王宏韜，馬獻(xiàn)發(fā)，張繼舟

（黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所，哈爾濱150040）

腐植酸（Humic Acid，HA）是一種天然的有機(jī)大分子化合物，在土壤、濕地、煤炭和貝巖等有機(jī)礦物中都有分布，外觀呈黑色或棕色，是一種無(wú)定型的聚電介質(zhì)。腐植酸中含有多種含氧官能團(tuán)，這些官能團(tuán)與腐植酸的性質(zhì)和應(yīng)用有很大關(guān)系，其中主要的官能團(tuán)有羧基、酚羥基、醇羥基、醌基、甲氧基等［1］。腐植酸類物質(zhì)包括天然的泥炭（又名草炭）、風(fēng)化煤、褐煤以及通過(guò)物理、化學(xué)和生物得到的具有腐植酸活性的一類物質(zhì)。近年來(lái)，對(duì)腐植酸類物質(zhì)在改良土壤、肥料應(yīng)用方面進(jìn)行了較多研究和應(yīng)用，其效果明顯。

1 腐植酸在改良土壤上的作用

鹽堿土、風(fēng)沙土、采礦廢棄地、污染土壤和草原退化是當(dāng)今全球重要的生態(tài)問(wèn)題。腐植酸類物質(zhì)具有良好吸水和持水性，吸附螯合能力和緩沖的特性，對(duì)土壤脫鹽、酸堿度調(diào)節(jié)、有機(jī)質(zhì)增加和改善植物的生長(zhǎng)環(huán)境都取得明顯效果?使其在沙漠及鹽堿等貧瘠土壤改良和污染土壤修復(fù)中有特殊的效果，尤其在污染土壤的處理中，不會(huì)造成二次污染。又可提高土壤肥力，并促進(jìn)植物健康生長(zhǎng)。

1.1 改善土壤結(jié)構(gòu)

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單位，它是由單個(gè)土粒被土壤腐植酸和粘粒等有機(jī)無(wú)機(jī)膠體粘結(jié)較大的土粒［2］。良好的土壤結(jié)構(gòu)有益于微生物繁殖、生長(zhǎng)，進(jìn)而有益于土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化、累積和土壤肥力的提高，可以為植物生長(zhǎng)提供必需的生態(tài)環(huán)境。腐植酸是含有多種含氧活性官能團(tuán)的高分子有機(jī)膠體，具有弱酸性、吸水性、離子交換性、絡(luò)合性、緩沖性、氧化還原性以及作用于植物的生理活性等特點(diǎn)，因此，腐植酸在改良土壤結(jié)構(gòu)、培肥地力等方面起著重要作用。張宏偉等［3］研究了以腐植酸共聚物作為土壤結(jié)構(gòu)改良劑改良赤紅壤后對(duì)該土壤化學(xué)性能的影響，表明改良后的土壤比表面積、電荷量、陽(yáng)離子交換量隨共聚物在土壤中施入量的增加而增大，土壤的酸性減弱，pH提高。中國(guó)科學(xué)院新疆生物土壤沙漠研究所用泥炭改良?jí)A化沙壤土土壤微生物總量比對(duì)照增加143.67%，表明改良后的土壤結(jié)構(gòu)、性能有益于微生物繁殖、生長(zhǎng)，進(jìn)而有益于土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化、累積和土壤肥力的提高。

土壤腐殖質(zhì)是由胡敏酸、富里酸和胡敏素等組成。而施入腐植酸物質(zhì)中有與土壤腐殖質(zhì)相當(dāng)?shù)暮羲岷透焕锼?，所以，土壤施用腐植酸類物質(zhì)，土壤有機(jī)質(zhì)明顯提高，其直接影響著土壤的保肥性、保水性、緩沖性、可耕性、通氣狀況和溫度等［4］。

1.2 活化土壤養(yǎng)分

腐植酸對(duì)磷肥增效作用的研究已有30多年的歷史，并已得到肯定的結(jié)論。日本橋本雄司曾發(fā)現(xiàn)腐植酸鹽類及硝基腐植酸鹽類都不同程度地抑制了土壤對(duì)磷的固定［5～8］。腐植酸施入土壤后，可以對(duì)難溶性微量元素起到增溶的作用，從而增加土壤中無(wú)機(jī)養(yǎng)分的含量。眾所周知，腐植酸中的螯（絡(luò)）合物作用很強(qiáng)。硝基腐植酸銨可以通過(guò)與鐵原子形成的螯合物，促進(jìn)植物鐵元素的吸收，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，通過(guò)鐵和磷酸根同時(shí)以有機(jī)和無(wú)機(jī)形式被植物吸收。無(wú)機(jī)鐵和磷酸根進(jìn)入植物的子葉和莖中，而有機(jī)金屬磷酸鹽進(jìn)入植物根部，在植物吸收磷養(yǎng)料方面，起著重要作用。經(jīng)接枝共聚反應(yīng)改性的腐植酸不僅可以提高磷肥利用率，提高了磷的有效性，還起到磷肥的增效作用，這在一定程度上降低了肥料投入和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本［9］。

腐植酸對(duì)氮磷鉀的吸附和解吸特性受土壤pH值影響，在堿性條件下，腐植酸對(duì)氮的吸附和解吸作用較強(qiáng)；在酸性條件下，腐植酸對(duì)磷的吸附和解吸作用較強(qiáng)；而腐植酸對(duì)鉀的吸附和解吸作用在中性條件下更易發(fā)生。介質(zhì)pH值升高有利于腐植酸樣品對(duì)鉀的吸附,且能加快吸附反應(yīng)的速度。當(dāng)pH＜4.4，此時(shí)以物理吸附為主；當(dāng)7.12＜pH＜12.95時(shí),化學(xué)交換占主導(dǎo)地位［10］。

1.3 調(diào)節(jié)土壤酸堿度和降低鹽分

腐植酸作為土壤改良劑可以疏松耕層土壤，改善土壤理化狀況，破壞鹽分沿毛管孔隙隨水分上升的條件，減少表土鹽分的積累，降低表土含鹽量。腐植酸是一種很好的離子交換劑，對(duì)鈉離子、氯離子有很強(qiáng)的吸附作用，腐植酸具有較高的陽(yáng)離子交換量，在以水壓鹽過(guò)程中加速土壤溶液中鈉離子、氯離子的淋洗速度，也能使表層鹽分逐漸減少［11］。

在堿性土上施用腐植酸，其中的酸可以中和堿性，同時(shí)能代換吸附鈉離子，使土壤pH值降低。另外，我們利用腐植酸+硫酸鋁改良?jí)A性水質(zhì)，用于南方酸性土花木栽培，如杜鵑、山茶等也取得了良好的效果［12］。

近年來(lái)，黑龍江省科學(xué)院自然資源研究所與白俄羅斯科學(xué)院自然資源與生態(tài)研究所合作開(kāi)展了利用草炭和風(fēng)化煤恢復(fù)松嫩平原西部退化草場(chǎng)的研究，建立適合改良和恢復(fù)鹽堿土草場(chǎng)的腐植酸的評(píng)價(jià)指標(biāo)，研制改良黑龍江省西部鹽堿土地區(qū)退化草場(chǎng)的制劑，改良后的草場(chǎng)覆蓋率達(dá)到100%，在輕重鹽堿土牧草產(chǎn)量都比對(duì)照有不同程度的提高，最大可使牧草增產(chǎn)5倍以上，可建立起食口性好的牧草穩(wěn)定群落［13］。馬獻(xiàn)發(fā)等研究腐植酸（HA）、沸石和蛭石3種改良材料對(duì)設(shè)施土壤鹽分和生物效應(yīng)的影響，結(jié)果表明.腐植酸能夠顯著降低設(shè)施土壤鹽分和提高白菜生物產(chǎn)量［14］。腐植酸由于含有各種官能團(tuán)，可以有效抑制土壤中水溶性K+、Ca2+、Mg2+等鹽基離子的增加，進(jìn)而降低土壤的電導(dǎo)率。

1.4 降低土壤污染

重金屬不能被土壤微生物所分解，而易于積累。轉(zhuǎn)化為毒性更大的化合物，甚至有的通過(guò)食物鏈以有害濃度在人體內(nèi)蓄積，嚴(yán)重危害人體健康。土壤重金屬污染物主要有汞、鉛、銅、鉻、砷、鎳、鐵、錳、鋅等，同種金屬由于其在土壤中存在形態(tài)不同，其遷移轉(zhuǎn)化特點(diǎn)和污染性質(zhì)也不同，因此在研究土壤中重金屬的危害時(shí)，不僅要注意它們的總含量，還必須考慮各種形態(tài)的含量。腐植酸物質(zhì)是改良重金屬污染土壤常用的物質(zhì)，其改良作用主要表現(xiàn)在：（1）參與土壤離子的交換反應(yīng)，增加土壤陽(yáng)離子交換量，提高土壤環(huán)境容量。（2）穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，提供生物活性物質(zhì)，為土壤微生物活動(dòng)提供基質(zhì)和能源，從而間接影響土壤重金屬的行為。（3）是重金屬離子的螫合劑。腐植酸類物質(zhì)的比表面積和對(duì)重金屬的吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)任何其它的礦質(zhì)膠體，分解形成的腐殖酸可與土壤中重金屬形成絡(luò)（螫）合物，降低了植物的吸收。（4）參與重金屬氧化還原過(guò)程，降低重金屬的毒害作用。加入腐植酸后，污染土壤中的水溶態(tài)和有效態(tài)重金屬Cu、Zn、Pb、Ni的含量均明顯下降。腐植酸可以有效修復(fù)固體廢棄物拆解地重金屬污染土壤［15～16］。

腐植酸物質(zhì)可以用來(lái)消除土壤的有機(jī)物污染，王忠強(qiáng)等［17］探討了利用泥炭保護(hù)根系措施清除土壤柴油污染物的可行性，結(jié)果表明，泥炭保護(hù)根系有利于紫花苜蓿根系形態(tài)發(fā)育，能促進(jìn)根系細(xì)菌和真菌的繁殖，并顯著提高根區(qū)土壤柴油降解率。

隨著土壤污染的加重，消除土壤的污染物，保證食品安全已成為環(huán)境治理研究的熱點(diǎn)。植物修復(fù)和微生物修復(fù)作為重要的土壤修復(fù)方法已取得一定的效果，但各存在利弊，如果將兩種方法優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，尋找兩者的結(jié)合點(diǎn)一直是土壤污染修復(fù)的重要方向。利用腐植酸物質(zhì)具有的促進(jìn)植物生長(zhǎng)、改變根系形態(tài)、增加土壤肥力、穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)、能為土壤微生物活動(dòng)提供碳源和養(yǎng)分等特點(diǎn)，以植物根系作為修復(fù)核心，形成一個(gè)植物—腐植酸物質(zhì)—微生物聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物質(zhì)、微生物和植物聯(lián)合修復(fù)和改良石油污染土壤，可以達(dá)到改善植物根系小環(huán)境修復(fù)污染土壤大環(huán)境的目的。這是一個(gè)值得進(jìn)一步研究的土壤修復(fù)技術(shù)。

2 腐植酸在肥料上的應(yīng)用

2.1 提高化肥利用率

在減少氮肥流失方面，腐植酸的作用是明顯的。據(jù)中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所試驗(yàn)，在酸性紅壤土中，碳酸氫銨施入土壤后，6d損失11.26%，腐植酸銨只損失0.41%。在對(duì)氮肥的增效方面，腐植酸具有硝化抑制劑的作用。據(jù)印度燃料中心發(fā)現(xiàn)，腐植酸與普通的硝化抑制劑具有同等的效果。

此外，腐植酸對(duì)促進(jìn)作物吸收氮素的能力也有顯著提高。據(jù)廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)院測(cè)定：在早稻齊穗期施入腐植酸銨，較施入等量的碳酸銨，植株多吸收氮11.4%；晚稻齊穗期多吸收8.6%。另?yè)?jù)北京農(nóng)業(yè)大學(xué)測(cè)定，施用腐植酸銨的玉米，比施等氮量的硫酸銨多吸收氮8.8%，單株含量較對(duì)照多36.6%。

磷肥利用率的原因是酸性鐵、鋁，石灰性土壤中含有大量鈣所致，鐵、鋁、鈣等可使有效磷固定、失效。國(guó)內(nèi)外一些研究指出，由于腐植酸對(duì)鐵、鋁、鈣等離子的親和力強(qiáng)，因此在速效磷肥中添加腐植酸后，可以明顯地抑制土壤對(duì)磷的固定。

腐植酸可以抑制土壤對(duì)鉀的固定，提高鉀肥的利用率。氯化鉀、硫酸鉀施入含粘土礦物較多的土壤中，鉀容易固定到微晶高嶺石等膠粒的晶格里，成為緩效鉀或無(wú)效鉀；施入砂性土壤中則容易流失。如果將這些肥料與腐植酸類物質(zhì)混合施用，可防止鉀離子被固定和被流失，從而有效地提高鉀肥的利用率。

王國(guó)旗等系統(tǒng)地研究了腐植酸對(duì)NPK養(yǎng)分的增效作用與機(jī)理，研究表明，腐植酸能顯著提高沙土的保水保肥能力，減少養(yǎng)分淋失，腐植酸復(fù)合肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)具有顯著的超補(bǔ)償效應(yīng)，其機(jī)理在于對(duì)土壤微生物種群數(shù)量的激發(fā)效應(yīng)增強(qiáng)［18］。

2.2 腐植酸在生產(chǎn)綠色肥料上的應(yīng)用

目前，肥料發(fā)展的主要趨勢(shì)是復(fù)合化、多元化和無(wú)害化，其主要特點(diǎn)表現(xiàn)為成分和功能的多樣性，環(huán)境的保護(hù)性。同時(shí)，對(duì)新型環(huán)保肥料的規(guī)定將推動(dòng)創(chuàng)新肥料產(chǎn)品向多樣化、無(wú)公害、成本最低化快速發(fā)展。

通過(guò)試驗(yàn)得出了腐植酸類肥料具有改良土壤、增進(jìn)肥效、調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)、提高作物抗逆性和改善作物品質(zhì)等作用的科學(xué)論斷，為腐植酸在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)，為發(fā)展農(nóng)用腐植酸產(chǎn)品生產(chǎn)提供了新的思路，推動(dòng)了腐植酸復(fù)混肥料、腐植酸專用肥料、腐植酸微量元素肥料、旱地育秧床土、腐植酸液體肥料和腐植酸作物調(diào)整劑等產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，為我國(guó)發(fā)展有機(jī)—無(wú)機(jī)結(jié)合肥料品種提供了切實(shí)可行的途徑。在農(nóng)用腐植酸產(chǎn)品中，發(fā)展較快，品種較多的腐植酸類植物調(diào)節(jié)劑，新疆的旱地龍、河南的抗旱劑I號(hào)、科力素（KLS）、美國(guó)引進(jìn)的紐翠綠腐植酸液肥等的液肥都屬于此類產(chǎn)品［19～21］。有些肥料企業(yè)直接采用從褐煤、風(fēng)化煤或泥炭中提取的腐植酸—礦源腐植酸（MHA）作為生產(chǎn)原料，由于其相對(duì)分子質(zhì)量較高,螯合性和親水性基團(tuán)較少,故腐植酸（HA）不含二價(jià)離子,不耐酸,在硬水（自來(lái)水）或偏酸性條件易絮沉,所以,采用礦源腐植酸生產(chǎn)液體肥或多功能肥會(huì)受到極大限制［22］。

近期，黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所先后研制出了新型腐植酸葉面肥、腐植酸灌溉肥料，產(chǎn)品采用低溫氧化降解技術(shù)和飽和復(fù)配絡(luò)和工藝，以高活性腐植酸（HA），優(yōu)質(zhì)濃縮氮、磷、鉀及微量元素經(jīng)科學(xué)配比而成的生態(tài)液肥，該液肥抗硬水能力強(qiáng)。試驗(yàn)表明,腐植酸灌溉肥和常規(guī)化肥黃瓜產(chǎn)量分別比對(duì)照增加29.72%和22.91%,兩個(gè)處理之間差異不明顯;腐植酸灌溉肥明顯提高了黃瓜中Vc、水溶性糖含量,改善黃瓜品質(zhì),效果好于常規(guī)化肥［23］。

腐植酸在肥料上的應(yīng)用不僅可以克服大量施用無(wú)機(jī)肥給土壤、作物及環(huán)境帶來(lái)的污染，而且有很多優(yōu)良的影響。在有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)混肥中添加腐植酸鹽配制成的專用肥料是一種多功能肥料，施入土壤中后提高了土壤的保肥供肥能力，從而提高了化肥的利用率。其中腐植酸鹽對(duì)化肥的調(diào)控作用主要表現(xiàn)為對(duì)氮緩釋，對(duì)磷活化，對(duì)鉀增效。另外，腐植酸類肥料有對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的刺激作用，能增強(qiáng)作物的抗逆性，同時(shí)對(duì)化肥有明顯的增效作用。

綜上所述，通過(guò)合理利用腐植酸類物質(zhì)對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的直接作用和間接作用，一方面可以起到低投入、高產(chǎn)出，解決我國(guó)當(dāng)前的糧食安全問(wèn)題；另一方面又可以達(dá)到有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境的效果。

3 展望

腐植酸類物質(zhì)在改善土壤環(huán)境和生產(chǎn)肥料中的應(yīng)用，特別是作為吸附劑來(lái)吸附石油和石油產(chǎn)品，以及重金屬污染土壤的修復(fù)研究更具有發(fā)展前景。因此，腐植酸類物質(zhì)是改良土壤和生產(chǎn)肥料的寶貴資源。但是，從目前的情況看，還應(yīng)從以下方面研究：（1）腐植酸改良土壤的作用機(jī)理的研究；（2）腐植酸功能性肥料的研發(fā)；（3）具有改良土壤和肥料增效的新型再生腐植酸研究與應(yīng)用；（4）研究建立改土和肥料用腐植酸選用的標(biāo)準(zhǔn)體系；（5）研究建立產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合腐植酸研發(fā)體系，加速腐植酸產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化。

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