic có trọng lượng phân tử thấp Dịch bởi AI
Springer Science and Business Media LLC - Tập 11 - Trang 359-363 - 2013
Các hợp chất phenylureas như diuron là những loại thuốc diệt cỏ chính được sử dụng trên toàn thế giới để kiểm soát các loại cỏ dại không mong muốn. Số phận môi trường của phenylureas thu hút sự quan tâm lớn vì một lượng lớn những loại thuốc diệt cỏ này đã được sử dụng. Được biết rằng sự phân hủy ngoại sinh của phenylureas trong hệ thống đất-nước được xúc tác bởi các axit humic. Tuy nhiên, do sự kh...... hiện toàn bộ
#diuron #phenylureas #axit humic #xúc tác #phân hủy môi trường
Nghiên cứu vai trò của các hạt nano alumina đối với dòng chảy tới hạn và hiệu suất của màng polyvinyl clorua trong hệ thống màng ngâm để loại bỏ axit humic Dịch bởi AI
Polymer Bulletin - Tập 78 - Trang 2645-2662 - 2020
Trong công trình này, các màng nanocomposite polyvinyl clorua/alumina (PVC/Al2O3) siêu lọc (UF) đã được chế tạo với các lượng Al2O3 khác nhau trong khoảng 0–2 wt.%. Màng PVC nguyên chất và màng nanocomposite tối ưu đã được đánh giá trong một hệ thống màng ngâm để loại bỏ axit humic (HA). Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) đã xác nhận sự hiện diện của nhóm hydroxyl (OH) trên bề mặt màng n...... hiện toàn bộ
#màng nanocomposite #polyvinyl clorua #alumina #siêu lọc #axit humic #bám bẩn
Xác định các tương tác của hệ thống ferrihydrite-axit humic-Pb (II) Dịch bởi AI
Springer Science and Business Media LLC - Tập 29 - Trang 21561-21575 - 2021
Ferrihydrite thường kết tủa với axit humic theo cách tự nhiên, ảnh hưởng đến số phận của ion chì, tính ổn định của axit humic và quá trình lão hóa của ferrihydrite. Một loạt các hạt ferrihydrite-axit humic (Fh-HA) 2 dòng với các tải trọng C khác nhau đã được chuẩn bị, hình thái và tính chất bề mặt của các khoáng hữu cơ Fh-HA đã được xác định, và đặc tính hấp phụ của các ion Pb lên Fh-HA đã được ng...... hiện toàn bộ
Hấp phụ các phân đoạn axit humic có trọng lượng phân tử khác nhau bằng nhựa trao đổi anion polyacrylic từ tính Dịch bởi AI
Springer Science and Business Media LLC - Tập 14 - Trang 312-319 - 2013
Nhựa trao đổi anion đã được chứng minh là hiệu quả trong việc hấp phụ axit humic (HA). Tuy nhiên, cơ chế tác động của trọng lượng phân tử (MW) của HA đối với sự hấp phụ bởi nhựa trao đổi anion cần được nghiên cứu thêm. Mục tiêu của công trình này là điều tra tác động của MW HA đối với hành vi hấp phụ và giải phóng của chúng khi tương tác với nhựa trao đổi anion. Các phân đoạn HA có trọng lượng phâ...... hiện toàn bộ
#axit humic #nhựa trao đổi anion #trọng lượng phân tử #hấp phụ #tái sinh
Tổng số: 28   
  • 1
  • 2
  • 3