腐植酸在化肥农药减施增效中的应用

朱莹雪 李雪松 刘思语 苏浩然 董禹含 元 野 马献发★

1东北农业大学资源与环境学院 哈尔滨 150030

2中国烟草总公司黑龙江省分公司牡丹江烟草科学研究所 哈尔滨 150000

近几十年，我国粮食产量只占世界的16%，而化肥用量却占世界的31%[1]，过量施用化肥导致土壤环境酸化或碱化、严重影响土壤质量和植物的营养平衡，虽然给作物带来明显的增产效果，但化肥的利用率却呈现下降的趋势[2]。农药在农业生产应用上也出现了同样的问题，我国每年农药用量高达180万吨，但利用效率却不足30%[3]，多种农药的共同作用对土壤生态环境造成了破坏。目前，农业生产上呈现出的化肥农药不合理施用、有机肥的应用减少等现状，导致土壤对农药残留、重金属及其他有毒物质的钝化减毒作用大幅度削弱，严重制约着农业的可持续发展。现今，化肥减施技术主要有：有机肥替代技术、精准施肥技术、水肥一体化技术等，但这些化肥减施技术有时难以达到减施增效的目标。腐植酸含有多种含氧官能团，具有独特的物理、化学、生物活性，将腐植酸作为高活性有机质与化肥农药配施，能直接或间接地对化肥农药起到减施增效的作用。本文将重点阐述腐植酸对化肥和农药减施作用及机制，并提出腐植酸类物质在农业生产中的应用前景。

1 腐植酸对化肥减施增效的作用

1.1 腐植酸在化肥减施增效中的环境效益

腐植酸是源自土壤的本源物质，本质绿色环保，将工业提取的腐植酸反哺土壤，能够提高化肥的利用率，在增效化肥的同时减轻化肥对土壤理化性状产生的不良影响意义重大[4]。大量研究表明，施加腐植酸肥料，对土壤表现为增加土壤腐殖质含量，改良土壤结构，从而提高土壤肥力；对植物表现为促进生长，增产，提质；对肥料表现为固氮、解磷、活钾，提高化肥利用率，减少土壤营养的淋失。实践证明，在增效化肥，减少化肥施用量方面，腐植酸、腐植酸肥料可充分发挥其生态环保属性。施用腐植酸、腐植酸肥料也是农业应用领域用来提高化肥利用率、改良土壤理化性质、增加作物抗逆性和改善农作物品质切实可行的可持续发展道路[5]。

1.2 腐植酸在化肥减施增效中的作用效果

（1）腐植酸在氮素方面的作用效果。

腐植酸可降低氨挥发、促进作物对氨的吸收、提高氮肥利用效率等。在农田中，尿素的主要损失途径就是氨挥发。研究表明，熔融造粒腐植酸尿素与普通尿素相比，可显著降低氨挥发约30.89%～59.22%，腐植酸尿素还可抑制NO3--N 向下迁移，提高表层土NO3--N 所占的比例，减少氮素的淋溶损失[6]。腐植酸可与氮肥结合施用，能够达到促进作物生长、促进作物对氮的吸收、提高肥效的目的[7]。在尿素中添加千分之五（每吨添加5kg）的腐植酸，可以增产15%以上，在保证不减产的情况下，可少施20%的化肥，作用效果显著[8]。经实践验证，无论是盆栽试验还是大田试验，添加了腐植酸的复合肥与单施化肥相比，氮素利用率均有明显的提高[9～11]。

（2）腐植酸在磷素方面的作用效果。

腐植酸可有效防止土壤对新施入磷肥的固定，可解吸和活化土壤中的固定态磷，进而提高磷肥的有效性。研究发现，腐植酸能与磷结合，或使磷矿石解磷，并转化为有效磷，从而促进植物对磷素的吸收利用，提高磷肥利用率[12]。根据腐植酸配施磷肥对大豆磷素吸收利用率的影响，发现磷肥与腐植酸共施，比单施磷肥的利用效果更好，其中风化煤腐植酸加磷肥可使作物增产36.71%[13]。腐植酸与磷肥配施还可提高藜麦的叶绿素含量、根系活力、SOD 酶活性、POD 酶活性及产量[14]。且研究发现，腐植酸增效剂与磷肥配施也可提高玉米产量，在保证玉米不减产的情况下，配施腐植酸增效剂可使当前基础施磷量减施20%左右[15]。

（3）腐植酸在钾素方面的作用效果。

腐植酸能活化土壤中被固定的钾素[13]，腐植酸钾易被作物吸收利用，缓释钾肥可提高肥效等。试验证明，在活化钾素方面，腐植酸原料和枸溶性钾肥配施，可在一定程度上降低土壤钾素淋溶量[16]；用有机腐植酸钾水溶性肥料替代无机钾肥，能增强土壤有机质含量，具有固氮、解磷、活钾的特殊功效[17]。在增加产量方面，施用含腐植酸钾复混肥可促进甘薯的块根膨大，同空白处理相比增产26.07%，不仅提高了钾素产块根效率、钾素收获指数、钾肥农学利用率和钾肥偏生产力，还降低了生育期甘薯茎叶鲜重与块根鲜重的比值[18]。王振振等[19]也得出相似的结论，即施用腐植酸缓释钾肥可提高钾肥利用率20.09%、农学利用率42.69%、偏生产力5.89%和甘薯块根产量22.83%。赵瑞萍等[20]在蔬菜种植上应用黄棕腐植酸钾有机肥与化肥合理配施，不仅达到了增产增效的作用，还提高了蔬菜品质。

1.3 腐植酸减施增效化肥的作用机制

（1）腐植酸对氮肥的增效机制。

氮肥是作物营养元素的主要来源，氮肥施用到土壤中，受土壤性质和微生物的影响，常伴随着不同的转化过程。尿素在土壤中的转化一部分为作物生长提供所需养分，另一部分主要以氨挥发和NO3-淋洗损失的方式消耗，可见尿素施入土壤后氮素的利用率并不乐观。因此腐植酸对氮肥增效机制主要为以下3点：a.腐植酸含有大量不饱和键，可防止脲酶中的活性官能团氧化，使尿素以稳定的速度水解，为作物提供水解产物氨[21]。b.腐植酸具有较强的交换与吸附能力，能吸附氨和铵离子形成腐植酸铵盐，减少氮素损失。而且腐植酸与尿素之间常形成大量的氢键、络合配位键以及一定量的离子键，使其具有高度的耐水解性，是植物生长所需的主要氮源[22]。c.腐植酸可起到硝化抑制剂的作用，腐植酸与尿素配施通过影响脲酶活性而改变氨的释放，从而抑制硝化细菌活性，进而提高氮肥利用率[23]。腐植酸对氮肥的减施增效作用还表现在改良土壤理化性质、激活或抑制微生物活性或酶活性、提高植物体内酶的活性进而促进植物体新陈代谢[24]、增强植物抗逆性、促进氮素吸收等方面[25～27]。

（2）腐植酸对磷肥的增效机制。

磷肥利用率低的主要原因是酸性土壤中含有大量活性铁化合物及铝化合物，石灰性土壤中含有大量碳酸钙，这些物质能吸附有效磷使其固定、失效。当向磷肥中配施腐植酸时，腐植酸对磷肥起到减施增效的机制有以下3点：a.腐植酸会与磷肥形成腐植酸－金属（M）－磷酸盐络合物，减缓有效性磷向难溶性磷的转化速度，从而抑制土壤对磷的固定，增加磷素的移动性和有效性，磷肥肥效可相对提高10%～20%，吸磷量提高28%～39%[28]；b.腐植酸离解出的酚羟基、羧基等阴离子与酸根竞争土壤胶体表面的吸附位点，减少土壤团粒对磷素的吸附，进而提高了土壤中磷酸盐的有效性[29]；c.腐植酸含有苯酚结构，该结构不但能使部分难溶性磷活化，还能增加土壤中磷酸酶和磷细菌的活性[30]。

（3）腐植酸对钾肥的增效机制。

施入土壤中的钾肥多被土壤中的黏土矿物所固定，转化为非交换性钾，导致钾肥利用率低下。由于腐植酸对钾离子的吸附作用是物理吸附和化学交换共同作用的，因此随pH 值的升高，腐植酸对钾离子吸附的分配系数和吸附量均有不同程度的增加[31]。当往钾肥中配施腐植酸时，因腐植酸含有多种活性基团和强的表面活性[13]，可结合土壤中的钾离子，增强其抗土壤吸附的能力[32]，且腐植酸是由一系列酸性物质组成的复杂混合物，其酸性功能可吸收和贮存钾离子[33]，故可抑制土壤粘土矿物对钾的固定。也因腐植酸具有较多的酸性基团，故施用后可降低土壤pH[34]，从而使难溶性钾释放，提高土壤速效钾特别是水溶性钾的含量。

2 腐植酸对农药减施增效的作用

2.1 腐植酸在农药减施增效中的环境效益

腐植酸作为一种天然有机大分子混合物，具备开发安全、低毒、低残留农药的条件，符合绿色农药发展的需求[35]。在当前环境下，随着农药使用量的逐年递增，人畜中毒、食品污染、环境破坏等问题日益凸显。腐植酸含有许多像酚羟基、烯醇基、磺酸基、醌基、甲氧基等可以决定其酸性、亲水性、离子交换性、络合能力及吸附能力[36]的多种活性基团。正因为腐植酸具有多种优良的性质，使得腐植酸在对农药的减施增效应用中起到增强农药药效、减小农药分解速率、提高农药稳定性、增强农药溶解性、降低农药毒性等作用[37]。在提高农药药效，减少农药使用量方面充分发挥腐植酸的绿色环保属性。

2.2 腐植酸在农药减施增效中的应用效果

研究发现，水不溶性杀虫剂添加了腐植酸钠后可增强农药的水溶性，添加5%的腐植酸钠可使双对氯苯基三氯乙烷（DDT）在水中的溶解速度提高20倍以上[38]。从褐煤、泥炭及风化煤等各种煤炭中提取出的水溶性腐植酸农药增效剂分别与草甘膦复配防治果园杂草和巨星制剂复配防治麦田杂草，在施药后调查发现，添加了腐植酸的农药防效均有所提高[39]。得到相似结论的还有用生化黄腐酸与多菌灵混用，提高防效30%；与瑞毒铜混用防治黄瓜霜霉病，防效提高46.95%；与甲基托布津混用防花生叶斑病，防效提高57.8%[40]；用风化煤腐植酸钠与各类常量农药研磨复配，发现多菌灵药效提高30%左右，药剂用量减少33.3%～50%[41]等。王栓柱等[42]通过试验发现，用风化煤黄腐酸与氧乐果等复配，在减少农药用量30%～50%的情况下，可延缓药效3～7天以上。

2.3 腐植酸减施增效农药的作用机理

腐植酸的施用在农药的减施增效中起到重要的作用，其作用机理主要包括：腐植酸对农药有吸附作用，包括物理吸附和化学吸附，腐植酸可以改善农药溶液的表面活性、可以增强大部分农药的生物活性[43]。研究发现，腐植酸官能团通过与农药的吸附作用，使得腐植酸对极性离子型高水溶性农药具有很高的亲和力[44]。白志平[35]和邹德乙等[40]均提出腐植酸类物质具有表面活性剂的作用，可溶解一些难以用水溶解的农药，主要原因为其金属盐的表面张力低于水的表面张力，对农药起到分散和乳化作用，提高农药的溶解能力。目前，腐植酸与农药配伍使用已成为农药应用领域有效的手段之一。腐植酸除了通过直接对农药产生作用外，还可通过增强作物抗逆性、抑制病原微生物、降解农药残留[36]等间接作用，达到对农药的减施增效作用。

3 腐植酸在农业生产中的应用前景

腐植酸是一种具有复杂结构式的高分子聚合物，因其含有多种组成成分，故腐植酸可应用在不同的领域，产生不同的积极影响[45]。腐植酸所具有的科学和经济价值远远超乎我们的想象。虽然已经有大量的科研工作者证实了腐植酸对化肥农药的减施增效作用，但仍有较多的科研工作者致力于利用腐植酸的结构组成及各种性质研发出新型肥料和农药。但不同种类、不同来源的腐植酸组成有一定差异，其作用效果也难以比较[46]，故在对腐植酸的研发过程中仍需加强以下3方面研究与实践。

（1）腐植酸属于高分子混合物，与其他化合物的基础研究相比要难得多，但是做好基础研究才能让我们更好地应用它。

（2）腐植酸同化肥农药配施可使化肥农药减施增效，但对于不同的化肥农药，腐植酸施用的量是不同的，目前还没有统一的腐植酸替代量来指导农户进行大面积应用，还需优选出适宜大部分化肥农药的腐植酸替代比例，用以大面积农田的应用。

（3）腐植酸液体肥料易与硬水中的高价离子结合产生絮凝，使其活性降低，严重影响硬水区腐植酸液体肥料的应用效果，目前就如何使腐植酸抗硬水改性活化的研究较少，还需进一步优选腐植酸原料，深入研究其抗硬水改性工艺。