腐植酸在土壤与肥料中的应用

王宏韬，马献发，张继舟

（黑龙江省科学院自然与生态研究所，哈尔滨150040）

腐植酸（Humic Acid，HA）是一种天然的有机大分子化合物，在土壤、湿地、煤炭和贝岩等有机矿物中都有分布，外观呈黑色或棕色，是一种无定型的聚电介质。腐植酸中含有多种含氧官能团，这些官能团与腐植酸的性质和应用有很大关系，其中主要的官能团有羧基、酚羟基、醇羟基、醌基、甲氧基等［1］。腐植酸类物质包括天然的泥炭（又名草炭）、风化煤、褐煤以及通过物理、化学和生物得到的具有腐植酸活性的一类物质。近年来，对腐植酸类物质在改良土壤、肥料应用方面进行了较多研究和应用，其效果明显。

1 腐植酸在改良土壤上的作用

盐碱土、风沙土、采矿废弃地、污染土壤和草原退化是当今全球重要的生态问题。腐植酸类物质具有良好吸水和持水性，吸附螯合能力和缓冲的特性，对土壤脱盐、酸碱度调节、有机质增加和改善植物的生长环境都取得明显效果?使其在沙漠及盐碱等贫瘠土壤改良和污染土壤修复中有特殊的效果，尤其在污染土壤的处理中，不会造成二次污染。又可提高土壤肥力，并促进植物健康生长。

1.1 改善土壤结构

土壤团聚体是土壤结构的基本单位，它是由单个土粒被土壤腐植酸和粘粒等有机无机胶体粘结较大的土粒［2］。良好的土壤结构有益于微生物繁殖、生长，进而有益于土壤有机质的转化、累积和土壤肥力的提高，可以为植物生长提供必需的生态环境。腐植酸是含有多种含氧活性官能团的高分子有机胶体，具有弱酸性、吸水性、离子交换性、络合性、缓冲性、氧化还原性以及作用于植物的生理活性等特点，因此，腐植酸在改良土壤结构、培肥地力等方面起着重要作用。张宏伟等［3］研究了以腐植酸共聚物作为土壤结构改良剂改良赤红壤后对该土壤化学性能的影响，表明改良后的土壤比表面积、电荷量、阳离子交换量随共聚物在土壤中施入量的增加而增大，土壤的酸性减弱，pH提高。中国科学院新疆生物土壤沙漠研究所用泥炭改良碱化沙壤土土壤微生物总量比对照增加143.67%，表明改良后的土壤结构、性能有益于微生物繁殖、生长，进而有益于土壤有机质的转化、累积和土壤肥力的提高。

土壤腐殖质是由胡敏酸、富里酸和胡敏素等组成。而施入腐植酸物质中有与土壤腐殖质相当的胡敏酸和富里酸，所以，土壤施用腐植酸类物质，土壤有机质明显提高，其直接影响着土壤的保肥性、保水性、缓冲性、可耕性、通气状况和温度等［4］。

1.2 活化土壤养分

腐植酸对磷肥增效作用的研究已有30多年的历史，并已得到肯定的结论。日本桥本雄司曾发现腐植酸盐类及硝基腐植酸盐类都不同程度地抑制了土壤对磷的固定［5～8］。腐植酸施入土壤后，可以对难溶性微量元素起到增溶的作用，从而增加土壤中无机养分的含量。众所周知，腐植酸中的螯（络）合物作用很强。硝基腐植酸铵可以通过与铁原子形成的螯合物，促进植物铁元素的吸收，形成稳定的络合物，通过铁和磷酸根同时以有机和无机形式被植物吸收。无机铁和磷酸根进入植物的子叶和茎中，而有机金属磷酸盐进入植物根部，在植物吸收磷养料方面，起着重要作用。经接枝共聚反应改性的腐植酸不仅可以提高磷肥利用率，提高了磷的有效性，还起到磷肥的增效作用，这在一定程度上降低了肥料投入和农业生产成本［9］。

腐植酸对氮磷钾的吸附和解吸特性受土壤pH值影响，在碱性条件下，腐植酸对氮的吸附和解吸作用较强；在酸性条件下，腐植酸对磷的吸附和解吸作用较强；而腐植酸对钾的吸附和解吸作用在中性条件下更易发生。介质pH值升高有利于腐植酸样品对钾的吸附,且能加快吸附反应的速度。当pH＜4.4，此时以物理吸附为主；当7.12＜pH＜12.95时,化学交换占主导地位［10］。

1.3 调节土壤酸碱度和降低盐分

腐植酸作为土壤改良剂可以疏松耕层土壤，改善土壤理化状况，破坏盐分沿毛管孔隙随水分上升的条件，减少表土盐分的积累，降低表土含盐量。腐植酸是一种很好的离子交换剂，对钠离子、氯离子有很强的吸附作用，腐植酸具有较高的阳离子交换量，在以水压盐过程中加速土壤溶液中钠离子、氯离子的淋洗速度，也能使表层盐分逐渐减少［11］。

在碱性土上施用腐植酸，其中的酸可以中和碱性，同时能代换吸附钠离子，使土壤pH值降低。另外，我们利用腐植酸+硫酸铝改良碱性水质，用于南方酸性土花木栽培，如杜鹃、山茶等也取得了良好的效果［12］。

近年来，黑龙江省科学院自然资源研究所与白俄罗斯科学院自然资源与生态研究所合作开展了利用草炭和风化煤恢复松嫩平原西部退化草场的研究，建立适合改良和恢复盐碱土草场的腐植酸的评价指标，研制改良黑龙江省西部盐碱土地区退化草场的制剂，改良后的草场覆盖率达到100%，在轻重盐碱土牧草产量都比对照有不同程度的提高，最大可使牧草增产5倍以上，可建立起食口性好的牧草稳定群落［13］。马献发等研究腐植酸（HA）、沸石和蛭石3种改良材料对设施土壤盐分和生物效应的影响，结果表明.腐植酸能够显著降低设施土壤盐分和提高白菜生物产量［14］。腐植酸由于含有各种官能团，可以有效抑制土壤中水溶性K+、Ca2+、Mg2+等盐基离子的增加，进而降低土壤的电导率。

1.4 降低土壤污染

重金属不能被土壤微生物所分解，而易于积累。转化为毒性更大的化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康。土壤重金属污染物主要有汞、铅、铜、铬、砷、镍、铁、锰、锌等，同种金属由于其在土壤中存在形态不同，其迁移转化特点和污染性质也不同，因此在研究土壤中重金属的危害时，不仅要注意它们的总含量，还必须考虑各种形态的含量。腐植酸物质是改良重金属污染土壤常用的物质，其改良作用主要表现在：（1）参与土壤离子的交换反应，增加土壤阳离子交换量，提高土壤环境容量。（2）稳定土壤结构，提供生物活性物质，为土壤微生物活动提供基质和能源，从而间接影响土壤重金属的行为。（3）是重金属离子的螫合剂。腐植酸类物质的比表面积和对重金属的吸附能力远远超过任何其它的矿质胶体，分解形成的腐殖酸可与土壤中重金属形成络（螫）合物，降低了植物的吸收。（4）参与重金属氧化还原过程，降低重金属的毒害作用。加入腐植酸后，污染土壤中的水溶态和有效态重金属Cu、Zn、Pb、Ni的含量均明显下降。腐植酸可以有效修复固体废弃物拆解地重金属污染土壤［15～16］。

腐植酸物质可以用来消除土壤的有机物污染，王忠强等［17］探讨了利用泥炭保护根系措施清除土壤柴油污染物的可行性，结果表明，泥炭保护根系有利于紫花苜蓿根系形态发育，能促进根系细菌和真菌的繁殖，并显著提高根区土壤柴油降解率。

随着土壤污染的加重，消除土壤的污染物，保证食品安全已成为环境治理研究的热点。植物修复和微生物修复作为重要的土壤修复方法已取得一定的效果，但各存在利弊，如果将两种方法优势互补，寻找两者的结合点一直是土壤污染修复的重要方向。利用腐植酸物质具有的促进植物生长、改变根系形态、增加土壤肥力、稳定土壤结构、能为土壤微生物活动提供碳源和养分等特点，以植物根系作为修复核心，形成一个植物—腐植酸物质—微生物联合修复系统，实现有机物质、微生物和植物联合修复和改良石油污染土壤，可以达到改善植物根系小环境修复污染土壤大环境的目的。这是一个值得进一步研究的土壤修复技术。

2 腐植酸在肥料上的应用

2.1 提高化肥利用率

在减少氮肥流失方面，腐植酸的作用是明显的。据中国科学院南京土壤研究所试验，在酸性红壤土中，碳酸氢铵施入土壤后，6d损失11.26%，腐植酸铵只损失0.41%。在对氮肥的增效方面，腐植酸具有硝化抑制剂的作用。据印度燃料中心发现，腐植酸与普通的硝化抑制剂具有同等的效果。

此外，腐植酸对促进作物吸收氮素的能力也有显著提高。据广东农业科学院测定：在早稻齐穗期施入腐植酸铵，较施入等量的碳酸铵，植株多吸收氮11.4%；晚稻齐穗期多吸收8.6%。另据北京农业大学测定，施用腐植酸铵的玉米，比施等氮量的硫酸铵多吸收氮8.8%，单株含量较对照多36.6%。

磷肥利用率的原因是酸性铁、铝，石灰性土壤中含有大量钙所致，铁、铝、钙等可使有效磷固定、失效。国内外一些研究指出，由于腐植酸对铁、铝、钙等离子的亲和力强，因此在速效磷肥中添加腐植酸后，可以明显地抑制土壤对磷的固定。

腐植酸可以抑制土壤对钾的固定，提高钾肥的利用率。氯化钾、硫酸钾施入含粘土矿物较多的土壤中，钾容易固定到微晶高岭石等胶粒的晶格里，成为缓效钾或无效钾；施入砂性土壤中则容易流失。如果将这些肥料与腐植酸类物质混合施用，可防止钾离子被固定和被流失，从而有效地提高钾肥的利用率。

王国旗等系统地研究了腐植酸对NPK养分的增效作用与机理，研究表明，腐植酸能显著提高沙土的保水保肥能力，减少养分淋失，腐植酸复合肥对土壤有机质具有显著的超补偿效应，其机理在于对土壤微生物种群数量的激发效应增强［18］。

2.2 腐植酸在生产绿色肥料上的应用

目前，肥料发展的主要趋势是复合化、多元化和无害化，其主要特点表现为成分和功能的多样性，环境的保护性。同时，对新型环保肥料的规定将推动创新肥料产品向多样化、无公害、成本最低化快速发展。

通过试验得出了腐植酸类肥料具有改良土壤、增进肥效、调节作物生长、提高作物抗逆性和改善作物品质等作用的科学论断，为腐植酸在农业生产中的应用提供了科学依据，为发展农用腐植酸产品生产提供了新的思路，推动了腐植酸复混肥料、腐植酸专用肥料、腐植酸微量元素肥料、旱地育秧床土、腐植酸液体肥料和腐植酸作物调整剂等产品的开发，为我国发展有机—无机结合肥料品种提供了切实可行的途径。在农用腐植酸产品中，发展较快，品种较多的腐植酸类植物调节剂，新疆的旱地龙、河南的抗旱剂I号、科力素（KLS）、美国引进的纽翠绿腐植酸液肥等的液肥都属于此类产品［19～21］。有些肥料企业直接采用从褐煤、风化煤或泥炭中提取的腐植酸—矿源腐植酸（MHA）作为生产原料，由于其相对分子质量较高,螯合性和亲水性基团较少,故腐植酸（HA）不含二价离子,不耐酸,在硬水（自来水）或偏酸性条件易絮沉,所以,采用矿源腐植酸生产液体肥或多功能肥会受到极大限制［22］。

近期，黑龙江省科学院自然与生态研究所先后研制出了新型腐植酸叶面肥、腐植酸灌溉肥料，产品采用低温氧化降解技术和饱和复配络和工艺，以高活性腐植酸（HA），优质浓缩氮、磷、钾及微量元素经科学配比而成的生态液肥，该液肥抗硬水能力强。试验表明,腐植酸灌溉肥和常规化肥黄瓜产量分别比对照增加29.72%和22.91%,两个处理之间差异不明显;腐植酸灌溉肥明显提高了黄瓜中Vc、水溶性糖含量,改善黄瓜品质,效果好于常规化肥［23］。

腐植酸在肥料上的应用不仅可以克服大量施用无机肥给土壤、作物及环境带来的污染，而且有很多优良的影响。在有机-无机复混肥中添加腐植酸盐配制成的专用肥料是一种多功能肥料，施入土壤中后提高了土壤的保肥供肥能力，从而提高了化肥的利用率。其中腐植酸盐对化肥的调控作用主要表现为对氮缓释，对磷活化，对钾增效。另外，腐植酸类肥料有对作物生长发育的刺激作用，能增强作物的抗逆性，同时对化肥有明显的增效作用。

综上所述，通过合理利用腐植酸类物质对农田生态系统的直接作用和间接作用，一方面可以起到低投入、高产出，解决我国当前的粮食安全问题；另一方面又可以达到有效保护生态环境的效果。

3 展望

腐植酸类物质在改善土壤环境和生产肥料中的应用，特别是作为吸附剂来吸附石油和石油产品，以及重金属污染土壤的修复研究更具有发展前景。因此，腐植酸类物质是改良土壤和生产肥料的宝贵资源。但是，从目前的情况看，还应从以下方面研究：（1）腐植酸改良土壤的作用机理的研究；（2）腐植酸功能性肥料的研发；（3）具有改良土壤和肥料增效的新型再生腐植酸研究与应用；（4）研究建立改土和肥料用腐植酸选用的标准体系；（5）研究建立产学研相结合腐植酸研发体系，加速腐植酸产品的产业化。

［1］马献发，彭亚会，袁磊.腐植酸在改善生态环境中的应用［J］.2006（1）:21～23.

［2］成绍鑫.我国腐植酸类肥料面临的机遇与挑战［J］.腐植酸，1999（1）:8～12.

［3］张宏伟，陈志泉，宁平,等.腐植酸共聚物土壤改良剂对土壤化学性能的影响［J］.水土保持通报,2003,23（6）:36～38.

［4］赵洪亮，邹德乙.腐植酸对风沙土的改良作用［J］.腐植酸，2008（3）:45～46.

［5］李丽，武丽萍，成绍鑫.腐植酸对磷肥增效作用的研究概况［J］.腐植酸，1998（4）：1～6.

［6］邢方红，赵辉.腐植酸在农业方面的应用［J］.磷肥与复肥.2005，20（5）：77～78.

［7］王日鑫，栗丽.腐植酸对化学肥料的增效作用研究［J］.山西农业大学学报，2006（6）：24～25.

［8］邱燕，张鼎华.南方酸性土壤磷素化学研究进展［J］.福建稻麦科技，2003（9）：14～17.

［9］秦国新，朱靖蓉，马兴旺，等.改性腐植酸对土壤磷素的激活效应［J］.新疆农业科学 2008，45（6）：1048～1051.

［10］刘方春，邢尚军，刘春生，等.褐煤腐植酸对钾的吸附特性研究［J］.农业工程学报,2006,22（8）:27～31.

［11］马献发，李世龙，于志民,等.腐植酸类物质对大庆盐碱土地区草场改良效果的研究［J］.腐植酸,2004（3）：26～29.

［12］魏坤峰.腐植酸在园林系列改碱肥料中的应用［J］.腐植酸，2001（l）:29.

［13］马献发,曾祥书.腐植酸类制剂改良松嫩平原盐渍化草场的研究［J］.腐植酸，2007（5）:27～30.

［14］马献发，张继舟.不同物料组合对设施土壤盐分及白菜产量的影响［J］.腐植酸,2009（6）:21～24.

［15］于红艳，奚立民，王仙菊.腐植酸对固废拆解地重金属污染土壤修 复 效 果 的 研 究 ［J］. 安 徽 农 业 科 学 ,2008,36（23）：10154～10155,10158.

［16］WANG S B,TERDKIATBURANA T,TADE MO.Adsorption of Cu（II）,Pb （II）and humic acid on natural zeolite tuff in single and binary systems［J］.Separation and Purification Technology,2008,62（1）:64～70.

［17］王忠强，刘婷婷，孟宪民，等.泥炭保护紫花苜蓿根系对柴油污染土壤修复的研究［J］.环境科学学报，2007,27（3）：421～425.

［18］王国旗,薛世川,彭正萍,等.腐植酸的养分增效作用与机理［J］.腐植酸,2004（4）:13～16.

［19］傅子鼎.腐植酸开发利用的形势和现状［J］.腐植酸，1998（2）:1～4.

［20］冯国民,郑彬,余中伟.纽翠绿腐植酸液肥在西瓜等蔬菜作物上的肥效试验初报［J］.长江蔬菜,2009（15）：44～45.

［21］高洪生.水稻全生育期应用腐植酸液肥的效果初报［J］.腐植酸,2006（3）：31～34.

［22］张常书,于秀芳,朱玲.功能型腐植酸液肥的开发研究［J］.上海农业科技,2008（6）：21～22.

［23］李世龙,张继舟,曹宏杰.腐植酸灌溉肥对温室黄瓜质量及土壤理化性状影响的研究［J］.腐植酸,2005（3）：29～32.