Soil and Plant Interactions

fa هوموسی‌شدن در فرآیندهای تولید کمپوست و ورمی‌کمپوست: سازوکارها، 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 مروری Review <div style="text-align: justify;">هوموسی‌شدن یکی از مراحل بنیادی در تثبیت مواد آلی و شکل‌گیری ترکیبات پایداری مانند 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 پسماندهای آلی دارد. در این مقاله، با بررسی یافته‌های پژوهش‌های منتشرشده در یک بازه زمانی 25 ساله گذشته (بین سال‌های میلادی 2000 تا 2025)، جنبه‌های مختلف واکنش‌های هوموسی‌شدن مانند سازوکارهای 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. بررسی یافته‌های پژوهش‌های گذشته نشان داد که کمپوست و ورمی‌کمپوست، بسته به نوع جمعیت میکروبی و شرایط فیزیکی، مسیرهای متفاوتی از حلقوی‌شدن و پلیمره‌شدن ترکیبات فنولی را طی می‌کنند. افزودنی‌هایی مانند زغال زیستی، اکسیدهای فلزی (مانند Fe₂O₃ و MnO₂) و زغال زیستی نقش مؤثری در تسریع واکنش‌های اکسایش–احیا و بهبود نسبت اسید هیومیک به اسید فولویک دارند. مدل‌های سینتیکی کلاسیک مانند مرتبه اول، دوم و پارابولیک، در پیش‌بینی تغییرات زمانی شاخص هوموسی‌شدن (HI) مفیدند، اما مدل‌های هوش مصنوعی از جمله شبکه‌های عصبی مصنوعی (ANN) و جنگل تصادفی (RF) توانسته‌اند رفتار غیرخطی این واکنش‌ها را با دقت بیشتری تعریف کنند. بر اساس پژوهش‌های اخیر، آینده پژوهش در این حوزه بر توسعه مدل‌های هیبریدی چندمقیاسی، ادغام داده‌های اومیکس با مدل‌های سینتیکی، به‌کارگیری آنزیم‌های مهندسی‌شده و استفاده از سامانه‌های هوشمند کنترل فوری در مقیاس صنعتی متمرکز است. در مجموع، درک عمیق از سازوکار‌ها و مدل‌سازی هوشمند واکنش‌های هوموسی‌شدن، مسیر تازه‌ای برای بازیافت زیستی پسماندهای آلی، کاهش انتشار کربن، و تولید کودهای زیستی با کیفیت خوب 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, studies published between 2000 and 2025 were examined 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 distinct pathways for phenolic ring formation and polymerization, depending on microbial communities and physical conditions. Additives such as biochar, metal oxides (e.g., 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 an industrial scale. Overall, a deep mechanistic understanding and intelligent modeling of humification processes offer new opportunities for the sustainable bioconversion of organic wastes, carbon emission reduction, and the production of high-quality biofertilizers within a circular bioeconomy framework.   هوموسی‌شدن, کمپوست, ورمی‌کمپوست, مدل‌های سینتیکی, هوش مصنوعی, اسیدهای هیومیک و فولویک. Humification, Composting, Vermicomposting, Kinetic models, Artificial intelligence, Humic and fulvic acids. 1 21 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 0009-0002-2083-7003 No Department of Soil Science, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران Hossein Shariatmadri حسین شریعتمداری shariat@iut.ac.ir 0000-0002-0173-7288 Yes Department of Soil Science, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران