黄腐酸对植物生长作用效果研究

张永霞，张英杰,2，巩冠群,2，徐恒山，袁飞

(1.中国矿业大学 化工学院，江苏 徐州 221116;2.中国矿业大学 煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室，江苏 徐州 221116)

黄腐酸(Fulvic acid，简称FA)是一种可溶于酸、碱的灰黑色粉末状物质，含有羟基、氨基等基团，广泛应用于农业、医药等领域[1]。黄腐酸品质高、浓缩性好，是腐植酸(Humic Acid，简称HA)中活性和抗逆性最好的组分，具有提氮、解磷、促钾以及提高肥料的利用率功能[2-3]；使土壤形成团聚体速度加快，改善土壤的理化性质[4]。与腐植酸相比，黄腐酸是具有低分子量的大分子有机化合物，含有多种活性官能团，易于被植物吸收，从而加快植物生长速度[5]。同时，黄腐酸产品在农业发展中属于绿色产品，对保护环境、保护人类健康有着十分重要的作用[6]。

1 黄腐酸概述

1.1 黄腐酸的来源

黄腐酸的来源有两方面，第一，发酵法。将碳源、氮源、无机盐等作为原料，加入培养的黄腐酸生产菌种进行发酵，经过固液分离后，液体提取浓缩成为黄腐酸，固体干燥后成为高效有机肥。发酵产生的黄腐酸中含有芳香族羟基羧酸，也含有一些氨基酸、蛋白质等物质[7]。第二，从自然界(土壤、煤炭)中提取。从褐煤、风化煤等中提取的腐植酸，称为矿源腐植酸。根据理化性质和相对分子质量，可以将矿源腐植酸分为黄腐酸、棕腐酸和黑腐酸，其中，黄腐酸可溶于水和酸；棕腐酸可溶于丙酮或乙醇；黑腐酸只溶于碱溶液[8]。相比之下，腐植酸的总量在土壤中占比最大，但是平均浓度很低，腐植酸在泥炭、褐煤和风化煤中含量较高，大约为10%～80%，因此，从煤炭提取黄腐酸经济价值较大[9]。

1.2 黄腐酸的分子组成

黄腐酸主要由碳、氧、氢、氮、硫和磷等元素组成。其中碳含量最多，大约为40%～60%，其次是氧含量，大约为30%～50%，氮、硫和磷含量分别为1%～4%，0～2%和0～0.03%[10]。黄腐酸含有芳香环、芳香脂肪醚、羧基、糖和氨基酸等[11]，因此，黄腐酸的生物利用度高，对土壤碳氮循环和有机污染物的迁移和转化有很大影响[12-13]，羧基同时能够抑制生长素氧化酶的活性，减少对生长素的破坏，从而利于根、茎生长，使作物发根快，根系增加增长，提高作物吸收水分、养分能力[14]。

2 黄腐酸在农业上应用

黄腐酸在农业、医药、保健等诸多领域方面都有独特功效，在农业上应用最为成熟广泛，在小麦、玉米、红薯、油菜等数十种作物种植培育中黄腐酸应用效果显著，例如提高了抗逆性，增加了产量，同时改善了作物品质[15]。目前，黄腐酸对农作物的影响主要为促进种子萌发、促进植物生长、改善植株品质以及增进肥效等。

2.1 促进种子萌发

有研究发现，在对种子进行浸泡时添加黄腐酸类产品可以使其发芽率显著提高，而且这种情况下生长出的幼苗比未添加黄腐酸类产品生长出来的幼苗要更加粗壮，植株的高度和根系的生长都有很大的变化，因此黄腐酸也被称为天然生根粉。宋挚等[16]用添加量分别为稻种重量的 0,0.2%,0.5%,1%,5%,10%的黄腐酸钾对稻种进行拌种处理，实验发现当黄腐酸钾用量为1%时，水稻发芽率达到最佳，同时，黄腐酸钾促进了水稻秧苗进行光合作用后产生的可溶性糖的转化，使得添加黄腐酸钾处理的水稻苗可溶性糖含量明显低于未添加黄腐酸钾的水稻苗，从而提高了水稻苗的活性。刘佳欢等[17]将含有20.6%的黄腐酸、56.9%的有机质以及少量水分和有效活菌的黄腐酸肥料，施加在小麦上，结果发现当用量为2 g/kg时，种子发芽率达到100%，而在黄腐酸肥料用量为10 g/kg时，会出现“烧苗”现象，这说明在使用黄腐酸产品时需要控制用量，以此来达到更好的效果。

2.2 促进植物生长

在氮素中施加黄腐酸对作物的生长发育有很大影响。当氮素、黄腐酸含量充足时，较多的蛋白质在作物体内合成，植株细胞分裂和增长的速度加快，同时，黄腐酸可以降低作物叶片的蒸腾速率，从而在植物和土壤中保持更多的水分，促进根系发育，使植株能够吸收更多的水分以及养分[18]，因此植物绿叶生长速度加快，进行光合作用的叶面积更多，促进植株更快生长。黄腐酸对刺激多糖酶活性也有很好的效果，使幼嫩的细胞壁果胶质发生水解，细胞壁软化，细胞更容易发生伸长和分裂，因此，黄腐酸对加快新生组织年幼细胞生长有显著效果[19]。此外，黄腐酸能够帮助微量元素通过细胞膜在细胞内释放，因此，通常认为黄腐酸适合于叶面施用， Cu、Fe、Mn和Zn等微量营养素易于被叶片更好的吸收[20]。梁誉[21]用不同的施用方法给水稻施用生命源黄腐酸生物有机肥(颗粒)和水溶肥料(黄腐酸营养液)，和常规施肥对比得出，同时施加常规肥与黄腐酸生物有机肥(颗粒)叶绿素含量高于只施加常规肥6.5%。闫嘉欣等[22]对大棚黄瓜在整个生长期施用黄腐酸液体肥，黄腐酸分子被黄瓜根系吸收进入黄瓜体内，因此提高细胞膜的通透性，刺激黄瓜的生长，与普通施肥相比，黄瓜总产量增加了16.38%。

2.3 改善作物品质

黄腐酸能加强酶对糖分、淀粉、蛋白质、脂肪及各种维生素的合成运转，刺激多糖酶的活性，使多糖转化为可溶性单糖，从而提高果实甜度，改善作物品质[23]。对作物施用黄腐酸能够提高其本身的抗逆性和免疫力，增强植株吸收养分的能力，还能改善土壤的微生物环境，以改良土壤来达到作物增产的作用。王永卫等[24]在苹果园中，喷洒黄腐酸溶液3次，苹果产量比对照组提高24.3%。周鑫[25]采用大区对比法，在对照组(当地常规施肥)的基础上增施黄腐酸生物有机肥，实验结果为处理区比对照区玉米的平均穗长增加了0.7～1.2 cm，秃尖长度减少0.4～1.2 cm，平均穗粒数增加14.8～21.2粒，百粒重增加0.2～0.8 g，增产率达3.7%～5.0%。

2.4 增强作物的抗逆性

我国很多地区面临着严重缺水，农业活动中水资源的限制导致作物产量或粮食质量降低[26]。黄腐酸可以提高植株的适应性，以此来减轻干旱给作物带来的危害。李爱梅等[27]对平邑甜茶幼苗采取自然干旱的方式进行干旱控水处理，设置对照组(施加清水)和处理组(施加200 mg/L的黄腐酸)，结果表明，在胁迫处理过程中，处理组叶片相对含水量始终显著高于对照组，增幅为13.13%～28.62%。原因在于黄腐酸在干旱胁迫处理过程能够诱导蛋白质合成，促使可溶性蛋白含量增加，脯氨酸含量增加，从而细胞吸水以及保水的效果增强，以此来维持细胞内水分对细胞壁的压力，抵御干旱胁迫[28]。刘汉士[29]研究发现，黄腐酸增强作物抗旱的机理主要在于：①黄腐酸使作物内的脱落酸(ABA)含量升高，ABA会缩小气孔开度，促进脯氨酸等调渗物质的积累，使植株保持较多水分；同时，使根系发育更好，增强其活力，让处于干旱条件下的植株吸收较多的水分和养分；②黄腐酸中含有羧基基团，这种基团可以抑制植株体内生长素氧化酶的活性，增加生长素的含量，对植株根、茎的生长有利，同时，使植株吸收水分、养分的含量增加，维持进行正常的生命活动。

黄腐酸能够提高作物抗寒性。黄腐酸可提高植物体内ABA的含量，ABA能够增加作物体内脯氨酸的含量，脯氨酸是一种重要的植物细胞质内渗透调节物质，对稳定生物大分子结构，使冰点下降有重要作用，以此来提高作物的抗寒能力[30]。

在抑制有害病菌方面，黄腐酸也表现出了优良品质，一些研究表明腐植酸在减少某些植物病害方面有很大作用[31]。黄腐酸中有羟基、羧基、苯羧酸等基团，这与一些苯氧羧酸类、酚类农药的有效成分相同，具有一定的抑菌抗病毒作用，为有益微生物提供了优良的环境[32]。Abdel-Monaim等[33]对大豆种子施用2 g/L的黄腐酸后，与对照组相比，其大豆萎蔫程度降低，研究表明施加黄腐酸增加了植物中酚类化合物的含量，并导致对尖孢镰刀菌的系统抗性诱导。

2.5 改善土壤理化性质

黄腐酸可以改善土壤结构、增强土壤保水保肥性、调节土壤pH值。其含有的活性基团大多是给电子基团，能够接受很多电子构成配位化合物，再与尿素结合，形成稳定性极高的化学键，以此来提高氮素的有效性[34]。研究表明，施用黄腐酸钾对降低土壤容重有显著性变化，可以显著提高土壤CEC(阳离子交换量)，再通过阳离子交换、络合以及吸附等方式固定土壤养分；施用黄腐酸复合肥可以增加土壤中氮、磷、钾养分的含量，在作物的生长期间给它们提供良好的养分[35]。盐胁迫对植物产生不利影响，包括叶片含水量、养分吸收、光合作用、生长和产量的降低[36-38]，如高浓度的Na+和Cl-会产生特定的毒性效应，影响植物生理状况，也阻碍了植物对水的利用[39]，大部分植物在生长过程中最合适的pH值为5.5～7.0，黄腐酸能够调节土壤的pH值，改善土壤的盐碱性，使得植物生长得更好[40]。同时，黄腐酸固氮能力好且能缓释，也能够释放被Al3+等固定在土壤中的磷，进而提高土壤的肥效，再螯合微量元素并促进植株的吸收利用。

2.6 提高土壤肥效

黄腐酸在增加氮肥肥效上表现出良好的效果。黄腐酸中含有羧基、酚羟基以及某些含P、O、N、S的基团，这些基团一般为电子给予体，能够与很多金属离子、有机基团等配位，形成配位化合物，这使氮损失减少，提高了氮肥的利用率。Bogutap P等[41]研究发现，硝基黄腐酸经过氧化后，抑制了尿酶的活动，减少尿素的挥发；碳铵中添加黄腐酸，能够使碳铵中氮素的挥发率大幅度降低。Saudi A等[42]对土壤施加黄腐酸，与对照组相比，施用黄腐酸显著提高了氮的有效性，有效氮增加了113.0%。

在增加磷肥肥效上，黄腐酸也表现出良好的效果。黄腐酸可以使土壤对水溶性磷的固定效应变差，使得作物根系能够更好的吸收磷，因此，黄腐酸可以保护水溶性的磷肥，促进磷的吸收。肥效实验表明[43]，将1.0%～2.0%的黄腐酸添加到普钙、重钙或磷铵中，肥效可提高10%，吸磷量增加28%～39%，磷肥当季利用率从15.4%提高到19.3%。

黄腐酸对增加钾肥肥效也有很好的效果。黄腐酸中的酸性官能团能够吸收、贮存钾离子，减少因水流失的钾的数量，避免黏性土壤固定钾，增加可交换性钾的数量。此外，黄腐酸对含钾矿物有溶蚀作用，能够缓慢促进钾的释放，提高土壤速效钾含量。

2.7 防治污染

目前，为了避免农作物虫害，普遍对其喷施农药，但是大部分农药具有很强毒性，易致癌致畸，对生态环境造成了很大的破坏。使用农药后施用黄腐酸，农药可以和黄腐酸发生离子交换、络合配位、氢键缔合、物理化学吸附等作用，形成新的有机复合体系[44]，而且黄腐酸本身具有抑菌抗病的效果，因此施用含黄腐酸产品的肥料会对农药起到缓释增效、降低毒性等作用，从而可以适当减少农药的使用量，降低因喷洒农药对环境和作物的污染。

3 结论

黄腐酸具有多种活性官能团，在农业上，施用黄腐酸肥料可以促进种子萌发、植株生长、改善作物品质、增强抗逆性等，也可以改善土壤的理化性质，在改善土壤结构、增强土壤保水保肥性、调节土壤pH值等方面发挥着重要作用；黄腐酸还能增进氮、磷、钾的肥效，提高它们的利用率；施用黄腐酸产品后，因其能够对农药起到缓释增效的效果，可以适当减少农药使用量达到防治污染的效果。尽管黄腐酸在农业上应用效果显著，但是目前对黄腐酸产品的结构组成、理化性质的研究还不够深入，一定程度上限制了其功效的发挥，同时黄腐酸使用效果也受到产品自身品质以及作物种类、土壤以及气候等方面的影响，因此，进一步理解和掌握黄腐酸的结构特点、作用机理及应用规律等对其科学应用大有裨益，黄腐酸的应用前景也必将更加广阔。