郝保平，鄭普山

（山西省農業(yè)科學院土壤肥料研究所，山西太原030006）

腐植酸（Humic Acids，HA）是一類以天然大分子芳香族羥基羧酸為主體的復雜混合物，廣泛存在于土壤、濕地、水體、生活垃圾、腐爛動植物殘體、動物糞便等有機物質以及低級別煤炭（泥炭、褐煤、風化煤）中。國外許多土壤學家和農學家對HA在農業(yè)中的作用進行過總結，一致認為，HA是土壤肥力的基礎，植物營養(yǎng)的“儲庫”，植物生長的“活力劑”，食品安全的“保護神”。我國農學家在多年生物試驗和大田示范基礎上，言簡意賅地總結出，HA具有改良土壤、增進肥效、刺激生長、促進抗逆、改善品質五大作用[1]。近年來，風靡全球的綠色農業(yè)革命和關注食品安全的呼聲再次推動了HA的研究和應用，并對HA功能的認識提高到構筑食品源頭安全的高度[2]。農業(yè)中使用HA不僅僅是為了提高作物產量，使人吃飽，而且更為了提高食品營養(yǎng)，減少污染，讓人吃得安全。

本文就腐植酸在農業(yè)生態(tài)建設中的作用及其實際應用進行一些闡述。

1 腐植酸的作用

1.1 改土肥田作用

在自然條件下，完全是靠植物自生自滅的方式來補充土壤腐殖質，轉化的比例畢竟是少數。為增加和保持土壤腐殖質，世界各國在增施堆肥和廄肥的同時，都在極力尋求新的更穩(wěn)定的腐殖質來源，其中含大量腐植酸的低級別煤（泥炭、褐煤、風化煤）是最理想的選擇。

長期以來，我國重用地、輕養(yǎng)地，重化肥、輕有機肥，使耕地養(yǎng)分失調，肥力不斷下降，再加上其他生態(tài)破壞因素，土壤四化（退化、硬化、沙化、鹽漬化）的問題日益突出。目前，我國土壤有機質含量平均只有1.8%（北方旱地＜1%），且仍以每年0.1%～0.2%的速度在減少。我國正在大力推進的“沃土工程”是土壤生態(tài)建設的重大戰(zhàn)略措施，其中一項重要內容就是提高土壤肥力，改良中低產田，修復荒漠化土地。增施HA類物質及其他有機肥料，是改良土壤的重要途徑。

1.2 對化肥的增效作用

我國化肥生產發(fā)展非常迅速，1949年只有1.3萬t（折純，下同），2004年增加到4 519.8萬t，而使用量竟達到4 636.8萬t，居世界第1位。不可否認，化肥在農業(yè)生產中起著至關重要的作用，但過量和不合理施肥造成的資源浪費、效率降低以及對環(huán)境的影響也是有目共睹的事實。就化肥利用率來說，氮、磷、鉀肥的當季利用率分別只有25%～35%，10%～25%，30%～50%，總利用率為25%～35%，遠低于發(fā)達國家45%～60%的水平?；史纸饬魇?，造成土壤和水體硝酸鹽和亞硝酸鹽污染，水體磷積累導致富營養(yǎng)化；大氣中氮氧化物濃度提高，成為太陽紫外線輻射加劇、為害地球生物的一個因素，這些都引起了各國政府和環(huán)境學界的憂慮和關注。重新認識HA提高化肥肥效和利用率的意義，不僅是經濟效益問題，更是關系到全球環(huán)境保護和人類生存安全的大事，也是當前實施節(jié)能減排和低碳經濟戰(zhàn)略的一個重要環(huán)節(jié)。

1.2.1 對氮肥的增效作用 尿素是氮含量最高、使用最廣泛的氮肥，但利用率也只有30%～35%。尿素的酰胺氮經過土壤脲酶作用轉化為銨態(tài)氮才能被植物吸收，而硝化菌和反硝化菌又會把 NH3依次轉化為 NO3-，N2，NO，N2O 等。Francioso等發(fā)現(xiàn)，高分子量的HA在pH為6時對脲酶活性有一定抑制作用，但所有HA在與重金屬（如Cu2+，Hg2+）結合后脲酶抑制性才能增強[3]。幾乎所有的試驗都證明，HA具有硝化抑制性。腐植酸與尿素反應生成腐植酸尿素絡合物（UHA），其氮的利用率比對照可提高10個百分點以上[4]。楊云馬等[5]研究表明，腐植酸復合肥能夠顯著提高土壤微生物的數量，而微生物的數量又與土壤中速效氮含量呈極顯著相關。

1.2.2 對磷肥的增效作用 我國60%的土壤缺磷，但磷肥施入土壤后82%左右被固定，3%被雨水沖刷流失。抑制速效磷肥的固定、提高磷肥利用率，已成為我國乃至世界性的重大研究課題。HA對磷的增效作用早已引起各國農業(yè)化學家的極大興趣。中國農大華珞等[6]試驗表明，HA-NH4中的P比磷銨的固定率減少6.6%～44.9%，地上部分的吸P量增加了39.8%～50.8%。王永江等[7]用含HA的氮、磷、鉀復混肥同無機專用肥對比得出，前者棉株中含磷量比后者高1倍以上。陸欣等[8]近期的研究發(fā)現(xiàn)，HA不僅使磷肥（過磷酸鈣）有效性提高，而且使土壤中原有的Ca2-P，Ca8-P增加，Ca10-P減少，表明土壤無效P得到活化。

1.2.3 對鉀肥的增效作用 鉀（K）在土壤中同樣會被固定。我國鉀肥利用率約50%，平均被固定約45%，雨水沖刷流失約5%[9]。HA與K+事先結合后就可有效地減少土壤黏土對K+的固定。江西農科院有關研究認為，施用腐植酸鉀HA-K與單施KCl相比，前者水溶性鉀提高了26.2個百分點，表明與HA化學結合的K更有利于抵御土壤的固定。HA對含K的硅酸鹽、鉀長石也有明顯的溶蝕作用，可促使其緩慢釋放K，提高土壤中速效K含量。如在紅黏土中添加HA，速效K增加11.1%～33.3%。如果將風化煤HA制成HA-NH4，再施入土壤，土壤K的釋放量更多，后效可持續(xù)60 d[9]。

1.2.4 對中、微量元素和稀土元素的增效作用中、微量元素是植物體內多種酶的組成成分和生理調節(jié)元素，對植物生長發(fā)育、抗逆性能和產品品質都有重大影響。HA對肥料中的中、微量元素同樣具有增效和保護作用，對土壤中的那些被固定的“無效”元素也有激活作用。

稀土元素在農業(yè)中的應用是近年來農業(yè)化學和植物生理學領域的新課題。南京大學的一項研究發(fā)現(xiàn)，紅壤中的稀土主要富集在小麥根部，施入低濃度（0.02%～0.03%）的HA后，明顯促進了小麥對稀土元素（La，Ce，Pr，Nd）的吸收。

1.3 增強作物抗逆作用

作物在不利環(huán)境因素（旱、澇、病蟲害、鹽堿、養(yǎng)分不足或過剩、溫度濕度過高或過低等）增加到一定程度時，HA就發(fā)揮緩沖作用，這種作用被稱作“腐殖質效應”。HA的這種抗逆機理，可能與脯氨酸及各種保護酶對水和養(yǎng)分的調滲作用密切相關。研究表明，不同來源的HA和FA都有一定的抗旱作用。與高效抗蒸騰劑脫落酸（ABA）相比，HA制劑抗水分蒸騰持續(xù)時間長，葉綠素含量明顯提高，具有多種刺激活性，且無毒副作用，價格也便宜得多，故HA抗旱劑更有獨特的功能和競爭優(yōu)勢。

30多年來，HA在防治小麥赤霉病、棉花黃萎病、花生葉斑病、果樹腐爛病、馬鈴薯晚疫病、黃瓜霜霉病等方面的事例舉不勝舉。如山西農業(yè)大學在黃瓜霜霉病發(fā)病區(qū)內噴施0.02%～0.05%的風化煤腐植酸鈉（HA-Na）溶液，不僅有效控制了病情，而且提高了黃瓜坐果率，比對照增產28%左右。山西、河北等地用HA-Na制成的“化腐靈”對蘋果樹腐爛病的防治有效率達97%，愈合率達46%。河南鞏義用風化煤FA鹽噴施或灌根，對棉花黃萎病抑制率達到100%，防效可達54%～82%。

1.4 改善作物品質作用

改善作物品質包括提高營養(yǎng)（如蛋白質、氨基酸、單糖、維生素、有益元素等）水平和降低污染物（如重金屬、硝酸鹽、亞硝酸鹽、殘留農藥等）含量2個方面。一般來說，在等養(yǎng)分情況下進行對比，施用HA或FA在增加產量的同時，瓜果和蔬菜含糖量增加3%～30%，酸度一般有所降低，維生素C含量可提高20%～49%；甜菜產糖量增加40%；馬鈴薯淀粉增加18%～25%，抗壞血酸增加69%；桃子的可溶性蛋白增加9.19%，氨基酸增加16.6%；水稻蛋白質提高6.6%，淀粉提高10.5%；棉花纖維強度平均提高5.6%；中上等煙草產量提高2%～9%；桑葉蛋白提高6%～21%，蠶體和蠶繭質量分別提高20.19%和23.91%等等，統(tǒng)計值幾乎都達到顯著或極顯著水平。

1.5 刺激植物生長作用

刺激植物生長是腐植酸類物質生理活性的主要表現(xiàn)形式，其機理乃是所有的含氧活性官能團的綜合效應，特別是其中的酚-醌的氧化-還原體系，既是氧的活化劑，又是氫的載體，直接影響著植物的呼吸強度、細胞膜透性和滲透壓，以及多種酶的生物活性。HA的生長刺激作用主要表現(xiàn)在：可促進根部生長和提高發(fā)芽率，增強呼吸強度和光合作用強度，提高生理代謝能力和酶活性。

1.6 對農藥減毒增效作用

我國每年因病、蟲、草、鼠害造成的農業(yè)經濟損失達800億元，為此付出60多萬t高毒農藥及犧牲環(huán)境健康的巨大代價。農藥的毒性和殘留對環(huán)境和人類健康的威脅已是不爭的事實，開發(fā)高效、低毒、安全、經濟的綠色環(huán)保農藥是當前化工和植保界迫切的任務。

目前，人們已將開發(fā)目標瞄準了腐植酸類物質。大量研究資料證實，HA類物質對農藥有緩釋增效、減緩分解、降低毒性、吸附穩(wěn)定、減少用量等功能，在調控生物種群、保護生態(tài)平衡、維護自然凈化力方面比常規(guī)農藥有更多的優(yōu)越性，具有廣闊的應用前景。近年來，國內外在HA復合增效農藥的開發(fā)方面有較大進展。如美國將HA作為農藥的穩(wěn)定劑或載體，明顯提高了藥效；我國的生化黃腐酸（BFA）與殺菌劑復合制成的“新克黃枯”防治棉花枯萎病的效果比對照（單用農藥）的發(fā)病株數減少75%以上；11%HA+10%井岡霉素溶液對水稻紋枯病的防效與20%的井岡霉素的相當；HA+殺蟲脒（1∶1）防治螟蟲比單用殺蟲脒的防效提高了20%～30%，水稻產量提高了17.6%?？梢灶A見，HA-農藥制劑的開發(fā)是發(fā)展我國高效低毒綠色農藥的希望。

2 腐植酸在農業(yè)中應用的現(xiàn)狀及其建議

2.1 總體情況

我國腐植酸資源非常豐富，低級別煤的儲量也非常豐富，泥炭124.96億t，褐煤1 264.6億t。風化煤總儲量不太明確，僅查明山西有80億t，內蒙古有50億t。這些煤炭中的原生HA含量大都在20%～70%之間，簡單加工處理就可以用于農業(yè)，深加工產品的效果更好。30年來，幾十個研究單位和大專院校投入腐植酸的基礎研究和應用研究，積累了大量研究資料，取得了一大批研究成果。自從實施科技創(chuàng)新工程以來，HA的研究成果轉化有所推進。HA類的農用產品，包括腐植酸鉀（鈉）、硝基腐植酸、腐植酸尿素、營養(yǎng)基質、有機-無機復混肥料、生長調節(jié)劑、包裹型BB肥、噴施肥、沖施肥、特種長效肥料、抗旱劑、HA液體地膜、飼料添加劑、魚蝦養(yǎng)殖水改良劑、腐植酸-農藥復合制劑等30多個品種，多數已實現(xiàn)產業(yè)化。但作為一個農業(yè)大國和HA資源大國，在總體研究水平和應用深度廣度上還都不太適應國家經濟發(fā)展和生態(tài)建設的需要，與發(fā)達國家還有較大差距。2007年，我國各種有機肥、有機-無機復混肥的產量總和才340萬t，占化肥總產量的3%左右，其中HA類肥料只占很小一部分；HA產品質量良莠不齊，缺乏品牌和市場競爭力。

2.2 主要新技術產品

除傳統(tǒng)的腐植酸鉀、腐植酸鈉、腐植酸銨、硝基腐植酸、含腐植酸的有機-無機復混肥料等傳統(tǒng)農用產品外，近年來國內開發(fā)了一些新的HA品種?，F(xiàn)主要介紹以下3種。

2.2.1 腐植酸尿素 腐植酸尿素（UHA）是腐植酸與尿素的復合反應產物。國內外生產UHA的工藝大致有3種方法：一是溶劑法。曾有人用液氨、甲醇、乙醇或丙酮作溶劑，顯然成本很高。近期，我國和波蘭開發(fā)的技術都是用水作溶劑，減少了氮損失和形成縮二脲的危險。二是熱融法。即將尿素100℃下熔融后加入HA或硝基腐植酸，混合后得到UHA。還有的在熱融物中加入甲醛，形成難溶的HA-尿素-甲醛縮合物。三是包裹法。即將黏性基質（含有一定量的UHA和微量元素）包裹在尿素顆粒上，干燥后形成一層較穩(wěn)定的半透性包裹膜，所得顆粒產品可直接作為緩效尿素使用，也可作為摻混肥的氮肥原料。在大力發(fā)展綠色環(huán)保肥料的今天，作為長效緩釋氮肥的包裹型UHA是很有發(fā)展前途的品種。中科院煤化所與南通市綠色肥料研究所合作開發(fā)的UHA包裹層質量比最高達到30%，其等量施肥的肥效和產量仍然高于普通尿素，其氮利用率提高10個百分點，相應尿素卻節(jié)省了30%，而制造成本只略高于尿素的出廠價，專家認為，該產品技術已達到國際領先水平[10]。

2.2.2 含腐植酸流體肥料 含腐植酸流體肥料（包括葉面肥、沖施肥、滴灌肥等）是用FA或HA的一價鹽為水溶有機基質，同N，P，K及微量元素配制而成的。此類產品不僅能提供速效養(yǎng)分，而且同時發(fā)揮HA類物質的生物活性，很受用戶歡迎，成為近年來國際市場上激烈角逐的主要HA品種。我國HA流體肥料發(fā)展也較快，其中2001年在農業(yè)部注冊的HA葉面肥就有53個品種，年生產能力總計約5萬t。這類肥料不僅生產附加值較高，而且農業(yè)產出與投入比例也很大，具有用量少、見效快、成本低、容易混配農藥和其他生長促進劑等優(yōu)點，有的產品每公頃只噴施750 mL，投入不到75元，就有1 500元左右的回報，故此類產品在發(fā)展綠色生態(tài)農業(yè)中起著不可忽視的作用。陳小葉[11]研究表明，在大蒜上應用腐植酸鉀液肥能夠顯著地提高產量、改善品質。當前存在的主要問題是，HA溶液在配入無機物質時發(fā)生增稠、絮凝和沉淀析出等現(xiàn)象。許多企業(yè)和研究單位通過對HA氧化降解、提高低分子量FA組分比例和化學活性，或添加合成螯合劑、膠體穩(wěn)定劑和分散劑等手段，著力解決這一問題，產品性能和應用效果不斷提高。

2.2.3 多功能可降解黑色液態(tài)地膜 山東科技大學化學和環(huán)境工程學院采用褐煤、海藻廢液、造紙黑液以及糖蜜、釀酒、淀粉等工業(yè)廢液為原料，經化學改性后在交聯(lián)作用下將HA、木質素、纖維素等縮聚成高分子，再與硅肥、微量元素、農藥、除草劑及各種添加劑混合，制成一種多功能可降解液態(tài)黑色地膜。該產品解決了HA溶液微孔聚合和反向懸浮聚合技術難題，不僅廣泛用于常規(guī)種植業(yè)，而且用于干旱、寒冷、丘陵地區(qū)作物早期覆蓋，荒地、沙地、鹽堿地和灘涂整治工程，道路護坡、固沙造林、渠道防滲、樹木防凍等領域。使用后的地膜被自然降解變成腐植物質和肥料，繼續(xù)發(fā)揮改土肥田的功效。該產品已在全國幾個省（市）進行了農田試驗，發(fā)現(xiàn)該產品抑制水分蒸發(fā)率達30%以上，土壤含鹽量降低50%，作物增產幅度大多在20%以上，而公頃使用成本只有405元，是塑料地膜的1/3左右[12]。該項技術公布后，在學術界和產業(yè)界引起很大反響，一般認為該產品廉價、環(huán)保和經濟實惠，是具有明顯先進性、創(chuàng)新性和實用性的技術。但也有人擔心其中的工業(yè)廢液帶來的污染和后患，仍需繼續(xù)深入考察摻有廢液的地膜的毒性及在土壤中的殘留和轉化機制，以及環(huán)境積累和植物吸收利用的規(guī)律，提出確鑿的實驗證據和有效的無害化措施，為規(guī)?；a和推廣應用鋪平道路。

2.3 建議

為加快腐植酸農業(yè)應用產品開發(fā)力度，提出如下幾點建議。

第一，基礎研究的目的，就是要搞清HA本性與應用效應之間的關系，即“構-效”關系。以往有些HA研究課題陷入脫離實際、盲目跟風和重復勞動的怪圈，成效甚微。應該把主要精力集中在更有實用價值的課題上，并取得突破，切實推動HA農業(yè)開發(fā)和技術創(chuàng)新的進程。

第二，重視科技投入，加快科技成果轉化的步伐。HA企業(yè)發(fā)展緩慢，技術和產品缺乏更新，主要原因還是科技創(chuàng)新意識較差，科技投入不足。山西省與全國相比，差距更大，與HA資源大省的地位很不相稱。

第三，建立和完善管理體系和科學決策體系。應責成專門職能機構負責，把HA資源保護、開發(fā)利用納入法制軌道。應對山西省HA資源礦點、生產企業(yè)和研究單位作全面調研，提出支持或限制發(fā)展的政策；加強質量技術監(jiān)督力度，為創(chuàng)新性技術提供發(fā)展平臺，鼓勵高效、優(yōu)質、安全的HA產品參與競爭，打造品牌，切實為發(fā)展綠色生態(tài)農業(yè)作出貢獻。

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