ฮิวมัสและกรดฮิวมิก

 

วันที่ : 10 ก.ค. 2549, 16:41:57 น.

หมวดหมู่ : ดิน ปุ๋ย น้ำ อากาศและแสงแดด กลุ่ม : ดิน

 

รองศาสตราจารย์ ดร. ยงยุทธ โอสถสภา
ภาควิชาปฐพีวิทยา คณะเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน นครปฐม 73140

           ผู้สนใจเรื่องความอุดมสมบูรณ์ของดินมักคุ้นเคยคำว่า ฮิวมัส ( Humus) และทราบว่าหมายถึง อินทรียวัตถุในดินที่ได้มีการสลายแล้ว สีเข้ม และละเอียดมาก ซากพืชและซากสัตว์ ตลอดจนชิ้นส่วนของสิ่งมีชีวิตทั้งสองนี้ในดินที่ยังไม่สลายตัว หรือสลายแล้วบางส่วนมิใช่ฮิวมัส

          ต่อมามีผู้นำสาร ซึ่งเรียกว่า กรดฮิวมิก หรือฮิวมิก แอซิด ( Humic Acid) มาจำหน่าย และอธิบายว่า สารนี้ช่วยให้พืชเจริญเติบโตดีขึ้น เกษตรกรจึงมีความคุ้นเคยกับกรดฮิวมิก อย่างไรก็ตาม ส่วนมากยังขาดความเข้าใจว่า กรดฮิวมิกคืออะไร มีความเกี่ยวข้องกับฮิวมัสหรือไม่ ที่เป็นผลิตภัณฑ์เคมีเกษตรนั้นผลิตมาจากอะไร และสารนี้มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชอย่างไร จึงขออธิบายเรื่องราวต่าง ๆ เหล่านี้พอเข้าใจ

ฮิวมัสและกรดฮิวมิกจากดิน

          แต่เดิมการบำรุงดินให้อุดมสมบูรณ์นั้น ใช้ปุ๋ยอินทรีย์ เมื่อใส่ปุ๋ยอินทรีย์ เช่น ปุ๋ยคอกและปุ๋ยหมัก หรือใส่ซากพืช สารเหล่านี้จะสลายตัวไปเรื่อย ๆ ในที่สุดก็ได้สารที่มีลักษณะละเอียดและมีสีเข้มคลุกเคล้าอยู่กับดิน เรียกสารนี้ว่าอินทรียวัตถุในดินหรือฮิวมัส (คำนี้มาจากภาษาละติน แปลว่า ดิน)

 

          เป็นที่ทราบกันแน่ชัดว่า ฮิวมัสมีบทบาทสำคัญในการบำรุงความอุดมสมบูรณ์ของดิน ช่วยให้สมบัติทางเคมีและฟิสิกส์ของดินดีขึ้น หากดินมีฮิวมัสมากพอ

          จากความสนใจต่อบทบาทของฮิวมัสในการบำรุงดินนี้เอง ทำให้นักวิทยาศาสตร์ต้องการทราบต่อไปว่า
          1. ฮิวมัสประกอบด้วยสารอะไรบ้าง กี่ชนิด และแต่ละชนิดมีมากน้อยเพียงใด
          2. สารที่ประกอบเป็นฮิวมัสเหล่านั้นมีบทบาทต่อสมบัติของดินอย่างเดียว หรือมีอิทธิพลต่อการเจริญเติบโตของพืชโดยตรงด้วย
          3. ถ้าสารประกอบในฮิวมัสมีอิทธิพลต่อการเจริญเติบโตของพืชโดยตรงแล้ว สารนั้นมีบทบาทอย่างไรในกระบวนการทางสรีรวิทยาของพืช

          คำถามทั้งสามข้อนี้เกิดขึ้นเนื่องจากนักวิทยาศาสตร์มีสมมุติฐานว่า ฮิวมัสคงมิใช่เป็นเพียงแหล่งธาตุอาหาร ช่วยให้ธาตุอาหารในดินเป็นประโยชน์มากขึ้น ปรับปรุงดินทางเคมีและฟิสิกส์เท่านั้น สารบางอย่างในฮิวมัสน่าจะมีบทบาทต่อกระบวนการทางสรีรวิทยาของพืชเป็นแน่ งานวิจัยในระยะหลังจึงมุ่งไปสู่ประเด็นนี้อย่างจริงจัง

          อินทรียสารในดินแบ่งอย่างง่าย ๆ ได้เป็น 2 ส่วน คือ
          1. เป็นชิ้นของพืชหรือสัตว์ที่ยังไม่สลาย หรือสลายแล้วบางส่วน เช่น เศษใบพืช หรือเปลือกไม้ แยกออกได้โดยนำดินมาร่อนผ่านตะแกรงขนาด 2 มิลลิเมตร
          2. เป็นอินทรียสารที่สลายตัวดีแล้ว มีสีเข้ม ลักษณะละเอียด คลุกเคล้าอยู่กับอนินทรียสารของดินส่วนนี้ คือ ฮิวมัส หรือสารฮิวมิก ( Humic Substance)

          ถ้าต้องการแยกฮิวมัสหรือสารฮิวมิกอกจากดิน ก็ทำได้โดยใส่ด่าง เช่น สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ลงไปในดิน สารฮิวมิกส่วนหนึ่งไม่ละลายในด่าง เรียกว่า ฮิวมิน ( Humin) อีกส่วนหนึ่งละลายในด่าง เมื่อปล่อยให้ของแข็งตกตะกอนแล้วรินของเหลวออกมา ของเหลวที่ได้จะมีสีน้ำตาลเข้มเกือบจะเป็นสีดำ

          

ถ้านำของเหลวนี้ไปปรับ pH ด้วยกรดให้ได้ 1-2 สารสีดำซึ่งเคยละลายอยู่นั้น ส่วนหนึ่งจะตกตะกอน แต่อีกส่วนหนึ่งไม่ตกตะกอน
          1. ส่วนที่ตกตะกอน คือ กรดฮิวมิก ( Humic Acid)
          2. ส่วนที่ไม่ตกตะกอน คือ กรดฟูลวิก ( Fulvic Acid) ซึ่งละลายอยู่ต่อไป

          ดังนั้น จึงให้คำนิยามของกรดฮิวมิกได้ว่า หมายถึงสารฮิวมิกที่ละลายในด่างแล้วตกตะกอนเมื่อทำให้สารละลายนั้นมี pH 1-2

          สำหรับฮิวมัสหรือสารฮิวมิก ประกอบด้วย ฮิวมิน กรดฮิวมิก และกรดฟูลวิก ในดินด่าง เช่น ดินลพบุรีมีลักษณะเด่น คือ เป็นดินเหนียวสีเข้ม ทั้งนี้เนื่องจากด่างในดินได้ละลายกรดฮิวมิก และกรดฟูลวิกออกมาเคลือบอนุภาคดิน จึงทำให้สีของดินเข้มขึ้น

          หากนำสมบัติของกรดฮิวมิก กรดฟูลวิก และฮิวมิน อันเป็นองค์ประกอบของฮิวมัสมาเปรียบเทียบจะเห็นได้ว่า กรดฮิวมิกกับกรดฟูลวิกมีความแตกต่างกันมากพอสมควร ซึ่งจะเกี่ยวข้องกับบทบาทของกรดฮิวมิกต่อพืช และทำให้สารนี้ได้รับความสนใจมาก

กรดฮิวมิกที่แยกได้จากถ่านหินและลิกไนต์

          การศึกษาในระยะแรกนักวิจัยสกัดกรดฮิวมิกและกรดฟูลวิกมาจากดิน เมื่อเห็นว่าเป็นสารที่มีประโยชน์และต้องการผลิตปริมาณมากเพื่อการค้า ก็สำรวจพบว่า ถ่านหินและถ่านลิกไนต์เป็นแหล่งที่สำคัญ และผลิตเป็นการค้าได้

          ถ่านหินและถ่านลิกไนต์มีกรดฮิวมิกและกรดฟูวิกเป็นองค์ประกอบอยู่มาก ถ่านหินสีน้ำตาลและถ่านลิกไนต์จะมีกรดฮิวมิกมากกว่าถ่านหินที่มีอายุมาก การสกัดสารฮิวมิกออกจากถ่านลิกไนต์หรือถ่านหิน ทำได้ด้วยการใช้ด่าง จึงได้มาทั้งกรดฮิวมิกและกรดฟูวิก หากต้องการกรดฮิวมิกล้วน ๆ ต้องแยกอีกครั้ง

 

          ด่างที่ใช้ในการกัดสารฮิวมิกจากถ่านหินหรือถ่านลิกไนต์ คือ สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ หรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ ความเข้มข้นระหว่าง 0.5-10% ในการสกัดนี้ต้องควบคุมไม่ให้อากาศเข้าไปในถังมากนัก และอุณหภูมิก็ไม่เพิ่มสูง เนื่องจากจะทำให้สารที่สกัดได้มีลักษณะไม่ดี แยกสิ่งที่ละลายด้วยด่างนี้ออกมาด้วยการกรอง หรือตกตะกอนด้วยแรงเหวี่ยง นำสารละลายที่กรองได้มาเติมกรด เพื่อตะกอนกรดฮิวมิก ส่วนกรดฟูลวิกยังอยู่ในของเหลว

          เมื่อนำของเหลวสีเข้มนี้มาตกตะกอนด้วยกรด ส่วนที่ตกตะกอนมีสารประกอบหลายอย่าง แต่เรียกรวมกันว่า กรดฮิวมิก ที่คงอยู่ในสารละลายสีน้ำตาลก็มีสารประกอบหลายอย่างที่เรียกรวมกันว่า กรดฟูลวิก ดังนั้น ในผลิตภัณฑ์ที่จำหน่ายอยู่ในขณะนี้ ก็ประกอบด้วยสารหลายอย่างดังที่กล่าวข้างต้น

          ในฐานะที่เป็นเกษตรกรอาจไม่อยากทราบว่า ในผลิตภัณฑ์ที่เรียกว่ากรดฮิวมิกนั้นมีอะไรอยู่บ้าง แต่ต้องทราบว่า ถ้านำไปใช้กับพืชแล้วจะให้ผลดีหรือไม่เท่านั้น

ความแตกต่างระหว่างกรดฮิวมิกจากแต่ละแหล่ง เนื่องจากกรดฮิวมิกได้มากจากหลายแหล่ง เช่น ดิน ปุ๋ยหมัก ผลพลอยได้จากระบวนการหมักด้วยจุลินทรีย์ และแร่ลีโอนาไดต์ ( Leonadite) แต่ผลต่อการเจริญเติบโตต่อพืชมีความคล้ายคลึงกันในแง่ที่ต่างก็มีผลทางบวก

อย่างไรก็ตาม กรดฮิวมิกจากแต่ละแหล่งจะแตกต่างกันในแง่ความมากน้อยของผลต่อพืช เนื่องจากสารจากแต่ละแหล่งมีความแตกต่างกันรายละเอียดเรื่อง
          1. วิธีการและขั้นตอนการผลิต
          2. สมบัติทางเคมีและฟิสิกส์บางประการของกรดฮิวมิก แม้จะใช้วัตถุดิบจากแหล่งเดียวกัน หากวิธีการสกัดต่างกัน ก็จะได้กรดฮิวมิกและกรดฟูลวิกที่มีขนาดของโมเลกุลต่างกัน ซึ่งมีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชแตกต่างกันด้วย ดังนี้

          1. กลุ่มที่มีโมเลกุลเล็กว่ารวมตัวกับไอออนพวกธาตุอาหารเสริม เช่น เหล็ก ทองแดง แมงกานีส และสังกะสี ได้เหมาะสมกว่า ช่วยให้ธาตุเหล่านี้เป็นประโยชน์ต่อพืชง่ายขึ้น
          2. สำหรับสารที่มีโมเลกุลเล็กซึ่งจับตัวกับไอออนของจุลธาตุได้แล้วนั้น สามารถเข้าไปในเซลล์พืชได้ง่ายกว่าสารที่มีโมเลกุลใหญ่
          3. เมื่อกรดฮิวมิกเข้าไปในเซลล์ กรดที่มีโมเลกุลใหญ่จะจับเกาะกับเอนไซม์ในพืชอย่างมั่นคง ทำให้เอนไซม์ผิดรูปไปจากเดิม กิจกรรมของเอนไซม์นั้นในเซลล์ก็จะลดลง ซึ่งเป็นผลเสียต่อพืช โดยปกติกรดฮิวมิกและกรดฟูลวิกที่มีโมเลกุลเล็ก เป็นพวกที่มีความสำคัญมาก เนื่องจากรากพืชดูดและเคลื่อนย้ายได้ง่าย ส่วนที่มีโมเลกุลใหญ่เกินไป พืชจะไม่ดูดเข้าไปในเซลล์ จึงมักอยู่นอกเซลล์

นอกจากนี้ยังมีผู้อธิบายว่า กรดฟูลวิกมีบทบาทต่อพืชในส่วนล่าง ขณะที่กรดฮิวมิกมีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชส่วนเหนือดิน ในทางกลับกัน กรดฮิวมิกช่วยให้พืชทนต่อสภาพขาดออกซิเจน (เมื่อปลูกในสารละลายธาตุอาหาร) ได้ดีกว่ากรดฟูลวิก

 การนำกรดฮิวมิกมาฉายรังสีบางอย่าง หรือเพิ่มโอโซนลงไป ช่วยให้สารนี้มีผลต่อพืชดีขึ้น เนื่องจากการปฏิบัติดังกล่าวทำให้บางส่วนของงานเปลี่ยนแปลงไป

 

จึงอาจกล่าวได้ว่า

          1. กรดฮิวมิกจากแต่ละแหล่งหรือผลิตโดยวิธีการสกัดแตกต่างกัน มีผลต่อพืชแตกต่างกันมาก การสรุปว่าผลิตภัณฑ์ชื่อกรดฮิวมิกทุกชนิดให้ผลต่อพืชเหมือนกันจึงคลาดเคลื่อนจากความจริง
          2. ถึงแม้ว่าผลิตภัณฑ์นั้นจะเรียกว่า กรดฮิวมิก แต่ส่วนประกอบอาจมีกรดฮิวมินและกรดฟูลวิกหลายแบบ ซึ่งมีผลต่อพืชแตกต่างกัน

          ดังนั้น ต้องยึดถือผลของการใช้เป็นหลักในการเลือกผลิตภัณฑ์ว่าอย่างไรให้ผลดีกับชนิดพืช และสภาพการเพาะปลูกของเกษตกร

ผลของฮิวมัสและกรดฮิวมิกต่อพืช

          1. ผลของฮิวมัส จากที่ได้กล่าวมาแล้วว่า การใส่ปุ๋ยอินทรีย์ปริมาณมากพอ และใส่อย่างสม่ำเสมอ ตลอดจนคืนซากพืชลงไปในดิน เมื่ออินทรียสารเหล่านั้นสลายตัวดีแล้วจะกลายเป็นฮิวมัส สำหรับฮิวมัสในดิน ซึ่งประกอบด้วย ฮิวมิน กรดฮิวมิก และกรดฟูลวิก ก็ร่วมกันทำหน้าที่ปรับปรุงสมบัติของดินด้านฟิสิกส์เคมี และเพิ่มความเป็นประโยชน์ของธาตุอาหารในดิน ส่วนกรดฮิวมิกซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของฮิวมัส ยังทำหน้าที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชเป็นพิเศษอีกด้วย

              ดังนั้น การบำรุงดินด้วยปุ๋ยอินทรีย์ ตลอดจนการคืนซากพืชลงไปในดิน ตามวิธีบำรุงดินสมัยก่อนจนดินมีอินทรียวัตถุประมาณ 3% จึงทำให้การปลูกพืชได้ผลดีเสมอมา

        

  2. ผลของกรดฮิวมิกต่อพืช จากผลการวิจัยตั้งแต่ พ.ศ. 2493 ที่แสดงว่ากรดฮิวมิกส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชนั้น ได้รับความสนใจจากนักวิชาการมาก ต่อมาการศึกษาก็เจาะลึกลงไปถึงบทบาทของกรดฮิวมิกต่อการเปลี่ยนแปลงในดิน ตลอดจนกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตของพืช

              2.1 ผลต่อธาตุอาหารในดิน กรดฮิวมิก ช่วยให้ธาตุอาหารในดินที่มีอยู่แล้ว แต่อยู่ในรูปที่พืชใช้ยาก กลายมาเป็นรูปที่พืชใช้ง่าย ดังนี้
                   1. ถ้ากรดฮิวมิกรวมตัวกับเหล็ก แมงกานีส ทองแดง หรือสังกะสี เป็นคีเลต ความเป็นประโยชน์ของธาตุเหล่านั้นต่อพืชจะดีขึ้น
                   2. กระตุ้นเอนไซม์ในดินให้เปลี่ยนยูเรียเป็นแอมโมเนีย
                   3. กระตุ้นเอนไซม์ให้เปลี่ยนสารประกอบอินทรีย์ฟอสเฟต ซึ่งพืชใช้ยากเป็นฟอสเฟตไอออนซึ่งพืชใช้ง่าย นอกจากนี้ ฟอสเฟตไอออนที่รวมตัวกับกรดฮิวมิกก็อยู่ในรูปที่พืชใช้ง่ายเช่นกัน บทบาทส่วนนี้ของกรดฮิวมิกจะบังเกิดผลดีต่อพืชเมื่อ

                   1. มีฮิวมิกในปริมาณที่เพียงพอสำหรับกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ หรือทำปฏิกิริยากับธาตุอาหารในดิน จึงจะเห็นผลจากการใส่กรดฮิวมิกลงไปในดิน
                   2. ดินมีธาตุอาหารเหล่านี้อยู่แล้ว แต่อยู่ในรูปที่ไม่เป็นประโยชน์ต่อพืช หากดินมีธาตุอาหารน้อย และไม่ได้ใส่ปุ๋ยกรดฮิวมิกคงไม่สามารถช่วยให้พืชดีขึ้นได้

             2.2 ผลของกรดฮิวมิกต่อกระบวนการทางสรีรวิทยาพืช
                   1. การดูดธาตุอาหารของพืช สารฮิวมิกอันได้แก่ ฮิวมิกและกรดฟูลวิก สามารถปรับกลไกการดูดไอออนของเซลล์พืช ซึ่งช่วยให้พืชดูดไอออน เช่น ไนเตรท ไอออนซัลเฟต ได้มากขึ้น
                   2. การใช้ธาตุอาหารที่ดูดได้ กรดฮิวมิกช่วยให้ไนเตรทที่พืชดูดได้ถูกนำไปใช้ประโยชน์ในการสร้างเซลล์ได้เร็วขึ้น
                   3. มีผลในการกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ในพืชต่อขบวนการด้านการสังเคราะห์แสง การหายใจ และการสังเคราะห์โปรตีนในบางพืชมีอัตราสูงขึ้น
                   4. กรดฮิวมิกที่มีโมเลกุลค่อนข้างเล็ก มีผลคล้ายฮอร์โมนพืช 2 ชนิด คือ จิบเบอเรลริน และไซโตไคนิน

                   ใคร่ขอเน้นว่า บางส่วนของฮิวมิกนั้นที่มีผลต่อกระบวนการต่าง ๆ ในพืช จากผลของกรดฮิวมิกข้างต้นนี้ช่วยในการเจริญเติบโตของพืชแต่ละส่วนดีขึ้น เช่น
                   1. เพิ่มการยืดตัวของต้น
                   2. เพื่อการยืดตัวของราก
                   3. ปมของรากถั่วสมบูรณ์ขึ้น

             2.3 ผลต่อการเจริญเติบโตของพืช
  จากรายงานที่มีผู้ศึกษาผลของกรดฮิวมิกต่อการเจริญเติบโตของพืช 4 กลุ่ม พบว่า
                   1. พืชที่เจริญเติบโตดีมาก ได้แก่ พืชที่มีแป้งสูง เช่น แครอท
                   2. พืชที่เจริญเติบโตดีขึ้นปานกลาง ได้แก่ ธัญพืช เช่น ข้าว ข้าวสาลี ข้าวโอ๊ต
                   3. พืชที่เจริญเติบโตดีขึ้นเพียงเล็กน้อย ได้แก่ พืชที่มีโปรตีนสูง เช่น ถั่ว
                   4. พืชที่ไม่ดีขึ้นหรือแย่ลง ได้แก่ พืชน้ำมัน เช่น ละหุ่ง และทานตะวัน
                   ที่กล่าวนี้เป็นเพียงตัวอย่างที่มีผู้รายงานไว้ เป็นธรรมดาของการทดลองในทางวิชาการที่ผลมิได้เป็นเช่นนี้ไปทุกแห่ง ทุกสภาพแวดล้อม และพืชทุกพันธุ์ ข้อมูลการทดลองกับพืชในท้องถิ่นจะเป็นข้อมูลที่ควรใช้ประกอบการพิจารณามากที่สุด

 

ปัจจัยที่สำคัญมากซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้กรดฮิวมิก

         จากที่ได้กล่าวในหัวข้อที่ 5 แล้วว่า
          1. มิใช่กรดฮิวมิกทั้งหมด แต่เพียงบางส่วนซึ่งมีขนาดโมเลกุลพอเหมาะเท่านั้นจึงจะมีผลต่อพืช หากสกัดและแยกได้สารที่มีฤทธิ์มาก การใช้ย่อมเกิดผลดีกว่า
          2. กรดฮิวมิกช่วยส่งเสริมกระบวนการต่าง ๆ ที่จะเป็นประโยชน์ต่อพืช แต่กรดฮิวมิกมิใช่อาหาร

          ถ้ายาธาตุ คือ ยาที่ช่วยให้คนที่เบื่ออาหารรู้สึกเจริญอาหารขึ้นมา แต่คนจะไม่อิ่ม ไม่เติบโต และไม่แข็งแรงเพราะกินยาธาตุ แต่จะอิ่ม เติบโต และแข็งแรงเมื่อกินอาหาร ดังนั้น ดินจึงต้องมีธาตุอาหารให้พืช กรดฮิวมิกเพียงแต่ช่วยให้พืชดูดและใช้ธาตุอาหารในกระบวนการต่าง ๆ ได้ดีขึ้นเท่านั้น

          นับเป็นความเฉลียวฉลาดของบรรพบุรุษที่ใช้ปุ๋ยอินทรีย์ โดยใส่ในอัตราที่มากพอและสม่ำเสมอ จนอินทรียวัตถุในดินมีมากกว่า 3% แล้วปล่อยให้ฮิวมัสในดินทำหน้าที่บำรุงดินและบำรุงพืชอย่างเต็มที่ โดย
          1. ปลดปล่อยธาตุอาหารที่มีอยู่ในปุ๋ยอินทรียวัตถุออกมาเป็นประโยชน์ต่อพืช
          2. ช่วยให้ธาตุอาหารในดินเป็นประโยชน์ต่อพืชง่ายขึ้น
          3. สมบัติทางเคมีของดินดีขึ้น
          4. สมบัติทางฟิสิกส์ดีขึ้น รากพืชไชชอนไปได้ง่าย
          5. รากพืชดูดกรดฮิวมิกเข้าไป เพื่อให้สารนี้กระตุ้นการเจริญของราก ขณะเดียวกันก็ส่งเสริมการดูดไอออนต่าง ๆ จากดิน นอกจากนี้กรดฮิวมิกที่รากดูดได้ยังไปช่วยให้กิจกรรมต่าง ๆ ด้านการเจริญเติบโตดีขึ้น

        ในปัจจุบันการบำรุงดินด้วยปุ๋ยอินทรีย์มีน้อยลง ปริมาณอินทรียวัตถุในดินจึงมีแนวโน้มจะลดลง หรืออย่างดีที่สุดก็คงเดิมแต่โดยภาพรวมแล้ว อินทรียวัตถุในดินของประเทศไทยค่อนข้างต่ำ