Soil and Plant Interactions

fa هوموسی شدن در فرآیندهای تولید کمپوست و ورمی‌کمپوست: مکانیسم‌ها، پویایی‌ و مدل‌های سینتیکی Humification in Composting and Vermicomposting Processes: Mechanisms, Dynamics, and Kinetic Models ارتباط سلامت خاک با برهم‌کنش‌های خاک-گیاه Soil health association with soil-plant interactions گزارش مورد case report <div style="text-align: justify;">هوموسی شدن یکی از مراحل بنیادی در تثبیت مواد آلی و شکل‌گیری ترکیبات پایداری نظیر اسیدهای هیومیک (HA) و فولویک (FA) در فرآیندهای تولید کمپوست و ورمی‌کمپوست است. این مرحله نه‌تنها تعیین‌کننده بلوغ، پایداری و کیفیت نهایی محصول این فرآیند است، بلکه نقش مهمی در چرخه زیستی کربن و مدیریت پایدار مواد زائد آلی دارد. در این مقاله، با مرور نتایج پژوهش‌های منتشرشده در سال‌های ۲۰۰0 تا ۲۰۲۵، جنبه‌های مختلف واکنش‌های هوموسی شدن شامل مکانیسم‌های فیزیکی، شیمیایی و میکروبی، مدل‌های سینتیکی و ریاضی مورد استفاده، عوامل مؤثر (نسبت  C/N، مواد اولیه و افزودنی‌ها ) و راهکارهای بهینه‌سازی آنها مورد بررسی تحلیلی قرار گرفته است. نتایج مرور نشان داد که کمپوست و ورمی‌کمپوست، بسته به نوع جمعیت میکروبی و شرایط فیزیکی، مسیرهای متفاوتی از حلقوی شدن و پلیمره شدن ترکیبات فنولی را طی می‌کنند. افزودنی‌هایی مانند بیوچار، اکسیدهای فلزی (Fe₂O₃  و  MnO₂)، و خاکستر زیستی نقش مؤثری در تسریع واکنش‌های اکسیداسیون–کاهش و بهبود نسبت HA/FA دارند. مدل‌های سینتیکی کلاسیک نظیر مرتبه اول، دوم و پارابولیک، در پیش‌بینی تغییرات زمانی شاخص هوموسی شدن (HI) مفیدند، اما مدل‌های هوش مصنوعی از جمله شبکه‌های عصبی مصنوعی (ANN) و جنگل تصادفی (RF)  توانسته‌اند رفتار غیرخطی این واکنش‌ها را با دقت بالاتری تعریف کنند. بر اساس مطالعات اخیر، آینده پژوهش در این حوزه بر توسعه مدل‌های هیبریدی چندمقیاسی، ادغام داده‌های omics  با مدل‌های سینتیکی، به‌کارگیری آنزیم‌های مهندسی‌شده، و استفاده از سامانه‌های هوشمند کنترل بلادرنگ در مقیاس صنعتی متمرکز است. در مجموع، درک عمیق از مکانیسم‌ها و مدل‌سازی هوشمند واکنش‌های هوموسی شدن، مسیر تازه‌ای برای بازیافت زیستی پسماندهای آلی، کاهش انتشار کربن، و تولید کودهای زیستی با کیفیت بالا در چارچوب اقتصاد زیستی چرخشی فراهم می‌سازد.  </div> Humification is a fundamental stage in the stabilization of organic matter and the formation of persistent compounds such as humic (HA) and fulvic acids (FA) during composting and vermicomposting processes. This stage not only determines the maturity, stability, and final quality of the product but also plays a key role in the carbon biogeochemical cycle and the sustainable management of organic wastes. In this review article, the researchers published between 2000 and 2025 were reviewed to analyze various aspects of humification reactions, including their physical, chemical, and microbial mechanisms; commonly applied kinetic and mathematical models; influential factors (such as C/N ratio, feedstock characteristics, and additives); and optimization strategies. The results indicate that composting and vermicomposting follow different pathways of phenolic ring formation and polymerization depending on microbial communities and physical conditions. Additives such as biochar, metal oxides (Fe₂O₃ and MnO₂), and bio-ash significantly enhance redox-driven reactions and improve the HA/FA ratio. Classical kinetic models, including first-order, second-order, and parabolic models, are useful for predicting temporal changes in the humification index (HI), while artificial intelligence approaches such as artificial neural networks (ANN) and random forest (RF) have shown superior performance in capturing the nonlinear behavior of these reactions. Recent studies highlight that future research will focus on developing multiscale hybrid models, integrating omics-based datasets with kinetic frameworks, utilizing engineered enzymes, and implementing intelligent real-time control systems at industrial scale. Overall, deep mechanistic understanding and intelligent modeling of humification processes offer new opportunities for sustainable bioconversion of organic wastes, carbon emission reduction, and the production of high-quality biofertilizers within a circular bioeconomy framework.   هوموسی شدن, کمپوست, ورمی‌کمپوست, مدل‌های سینتیکی, هوش مصنوعی, اسیدهای هیومیک و فولویک, Humification, Composting, Vermicomposting, Kinetic models, Artificial intelligence, Humic and fulvic acids. 1 2 http://jspi.iut.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-2192-1&slc_lang=fa&sid=1 Shno Karimi شنو کریمی karimi.s@ag.iut.ac.ir No Isfahan University of Technology دانشگاه صنعتی اصفهان Hossein Shariatmadri حسین شریعتمداری shariat@iut.ac.ir Yes Isfahan University of Technology دانشگاه صنعتی اصفهان