論腐植酸肥料及有關研究課題

王曰鑫 李 強

1 山西農業大學資源環境學院 太谷 030801

2 山東省臨沂市平邑縣農業農村局 平邑 273300

近年來，乘著全國化肥減量增效、大力發展綠色有機肥料的東風，腐植酸類肥料迎來了最好的發展時機，成為腐植酸類產品中生產量最大的產品。目前，不僅僅是腐植酸行業在生產腐植酸肥料，更多的是被國內眾多大、中、小型化肥企業所重視和生產。

縱觀我國腐植酸行業的發展歷程，腐植酸類肥料曾經歷過兩個輝煌時期。第一個時期是20世紀70年代，腐植酸類肥料被大力提倡。1974年11月16日，國務院發布了《國務院轉發燃化部、農林部關于積極試驗、推廣和發展腐植酸類肥料報告的通知》（國發〔1974〕110號文件），在全國掀起推廣腐植酸肥料的熱潮。當時最主要的產品是腐植酸銨。由于生產技術落后和不重視產品質量，加之“運動式”的推廣，導致產品魚目混珠，甚至大量的風化煤不經加工就被當作肥料施用，使用效果好壞難辯。沒過幾年，不少腐植酸肥料企業在困苦中行進。第二個時期就是近二十幾年來的快速發展階段，腐植酸肥料經過長期研究積累和生產技術的提升走在了世界的前列。更主要的是，由于長期大量使用化肥而不重視有機肥，導致耕地質量退化，農產品品質下降，農田土壤環境堪憂。因此，國家近幾年提出了化肥減量增效的發展目標。化肥既要減量還要增效，迫使傳統化肥產品必須改性。而改性化肥最好伴侶（添加物）非腐植酸（主要是腐植酸鉀、硝基腐植酸、黃腐酸等）莫屬。

此外，為了改良退化、污染、有機質貧乏的土壤，國家又對腐植酸土壤調理劑和腐植酸有機肥重新重視，所以再次迎來了腐植酸肥料的春天。為了讓腐植酸肥料產業能夠適應形勢快速發展，避免再成為曇花一現的產品，從事腐植酸肥料生產的企業和研究人員，有必要充分認識腐植酸肥料的多方面知識，重視提升腐植酸肥料的生產技術，執行國家及行業制訂的產品質量標準并生產出優質產品，合理施用腐植酸肥料，加強對腐植酸肥料應用效果科學研究等等。通過大家的共同努力，讓腐植酸肥料產業能夠更健康、有序、穩妥地發展。

1 腐植酸的來源與分類

腐植酸類物質廣泛地存在于自然界礦物、土壤與水體之中，但低階煤（有機礦物）是人們最常見和利用最多的腐植酸原料。煤炭腐植酸是動植物遺骸經微生物分解和合成以及一系列地球化學過程形成和積累起來的一類有機物質，主要原料類型包括泥炭、褐煤和風化煤。我國煤炭腐植酸資源豐富，據勘察有泥炭約125億噸[1]、褐煤約1431億噸[1，2]，風化煤資源沒做過全國的系統調查，但有資料估算，僅山西省約有風化煤資源80億噸、內蒙古自治區約有風化煤資源50億噸[3，4]，這些對發展腐植酸肥料是雄厚的資源儲備。從形成的地質年代上看，泥炭最年輕，一般形成于新生代第四紀，乃至有些現代的沼澤地下面還有泥炭在形成；我國褐煤主要形成于中生代的晚侏羅紀—早白堊紀和新生代的第三紀[5]，是年輕的、變質程度低的“年輕”煤；風化煤則主要由晚古生代（石炭紀、二疊紀、晚三疊紀）、中生代（侏羅紀、早白堊紀）和新生代第三紀生成的褐煤、煙煤或無煙煤，在近地表環境下又經過風化-氧化作用而形成。

從化學成分上看，腐植酸是一類以芳香核為主體、含有多種官能團結構的高分子有機碳物質聚（混）合體。煤炭腐植酸類物質是一種混合物，它通過化學方法，可以分離出黃腐酸、棕腐酸、黑腐酸和腐黑物[6]。例如：用火堿溶液從低階煤中直接提取出來的那部分有機酸的混合物稱作腐植酸鈉溶液，而沉淀物中的含碳物質稱為腐黑物（胡敏素）；然后用硫酸將腐植酸鈉溶液酸化，沉淀出來的部分稱作腐植酸，腐植酸中能溶于丙酮（或乙醇）的部分稱作棕腐酸，不溶的部分稱作黑腐酸；酸化后仍不沉淀（溶于酸性溶液）的部分稱作黃腐酸（又稱富啡酸）。溶于酸性溶液中的黃腐酸，也溶于堿性溶液和中性水溶液。黃腐酸、棕腐酸、黑腐酸的混合物就是人們通常所說的腐植酸。一般來說，風化煤與褐煤的腐植酸含量高，而泥炭的腐植酸含量低；但多數風化煤中含黑腐酸高、棕腐酸低、黃腐酸更低；而泥炭與褐煤中的腐植酸則是黃腐酸與棕腐酸的含量較高。從黑腐酸到棕腐酸再到黃腐酸，它們的分子量由大到小，其水溶性也由差到好，在肥料中的作用均有明顯差別。因此，不同類型的腐植酸與化肥結合時，要充分地考慮到這一點。

2 腐植酸與土壤的關系

前面所講的從煤炭腐植酸中分離黑腐酸、棕腐酸、黃腐酸的方法，與土壤學中分析土壤腐殖質組成的方法基本上是一樣的。早在1786年，德國的阿查德（Achard）第一個從泥炭中用堿溶液提取再用酸沉淀出了腐植酸。后來到1797年和1807年，德國的沃克蘭（Vauquelin）和湯姆森（Thomson）又分別用堿液從腐解植物殘體和土壤中提取出了腐植酸。由此可見，煤炭腐植酸與土壤腐植酸屬于同類型物質，最初研究所采用的化學分析方法也是相同的。德國科學家泰伊爾（Thaer）在其《合理的農業原理》一書中提出：土壤肥力決定于土壤腐殖質的含量。乃至今天，有機質含量的高低仍是我們判斷土壤肥力的重要指標之一，而土壤有機質中的主要物質和核心成分則是腐殖質。

現代大量科學研究和實踐證明，工業提取的煤炭腐植酸與土壤腐植酸在結構、功能和性質上基本相同[6]，目前已成為補充土壤腐植酸的重要來源[7]。由此，面對我國因長期大量施用化肥而退化的、有機質缺乏的土壤，根據國家增施有機肥、化肥減量增效的政策，工業提取的煤炭腐植酸是對化肥改性增效的最好有機物質，是改良土壤、提高土壤肥力的精品。土壤肥力是植物生長的基礎，土壤的理化性狀、養分指標、微生物含量等與植物生長狀況息息相關。通過添加腐植酸，能改善土壤的理化性狀、提高土壤的養分指標、促進土壤微生物含量指標的提高。

在改善土壤理化性狀方面：腐植酸在土壤中通過絮凝和溶膠作用，可形成土壤“有機-無機復合體”，進而形成較大粒徑的土壤團聚體或微團聚體，使土壤中分散的顆粒膠連在一起，降低土壤容重、增加土壤孔隙度、優化土壤液相及氣相物質、土壤熱狀況，提高土壤保持水分和養分的能力。

在提高土壤養分指標方面：（1）腐植酸具有很強的陽離子吸附和交換能力。腐植酸的加入，能明顯提高土壤陽離子交換量。（2）腐植酸及其鹽類可構成土壤溶液的酸堿緩沖體系，調節土壤pH。土壤過酸時，腐植酸鹽中的陽離子與土壤溶液中的H+進行交換，降低酸性；土壤過堿時，腐植酸的酸性官能團釋放H+，降低堿性。（3）腐植酸分子結構中多種官能團的螯合、絡合、離子交換、吸附、解吸、氧化還原等作用，不僅能提高土壤養分的肥效，還能降低土壤中重金屬和其他污染物的危害。

在影響土壤微生物方面：（1）通過改善土壤結構、理化性質、營養條件來影響土壤微生物。（2）腐植酸直接影響土壤微生物的生理活動，增加微生物細胞膜透性，促進營養物質吸收，促進微生物細胞內的生理活動、生化反應。（3）腐植酸可作為微生物體內無氧呼吸及有氧呼吸的電子受體，促進能量生成，促進微生物生長繁殖。腐植酸可增加土壤微生物的總活性，提高土壤微生物的總量，豐富土壤微生物群的多樣性，尤其可顯著增加土壤中好氣性細菌、放線菌和纖維素分解菌的數量。

總之，土壤中加入的優質腐植酸是土壤肥力形成的積極參與者和促進者，影響著土壤的理化性狀、養分指標及土壤微生物的種類和數量，能為植物生長發育營造一個營養、健康和安全的土壤環境。

3 腐植酸與化肥的關系

一般來說，肥料就是植物的營養，而腐植酸是植物營養的有機載體和增效劑。腐植酸對植物的生長有著積極作用，可促進植物對多種營養元素的吸收，可調節植物生理代謝，可提高植物酶活性，從而增強植物抗旱、抗寒、抗病蟲害的能力，使植物生長更加茁壯健康。腐植酸（主要指黃腐酸、腐植酸鉀、硝基腐植酸、優質泥炭等）作為添加物對大化肥（氮、磷、鉀）的作用機理主要表現在以下幾個方面。

（1）腐植酸是氮肥的緩釋劑和穩定劑。腐植酸與氮肥相結合，一方面由于腐植酸為復雜的大分子有機物，有多種官能團或鍵型，可將氨態氮（NH3-N）吸收、固定，轉化為有效的銨態氮（NH4+-N）+腐植酸，通過生成較穩定的絡合物，有效減少氮肥的損失；另一方面，通過調節和抑制土壤脲酶活性，降低氮釋放速度，減緩氮肥（主要是尿素、碳銨和硝態氮肥）的分解與揮發；腐植酸還通過改善C/N比和促進土壤微生物活動對氮素進行生物固持。這些作用都有效地提高了氮肥利用率。許俊香等[8]研究了腐植酸尿素對土壤氨揮發和玉米生長的影響，結果表明：與普通尿素相比，腐植酸尿素可降低氨揮發累積量33.5%，促進玉米棒干物重增加33.9%，吸氮量增加24.0%，氮肥利用率增加7.4%。

（2）腐植酸是磷肥及磷復肥的活化劑和增效劑。腐植酸類物質對磷肥的主要作用是改善了磷的化合物形態，即活化磷素，使其在土壤中的有效性大大增強[9]。腐植酸對磷素的作用，主要表現在3個方面：（a）通過絡合，減少無機磷流失，抑制土壤對水溶性磷的固定，減緩速效磷向遲效、無效態磷的轉化進程；（b）增加磷在土壤中的移動，促進作物根系吸收；（c）通過活化難溶磷，提高土壤全磷的有效性。王曰鑫等[10，11]在2004年和2008年分別研究了風化煤腐植酸和泥炭腐植酸與磷肥結合對綠豆、大豆生長的影響。結果表明：腐植酸的添加明顯提高了過磷酸鈣的有效性，尤其在生長旺盛時期，土壤速效磷的增加促進了植株對磷的吸收；與單施磷肥相比，可分別提高磷的利用率12.69%和12.51%，提高大豆籽粒中含磷量11.71%和9.14%，提高產量24.76%和18.66%。

（3）腐植酸與鉀素的關系，比氮素和磷素更親密。首先，腐植酸鉀本身就是一種好的有機鉀肥，其中腐植酸與鉀離子結合得非常好，而且水溶性好、腐植酸含量高，說明對原生礦物源腐植酸活化好。其次，腐植酸對鉀肥的作用主要有：（a）腐植酸是鉀肥的保護劑，腐植酸的官能團可大量吸收和儲存鉀離子，防止鉀在沙土及淋溶性強的土壤中隨水流失，所以腐植酸是速效鉀肥的緩釋劑；（b）腐植酸能提高植物根系吸鉀量，施用腐植酸-氮磷鉀復混肥與單施等量養分的化肥相比，水稻吸鉀能提高40%左右；（c）腐植酸鉀在葉面噴施時也能被植物葉片很好地吸收。再者，腐植酸能活化土壤中固定態鉀，對土壤中含鉀礦物有溶蝕作用，從而提高土壤全鉀有效性。王振振等[12]研究了腐植酸緩釋鉀肥對土壤鉀素含量和甘薯吸收利用的影響。結果表明，施用腐植酸促進了甘薯對鉀素的吸收，降低了甘薯全生育期土壤中緩效鉀含量及生長前期土壤有效鉀含量，提高了甘薯生長中、后期土壤有效鉀含量。與施等量氧化鉀對照相比，施用腐植酸鉀肥顯著提高了鉀肥吸收利用率、農學利用率和甘薯塊根產量，增幅分別為20.09%、42.69%和22.83%。

腐植酸增效化肥的例子不勝枚舉。許多試驗充分證明：腐植酸與化肥互作，可使氮磷鉀等營養以絡合態等形式逐漸釋放，穩、勻、足、適地供給作物營養需要，起到緩釋氮素、活化磷素、控釋鉀素的作用，大幅度提高了化肥利用率[13]。所以，腐植酸是氮磷鉀大化肥提質增效最好的綠色伴侶。

4 腐植酸肥料的產品研發與應用現狀

進入21世紀以后的大量應用實踐證明，工業提取的腐植酸改良土壤的作用十分明顯，腐植酸與化肥結合較大幅度地提高了肥料的利用率，改善了農產品的品質，特別是近幾年來國家對化肥減量增效的政策倡導，越來越多的肥料企業，尤其是許多大型化肥企業把重心轉向生產和研究腐植酸與化肥結合的肥料產品，從而促進我國腐植酸肥料的產量與日俱增，腐植酸類肥料的種類越來越多。概括起來看，目前市場上的腐植酸類肥料（包括土壤調理劑、苗床基質等）主要有以下一些類型。

（1）以腐植酸類物質為主要原料生產出的富含腐植酸的肥料。這類肥料有腐植酸鉀、黃腐酸（抗旱劑）、硝基腐植酸、腐植酸有機肥、腐植酸生物有機肥、腐植酸土壤調理劑、泥炭有機肥、泥炭育苗基質等。

（2）腐植酸與化肥結合，其中腐植酸含量占比較高的肥料。這類肥料有腐植酸銨肥、腐植酸有機-無機復混肥料、腐植酸磷肥、腐植酸微量元素肥料（腐植酸螯合單個或多個微量元素）、腐植酸中量元素肥料（硝基腐植酸鈣肥、硝基腐植酸鎂肥）、腐植酸硅肥、腐植酸硒肥等。

（3）化肥中添加少量腐植酸的肥料，或者叫含腐植酸肥料。這類肥料腐植酸含量雖低，但作用很大，在腐植酸類肥料中占比很高。其中主要有含腐植酸水溶肥料（包括大量元素含腐植酸水溶肥料和微量元素含腐植酸水溶肥料），含腐植酸尿素、腐植酸復合（混）肥料、鋅腐酸復合肥料、腐植酸包裹肥料（腐植酸包膜尿素、腐植酸包膜復合肥料）、腐植酸緩控釋肥料等。

從肥料形態上來看，腐植酸類肥料還可分為固體肥料和液體肥料等。

5 腐植酸肥料發展中需加強研究的3個問題

腐植酸肥料的發展，迎來了最蓬勃的春天。腐植酸人如何把握好這個機遇，讓腐植酸肥料產業能夠適應現代農業的需要而快速良性發展，確實有許許多多的問題需要研究解決。筆者認為，以下3個問題最為緊迫，是影響腐植酸肥料產業健康、快速發展而亟待解決的問題。

（1）深入開展腐植酸“碳營養”等重大理論問題的研討。腐植酸是不是肥料？一直存在著原則性的分歧。如果腐植酸是“肥料”，則它的作用不僅僅是“助劑”，而是為植物提供碳營養的“碳肥”。這個問題涉及到腐植酸對促進植物生長的深層原因和機理問題。由于腐植酸本身的氮磷鉀養分含量很低但碳元素非常豐富，而碳元素又排在17種植物必需營養元素之首。所以，有人大膽地提出了腐植酸是“有機碳肥”的概念[14]，也有人提出腐植酸肥料就是綠色低碳肥料[15]。例如李瑞波等[14]提出：目前土壤板結嚴重，作物也出現嚴重的“缺碳病”；農作物在許多情況下處于“碳饑餓”之中；農作物缺碳會導致作物根系衰弱甚至腐根、早衰、亞健康、易倒伏、葉綠體發育不正常、防病抗逆機能差、產量低、品質低、果實發育不正常、種質退化等。碳是植物必需的基礎元素，是生命之源；植物體內碳元素占植物必需營養元素總量的50%以上，碳養分是礦物質養分的組合者，碳養分形成植物有效組織的“碳框架”，將各種礦物質元素組合于其中而形成有機質。腐植酸是“有機碳肥”，以小分子水溶有機碳形態存在，可被植物和微生物直接吸收，見效快、肥效高。有機碳肥精細、高效，其有機營養肥力是傳統有機肥的10～20倍。華南農業大學的廖宗文教授也認為：近30年來，我國農業的高復種指數與長期過量使用化肥導致土壤中C/NPK發生了劇變，土壤有機碳營養消耗非常嚴重，作物因碳養分嚴重失衡而生長不良，抗性降低，土壤連作障礙越來越嚴重[13]。目前的平衡施肥理論與生產實際中所用的復合（混）肥只考慮了氮磷鉀等養分，而忽略了植物需求量最大的碳元素。作物依靠自然狀態的CO2營養，這種靠天補碳方式僅能滿足其需求的五分之一；通過腐植酸“有機碳肥”補碳，可以有效地消除“碳饑餓”而實現碳平衡。

但腐植酸是“有機碳肥”的說法也遭到了不少學者的反對。他們依據傳統的理論，認為植物的光合作用是植物碳素營養的來源，而光合作用所需的CO2來自于空氣，而且取之不盡用之不竭，不存在“碳短板”的問題；認為腐植酸并不是“有機碳肥”，它的作用主要是生長刺激性功能；少量的水溶性小分子腐植酸可能被植物吸收，但數量微乎其微。

還有一些現象令人疑惑，比如：一是溫室大棚施用CO2氣肥有明顯的效果，可否證明某些條件下空氣中光合作用所需的CO2也供應不足？二是氨基酸施入土壤，有些會被植物根系直接吸收，那么與氨基酸類似的水溶性腐植酸是否也有可能被植物根系直接吸收？三是如果不注重補充，隨著耕種次數的增加，土壤有機質會越來越貧乏，可否說明其中的有機碳可能被植物吸收利用了？

筆者認為，腐植酸無論加入土壤還是與化肥結合對促進植物生長都有很好的效果，但深層的機理迄今沒有完全搞清楚。在此情況下，水溶性腐植酸作為“有機碳素”被植物吸收利用的爭議是有積極意義的。但目前的“論據”都是理論推斷，實際研究證據不足，建議腐植酸學術界繼續深入研究，將腐植酸科學水平提到新的高度。

（2）必須加強腐植酸肥料的應用基礎研究。目前，腐植酸肥料產品雖已蓬勃發展、種類繁多，但因腐植酸物質成分與化學結構的基礎研究一直是腐植酸領域的薄弱環節[16]，導致腐植酸肥料的化學成分、作用機理至今仍不很清楚。有的腐植酸肥料新產品開發與鑒定更是只講作用好，而作用機理難以闡明。故此，加強腐植酸與腐植酸肥料的應用基礎研究非常必要。首先需要廣泛開展腐植酸肥料應用的田間試驗以及深入研究各種腐植酸肥料產品組分的構成原理與檢測方法。其次要重視腐植酸肥料作用機理的研究。從前面關于腐植酸是不是“有機碳肥”的討論也可看出，加強腐植酸中的有機碳對植物生長作用機理的研究非常重要；加強腐植酸與化肥的結合態物質通過土壤被植物營養吸收的遷移轉化過程的研究也非常必要。這些基礎研究都能為腐植酸肥料標準的制訂和腐植酸肥料產業的科學發展起到推動作用[17]。

（3）充分認識腐植酸肥料評價體系建立的必要性，加快腐植酸肥料標準的制修訂。早在十多年前，中國腐植酸工業協會為推動腐植酸肥料健康發展，支持成立了全國肥料和土壤調理劑標準化技術委員會腐植酸肥料工作組。該工作組后來發展成為全國肥料和土壤調理劑標準化技術委員會腐植酸肥料分技術委員會，起草和申報了一系列腐植酸肥料方面的國家標準和行業標準。近年來，國家標準化管理委員會、農業農村部加強了腐植酸系列標準的制訂，又出臺了許多腐植酸肥料方面的國家標準和行業標準。許多腐植酸肥料企業也根據自身發展，制訂了眾多腐植酸肥料企業標準。這些標準的發布對推動腐植酸肥料規范的發展起到了積極作用。但是，腐植酸肥料標準的制訂與頒布仍滯后于市場的需求，同時一些已有標準也存在過時、老化問題，跟不上形勢發展，是制約腐植酸肥料產業發展的因素之一。所以，加快肥料標準的制修訂，緊密圍繞腐植酸肥料行業發展和市場環境需要，不斷完善我國腐植酸肥料標準化體系，制定出更多、更先進、適用性更強的各類標準，通過標準化工作，推動和引領腐植酸肥料產業規范和健康發展。