腐植酸在酵素农业上的应用研究进展

高 亮

(1 潍坊岛本微生物技术研究所 潍坊 261041 2 潍坊市酵素农业科技开发重点实验室 潍坊261041)

腐植酸在酵素农业上的应用研究进展

高 亮1，2

(1 潍坊岛本微生物技术研究所 潍坊 261041 2 潍坊市酵素农业科技开发重点实验室 潍坊261041)

腐植酸是土壤的本源性物质，是土壤有机质的主要成分,在生态文明建设中扮演重要角色，在土壤污染修复中发挥重要作用，是绿色产业发展的有力支撑。在化肥使用量零增长环境下，腐植酸肥料是保持农作物产量品质的理想肥料，在酵素农业中发挥着积极作用，在现代农业中占有重要地位，具有广阔的推广应用前景。针对当前酵素农业发展的要求，阐述腐植酸的独特效能，将腐植酸纳入酵素农业技术体系，以期服务于现代功能农业和农业循环经济。

腐植酸 酵素农业 土壤健康 肥料 养殖

酵素农业 (enzyme agriculture)是一种充分利用外源生物酶来调动和调节生物自身生物酶系的表达，维持机体最佳生理机能，激发机体自然免疫力，以实现最大生产潜能和农产品最佳质量的一种生产方式和管理模式[1]，酵素农业是生态文明建设的产物，也是绿色发展的产物，在现代农业发展中具有重要地位。利用微生物酵素工艺技术生产酵素农产品(包括畜产品、水产品等)是农业循环经济的其中一环，是利用天然有机质材料，通过酵素菌生物发酵技术，生产出集营养、调理、植保于一体的生物制品；利用外源酶系激发内源酶系，促进生物机体内的生物酶系效力的充分表达，其自身免疫系统强大，抗逆性强，生长发育环境不易被破坏，生物始终处于最佳生长发育状态，表现出发育更好、产量更高、品质最佳，更加天然、更有营养。

腐植酸在农业生产上的应用已经有很长的历史，实践证明，施用腐植酸能够显著改良土壤，提高土壤保水保肥能力，明显促进农作物生长发育，增强农作物抗逆性，提高农作物产量，改善农产品品质。酵素农产品的生产离不开腐植酸，腐植酸是土壤的本源性物质，在生态文明建设绿色产业发展中扮演重要角色，在保持土壤健康方面发挥着重要作用，在土壤污染，尤其是重金属污染修复方面效果显著。本文从腐植酸对土壤健康保持、资源循环利用、农产品提质、化肥增效、养殖的利好以及在酵素农业展望方面阐述了腐植酸在酵素农业生产中的作用，以期为腐植酸制品研发提供参考。

1 腐植酸能保持土壤健康，为酵素农业发展打下良好基础

党的十九大提出“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”，要大力推进绿色发展，着力解决突出环境问题，持续实施大气污染防治行动，加快水污染防治，强化土壤污染管控和修复；加大生态系统保护力度，实施重要生态环境保护和修复重大工程，优化生态安全屏障体系，构建生态廊道和生物多样性保护网络，提升生态系统质量和稳定性。近年来，国家相继公布了“全国土壤污染状况调查公报”和“土壤污染防治行动计划”，保持土壤健康显得尤为重要。保持土壤健康的根源是杜绝或减少非土壤本源性物质的过量、无序投放。酵素农业通过补充腐植酸，提升其物质转化和能量转换的效率，土壤有机质、腐植酸含量逐年提高，加之矿质营养元素的科学合理添加，土壤肥力、地力和土壤的生产性能得以保持在良好水平并且逐年提高。

1.1 腐植酸改善土壤理化性状

腐植酸是土壤本源性物质，是土壤有机质的重要组成部分[2]。煤炭腐植酸和土壤腐殖酸的结构和性质基本相同[3]。腐植酸具有胶体性质，在土壤中通过絮凝和溶胶作用，形成土壤有机-无机复合体[4]，促进土壤中团聚体、微团聚体形成土壤团粒结构，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改善土壤液相、气相物质和土壤热状况[5，6]，利于土壤中水、肥、气、热的调节，能够提高土壤肥力。

腐植酸较强的阳离子吸附和交换能力，对土壤溶液具有缓冲作用，可调节土壤pH值。当土壤过酸时，腐植酸盐中的金属阳离子与土壤中的H+进行交换，使pH值升高，从而降低酸性；当土壤过碱时，腐植酸中的酸性官能团可释放H+，中和碱性物质，使pH值降低，从而降低碱性[7]。腐植酸能减少NH4+-N的损失，提高氮肥利用率[8]。腐植酸能够将难溶性的磷酸盐转化成能溶于水的磷酸氢盐和磷酸二氢盐，减少土壤对磷的固定，提高磷肥利用率。腐植酸具有活化钾的功能，可使钾肥缓慢分解，增加钾释放量，促进作物对钾的吸收，提高钾肥利用率。腐植酸可与土壤中中微量元素发生螯合反应，提高其利用率[9]。

1.2 腐植酸可提高土壤微生物活性

土壤微生物是土壤肥力的重要指标，是土壤生态系统的重要组成部分，土壤微生物多样性是保持作物生长发育，提高植株抗逆性，抑制土传病害的保障。

腐植酸对土壤微生物活性的影响机制包括3个方面。一是，腐植酸通过改良土壤结构、理化性状、pH值、营养条件等来影响土壤微生物的组成、密度和活性[10]。二是，腐植酸可增加微生物细胞膜的透性，促进营养物质的吸收，促进微生物细胞内生理生化反应[11]。三是，腐植酸可作为微生物体内呼吸作用的电子受体，促进能量生成，进而促进微生物生长[12]。

大量研究表明，腐植酸对土壤中的细菌、放线菌和丝状真菌有一定的刺激作用，能促进土壤中腐生性有益微生物的繁衍，使土壤微生物数量显著提高，且保持较强的生物活性，并维持较长时间。腐植酸及其肥料可增加土壤细菌、放线菌及纤维素分解菌的数量和活性，提高土壤微生物总量，增加土壤微生物多样性[13，14]。毕军等[15]研究表明，冬小麦在拔节期施用腐植酸生物活性肥料1500 kg/hm2能使土壤细菌数量增加61．9%，真菌数量增加38．6%，放线菌数量增加61．5%。高亮等[16]研究将腐植酸生物菌肥用于保护地次生盐渍化土壤改良，结果表明，土壤微生物数量明显增加，细菌增加18．99×107cfu/g、放线菌数增加7．81×107

cfu/g、真菌数增加3．44×105cfu/g，侵染黄瓜的南方根结线虫(Meloidogyn incognita)数量减少，有益的小杆线虫(Rhobditis sp．)明显增多。土壤微生物数量增多，改善了土壤微生态环境，提高了土壤肥力。Dagmar Rocker等[17]研究分析，施用腐植酸可显著改善土壤细菌群落，但在不同类型的土壤中存在差异。

1.3 腐植酸能减少土壤污染

腐植酸含有羧基、酚羟基、甲氧基、羰基等活性功能基团，带正负电荷，含氢键和自由基，可吸附、氧化还原、络(螯)合土壤中的金属离子，降低土壤中污染物[18]。

Absiyan S. N. A.等[19]研究发现，当土壤中存在重金属污染时，施用腐植酸用量越大解除土壤中重金属的生物毒害能力越强，越能降低污染危害，促进植物生长发育。马鑫[20]研究发现，腐植酸能使土壤中镉、镍、锌的可交换态和碳酸盐结合态逐渐减少，有机结合态不断增加，随着腐植酸加入量的增加，土壤中镉、镍、锌的生物活性不断降低，使得土壤中重金属污染物含量降低。蒋煜峰等[21]研究发现，腐植酸可改变污染土壤中铜、镉、铅、锌的形态，减少重金属的污染。Perminiva I. V.等[22]研究发现，在有机污染土壤中施入腐植酸对芘、荧蒽、蒽等有毒物质具有结合和解毒作用，且其解毒能力随着腐植酸含量的增加而提高。

2 腐植酸为酵素农业提供优质肥料，保证可持续发展

酵素农业是通过酵素菌生物发酵农业废弃物，变废为宝。利用酵素菌(BYM-FOOD)好氧性高温堆腐发酵木屑、锯末等生产高温堆肥，其中含有丰富的腐植酸，用作作物基肥，可显著改善土壤结构，提高土壤肥力，提高地温2～3 ℃，保水保肥，还可预防土传病害和根结线虫[23]。利用酵素菌配合淡紫拟青霉、白腐霉、栗褐链霉菌和浅黄链霉菌发酵褐煤，通过碱作用、生物螯合剂和生物酶作用产生部分水溶性腐植酸，褐煤失重率达到(13．21±3．74)%～(18．72±5．17)%，从而生产出腐植酸生物有机肥[24]。高亮等[25]在酵素菌基础上，适当添加相应的菌种，优化工艺，实现了中药渣发酵过程的全程控制，在线监测发酵过程中的温度、pH、溶氧、还原糖、尾气等指标，建立了总糖、总氮、有机酸、腐植酸、酶活力等快速监测技术，生产的腐植酸(生物)有机肥，用于粮食和经济作物生产，也可用作人参等中药材的生产。

高亮等[26]在山西省浮山县规模化养牛场和蔬菜基地进行试验研究，利用腐植酸生物除臭菌剂改善养殖环境，将粪污与蔬菜秧蔓、残果等混合，采用高温固态发酵生产出腐植酸生物有机肥，将生产出的腐植酸生物有机肥应用于设施蔬菜连作障碍综合治理，取得了良好效果，做到了园区内农业废弃物的充分利用，大大缓解了养殖环境污染和设施蔬菜连作障碍问题，项目于2016年1月通过了山西省科技厅组织的科技成果鉴定，总体达到国内领先水平。

程红胜等[27]研究了在猪粪发酵中添加生物菌剂可增加生物腐植酸含量，但不同菌剂处理生物腐植酸最大产出的发酵周期存在很大差异。任静等[28]研究了在牛粪堆肥中接种微生物菌剂，可加速发酵材料中总腐植酸和水溶性腐植酸的转化与合成，从而提高了肥效。

3 腐植酸促进作物营养吸收，提高抗逆性，对酵素农产品提质增效

酵素农产品需要标准化生产，才能产生最佳质量和效果，而腐植酸系列肥料是保持酵素农产品的理想肥料[29～31]。王彪[32]研究发现，施用腐植酸有机肥的菜豆中可溶性糖、粗蛋白质、Vc含量分别比对照提高了28．85%～46．64%、9．27%～19．87%、24．37%～39．18%，而硝酸盐的含量比对照降低了16．62%～25．04%；施用腐植酸有机肥的黄瓜的产量比对照提高了4．32%～16．35%，黄瓜果实中可溶性糖、Vc、可溶性固形物含量分别比对照提高了12．80%～35．07%、14．33%～31．70%、5．87%～11．14%，而硝酸盐含量比对照降低了16．51%～33．54%；施用腐植酸有机肥的番茄的产量比对照提高了5．21%～14．73%，番茄果实中可溶性糖、糖/酸比、Vc、可溶性固形物含量分别比对照提高了8．33%～17．95%、7．79%～12．68%、0．32%～23．27%、5．70%～10．83%；可滴定酸度略有升高；硝酸盐的含量比对照降低了12．61%～25．45%，产品更加接近酵素蔬菜的品质。腐植酸对农作物生长发育有着积极的作用，可促进作物对营养的吸收，调节植株生理代谢，提高酶活性，提高其抗寒性、抗旱性、抗病虫害的能力，使植株健壮，提高产量，提升农产品品质。

腐植酸能影响植物的多种生理活动，包括植物的生长、营养元素的吸收、蛋白质和核酸的合成、光合作用、呼吸作用以及酶活性等，腐植酸通过增加植株细胞膜的通透性，促进作物对营养元素的吸收[33]，为酵素农产品生产创造了良好的植物生理生化条件；腐植酸与营养元素形成有机复合体进而利于作物吸收营养；腐植酸激活作物相关基因的表达，促进营养元素的主动吸收。大量试验研究表明，腐植酸可促进作物对氮、磷、钾、钙、铁、锰等的吸收[10]。

酵素农产品生产离不开良好的土壤条件和平衡的植物营养条件，而腐植酸对于土壤优化和植物营养平衡起到良好的作用。刁亚娟[34]研究发现，酵素菌肥对番茄有显著的促进生长作用，株高、茎粗和叶面积在生长发育中后期显著提高；酵素菌肥对番茄产量提高呈极显著水平，每667 m2产量7078．90 kg，增产率37．23%～46．43%；酵素菌肥能显著改善番茄品质，糖酸比6.30，明显高于对照的3.65。张歆等[35]试验酵素菌肥对生姜的增产作用及对姜瘟病的抑制作用，结果表明，施用酵素菌磷酸粒状肥对生姜有显著的增产作用，以酵素菌磷酸粒状肥与生牛粪混合做基肥增产作用最佳，比单施生牛粪做基肥嫩姜亩增产317.28 kg，增产率32．78%；其次为酵素菌磷酸粒状肥与牛粪处理区，比对照生牛粪嫩姜亩增产132．09 kg，增产率13．65%。刘秀春等[36]经试验发现，施用酵素菌肥的苹果百果重比对照增加2．8%～18．1%，苹果花青苷含量增加1．99～33．8%，总糖含量提高1．01%，糖酸比提高0．26～12．75，Vc含量提高0．26～12．75 mg/100 g。王连君等[37]研究了不同配方的酵素菌肥对藤稔葡萄的品质和产量的影响。结果表明，施用酵素菌肥的葡萄单果重增加4．1 g，平均单穗增重60．4 g，单株产量增加1．42 kg，可溶性固形物增加1．7%，可滴定酸降低0．2%，Vc含量增加0．6 mg/100 g。范咏梅等[38]在新疆巴里坤县进行酵素菌肥应用试验，结果表明，施用酵素菌肥的小麦，每667 m2平均单产476．3 kg，比对照增产24．7 kg，增产率5．5%；施用酵素菌肥可减轻小麦叶锈病、黑胚病的危害，平均叶锈发病率比对照降低46．6%，小麦籽粒黑胚发病率平均减少44．5%；施用酵素菌肥的小麦粗蛋白、湿面筋含量、面团最大强度、面团延伸性都有相应增加，尤其是沉淀值增加20%，使小麦品质几乎跃升一个档次。

4 腐植酸改善养殖环境，提高酵素畜产品的养殖效益

酵素畜产品的营养价值明显高于普通畜产品。山东省潍坊市酵素茶香猪肉，其胆固醇含量比普通猪肉降低13.5%，猪肉肥瘦适宜，品质显著改善，其所用饲料添加剂之一就有腐植酸钠。国外常将腐植酸钠、腐植酸钾、腐植酸尿素等作为饲料添加剂，日本以硝基腐植酸或其钙盐作为饲料添加剂使用，其用量一般为饲料添加量的0.3%～1%。我国常用腐植酸钠作为饲料添加剂，饲喂猪、鸡、鱼、鹿等，促进畜禽生长发育，提高饲料报酬，降低发病率，改善养殖环境，提高经济效益，应用效果显著。

刘洋等[39]试验研究，以生物腐植酸菌剂(BFA)用做功能性饲料营养添加剂的价值，结果表明，乳酸菌发酵组、芽孢菌发酵组、酵母菌发酵组、混合组各组BFA制剂均对SD大鼠的生理生化、增重、肠道菌群指标有积极的影响，其中以三菌混合发酵BFA效果最佳，具有作为功能性饲料营养添加剂、改善哺乳动物健康的价值。杨前锋等[40]试验将腐植酸发酵物(主要成分是腐植酸与益生菌)替代抗生素作为饲料添加剂用于肉鸡增重试验表明，使用腐植酸发酵物对肉鸡1～14日龄增重、转化率及饲料消耗均无影响，15～42日龄以及43～51日龄增重、转化率都显著提高，其中饲料转化率达到极显著差异水平，日耗料显著降低。王卫东等[41]试验将腐植酸发酵物替代抗生素用于肉牛饲养，对肉牛增重明显，且无副作用。李瑞波[42]阐述了生物腐植酸能改善水质，改良水底，形成健康养殖的水环境。冯东岳[43]也阐述了生物腐植酸在水产养殖中的“健康养殖，综合治理”的良好效果。

5 腐植酸在酵素农业上的展望

酵素农业来源于农耕文明，又与现代农业息息相关，酵素农业是生态文明建设绿色产业发展的产物，属于高品质农业范畴。酵素农业的提出旨在保持土壤健康，预防土壤污染，杜绝或减少化石原料的无序投入。酵素农业倡导药食俱佳，道法自然。酵素农业生产离不开微生物发酵技术，通过发酵有机质材料促使作物根系发达，吸收转化土壤中潜在肥力，激发出微生物固氮、溶磷和解钾的特性，克服土壤酸化、次生盐渍化和作物自毒等连作障碍。腐植酸及其制品可有效解决土壤障碍，为酵素农产品生产提供了土壤健康保障。

腐植酸在酵素农业上具有广阔的应用前景，这源于腐植酸是土壤本源性物质，是最好的有机质。让本源性物质反哺土壤，增进土壤和谐[44]。腐植酸可净化“土壤血统”[45]。腐植酸既是土壤有机质中最活跃的组分，又是土壤肥料的“运转仓库”，还是土壤团粒的构造者。腐植酸在生态文明建设绿色产业发展中扮演着重要角色，在优化生态安全屏障体系，构建生态廊道和生物多样性保护，提升生态系统质量和稳定性方面发挥着重要作用。通过腐植酸开发绿色环保新农资产品，反哺到土壤中，既可满足农业生产需要，又可保障土壤生态安全，为酵素农产品生产创造了良好的条件。

酵素农业在现代农业中占有一定地位，腐植酸在酵素农业上发挥着重要作用，主要表现在以下3个方面。

一是酵素农业贯穿土壤、环境、农业生产、农产品加工等环节，是以高品质农产品为代表，是现代农业发展的一项重要目标，腐植酸提质增效的效应能够完全担当。现代农业离不开现代工业装备、现代科技手段和现代组织管理方式，而腐植酸在酵素农业上正是利用现代工业装备和现代生物发酵技术，将农副产品废弃物转化成有益营养，满足作物、畜禽和水产的需要，循环利用自然材料，最大限度杜绝化石原料，有效保护资源，腐植酸在建设天蓝水清地绿的美丽家园中发挥着积极作用。

二是酵素农业生产方式是让作物、环境、土壤、养分处于自然修复状态，尽量减少人为干预措施，土壤更加肥沃，地力显著提高，生产性能显著改善，农产品质量更高，完全符合现代农业中对商品化农业的要求，只是农产品质量标准更高，单位土地可持续生产的时间更长，种植者的收益更高。腐植酸改良土壤，增强抗逆，提高肥效，改善品质，刺激生长等的效能，能净化“土壤系统”，减少土壤障碍，助力土壤健康，保持植物健康发育，提高肥料利用率，减少化肥使用量，预防土壤次生盐渍化，提高农产品(包括畜产品、水产品)质量和效益。上述效果可以通过开发腐植酸类功能性产品来实现。

三是酵素农业让农产品更安全，人类更健康。酵素农业始终关注的是土壤调理和改良，这是抓住了农业生产的根本。腐植酸在钝化和活化土壤重金属的防污染作用[46～48]、改良盐碱地[49～53]、污染土壤修复[54，55]、改良设施盐渍化土壤[56]等方面具有显著效果，腐植酸能够保持土壤健康，农作物通常不会出现明显的植物缺素症、严重的病虫害和连坐重茬障碍问题，能够使农产品中维生素、矿物质、碳水化合物、蛋白质、脂肪、膳食纤维和特种营养成分含量更高，更具营养，完全符合酵素农产品的生产要求。腐植酸可优化畜禽养殖环境，提高饲料报酬，提高养殖效益，增强畜禽抗病性，减少抗生素用量，有效杜绝激素的无序添加，大幅度减少畜禽粪中激素和抗生素含量，为有机肥生产提供可靠原料，也提升了酵素畜产品质量，增进了民生福祉。

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Reasearch Progress on the Application of Humic Acid in Enzyme Agriculture

Gao Liang1,2
(1 Weifang Insititute of Daoben Microbial Technology, Weifang, 261041 2 Key Laboratory of Enzyme Agriculture Technology Development in Weifang City, Weifang, 261041)

Humic acids are soil-source materials and main components of organic matter, play an important role in the construction of ecological civilization, and play a vital role in the remediation of soil pollution, which is a strong support for the development of green industry. In a “zero growth” environment for chemical fertilizer application, humic acids fertilizer is the ideal one which could keep crop production and its quality. Humic acid has broad application prospect because it plaly an important role in enzyme agriculture and modern agriculture. For the unique traits of humic acids,they will be invlove in the enzyme agriculture technology system to serve modern functional agriculture and agricultural recycling economy.

humic acid; enzyme agriculture; soil health; fertilizer; feeding

TQ314.1，TQ925

1671-9212(2017)06-0010-07

A

10.19451/j.cnki.issn1671-9212.2017.06.002

2016-12-03

高亮，男，1968年生，研究员，主要从事腐植酸生物发酵、腐植酸肥料、酵素菌及酵素农业的研究工作，E-mail：gao8252315@163.com。