让腐植酸肥料“三大创新理论”提升肥料制造业创新发展水平

2015-04-17曾宪成李双

腐植酸 2015年1期

曾宪成李双

(中国腐植酸工业协会北京 100120)

长期以来，我国高肥耗、乱用药的农业生产方式,导致土壤结构被破坏、土壤肥力衰退、土壤污染加剧、土壤功能退化、有害气体排放等问题叠加共生，直接威胁我国土壤质量、农业耕作、粮食生产和生态环境的可持续发展。肥料是农业生产投入的大头，化肥转型升级迫在眉睫。腐植酸是提质增效化肥的“上好选择”，且于环境友好。面对土壤生态、作物根际、植株叶面的“三位一体”系统构建工程，腐植酸肥料的“三大创新理论”应运而生：即“植株叶面环境控制理论”“作物根际环境调控理论”“土壤生态环境控制理论”。

1 腐植酸植株叶面环境控制理论

叶片是植物最重要的根外营养器官，它是作物获得养分的一个途径。如果将不同形态和种类的养分喷施于作物的叶片，作物对叶面吸收的养分利用效果与根部施肥是一样的[1]，因此对作物叶面环境研究有着重要的现实意义。

1.1 腐植酸促进光合作用

腐植酸可以促进植株光合作用。叶面喷施腐植酸会引起叶绿素含量增加[2,3],甚至在阳离子缺乏的条件下，可促进Mg2+或Fe2+的吸收,从而使叶绿素含量增加[4]。叶绿素含量的增加会使光合作用加强，增加干物质积累。研究表明腐植酸可以明显促进匍匐剪股颖净光合作用[5]。此外，腐植酸能促进作物叶片的呼吸作用，在氧气浓度正常的情况下，直接参与和呼吸作用有关的电子传递系统，而且能和转移金属一起参加氧化还原反应，提高植物体内的氧化还原势，加强了植物的呼吸作用[3,6～9]。

1.2 腐植酸促进养分高效吸收

植物的叶片不但可以吸收水分，还可以吸收外源物质，如气体、营养元素、农药等，并能够快速地把营养物质吸收到植物体中去[10]。研究表明，由于叶片面积大，与空气、阳光、水气直接接触，所以生理活性高，养分吸收比土壤根系快，可缓解作物缺素症状。此外，与土壤根系施肥相比，叶片吸收不存在土壤对养分的固定、钝化。尤其在作物中后期的生殖生长阶段，直接喷施于茎或叶片，可明显提高肥料的利用效率。

1.3 腐植酸调节植物生长

腐植酸具有多种植物生长调节剂的活性。研究表明，在不同条件下，腐植酸可以发挥不同的植物生长调节作用：腐植酸能促进细胞生长和分裂，具有生长素活性[11]；腐植酸能促进种子萌发，具有类似GA的活性[12]；腐植酸能促进萝卜子叶扩张，具有细胞分裂素的活性[13]；腐植酸能抑制气孔开启和促进超氧物歧化酶活性，具有脱落酸的活性[14～16]。

1.4 腐植酸提高植株代谢功能

腐植酸含有多种功能团，能够增强细胞活力；腐植酸具有很强的生物活性，可以促进植物代谢[17]；腐植酸组分中黄腐酸分子量小，具有优良的润湿、渗透性、活力充沛。腐植酸的弱酸性具有很好的杀菌作用；腐植酸具有较强的吸附力和络合力, 能吸附有害物质及细菌毒素, 呈现出良好的收敛性能；腐植酸能够提高清除自由基酶的活性,提高作物对逆境胁迫的耐受能力[18]。腐植酸盐基或硝基产品适合各种农业生产条件，调大(NPK)调小(微量元素)，调高(高含量)调低(补益微量)，均可优化组合。

1.5 腐植酸调节叶面气孔开张度

植物叶片对养分的吸收主要是通过叶面气孔和表皮亲水小孔进行的，还可以通过胞间连丝进行主动吸收[19]。腐植酸类物质通过调节叶面气孔的开张度，调控植物的气体交换和水分蒸腾。研究表明，在干旱、洪涝、寒潮等逆境条件下，腐植酸可以通过调节气孔的开启度，提高植物的抗旱、抗涝、抗寒等抗逆能力[14,18]。

2 腐植酸作物根际环境调控理论

所谓作物根际环境，主要是指与植物根系发生紧密相互作用的土壤微域环境，是植物在其生长、吸收、分泌过程中形成的物理、化学、生物学性质不同于土体的、复杂的、动态的微型生态系统[20]。所谓控制是指在一定量的范围内，具体到产品必须实行标准化控制。腐植酸直接或间接地调控着土壤微域环境。

2.1 腐植酸调节土壤根际环境

关注作物根际环境，就得先调理土壤。腐植酸可促进土壤中团聚体数量增多，改善土壤团粒结构，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，增强土壤中酶的活性，调节土壤酸碱度，提高土壤微生物活性，调节土壤水、肥、气、热状况，使得作物根际环境良好。

2.2 腐植酸促进根系通达

众所周知，凡根系深而广、分支多、根毛发达的作物，根与土壤接触面积大，就能从土壤中吸收较多的营养元素。腐植酸本身是土壤团粒结构的构造者，有效调节和改良土壤质地，调节土壤热容状况。对粘重土壤能增加通气性能，使土壤粘性小，疏松易耕根系穿插阻力小，利于形成发达的根系；对沙性土壤能胶接土壤颗粒，保水保肥。利用腐植酸集合肥料的条件优势，基施后使得土体宽松，予肥高效，根系亲和，根系自然通达。

2.3 腐植酸刺激次生根生长

研究表明，腐植酸类物质含有丰富的羧基、酚基和醇羟基等，是亲水多聚体，通过细胞间隙能有效地改变细胞壁的电荷分布,进而通过影响其它植物生长调节剂或与之协同作用诱发根的形成[21]。大量研究表明，腐植酸能够促进根的生长及侧根的形成，增大了根的有效吸收面积,也能促进根系活力,从而提高了根的吸收能力[2，22～24]。中国植物营养与施肥科学家毛达如和黑龙江省林业科学院许恩光研究员通过几十年的理论和应用研究，证实了腐植酸对生物的刺激效应，尤其是对促进根系生长和次生根形成具有明显的刺激作用[25,26]。

2.4 腐植酸协调各种养分运转

前苏联科学家科诺诺娃指出，腐植酸是“土壤的活力素”[27]。腐植酸具有吸附、螯合、络合、离子交换、氧化还原等功能。一方面，依土壤特性，通过工业提取的腐植酸，与外源N、P、K、Ca、Mg、S等营养物质，进行一元、二元、三元、多元融合形成的肥料，达到事前协调、个性化反哺各种养分的目的。另一方面，通过与土壤中外源营养物质如N、P、K、Ca、Mg、S等有机结合，提高了速效养分含量，优化了土壤根际环境，达到了调动养分运转的目的。

2.5 腐植酸肥料可优化养分组合

腐植酸提氮、解磷、促钾，融合多元。一方面，可融合大量元素、中量元素、微量元素、有益元素等多种元素，充分发挥居间优化作用；另一方面，可进行一元、二元、三元、多元融合形成的肥料(个性化)，实现1+1＞2、1+1+1＞3的效果。腐植酸同时具有速效和缓效功能。小分子黄腐酸(102～103)与肥料结合后能迅速通过植物细胞膜进入植物体内，到达作用部位，被作物利用，达到速效目的；中大分子棕腐酸(103～104)、高分子黑腐酸(104～106)与肥料结合后，经过土壤微生物作用，把它们结合的养分缓慢释放出来，延长了肥效[28]。因此，腐植酸可根据不同作物及生长阶段需要，按照配方需要任意搭配，实时向作物提供充足的养分。大量科研和应用成果均已实证了腐植酸“根际环境调控理论”的现实指导意义。

3 土壤生态环境控制理论

土壤生态环境的优劣直接或间接影响植物对养分的吸收。腐植酸是土壤的本源性物质，是土壤团粒结构的构造者，是土壤养分的运转“仓库”。利用腐植酸反哺土壤，于土壤生态环境亲切、友好。

3.1 腐植酸是土壤的本源性物质

腐植酸是土壤肥力的基础。无土不存，无其不肥。在土壤固相组成中，除了矿物质(重量占固体部分的95%以上)之外，就是土壤有机质(重量不到5%)。土壤腐殖质是土壤有机质中最主要的存在形式，一般占比高达80%。腐植酸是土壤腐殖质中最活跃的组分，一般占比高达75%以上[29]。在土壤形成过程之中，“有机质

腐殖质腐植酸”三者之间密不可分，腐植酸对土壤的形成、理化性质和肥力起着关键的作用。没有腐殖质和腐植酸的土地，就不能称其为土壤，仅仅是“土地”，甚至只是风化了的岩石而已[30]。

3.2 腐植酸是土壤团粒结构的构造者

团粒结构是农业生产上最宝贵的结构[29]。腐植酸本身是一种亲水胶体，在土壤中起着吸附粘结的重要作用。在土壤形成过程中，腐植酸与各种微生物分泌的多糖醛酸甙、粘粒矿物以及铁、铝的氢氧化物等，通过不同形式与各种作用力相结合，形成了各种类型的有机无机复合体[31]。同时，在各种表面电荷和作用力下，通过团聚作用而形成了不同粒级的微团聚体，腐植酸与微团聚体的形成过程，赋予了土壤有机无机复合体鲜活的生命力[31]。

3.3 腐植酸调节土壤三相结构

土壤由固相、液相和气相三相组成，三者之间是相互联系、相互制约、相会作用的有机整体[31]。腐植酸是调节土壤三相结构的重要物质基础。腐植酸是土壤团粒结构的构造者，可以形成不同粒级的微团聚体，这些微团聚体可以有效调节和改良土壤质地，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，保护和改善土壤结构，增加和保持土壤有效水份，从而有利于保持和协调土壤中的水、肥、气、热状况，为植物根系生长发育提供良好的土壤环境[31]。

3.4 腐植酸是优质的有机质

传统有机肥所含营养物质比较全面温和，被认为是优良的有机质。然而，随着农业生产方式发生的根本性转变，如人畜粪便、秸秆、动物残体等传统有机物已经失去了“天然本色”，生产传统有机肥的特质已不复存在[32]。与此同时，随着含高铜、高锌、高砷等饲料添加剂的广泛使用，加之畜禽对微量元素的低利用率，导致畜禽粪便的重金属含量超标，还有一些激素、抗生素、放射性物质及其他有机污染物含量超标[33,34]。对此，我们必须深刻认识到，工农业副产的有机质不一定安全，而经过标准化控制的腐植酸富存的有机质一定安全。凡是有机质不一定是腐植酸，凡是腐植酸一定是最好的有机质[32]。

3.5 腐植酸是土壤养分的运转“仓库”

腐植酸是土壤基础肥力永续利用的“团粒宝贝”，既与土好，又于肥好，是土壤养分的运转“仓库”。在土地利用过程中，腐植酸保持着土壤有效养分支出量与补给量之间的平衡运转，不仅是土壤自然肥力持久性的本质特征，也是形成土壤自然生产力的物质基础。与此同时，腐植酸与化肥结合有着天然协同的条件。一方面，通过稳定、缓释、控制作用，延长肥效，提高化肥利用率；另一方面，通过量的约束，调控释放植物所需的营养元素，促进有效物质合成，平衡各种营养物质，从性状上改善了化肥质量[32]。

4 引证近三年农田试验案例

40年来，腐植酸肥料通过对作物叶面环境、根际环境和土壤环境的大面积应用研究，在节本增效、节能增产、解毒农药、钝化重金属等方面显示出显著效果。且看如下8个案例。

【例1】增加作物产量

成都市农林科学院作物研究所汤云川等研究了叶面喷施水溶性生物腐植酸有机肥对马铃薯产量的影响[35]。结果表明，叶面喷施水溶性生物腐植酸有机肥后，与对照相比，马铃薯产量增加了4.02%～43.51%，单株结薯数增加了0.1～1.0个/株，单株块茎重增加了0.007～0.080千克/株。追肥最佳经济用量为50.01 L/hm2，其产投比达9.95，比对照提高12.91%。

【例2】改善作物品质

黑龙江省农业科学院周超等研究了腐植酸叶面肥对大棚西瓜产量和品质的影响[36]。腐植酸液体叶面肥喷施浓度为600倍液时，西瓜产量较对照增加了43.75%，同时西瓜品质得到了明显改善，可溶性蛋白、维生素C及可溶性总糖含量比对照分别增加了19.9%、43.6%、35.1%，效果显著。

【例3】增效氮肥

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所袁亮等研究了3种增值尿素对小麦产量、氮肥利用率及肥料氮在土壤剖面中分布的影响[37]。结果表明，腐植酸尿素处理的小麦产量可较普通尿素提高13.63%，氮肥的表观利用率和15N利用率分别提高15.63和3.70个百分点，肥料氮损失率降低9.52个百分点，表现出良好的增产增效效果。

【例4】增效磷肥

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所李志坚等研究了含腐植酸增效磷肥对小麦产量和磷肥利用率的影响[38]。结果表明：土壤低磷水平下，含腐植酸增效磷肥处理小麦子粒产量比普通磷酸一铵提高26.28%，小麦吸磷总量比普通磷酸一铵增加42.59%，磷肥的表观利用率平均提高了26.21个百分点；土壤高磷水平下，含腐植酸增效磷肥处理小麦子粒产量比普通磷酸一铵提高26.81%，小麦吸磷总量比普通磷酸一铵增加18.18%，磷肥的表观利用率平均提高了6.13个百分点。

【例5】缓释钾肥

华中农业大学资源与环境学院刘金等研究了几种缓释钾肥对烤烟钾含量及产量和产值的影响[39]。结果表明，腐植酸缓释钾肥处理能够显著提高烤烟的产量、产值和经济效益。与氯化钾处理相比，腐植酸氯化钾和包膜腐植酸氯化钾处理可显著提高烤烟打顶前上部、中部、下部叶的钾含量，分别提高了15.30%、29.09%、50.63%和17.15%、36.20%、53.46%；其钾肥释放可以较好的与烤烟生育过程的需钾规律相匹配，土壤速效钾在生育后期并没有降低，保证了生育后期烤烟钾的需求。

【例6】液态营养地膜

内蒙古农业大学高靖等研究了腐植酸液态营养地膜对土壤和小麦作物性状的影响[40]。结果表明，腐植酸液态地膜具有保温保墒作用，可以明显提高土壤肥力，与无膜相比，可使土壤中放线菌的数量增加1.63×107cfu/g，土壤全氮、全磷、全钾、有机质含量分别提高0.685%、0.048%、0.076%、0.063%。小麦的平均株高增加3 cm左右、穗长增加1 cm左右、每穗实粒数增加2～4粒、千粒重增加0.3～0.8 g。

【例7】解毒农药

福建师范大学汤鸣强等研究了腐植酸叶面肥对芥蓝菜农药残留及抗氧化酶活性的效应[41]。结果表明：腐植酸叶面肥能促进芥蓝菜吡虫啉、毒死蜱和高效氯氰菊酯残留的降解。与对照相比，腐植酸叶面肥可使芥蓝菜叶片毒死蜱残留量下降47.5%～65.8%。同时，腐植酸叶面肥能显著提高高效氯氰菊酯胁迫下叶片SOD与CAT活性和吡虫啉胁迫下叶片POD活性。

【例8】钝化重金属

农业部农业废弃物能源化利用重点实验室候月卿等研究了腐植酸对猪粪堆肥重金属的钝化效果[42]。结果表明：添加腐植酸对重金属铅(Pb)和镉(Cd)表现为相对较好的钝化能力，可使还原态 Pb和Cd向着对植物生长没有毒性的氧化态和残渣态转化，转化率可达29.51%和65.72%、33.90%和17.24%。

综上，以腐植酸肥料三大创新理论为指导，可以实现腐植酸与氮、磷、钾三大肥的最佳融合，提高三大肥利用率，于土壤亲切，于产品增荣，于环境友好，于食品安全。需要强调的是，腐植酸可以万用，可不是万能的。腐植酸不能代替化肥，腐植酸只能“扶绿抬爱”，通过与化肥“联姻”，可以“一荣俱荣”。相对于土壤环境而言，没有腐植酸是不行的，没有化肥是可以的；相对于作物养分供给而言，没有化肥是不行的，有了腐植酸会更好；相对于各生育期营养供给(木桶)而言，腐植酸既可补短又可圆通；相对于土壤有机质而言，凡是有机质不等于腐植酸，凡是腐植酸一定是最好的有机质。让腐植酸肥料三大创新理论指导肥料产业创新，通过构建植株立体高效施肥体系和食品源头安全生产体系，以促进我国农业可持续发展、保障粮食安全生产。

[ 1 ]Numann P.M.. Plant Growth and Leaf-Applied Chemicals[M]. Boca Raton,Florida:CRC Press,Inc.1988

[ 2 ]Xu X.D.The effect of foliar application of fulvic acid on water use，nutrient uptake and yield in wheat[J].Aust J Agric Res,1986,37:343,350

[ 3 ]郑平主编.煤炭腐植酸的生产和应用[M].北京：化学工业出版社，1991

[ 4 ]DeKock P.C.. In fl uence of humic acids on plant growth[J].Science,1955,121:473～474

[ 5 ]Liu C.H.,Cooper R.J.,Bowman D.C..Humic acid application affects photosynthesis,root development,and nutrient contest ofcreeping bentgrass[J].Hortscience,1998,33(6) :1023～1025

[ 6 ]Commoner B.. Free radicals in biological materials[J].Nature(London),1954,174: 689～691

[ 7 ]Ogner G.. Chemistry of fulvic acid，a soil humic fraction and its relation to lignin[J]. Can J Chem,1971,49:1053～1063

[ 8 ]Vaughan D., Macdonald I.R..Some effects of HA oncation uptake by parenchyra tissue[J]. Soil Biol Biochem,1976,(8):415～421

[ 9 ]Senesi N..The role of free radicals in the oxidation and reduction of fulvic acid[J]. Soil Biol Biochem,1977,(9):397～403

[ 10 ]骆永明著.土壤环境与生态安全[M].北京：科学出版社，2009

[ 11 ]Wang W.H., Bray C.M., Jones M.N.. The fate of C- labelled humic substances in rice cells in culture. J Plant Physiol, 1999, 154(2):203～211

[ 12 ]Ayuso M.,Hernandez T., Garcia C.. Effect of humic fractions from urbanwastes and other more evolved organic materials onseed germination. J Sci Food Agric,1996,72(4) :461～468

[ 13 ]梅慧生，杨玉明，张淑远，等.腐植酸对植物生长的刺激作用[J].植物生理学报，1980，6(2)：133～139

[ 14 ]梅慧生，杨建军.腐植酸钠调节气孔开启度与植物激素作用的比较观察[J].植物生理学报，1983，9(2)：143～149

[ 15 ]Vaughan D., Ord B.G.. An in vitro effect of soil organic matter fractions and synthetic humic acidson the generation of superox-idase radicals[J]. Plant and Soil,1982,66:113～116

[ 16 ]Vaughan D., DeKock P.C. Effect of benzyladenine and abscisic acid on superoxide dismutase in fronds of duckweed lemna gibba[J]. Physiol Plant,1983,58:239～242

[ 17 ]Concheri G., Nardi S., Reniero F., Dell Agnola G.. The effects of humic substances within the orizon of a Calcic luvisol onmor-phological changes related to invertase and peroxidase activities on wheat roots. Plant Soil,1996,179(1) : 65～72

[ 18 ]王天立，王栓柱，王书奇，等.关于黄腐酸在农业上的四大作用及其相关问题的研讨[J].腐植酸，1997，(4)：1～8

[ 19 ]李燕婷，李秀英，肖艳，等.叶面肥的营养机理及应用研究进展[J].中国农业科学，2009，42(1)：162～172

[ 20 ]张太平，潘伟斌.根际环境与土壤污染的植物修复研究进展[J].生态环境，2003，12(1)：76～80

[ 21 ]Vimal O.P..J.Sci.Ind.Res.1972,(31):439～445

[ 22 ]李绪行，邵莉楣，殷蔚薏，等.黄腐酸和汪平酸对小麦萌发与幼苗生长及绿豆下胚轴生根的影响[J].植物学通报，1991，8(3)：51～55

[ 23 ]Vaughan D.. A possible mechanism for humic acid action on cell elongation in root segments of pisum sativum under asepticconditions. Soil Biol Biochem,1974，(6): 241～247

[ 24 ]许旭旦，诸涵素，杨德兴，等.叶面喷施腐植酸对小麦临界期干旱的生理调节作用的初步研究[J].植物生理学报，1983，9(4)：367～373

[ 25 ]中国农业百科全书总编辑委员会茶业卷编辑委员会，中国农业百科全书编辑部编.中国农业百科全书[M].北京：农业出版社，1988

[ 26 ]许恩光，秦中强.发挥资源优势，抓好腐植酸在农林业中的应用[J].腐植酸，1998，(4)：36～38

[ 27 ]科诺诺娃著，周礼恺译.土壤有机质.北京：科学出版社，1966

[ 28 ]曾宪成.腐(殖)植酸与食品源头安全——腐(殖)植酸是构筑食品源头安全的最佳选择[J].腐植酸，2005，(4)：1～10

[ 29 ]吴礼树.土壤肥料学[M].北京：中国农业出版社，2004

[ 30 ]曾宪成.腐植酸本源性肥料可持续发展[J].腐植酸，2013，(4)：1～6

[ 31 ]窦森著.土壤有机质[M].北京：科学出版社，2010

[ 32 ]曾宪成，李双.让腐植酸在补充和提升土壤肥力中发挥重要作用[J].腐植酸，2014，(2)：1～8

[ 33 ]黄鸿翔，李书田，李向林，等.我国有机肥的现状与发展前景分析[J].土壤肥料，2006，(1)：3～8

[ 34 ]哈尔阿力·沙布尔，杨润，阿依夏木.铜、锌、砷过量对饲料安全性的影响——聚焦危害动物健康隐性元凶[J].中国动物保健，2008：56～59

[ 35 ]汤云川，陈涛，桑有顺，等.叶面喷施水溶性生物腐植酸有机肥对马铃薯产量的影响[J].腐植酸，2014，(5)：10～14