مواد دبالية

المواد الدبالية(بالانجليزية:Humic substances) هي مركبات عضوية ملونة مقاومة نسبيًا، تتكون طبيعيًا أثناء التحلل والتحول طويل الأمد لمخلفات الكتلة الحيوية. يتراوح لون المواد الدبالية من الأصفر الفاتح إلى البني الفاتح أو الداكن، وصولًا إلى الأسود. يُشتق المصطلح من الكلمة اللاتينية humus، والتي تعني "تربة". تُشكل المواد الدبالية غالبية المواد العضوية في التربة، والخث، والفحم، والرواسب، وهي مكونات مهمة للمادة العضوية الطبيعية المذابة في البحيرات (وخاصة البحيرات الضمورية)، والأنهار، ومياه البحر. تُمثل المواد الدبالية ما بين 50% و90% من سعة تبادل الكاتيون في التربة. "المواد الدبالية" مصطلح شامل يشمل حمض الهيوميك، وحمض الفولفيك، والهيومين، والتي تختلف في قابليتها للذوبان. بحكم التعريف، حمض الهيوميك قابل للذوبان في الماء عند درجة حموضة متعادلة وقلوية، ولكنه غير قابل للذوبان عند درجة حموضة حمضية أقل من 2. حمض الفولفيك قابل للذوبان في الماء عند أي درجة حموضة. أما الهيومين، فلا يذوب في الماء عند أي درجة حموضة.
تصغير|يمين|upright 1|حمض هيوميك مستخرج من الخثتصغير|يمين|upright 1| حمض فولفليك مستخرج من الخثهذا التعريف للمواد الدبالية عملي إلى حد كبير. فهو متجذر في تاريخ علوم التربة، وبشكل أدق، في تقاليد الاستخلاص القلوي، التي تعود إلى عام 1786، عندما عالج فرانز كارل أشارد الخث بمحلول من هيدروكسيد البوتاسيوم، وبعد إضافة حمض لاحق، حصل على راسب داكن غير متبلور (أي حمض الهيوميك). تم عزل المواد الدبالية المائية لأول مرة عام 1806، من مياه الينابيع بواسطة يونس جاكوب بيرزيليوس.
 من الناحية الكيميائية، تتشابه الهيوميك والفولفيك والهيومين أكثر من اختلافاتها، وتمثل سلسلة متصلة من جزيئات الهيوميك. جميعها مكونة من وحدات عطرية، ومتعددة الأرومات، وأليفاتية، وكربوهيدراتية متشابهة، وتحتوي على نفس المجموعات الوظيفية (بشكل رئيسي مجموعات الكربوكسيلية، والفينولية، والإسترية)، وإن كانت بنسب متفاوتة.
تُحكم ذوبانية المواد الدبالية في الماء بشكل أساسي بتفاعل عاملين: كمية المجموعات الوظيفية القابلة للتأين (وخاصةً الكربوكسيلية). بشكل عام، يحتوي حمض الفولفيك على كمية أكبر من المجموعات الكربوكسيلية ومتوسط وزن جزيئي أقل من حمض الهيوميك. تختلف الأوزان الجزيئية المتوسطة المقاسة باختلاف المصدر؛ ومع ذلك، تتداخل توزيعات الوزن الجزيئي لحمض الهيالورونيك وحمض الفوليك بشكل كبير.

يحدد عمر المادة المصدر وأصلها التركيب الكيميائي للمواد الدبالية. بشكل عام، تتميز المواد الدبالية المشتقة من التربة والجفت (والتي يستغرق تكوينها مئات إلى آلاف السنين) بوزن جزيئي أعلى، وكميات أعلى من الأكسجين والنيتروجين، ووحدات كربوهيدراتية أكثر، ووحدات عطرية أقل من المواد الدبالية المشتقة من الفحم والليونارديت (والتي يستغرق تكوينها ملايين السنين). يمكن عزل المواد الدبالية عن طريق الامتزاز على راتنج مستخلص قلوي.هناك رأي أحدث حول المواد الدبالية، وهو أنها ليست في الغالب بوليمرات كبيرة عالية الوزن الجزيئي، بل هي مزيج غير متجانس من مكونات جزيئية صغيرة نسبيًا من المادة العضوية للتربة، تتجمع تلقائيًا في روابط فوق جزيئية، وتتكون من مجموعة متنوعة من المركبات ذات الأصل البيولوجي، وتُصنع من خلال تفاعلات حيوية وغير حيوية في التربة والمياه السطحية. إن التعقيد الجزيئي الكبير لهيوميوم التربة هو ما يمنح المادة الدبالية نشاطها الحيوي، واستقرارها في النظم البيئية، والتربة، ودورها كمحفز لنمو النباتات (وخاصة جذورها). التعريف الأكاديمي للمواد الدبالية قيد النقاش. يجادل بعض الباحثين ضد المفهوم التقليدي للتحلل الدبالي، مشيرين إلى أن الاستخلاص القلوي لا يوفر صورة واضحة عن المواد الدبالية بسبب استخدام مستخلصات قلوية بدلاً من الماء.

 مفاهيم المواد الدبالية 
400px|تصغير| مثال نموذجي على حمض الهيوميك يحوي على مكونات مختلفة من ضمنها الكينون, الفينول و الكاتيكول
إن تكوين المواد الدبالية في الطبيعة هو أحد أقل جوانب كيمياء الدبال فهمًا وأحد أكثرها إثارة للاهتمام. تاريخيًا، كانت هناك ثلاث نظريات رئيسية لتفسيرها: نظرية اللجنين لواكسمان (1932)، ونظرية البوليفينول، ونظرية تكثيف السكر الأميني لمايلارد (1911). تتشكل المواد الدبالية عن طريق التحلل الميكروبي للمواد الحيوية الميتة، مثل اللجنين والسليلوز والسليلوز والفحم.المواد الدبالية في المختبر مقاومة لمزيد من التحلل البيولوجي. يعتمد تركيبها وتكوينها العنصري ومحتوى المجموعات الوظيفية لعينة معينة على مصدر الماء أو التربة والإجراءات والظروف المحددة للاستخراج. ومع ذلك، فإن متوسط خصائص المستخلصات المعملية لـ المواد الدبالية من مصادر مختلفة متشابهة بشكل ملحوظ.

 التجزئة 
تاريخيًا، استخدم العلماء طرقًا مختلفة لاستخراج حمض الهيالورونيك من المواد العضوية الطبيعية وفصل المستخلصات إلى حمض الهيالورونيك وحمض الفولفيك. وتوصي الجمعية الدولية للمواد الدبالية باستخدام طرق مختبرية قياسية لتحضير أحماض الهيالورونيك والفولفيك. تُستخرج المواد الدبالية من التربة ومصادر صلبة أخرى باستخدام هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 0.1 مولار، في جو من النيتروجين، لمنع الأكسدة اللاحيوية لبعض مكونات حمض الهيالورونيك. ثم يُرسب حمض الهيالورونيك عند درجة حموضة 1. ويُعالَج الجزء القابل للذوبان على عمود راتنجي لفصل مكونات حمض الفولفيك عن المركبات الأخرى القابلة للذوبان في الحمض. أما الجزء غير القابل للذوبان من المواد العضوية الطبيعية الذي لا يُستخرج بتركيز 0.1 هيدروكسيد الصوديوم فهو الهيومين. يُستخرج حمض الهيوميك وحمض الفولفيك من المياه الطبيعية باستخدام عمود راتنجي بعد الترشيح الدقيق والتحميض إلى درجة حموضة 2. تُغسل المواد الهيوميكية من العمود باستخدام هيدروكسيد الصوديوم، ويُترسب حمض الهيوميك عند درجة حموضة 1. بعد ضبط درجة الحموضة إلى 2، يُفصل حمض الفولفيك عن المركبات الأخرى القابلة للذوبان في الحمض، باستخدام عمود راتنجي كما هو الحال في مصادر الطور الصلب. طُوّرت طريقة تحليلية لتحديد كمية حمض الهيوميك وحمض الفولفيك في الخامات التجارية ومنتجات الهيوميك، استنادًا إلى طرق تحضير حمض الهيوميك وحمض الفولفيك من IHSS.

 الخصائص الكيميائية 
منذ فجر الكيمياء الحديثة، تُعدّ المواد الدبالية من أكثر المواد الطبيعية دراسةً. ورغم الدراسات الطويلة، لا يزال تركيبها الجزيئي محل جدل. كان الرأي السائد هو أن المواد الدبالية عبارة عن مكثفات متعددة غير متجانسة، ترتبط ارتباطًا متفاوتًا بالطين.وهناك رأي أحدث يرى أن الجزيئات الصغيرة نسبيًا تلعب دورًا رئيسيًا أيضًا.

المادة الدبالية النموذجية هي خليط من جزيئات متعددة، بعضها يعتمد على نمط النوى العطرية مع بدائل فينولية وكربوكسيلية، مرتبطة ببعضها البعض؛ المجموعات الوظيفية التي تُساهم بشكل كبير في الشحنة السطحية وتفاعلية المواد الدبالية هي المجموعات الفينولية والكربوكسيلية. تتصرف المواد الدبالية عادةً كخليط من الأحماض ثنائية القاعدة، حيث تبلغ قيمة pK1 حوالي 4 لبروتونات مجموعات الكربوكسيل وحوالي 8 لبروتونات مجموعات الفينولات في حمض الهيالورونيك. أحماض الفولفيك أكثر حمضية من حمض الهيالورونيك. هناك تشابه عام كبير بين الأحماض الدبالية الفردية. لهذا السبب، تُعدّ قيم pK المُقاسة لعينة مُعينة قيمًا متوسطةً تتعلق بالأنواع المُكوّنة. السمة المهمة الأخرى هي كثافة الشحنة. تُظهر التحديدات الأحدث للأوزان الجزيئية لـ المواد الدبالية أن الأوزان الجزيئية ليست كبيرة كما كان يُعتقد سابقًا. يبلغ متوسط الأوزان الجزيئية المبلغ عنها لـ حمض هيوميك التربة أقل من 6000 ولكنها شديدة التشتت مع بعض المكونات ذات الأوزان الجزيئية الأكبر بكثير وأقل بكثير.

إن وجود مجموعات الكربوكسيل والفينولات يمنح أحماض الهيوميك القدرة على تكوين معقدات مع أيونات مثل Mg2+ و Ca2+ و Fe2+ و Fe3+ مما يؤدي إلى تكوين غرويات هويمية. تحتوي العديد من الأحماض الهيوميكية على مجموعتين أو أكثر من هذه المجموعات مرتبة بحيث تمكن من تكوين معقدات مخلبية. إن تكوين معقدات (مخلبة) هو جانب مهم من الدور البيولوجي للأحماض الهيوميكية في تنظيم التوافر البيولوجي للأيونات المعدنية.

 التأثيرات البيئية 
عرف المزارعون أن تعديلات التربة بالمواد العضوية مفيدة لنمو النباتات منذ فترة أطول من التاريخ المسجل. ومع ذلك، كانت كيمياء المادة العضوية ووظيفتها موضع جدل منذ أن بدأ البشر في طرح فرضيات حولها في القرن الثامن عشر. حتى وقت ليبج، كان من المفترض أن تستخدم النباتات الدبال مباشرة، ولكن بعد أن أظهر ليبج أن نمو النبات يعتمد على المركبات غير العضوية، رأى العديد من علماء التربة أن المادة العضوية مفيدة للخصوبة فقط لأنها تتحلل مع إطلاق العناصر الغذائية المكونة لها إلى أشكال غير عضوية. في الوقت الحاضر، يتبنى علماء التربة وجهة نظر أكثر شمولية ويدركون على الأقل أن الدبال يؤثر على خصوبة التربة من خلال تأثيره على قدرة التربة على الاحتفاظ بالمياه. كذلك، بما أن النباتات أثبتت قدرتها على امتصاص ونقل الجزيئات العضوية المعقدة للمبيدات الحشرية الجهازية، فلم يعد بإمكانها دحض فكرة قدرة النباتات على امتصاص الأشكال الذائبة من الدبال؛ بل قد تكون هذه في الواقع عملية أساسية لامتصاص أكاسيد الحديد غير القابلة للذوبان.

أُجريت دراسة حول آثار حمض الهيوميك على نمو النباتات في جامعة ولاية أوهايو، والتي أشارت جزئيًا إلى أن "أحماض الهيوميك زادت من نمو النباتات" وأن هناك "استجابات كبيرة نسبيًا عند معدلات تطبيق منخفضة".

أظهرت دراسة أجراها علماء في كلية الزراعة وعلوم الحياة بجامعة ولاية كارولينا الشمالية عام 1998 أن إضافة الهيومات إلى التربة زادت بشكل ملحوظ من كتلة الجذور في عشب البنت جراس الزاحف.

أظهرت دراسة أجراها علماء في جامعة ألبرتا عام 2018 أن أحماض الهيوميك يمكن أن تقلل من عدوى البريون في التجارب المعملية، ولكن هذا التأثير قد يكون غير مؤكد في البيئة بسبب المعادن الموجودة في التربة التي تخفف من هذا التأثير.

 التطبيقات التكنولوجية 
استُغلت قدرة أحماض الهيوميك على ربط المعادن الثقيلة لتطوير تقنيات معالجة لإزالة الرصاص من مياه الصرف الصحي. ولتحقيق ذلك، قام يوريشيفا وآخرون بتغليف جسيمات نانوية مغناطيسية بأحماض الهيوميك. وبعد التقاط أيونات الرصاص، يُمكن التقاط الجسيمات النانوية باستخدام مغناطيس.

 البناء القديم 
تشير الآثار إلى أن مصر القديمة استخدمت الطوب اللبن المقوى بالقش والأحماض الدبالية.

 انظر أيضاً 

 تربة
 حمض الهيوميك
 حمض الفولفيك
 دبال
 هيدروكربون عطري متعدد الحلقات

 المراجع 

 قراءة اضافية 



 روابط خارجية 

 [https://humic-substances.org/ International
Humic Substances Society]

هيوميك
تصنيف:تسميد
تصنيف:كيمياء التربة
تصنيف:زراعة
تصنيف:كيمياء