ह्यूमिक पदार्थ

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ह्यूमिक पदार्थ (HS) रंगीन पुनर्गणना कार्बनिक यौगिक हैं जो स्वाभाविक रूप से बायोमास अवशेषों के दीर्घकालिक अपघटन और परिवर्तन के समय बनते हैं। ह्यूमिक पदार्थों का रंग पीले से भूरे से काले रंग में भिन्न होता है। ह्यूमिक पदार्थ मिट्टी, पीट और कोयले और तलछट में कार्बनिक पदार्थ के प्रमुख भाग का प्रतिनिधित्व करते हैं और झीलों (विशेष रूप से डिस्ट्रोफिक झीलों ) नदियों और समुद्र के पानी में भंग प्राकृतिक कार्बनिक पदार्थ (एनओएम) के महत्वपूर्ण घटक हैं। 19वीं और 20वीं शताब्दी में लंबे युग के लिए, ह्यूमिक पदार्थों को अधिकांश अम्ल-क्षार अभिक्रिया के लेंस के माध्यम से देखा जाता था। अम्ल-क्षार सिद्धांत जो ह्यूमिक एसिड (एचए) को कार्बनिक रसायनों के रूप में वर्णित करता है और उनके संयुग्मित एसिड को कार्बनिक पदार्थ के महत्वपूर्ण घटकों के रूप में ह्यूमेट्स करता है। इस दृष्टिकोण के माध्यम से ह्यूमिक एसिड को मिट्टी से निकाले गए कार्बनिक पदार्थों के रूप में परिभाषित किया गया था जो अम्ल-क्षार अभिक्रिया (छोटे ठोस टुकड़े बनाते हैं) को जमाते हैं। जब मजबूत-क्षार निकालने को अम्लीकृत किया जाता है। ह्यूमस के शेष क्षार-अघुलनशील भाग को ह्यूमिन कहा जाएगा।

ह्यूमिक पदार्थ आइसोलेशन में मिट्टी कार्बनिक पदार्थ या भंग कार्बनिक पदार्थ से रासायनिक निष्कर्षण का परिणाम है और मिट्टी या पानी में वितरित ह्यूमिक अणुओं का प्रतिनिधित्व करता है।[1][2][3] नई समझ ह्यूमिक पदार्थों को उच्च-आणविक-भार वाले मैक्रोपॉलिमर के रूप में नहीं किन्तु मिट्टी के कार्बनिक पदार्थ के विषम और अपेक्षाकृत छोटे आणविक घटकों के रूप में देखती है जो सुपरमॉलेक्यूलर संघों में स्वतः-एकत्र होते हैं और जैविक मूल के विभिन्न प्रकार के यौगिकों से बने होते हैं और मिट्टी में अजैविक और जैविक प्रतिक्रियाओं द्वारा संश्लेषित होते हैं।[4] यह मिट्टी की बड़ी आणविक जटिलता है[5] जो ह्यूमिक मैटर को मिट्टी में इसकी बायोएक्टिविटी और प्लांट ग्रोथ प्रमोटर के रूप में इसकी भूमिका प्रदान करता है।[6]

ह्यूमिक पदार्थों की शैक्षणिक परिभाषा पर बहस चल रही है क्योंकि ह्यूमिफिकेशन विशेष स्थिति के रूप में असमर्थित हो जाता है, जिससे स्पष्टता की मान पर सभी कठिन-से-लक्षण वाले मिट्टी के कार्बनिक पदार्थों को सम्मिलित करने के लिए HS का विस्तार करने वाली कुछ कट्टरपंथी परिभाषाएँ सामने आती हैं। पारंपरिक क्षार निकालने की विधि को त्यागने और सीधे मिट्टी का विश्लेषण करने का भी आह्वान किया गया है, किन्तु इसकी जटिलता कृषि में व्यापक रूप से अपनाने से रोकती है।[7] व्यवहार में, इसका अर्थ है कि कुछ स्रोत खाद के लिए पारंपरिक अम्ल-क्षार विश्लेषण प्रायुक्त कर सकते हैं, फिर परिणामों को ह्यूमिक पदार्थों के रूप में बता सकते हैं।[8]


गठन और विवरण का पारंपरिक दृष्टिकोण

प्रकृति में ह्यूमिक पदार्थों का निर्माण ह्यूमस रसायन विज्ञान के सबसे कम समझे जाने वाले पहलुओं में से एक है और सबसे कठिन पहलुओं में से है। इसकी व्याख्या करने के लिए तीन मुख्य सिद्धांत हैं: सेलमैन वैक्समैन (1932) का लिग्निन सिद्धांत, पॉलीफेनोल सिद्धांत और लुई केमिली माइलार्ड (1911) का चीनी-अमाइन संघनन सिद्धांत।[9][10] मृदा अनुसंधान में टिप्पणियों के लिए वे सिद्धांत अपर्याप्त हैं।[7] लिग्निन और लकड़ी का कोयला जैसे बायोटिक पदार्थ के माइक्रोबियल क्षरण से ह्यूमिक पदार्थ बनते हैं।[11][12] लैब में ह्यूमिक पदार्थ आगे के बायोडिग्रेडेशन के लिए बहुत प्रतिरोधी हैं। किसी दिए गए नमूने के स्पष्ट गुण और संरचना पानी या मिट्टी के स्रोत और निष्कर्षण की विशिष्ट स्थितियों पर निर्भर करती है। फिर भी, विभिन्न स्रोतों से प्रयोगशाला में उत्पादित ह्यूमिक पदार्थों के औसत गुण उल्लेखनीय रूप से समान हैं।

अंश

मिट्टी और तलछट में ह्यूमिक पदार्थों को तीन मुख्य अंशों में विभाजित किया जा सकता है: ह्यूमिक एसिड, फुल्विक एसिड और ह्यूमन। उनकी उपस्थिति और सापेक्ष बहुतायत प्रयोगशाला निष्कर्षण द्वारा अनुमानित है, प्रक्रिया जो पहचान से परे अपने मूल रूप को बदल देती है।

  • ह्यूमिक और फुल्विक एसिड को मिट्टी और अन्य ठोस चरण स्रोतों से सॉल (कोलॉइड) के रूप में सोडियम हाइड्रॉक्साइड या पोटेशियम हाइड्रोक्साइड के दृढ़ता से मूलभूत जलीय घोल में निकाला जाता है।[13]
    • हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ पीएच को 1 तक समायोजित करके इस घोल से ह्यूमिक एसिड का अवक्षेपण किया जाता है।
      • ह्यूमिक अंश के अल्कोहल-घुलनशील भाग को सामान्य रूप से अल्मिक एसिड कहा जाता है।
      • तथाकथित ग्रे ह्यूमिक एसिड (जीएचए) कम आयनिक-ताकत वाले क्षारीय मीडिया में घुलनशील हैं।
      • ब्राउन ह्यूमिक एसिड (बीएचए) आयनिक शक्ति से स्वतंत्र क्षारीय स्थितियों में घुलनशील हैं।
    • फुल्विक एसिड को पीएच 1 पर घोल में छोड़ दिया जाता है। वे पीएच और आयनिक शक्ति से स्वतंत्र घुलनशील रहते हैं।[14]
  • तनु क्षार में ह्यूमिन अघुलनशील होता है।

प्रयोगशाला में पारंपरिक रूप से निर्मित ह्यूमिक अम्ल भी एसिड नहीं है; किन्तु, यह कई भिन्न-भिन्न एसिड का जटिल मिश्रण है जिसमें कार्बाक्सिल और फेनोलेट समूह होते हैं ताकि मिश्रण कार्यात्मक रूप से डिबासिक एसिड के रूप में या कभी-कभी ट्राइबेसिक एसिड के रूप में व्यवहार करे। मिट्टी में सुधार करने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला ह्यूमिक एसिड इन्हीं अच्छी तरह से स्थापित प्रक्रियाओं का उपयोग करके निर्मित होता है। ह्यूमिक एसिड आयनों के साथ समन्वय परिसरों का निर्माण कर सकते हैं जो सामान्यतः ह्यूमिक कोलाइड बनाने वाले पर्यावरण में पाए जाते हैं।[15]

पोषण पूरक के रूप में, फुल्विक एसिड खनिज कोलाइड्स के घटक के रूप में तरल रूप में पाया जा सकता है। फुल्विक एसिड पॉली-इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं और अद्वितीय कोलाइड होते हैं जो झिल्लियों के माध्यम से आसानी से फैलते हैं, जबकि अन्य सभी कोलाइड्स नहीं होते हैं।[16]

ह्यूमोमिक्स नामक अनुक्रमिक रासायनिक विभाजन का उपयोग अधिक सजातीय ह्यूमिक अंशों को अलग करने और उन्नत स्पेक्ट्रोस्कोपिक और क्रोमैटोग्राफिक विधियों द्वारा उनके आणविक संरचनाओं को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।[17] ह्यूमिक अर्क और सीधे मिट्टी में पहचाने जाने वाले पदार्थों में मोनो-, डि- और ट्राई-हाइड्रॉक्सीकार्बोक्सिलिक एसिड, वसा अम्ल , डाइकारबॉक्सिलिक एसिड, लीनियर अल्कोहल, फेनोलिक एसिड, टेरपेनोइड्स, कार्बोहाइड्रेट और अमीनो एसिड सम्मिलित हैं।[18]


आलोचना

मृत पौधों की सामग्री के अपघटन उत्पाद खनिजों के साथ घनिष्ठ संबंध बनाते हैं, जिससे मिट्टी के कार्बनिक घटकों को अलग करना और उनकी विशेषता बनाना मुश्किल हो जाता है। 18वीं शताब्दी के मृदा रसायनज्ञों ने मिट्टी में कार्बनिक घटकों के भाग को अलग करने के लिए क्षारीय निष्कर्षण का सफलतापूर्वक उपयोग किया था। इसने इस सिद्धांत को जन्म दिया कि 'ह्यूमिफिकेशन' प्रक्रिया ने 'ह्यूमिक पदार्थ' सबसे सामान्य 'ह्यूमिक एसिड', 'फुल्विक एसिड' और 'ह्यूमिन' बनाया था।[7] चूँकि, इन ह्यूमिक पदार्थों को मिट्टी में नहीं देखा गया है।[19] चूंकि 'ह्यूमिफिकेशन' सिद्धांत साक्ष्य द्वारा समर्थित नहीं है, अंतर्निहित सिद्धांत समकालीन साहित्य में उपस्थित है, जिसमें वर्तमान पाठ्यपुस्तकें भी सम्मिलित हैं।[7] वैध शर्तों में 'ह्यूमिक पदार्थों' को फिर से परिभाषित करने के प्रयासों के परिणामस्वरूप वैज्ञानिक रूप से स्पष्ट मिट्टी प्रक्रियाओं और गुणों को संप्रेषित करने की हमारी क्षमता से परे दूरगामी निहितार्थों के साथ असंगत परिभाषाओं का प्रसार हुआ है।[7]


रासायनिक विशेषताएं

प्रकृति में

आधुनिक रसायन विज्ञान के प्रारंभ के बाद से, ह्यूमिक पदार्थ प्राकृतिक सामग्रियों में सबसे अधिक अध्ययन किए गए हैं। लंबे अध्ययन के अतिरिक्त, उनकी आणविक संरचना और रसायन मायावी बने हुए हैं। पारंपरिक दृष्टिकोण यह है कि मिट्टी के साथ भिन्न-भिन्न संघों में ह्यूमिक पदार्थ विषमलैंगिक पदार्थ हैं।[20] और नवीनतम दृष्टिकोण यह है कि अपेक्षाकृत छोटे अणु भी भूमिका निभाते हैं।[21] ह्यूमिक पदार्थ 50 - 90% केशन विनिमय क्षमता के लिए खाते हैं। मिट्टी के समान, चार और कोलाइडल ह्यूमस में धनायन पोषक तत्व होते हैं। [22]

पारंपरिक में, बेस-घुलनशील अर्क

विशिष्ट ह्यूमिक एसिड का उदाहरण, जिसमें क्विनोन, फिनोल, catechol और चीनी मोइटी (रसायन विज्ञान) सहित विभिन्न प्रकार के घटक होते हैं।[23]

विशिष्ट ह्यूमिक पदार्थ कई अणुओं का मिश्रण होता है, जिनमें से कुछ एक साथ जुड़े हुए फेनोलिक और कार्बोज़ाइलिक तेजाब प्रतिस्थापन के साथ सुगंधित हाइड्रोकार्बन नाभिक के रूपांकन पर आधारित होते हैं, जो साथ जुड़े होते हैं; चित्रण विशिष्ट संरचना दिखाता है।

कार्यात्मक समूह जो सतही आवेश और ह्यूमिक पदार्थों की प्रतिक्रियाशीलता में सबसे अधिक योगदान करते हैं, वे फेनोलिक और कार्बोक्जिलिक समूह हैं।[23] ह्युमिक एसिड पृथक्करण स्थिरांक के साथ डिबासिक एसिड के मिश्रण के रूप में व्यवहार करते हैं, कार्बोक्सिल समूहों के प्रोटोनेशन के लिए pK1 मान लगभग 4 फेनोलेट समूहों के प्रोटोनेशन के लिए लगभग 8 है। भिन्न-भिन्न ह्यूमिक एसिड में काफी समग्र समानता है।[24] इस कारण से, किसी दिए गए नमूने के लिए मापा पीके मान घटक प्रजातियों से संबंधित औसत मान हैं। अन्य महत्वपूर्ण विशेषता आवेश घनत्व है। अणु गैर-सहसंयोजक बलों, जैसे वैन डेर वाल्स बल,π-π, और CH-π बंधों द्वारा एक साथ बंधी एक सुपरमॉलेक्यूलर संरचना बना सकते हैं।Cite error: Invalid <ref> tag; invalid names, e.g. too many

कार्बोक्सिलेट और फेनोलेट समूहों की उपस्थिति ह्यूमिक एसिड को Mg2+, Ca2+, Fe2+ और Fe3+ जैसे आयनों के साथ कॉम्प्लेक्स बनाने की क्षमता देती है। कई ह्यूमिक एसिड में इनमें से दो या दो से अधिक समूह व्यवस्थित होते हैं जिससे कीलेट कॉम्प्लेक्स के गठन को सक्षम किया जा सके। [25] धातु आयनों की जैवउपलब्धता को विनियमित करने में ह्यूमिक एसिड की जैविक भूमिका का (चेलेट) परिसरों का निर्माण एक महत्वपूर्ण पहलू है।[24]


पानी के नमूनों में ह्यूमिक एसिड का निर्धारण

पीने योग्य या औद्योगिक उपयोग के लिए पानी में ह्यूमिक एसिड की उपस्थिति उस पानी के जल शोधन और रासायनिक कीटाणुशोधन प्रक्रियाओं की सफलता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकती है। उदाहरण के लिए, ह्यूमिक और फुल्विक एसिड क्लोरीनीकरण प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले रसायनों के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं, जिससे कीटाणुशोधन उपोत्पाद जैसे डायहेलोएसीटोनिट्राइल्स बनते हैं, जो मनुष्यों के लिए विषाक्त हैं।[25][26] ह्यूमिक एसिड सांद्रता स्थापित करने के स्पष्ट विधि इसलिए समशीतोष्ण जलवायु में विशेष रूप से अपलैंड पीट कैचमेंट से पानी की आपूर्ति बनाए रखने के लिए आवश्यक हैं।

बहुत सारे भिन्न-भिन्न जैव-कार्बनिक अणु बहुत विविध भौतिक संघों में प्राकृतिक वातावरण में एक साथ मिश्रित होते हैं, ह्यूमिक सुपरस्ट्रक्चर में उनकी सटीक सांद्रता को मापना बोझिल होता है। इस कारण से, ह्यूमिक एसिड की सांद्रता पारंपरिक रूप से कुल कार्बनिक कार्बन (टीओसी) या भंग कार्बनिक कार्बन (डीओसी) की सांद्रता से कार्बनिक पदार्थों की सांद्रता से अनुमानित होती है।

निष्कर्षण प्रक्रियाएं मिट्टी के ह्यूमिक पदार्थों में उपस्थित कुछ रासायनिक संबंधों को बदलने के लिए बाध्य हैं (मुख्य रूप से कटिन और सबरिन जैसे बायोपॉलिएस्टर में एस्टर बॉन्ड)। ह्यूमिक अर्क बड़ी संख्या में विभिन्न जैव-कार्बनिक अणुओं से बना है जो अभी तक पूरी तरह से अलग और पहचाने नहीं गए हैं। चूंकि, अवशिष्ट बायोमोलेक्यूल्स के एकल वर्गों को चयनात्मक निष्कर्षणों और रासायनिक अंशांकन द्वारा पहचाना गया है, और अल्कानोइक और हाइड्रॉक्सी अल्कानोइक एसिड, रेजिन, मोम, लिग्निन अवशेष, शर्करा और पेप्टाइड्स द्वारा प्रतिनिधित्व किया जाता है।

पारिस्थितिक प्रभाव

कार्बनिक पदार्थ मिट्टी के संशोधन किसानों द्वारा दर्ज इतिहास से अधिक समय तक पौधों की वृद्धि के लिए लाभदायक होने के लिए जाने जाते हैं।[27] चूँकि, कार्बनिक पदार्थ का रसायन और कार्य विवाद का विषय रहा है क्योंकि मनुष्य ने 18 वीं शताब्दी में इसके बारे में अनुमान लगाना प्रारंभ किया था। लिबिग के समय तक, यह माना जाता था कि ह्यूमस सीधे पौधों द्वारा उपयोग किया जाता था, किन्तु, प्रिय ने दिखाया कि पौधों की वृद्धि अकार्बनिक यौगिकों पर निर्भर करती है, कई मृदा वैज्ञानिकों ने यह विचार रखा कि कार्बनिक पदार्थ केवल उर्वरता के लिए उपयोगी थे क्योंकि यह टूट गया था इसके घटक पोषक तत्वों को अकार्बनिक रूपों में जारी करना था।

वर्तमान समय में, मृदा वैज्ञानिक अधिक समग्र दृष्टिकोण रखते हैं और कम से कम यह मानते हैं कि ह्यूमस मिट्टी की जल-धारण क्षमता पर इसके प्रभाव से मिट्टी की उर्वरता को प्रभावित करता है। इसके अतिरिक्त, चूंकि पौधों को प्रणालीगत कीटनाशकों के जटिल कार्बनिक अणुओं को अवशोषित और स्थानांतरित करने के लिए दिखाया गया है, वे अब इस विचार को खारिज नहीं कर सकते हैं कि पौधे ह्यूमस के घुलनशील रूपों को अवशोषित करने में सक्षम हो सकते हैं;[28] यह वास्तव में अघुलनशील लौह आक्साइड के उत्थान के लिए आवश्यक प्रक्रिया हो सकती है।

ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी में पौधों की वृद्धि पर ह्यूमिक एसिड के प्रभावों पर अध्ययन किया गया था जिसमें कहा गया था कि आंशिक रूप से ह्यूमिक एसिड पौधों की वृद्धि में वृद्धि करते हैं और कम आवेदन दर पर अपेक्षाकृत बड़ी प्रतिक्रियाएँ होती हैं।[29]

नॉर्थ कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी कॉलेज ऑफ एग्रीकल्चर एंड लाइफ साइंसेज के वैज्ञानिकों द्वारा 1998 के अध्ययन से पता चला है कि मिट्टी में ह्यूमेट मिलाने से रेंगने वाले बेंटग्रास टर्फ में जड़ द्रव्यमान में काफी वृद्धि हुई है।[30][31]

अल्बर्टा विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों द्वारा 2018 के अध्ययन से पता चला है कि ह्यूमिक एसिड प्रयोगशाला प्रिओन में प्रायन संक्रामकता को कम कर सकता है, किन्तु मिट्टी में खनिजों के कारण पर्यावरण में यह प्रभाव अनिश्चित हो सकता है जो प्रभाव को बफर करता है।[32]


मानभारित उत्पादन

मनुष्य विभिन्न तरीकों से ह्यूमिक पदार्थों के उत्पादन को प्रभावित कर सकते हैं: लिग्निन को खाद करके या बायोचार (मिट्टी का पुनर्वास देखें) जोड़कर प्राकृतिक प्रक्रियाओं का उपयोग करके, या सीधे कार्बनिक फीडस्टॉक्स से कृत्रिम ह्यूमिक पदार्थों के औद्योगिक संश्लेषण द्वारा। इन कृत्रिम पदार्थों को समान रूप से कृत्रिम ह्यूमिक एसिड (A-HA) और कृत्रिम फुल्विक एसिड (A-FA) में विभाजित किया जा सकता है।[33]

सल्फाइट प्रक्रिया से लिग्नोसल्फोनेट को हाइड्रोलिसिस और ऑक्सीकरण द्वारा ह्यूमस की नकल करने के लिए बनाया जा सकता है। लिग्नोहुमेट के रूप में उत्पाद का पहले से ही व्यावसायीकरण किया जा चुका है।[34]

हाइड्रोथर्मल प्रतिक्रिया द्वारा कृषि कूड़े को कृत्रिम हास्य पदार्थ में बदल दिया जा सकता है। परिणामी मिश्रण मिट्टी में भंग कार्बनिक पदार्थ और कुल कार्बनिक कार्बन की सामग्री को बढ़ा सकता है।[33]

कोयले के निर्माण की प्रक्रिया को उलटते हुए ह्यूमिक पदार्थों का उत्पादन करने के लिए लिग्नाइट (भूरा कोयला) को भी ऑक्सीकृत किया जा सकता है। खनिज-व्युत्पन्न फुल्विक एसिड के इस रूप का चीन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।[35] यह प्रक्रिया प्रकृति में भी होती है, लियोनार्डाइट का उत्पादन करती है।[36]


आर्थिक भूविज्ञान

आर्थिक भूविज्ञान में, ह्युमेट शब्द का अर्थ भूगर्भीय सामग्रियों से है, जैसे कि अपक्षयित कोयला बेड (लियोनार्डाइट), एमडीरॉक, या बलुआ पत्थर में ताकना सामग्री, जो कि ह्यूमिक एसिड में समृद्ध हैं। ह्यूमेट को 1970 के दशक से मिट्टी संशोधन के रूप में उपयोग के लिए न्यू मैक्सिको के फ्रूटलैंड फॉर्मेशन से खनन किया गया है, जिसमें 2016 तक लगभग 60,000 मीट्रिक टन का उत्पादन किया गया है।[37] यूरेनियम अयस्क निकायों की उत्पत्ति में ह्यूमेट डिपॉजिट भी महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं।[38]


तकनीकी अनुप्रयोग

अपशिष्ट जल से भारी धातुओं को हटाने के लिए उपचारात्मक तकनीकों को विकसित करने के लिए ह्यूमिक एसिड की भारी-धातु बंधन क्षमताओं का उपयोग किया गया है। यह अंत करने के लिए, यूरीशचेवा एट अल ने चुंबकीय नैनोकणों को ह्यूमिक एसिड के साथ लेपित किया। लीड आयनों को कैप्चर करने के बाद नैनोकणों को चुंबक का उपयोग करके कैप्चर किया जा सकता है।[39]


प्राचीन चिनाई

पुरातत्व से पता चलता है कि प्राचीन मिस्र में पुआल और ह्यूमिक एसिड के साथ मिट्टी की ईंटो का उपयोग किया जाता था।[40]


यह भी देखें

संदर्भ

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बाहरी संबंध


अग्रिम पठन

  • Hessen, D.O.; Tranvik, L.J. (Editors) (1998). Aquatic humic substances: ecology and biogeochemistry. Berlin: Springer. ISBN 978-3-540-63910-7. {{cite book}}: |author2= has generic name (help)
  • Sillanpää, M. (Ed.) Natural Organic Matter in Water, Characterization and Treatment Methods ISBN 9780128015032
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