腐植酸的應用化學研究

孟令卓 王靖凱

【摘?要】腐植酸本身的來源十分廣泛，一般情況下主要來自于煤，不同的煤里腐植酸的含量不同。腐植酸及其制品用途廣泛，且由于符合綠色、環保的理念，受到了各界人士關注。本文就腐植酸的化學構成與分類進行了分析，然后介紹了腐植酸的提取方法，最后就其在應用化學方向的研究情況進行了探討，希望對于相關領域研究者開發腐植酸的應用潛能，在應用化學領域進一步發展提供一定的啟示作用。

【關鍵詞】腐植酸;應用化學;吸附劑

引言

近些年來，隨著國家對生態環保關注程度的提升以及人們對綠色健康意識的提升，具有環保、無二次污染特點的腐植酸作為良好的農業吸附劑而得到了廣泛的應用。腐植酸是自然界中植物和動物的遺骸經過微生物轉化后，受到地質運動的作用，經過長時間的反應，而積累起來的一類有機物。在農業生產中利用腐植酸，不僅可以實現對土質的改善，而且可以作為肥料為農作物的生長提供營養，因而其在農業領域的應用還有很大的發展空間。

1腐植酸的化學構成與分類

1.1腐植酸的化學構成

從元素組成的角度，相關研究者利用有機元素分析儀等對腐植酸進行分析，發現其主要的構成元素包括C、H、O、N、P和S。隨著時間的延長，其腐植化的程度也會相應增加，導致構成元素中C的質量分數占比逐漸提高，而H元素的質量分數則逐漸降低。在化學結構方面，腐植酸屬于高分子聚合物，其中大分子的微觀結構主要是芳環和脂環，在環上的不同位置，與-COOH、-C=O-、-CH3O等官能團相連接。并且，在化學構成上也可能存在雜環態氮。

1.2腐植酸的分類

腐植酸從不同的角度可以進行不同的分類，如果以來源進行分類，那么腐植酸可以分為原生、再生和合成三種，其中原生就是指天然物質中化學成分的互相反應演變成為的腐植酸，而再生和合成則是在人工技術的處理下形成的，前者是人工對于自然物質的處理，后者則是人工合成物。從形成的角度來看，腐植酸又可以分為天然和人工兩種，天然腐植酸又分為三種，分別是在不同環境下形成的煤類、土壤、水體腐植酸。而人工腐植酸同樣分為三種，即再生、合成和發酵腐植酸。有時基于實驗需要，也會根據其可溶的酸堿溶液進行分類，分為黃腐植酸、綜腐植酸以及黑腐植酸。其區別在于，黃腐植酸的可溶性最強，可以與水相溶，而綜腐植酸則不溶于水，但是與黃腐植酸一樣可以溶于酸堿之中，黑腐植酸僅僅可以與堿相融。

2腐植酸的分布及提取手段

2.1腐植酸在自然環境中的分布

在自然界中，腐植酸的總量巨大，無論是在陸地還是海洋，均可以覓到腐植酸的蹤跡。具體說來，土壤中腐植酸的總量是最大的，以胡梅酸氧和胡梅酸碳為主，咸水和淡水資源中也廣泛存在著腐植酸，但濃度占比較低。從人類利用的角度出發，一些低熱值的煤炭資源是腐植酸的重要來源，主要包括褐煤、草炭和風化煤等，腐植酸在其中的質量分數占比可以達到10%到80%不等。而我國的煤炭資源儲量在世界上處于領先地位，對腐植酸的提取和加工也可以作為煤炭加工領域的副產品。

2.2腐植酸的提取方法

以廣泛存在的幾種低熱值煤炭資源作為提取腐植酸的原材料，可用如下三種方法對其進行提取，具體說明如下：堿溶酸析法，這是當前工業生產領域主流應用的提取方法，具有生產效率高、產率高的特點，但要達到較高的生產效率，需對原材料進行預處理。微生物溶解法，此種提取方法具有綠色、無污染的特點，與生態農業建設的思路不謀而合。但在實踐中，由于受到微生物生命周期的影響，生產效率相對較低，無法滿足快速生產的要求。酸抽提劑法，此種方式具有生產流程簡便、反應效率較高的優勢，但由于酸性溶液在溶解腐植酸的同時，也會將煤炭中的其他雜質帶入，因此對后期的提純除雜工作要求較高。

2.3腐植酸與土壤

2.3.1酸堿中和

土壤本身在長期的開發過程中，會逐漸由于營養流失和化肥增多而堿性化，如果不對其進行處理，就如同在貧瘠的土地上中莊稼，僅僅能夠實現很小的產量。而在土地中加入了腐植酸，腐植酸與堿中和，進行酸堿中和反應，進而有效改善土壤質量，促使土壤可以再次被種植。

2.3.2可溶性鹽

土壤本身是極富有營養的，但是這些營養并不是都能夠被種植物所吸收，有一部分營養由于難以吸收而被浪費，究其原因進行分析，是由于這部分營養物質的可溶性差，因此植物難以溶解吸收。而在上文中提到了腐植酸，可溶解性強，與這些難以溶解的營養物質相結合，轉化為了可溶解的可溶性鹽，進而有效被種植物所吸收，大大提高了利用率，而如何進行配比，選用哪種腐植酸，則需要根據不同地域土地的實際情況進行分析。

3腐植酸在土壤中的作用

農業發展工作的開展需要先進的農業技術作為支撐，而腐植酸對于農業生產就有這不可忽視的重要作用，因為腐植酸不僅是土壤的重要組成，還是肥料的重要組成環節。在土壤的特殊環境下，腐植酸屬于一種親水膠體，是發揮吸附作用的關鍵環節，在不同作用力影響下，可以對各種有機或是無機復合物進行整合。并且，腐植酸作為一種微團聚體，可以將土壤中的水分、肥料、熱量等進行保持，因此在某種程度而言，土壤中各種生物活性也在不同程度上受到了腐植酸的影響。從實際意義上而言，腐植酸對土壤的意義十分深遠。如果土壤質量受到嚴重影響，那么全民食物安全和農業發展問題都會受到負面影響和制約，而腐植酸對于土壤肥力可以發揮全面提升作用，有助于土壤可持續性的提升。所以，我們更需要認識到目前腐植酸在土壤中的核心優勢和作用，只有嚴格遵守土壤肥力的道路對土壤肥力進行提升，才能對食物的本質問題進行有效解決。

4腐植酸在肥料中的作用

腐植酸也是肥料中關鍵的組成環節，基于其機理充分，我們在對這一問題進行研究的過程中主要分為以下幾點：其一，物理角度而言，腐植酸是土壤結構中最關鍵的動力支撐。腐植酸將土壤中團聚適量增加后，才能充分發揮對土壤質地的調節性優勢，從而實現對土壤水分的保持和穩定，在對土壤通氣功能進行提升的基礎上，為土壤營造更為健康的發展環境。其二，化學角度而言，腐植酸可以對土壤環境的控制力進行保障。腐植酸可以在發展過程中吸附和整個有機物污染物，實現對土壤中膠體性質的改善，在調節土壤酸堿性的基礎上，實現對土壤有機質的提升，推進土壤的良性發展。其三，在土壤角度上而言，腐植酸可以在工業化發展中得到充分利用，比如推進煤炭行業的發展。研究表明，煤炭腐植酸和土壤腐植酸之間存在一定相似性，因此在煤炭行業發展中，腐植酸也可以充分發展和使用。

5在土肥關系優化中腐植酸需要發揮的作用

5.1土壤離不開腐植酸

前文已經明確說明，土壤中腐植酸的作用十分顯著，從土壤結構上分析，礦物質重量比更大，土壤中有機質的重量十分有限。而腐植酸則是土壤中有機質的關鍵性存在方式，在有機質中占據80%以上，是土壤腐植質中最關鍵的緩解。所以在農業生產和建設過程中，我們更需要加強對腐植酸的應用，這也相當于抓住了農業生產的命脈。相關農業技術工作人員也可以借助反哺的方式借助腐植酸或是肥料對土壤養分進行調節，在推進土壤自身可持續發展的基礎上，實現對土壤環境的有效保護。

5.2肥料離不開腐植酸

隨著當前群眾環保意識的不斷提升，肥料行業也迫切需要轉型發展，而腐植酸在這一環節中也發揮著不可忽視的重要作用。在這項工作開展過程中，我們首先應該掌握和了解化肥行業當前的主要問題，并實現與腐植酸之間的合理發展。腐植酸可以在某種程度上促進鉀肥、氮肥的吸收，所以在和肥料之間的合作過程中，可以有效控制肥料的會發和分解，根本上實現對肥料活性的提升。總而言之，肥料離不開腐植酸，腐植酸在和肥料的結合過程中，通過對土壤中各項元素的融合，不僅能對肥料不足問題進行解決，還能切實提升肥料的利用效率，對于我國農業領域的整體發展尤為關鍵。

5.3在土肥關系中腐植酸的作用

在農業生產和發展過程中，土壤和肥料之間本身就是密切聯系的，二者缺一不可，比如我國黑土地的形成，也不僅僅是土壤的作用，和肥料的關系也十分密切。越是肥沃的土壤越離不開腐植酸，因此更需要加強對土壤中有機質的聚合，從而實現對土壤的反哺作用。腐植酸不僅能對土壤發揮優勢作用，還能推進肥料效率的提升，因此在土壤養分保持和肥料效率的發揮上都有十分重要的意義。此外，腐植酸還能對植物生長中需要的營養元素質量起到一定的調節和控制作用，實現化肥中營養元素的合理化控制，是化肥和土壤和諧發展的重要幫助，有助于農業整體發展水平的有效提升。

6腐植酸在農業領域中的應用

腐植酸的微觀結構決定了其具有吸附能力強、反應活性高的特點。在分散體系中，腐植酸可以起到凝聚、膠溶的作用。在農業生產中，主要從以下幾個方面利用腐植酸。

6.1利用腐植酸吸附土壤中的農藥

為了提高農作物的產量、防治病蟲害，農民往往會選擇在農作物生長過程中噴灑一定的農藥。但土壤中的農藥殘留問題不僅影響著土質情況，導致土壤出現板結問題，而且可能被植物吸收，在人類食用后，影響身體健康情況。而土壤中的腐植酸可以有效吸附農藥殘留物，以毒死蟬為例，部分腐植酸對其吸附能力可達到1000μg/g的吸附量水平。

6.2提升化肥效用

農業生產中主要會施加氮肥、磷肥和鉀肥，而富含腐植酸的土壤，可以進一步提升化肥的肥力情況。一方面，富含腐植酸的土壤對于P元素和K元素的固定作用可以得到有效緩解，使P元素以游離態形式存在，而難溶性的K元素也得以被釋放到土壤中，更容易被植物的根系所吸收，促進植物的抗倒伏能力。另一方面，由于腐植酸具有良好的生理活性，在向土壤中施加化肥后，腐植酸可以促進化肥中有效元素的釋放，使化肥的作用得以充分的發揮。

6.3腐植酸能夠實現對土質的改良

腐植酸對土壤的改良作用主要體現在三個方面，其一，富含腐植酸的土壤往往土質更加疏松，多孔的結構可以促進農作物的根系發育，并且保持土壤溫度的穩定性，防止植物根系出現受凍問題;其二，增強土壤的透氣性，防止植物根系缺氧問題的發生;其三，提升土壤的蓄水能力，避免水分過快流失問題的出現。

6.4促進農作物生長

農作物的根部是與土壤中的腐植酸直接接觸的，在向土壤中額外添加腐植酸后，可以促進農作物的根系的生長，而健康的根系對于農作物后續吸收土壤中的養分意義重大。同時，在富含腐植酸的土壤中，種子的出芽率可以得到有效提升，而發芽所需的時間也可以大幅縮短，進而提升農業生產的效率。

結束語

我國的腐植酸資源豐富、分布廣泛，且品位較高，每年都有大量腐植酸系列產品出口到其他國家。當前，對其進行理論研究已達到了較高的水平，而在生產環境進行應用的研究還不夠成熟，未能充分發揮其潛力。為進一步發揮我國的儲量優勢，充分促進農業、林業、畜牧業的發展，相關領域研究者有必要針對優化腐植酸的提取技術、降低提取成本進行深入探討。

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（作者單位：遼寧工業大學）