腐植酸：為開啟生物刺激素第5次農業生產資料變革大門舉旗定標

李 雙

中國腐植酸工業協會 北京 100120

近年來，生物刺激素在農資行業已成為有非常影響力的產業，可謂第5次農業生產資料領域革命產物。腐植酸生物刺激素居5大類生物刺激素（腐植酸、氨基酸、微生物、海藻酸、無機合成物）之首[1]，頗具活力，且天然、質優、性情溫和。新時期，面向我國以國內大循環為主、國內國際雙循環相互促進發展的新格局，讓腐植酸為開啟第5次農業生產資料大門舉旗定標具有重要現實意義。

1 5次農業生產資料革命

細數現代農業發展，歷經了多次重要的革命，不僅改變了傳統農業粗放式生產模式，也大大提高了糧食單產，推動農業發展取得巨大進步。其中，種子是實現農作物高產優質的內因，是承載其他變革的重要載體；農機是推動現代農業進程的物質條件，是保障農業生產的重要手段；而化肥→農藥→地膜→除草劑4次革命，以及新生的生物刺激素第5次技術革命，貫穿植物生長全過程，于土壤安全、糧食安全、環境安全、氣候變化等息息相關，可稱之為狹義的農業生產資料。

1.1 第1次農業生產資料革命：化肥

化肥始于硫酸銨，源于歐洲，是工業革命的產物。1800年，英國率先從工業煉焦中回收硫酸銨作為肥料[2]。1840年，德國農業化學家李比希提出的“植物礦質養分理論”[3]使得化肥工業興起，掀起了農業生產資料第1次革命。此后，1842年英國用硫酸分解磷礦石生產出過磷酸鈣[4]，1860年德國人從鉀鹽礦中提煉出鉀肥[5]，1908年德國諾貝爾化學獎獲得者Fritz Haber（1918年）和 Carl Bosch（1931年）發明了合成氨技術和工藝。隨著生產工藝的發展，化肥的濃度逐漸提高，養分由單一向復合化發展。化肥工業經過200多年的發展，為世界農業和糧食安全作出的貢獻毋庸置疑。然而，面對資源、能源、食品安全和生態環境安全的巨大壓力，化肥工業必須進行變革即綠色轉型升級。腐植酸集合大中微量營養元素及有益元素，制成的腐植酸功能性肥料發揮了先鋒隊作用，經過時間和實踐的檢驗已成為肥料行業綠色化發展的先進代表。

1.2 第2次農業生產資料革命：農藥

農藥應用早在3000年前，荷馬《奧德塞》中介紹了硫具有殺菌作用。1851年法國人格里森（M.Grison）研制的石硫合劑開始在全球范圍內得到廣泛應用，使得無機農藥興起，極大地緩解了農藥緊缺的現象[6]。直到1939年，諾貝爾生理學或醫學獎的獲獎者——保羅·赫爾曼·穆勒發現雙對氯苯基三氯乙烷（1873年，維也納化學家發現）具有良好的殺蟲效果，并把它命名為DDT，有機合成化學農藥產業興起[7]。今天，推進農藥減量化、保護生態環境是大勢所趨。腐植酸與農藥配伍，低毒、高效、安全、環保，是開發現代綠色環保型農藥的一個優良助劑[8]。

1.3 第3次農業生產資料革命：地膜

地膜應用始于20世紀40年代，1943年日本最早嘗試用塑料薄膜覆蓋地面進行作物生產[9]，具有良好的增溫、保墑、除草等作用[10]，掀起了一場“白色革命”，為當時農業增產（30%～50%）作出了積極貢獻。然而，由于長期重使用、輕回收，隨著農用地膜的用量和覆膜年限增加，廢舊地膜在土壤中的殘留量逐年增多，曾被譽為“白色革命”的地膜殘留成為農村“白色污染”的主要來源[11]。今天，全生物可降解地膜替代技術解決“白色污染”成為新趨勢。腐植酸黑色可降解地膜是一項革命性的技術，將在今后農業生產中廣泛應用[12，13]。

1.4 第4次農業生產資料革命：除草劑

除草劑應用始于19世紀末期，法國、德國、美國同時發現硫酸和硫酸銅等的除草作用，并用于小麥等地除草[14]。1942年，H.B.Tukey和CeliaKitby等成功地合成了氯化苯氧乙酸類化合物2，4-D，從此有機化合物作為除草劑使用，也標志著現代化學防治雜草技術的開始[15]。20世紀80年代，除草劑品種的開發更為迅速，每年上市的品種有7～18個，成為除草劑發展的鼎盛時期，尤其是磺酰脲、咪唑啉酮、磺酰胺和嘧啶水楊酸等超高活性類型產品的成功開發，將除草劑品種開發推向超高效階段，給化學除草技術及環境保護帶來了革命性的變化。今天，除草劑逐漸成為種植者的一種重要工具，發展高效、低毒、易降解、殺草譜廣、水性化劑型、滅生性除草劑將成為主流。然而，大量施用化學除草劑帶來了環境污染危機，長殘效除草劑的應用引起了殘毒藥害，導致下茬作物減產甚至土地退化[16]。在現代除草劑變革中，腐植酸與除草劑配伍，高效、低毒、廣譜、用量少，且減少漂移，對環境污染小[8]。

1.5 第5次農業生產資料革命：生物刺激素

20世紀70年代以來，生物刺激素在農資市場上一直很活躍。它既不是激素也不是農藥更不是肥料[17，18]，而是介生其間發揮單一農資難以補益的調節作用。因其具有針對性強、作用面寬、使用量少、經濟安全、環境績效好等優勢和特點，迅速發展成為服務現代農業的一支新生力量[1]。尤其面對全球氣候變化、新生農業、精準農業發展的要求，在化肥、農藥、地膜、除草劑4類農業生產資料必須綠色轉型、提質增效的背景下，生物刺激素已成眾多產業界、學術界、科研領域、分析機構專家眼中的新寵兒。腐植酸位居5大類生物刺激素之首[1]，為生物刺激素產業舉旗定標恰如其分。

2 正確認識生物刺激素產業

2.1 生物刺激素產業共識

（1）生物刺激素產品在前。

“生物刺激素”一詞，最早由西班牙格萊西姆礦業公司于1974年提出[19]，當時并未對生物刺激素有明確的定義，只是相應地推出了一系列產品，這些產品可用于蔬菜、花卉、盆栽植物、設施保護地和非保護地等，能有效地滿足全球不同地區、不同作物、不同資源條件下的作物肥料調節需要。足以說明，生物刺激素產品應用在前。

（2）生物刺激素產業形成。

近年來，生物刺激素產業在全球興起并迅速發展。

國際市場：歐美地區成為生物刺激素產品的最大市場，以北美、拉美、西歐、東歐、非洲等區域為主[1]，其應用較為成熟，2011年6月歐洲生物刺激素產業聯盟成立，是其產業化的一個重要標志[20]。

中國市場：實際生產中早有應用，但引用生物刺激素概念不足10年。生物刺激素在我國沒有明確的登記地位，目前主要作為肥料進行登記，這在一定程度上限制了該類產業的健康發展。

（3）生物刺激素產業管理。

關于生物刺激素的歸屬問題，是農藥還是肥料領域管理，至今仍未統一。

美國環保署（2019）發布了一份指南草案，建議在農藥法規下對天然存在的生物刺激素進行管理并登記為農藥。依據《聯邦殺蟲劑、殺菌劑和殺鼠劑法案》（FIFRA）7 U.S.C. 136-136y，對這些產品按農藥進行監管[21]。歐盟新版肥料法規（2019年7月15日生效，2022年7月正式實施），將生物刺激素納入肥料產品管理，同時修改農藥法規的管轄范圍，從法規層面明確了生物刺激素的歸屬[22]。對于一些界限不明確的產品，強調從產品的主要功效以及定位出發，選擇合適的上市路徑。

在我國，從法律定義上來講，生物剌激素產品登記地位不明確，一部分以肥料的名義登記，一部分以農藥登記[23]。不論是農藥還是肥料，目前主要是以其中所含有的有效成分登記。建議屬于生物刺激素類的產品，實行統一登記，以利于讓農民更快接受、產品更快推廣、國際化深度融合。

2.2 生物刺激素的概念

隨著生物刺激素產業快速興起并不斷發展，國際、國內紛紛對生物刺激素概念作出不同的描述或定義。

（1）2011年7月，美國生物刺激素聯盟首次對生物刺激素進行了定義：一種物質，當施用于作物、種子、土壤或者生長媒介時，同已有的施肥計劃相結合，提高作物養分施用效率，或者對作物生長和脅迫響應提供其他直接或間接的益處[17，19，24～26]。

（2）2012年7月，歐洲生物刺激素產業聯盟在第一屆國際生物刺激素大會上對生物刺激素進行了定義：植物生物刺激素是一種包含某些成分和微生物的物質，這些成分和微生物在施用于植物葉圍或者根圍時，其功效是對植物的自然進程起到刺激作用，包括加強/有益于營養吸收、營養功效、非生物脅迫抗力及作物品質，而與營養成分無關[17，25]。這次會議，使得歐洲率先在思想、理論、技術等方面掌握了話語權。

（3）2015年11月，歐洲生物刺激素產業聯盟召開第二屆國際生物刺激素大會，對生物刺激素重新進行了定義：是指一類物質和（或）微生物，當被應用于植物葉圍或根圍時，具有刺激植物體內自然的生理過程，以提高營養吸收、營養利用效率，耐非生物脅迫及提高作物品質，且功效與其營養成分相獨立[17]。

至今，關于生物刺激素，學術上未有統一的說法，業內叫法也多種多樣，如生長調節劑、植物抗性增強劑、天然抗性促進劑、活力增強劑、植物激活劑、誘導因子、植物強壯劑、生理激活劑、植物助長劑、生物活性劑、生物刺激劑、土壤改良劑……。事實上，這些叫法因人而異，并非準確，但也無可厚非。我們有理由相信，隨著產業發展不斷成熟，一個科學的名稱和定義更容易被大家接受。

2.3 生物刺激素產業前景

生物刺激素已被證明能夠影響作物的多個代謝過程，如呼吸作用、光合作用、離子運輸、氧化還原反應、DNA合成等，其有機來源及環境無毒害性成為推動消費需求不斷增長的重要因素。現代有機農業的快速發展、作物產量增長遭遇瓶頸、綠色健康優質農產品需求的增加、農業生態環境破壞的加劇等都將擴大對生物刺激素的新需求。

（1）構筑農業立體防控體系。隨著人類活動引發的土壤問題與環境問題越來越嚴重，氣候變化和極端天氣的頻發，以及農藥和肥料抗性、過量、缺乏、不平衡等原因，農業生產必須面向綠色、安全、環保、可持續等方向發展。對此，建立土壤生態、作物根際、植株葉面“三位一體”立體化防控體系是必然趨勢和時代要求。生物刺激素作為“植株立體防控”的重要技術手段，隨著科學技術的進步必將揭示出強大的生命力。

（2）促進農藥化肥減量。生物刺激素是植物的“改良劑”。比照農藥，生物刺激素可以誘導植物抵抗真菌、細菌及病毒等病害。比照肥料，生物刺激素可以大幅提高作物對肥料的吸收利用率，獲得更高的產量和品質。研究表明，生物刺激素可使肥料使用效率增加5%～25%，農藥用量節省10%～15%。通過精量灌溉，肥料的使用效率更高，產量增幅最少為5%～10%[19]。簡而言之，生物刺激素最優秀的特質，僅僅微量即可實現功能倍增、減藥減肥的功效。但是，生物刺激素并不直接威脅肥料的消費，最可能的情況是放緩市場上已經幾乎成熟的主流肥料的消費。

（3）提高農產品品質。隨著人們生活水平的提升，對于高品質的農產品、優質的食物乃至功能保健型食品的需求都在不斷增加。研究發現，生物刺激素可以提高農產品的質量屬性，包括外在品質（如著色、果實大小、耐貯性等）和內在品質（如糖、Vc、蛋白質、淀粉含量等）[27～29]，還可以提高果實的抗氧化活性，對人體健康有著重要意義。

（4）調節植株氣候變化。生物刺激素調節植株氣候變化意義重大，是幫助作物構建復原能力以應對氣候變化的關鍵手段，與新型良種具有同等重要性。比利時列日大學讓布盧農業生物技術學院Patrick du Jardin教授指出“生物刺激素現在被視為作物種植和可持續性的第四大支柱，其他三個支柱分別為種子、肥料和植保產品，我們應利用生物刺激素來解決諸如氣候變化以及作物收獲損失等問題”[30]。

（5）市場越來越旺盛。當前，生物刺激素在全球農業的應用率正獲得顯著增長。據美國市場研究機構Markets and Markets（M&M）數據顯示，生物刺激素的全球市場份額在2015年銷售額達15億美元，并且以復合年增長率超過10%的速度發展[19，31]，2017年大約是20億美元，到2022年將達到32.9億美元[31]，未來10年市場銷售額將超過50億美元，市場前景非常廣闊。

3 腐植酸生物刺激素引領眾長

3.1 腐植酸生物刺激素概念

腐植酸生物刺激素主要是以煤炭（風化煤、褐煤、泥炭）或潔凈的生物質資源為原料，通過工業提取或生物轉化而制成，適用不同區域、不同土壤、不同植物、植物不同生長階段的相關農用產品，兼具改良土壤、激發作物生長潛能、提高作物營養吸收和利用、增強作物抗逆能力、提高農產品產量、改善農產品品質、減少有害氣體排放等多元化功效，以達經濟、社會和環境效益的統一為目的[1]。

3.2 腐植酸生物刺激素作用特點

腐植酸生物刺激素產品特點突出，主要表現在以下6個方面。

（1）自然親和。腐植酸來自于土壤、水體、煤炭等自然之中，其屬性天然、生態、有機、綠色和環保。通過工業化利用腐植酸，其產品調和性強、適應性廣[1]。

（2）抗逆性強。腐植酸含有多種活性官能團，通過酚羥基/醌基通過氧化/還原作用相互轉化，使得作物體內不斷形成瞬時自由基，強化了新陳代謝過程，從而提高了作物的生理活性、健康水平和抵御各種惡劣環境的能力，包括抗旱、抗寒、抗鹽堿、抗病蟲害、抗干熱風、抗倒伏、抗重茬、抗重金屬等逆境脅迫能力，這對于氣候變暖大背景下的農業生產十分重要[32，33]。

（3）靈活多效。腐植酸可以復合大、中、微、有益營養元素，通過優化養分組合，以發揮肥料的功效為主；腐植酸可與多種農藥進行單配、復配或混配，以發揮農藥的功效為主；腐植酸還可與其他農資產品精準融合，發揮提質增效作用[1]。

（4）經濟安全。腐植酸生物刺激素產品具有節約資源、利用率高、使用量少、無（低）毒無殘留等特點，可減少對土、水、氣污染物的排放，且減少對植物的傷害[1]。

（5）愈專愈活。腐植酸是大分子有機弱酸聚合物，分子量從幾百到幾百萬，變化范圍巨大，且含有多種官能團，具有很強的物理、化學、生物活性，可以根據不同區域、不同植物、植物不同生長階段等，開發功能性、專一化、多元化產品[1]。

（6）應用廣范。腐植酸生物刺激素產品可速效、可長效、可二者兼具，腐植酸生物刺激素產品可根施、沖施、葉面噴施，廣泛應用于大田作物、蔬菜、果樹、花卉等[1]。

3.3 腐植酸生物刺激素引領眾長

在現代農業生產中，生物刺激素表現出非常好的效果。腐植酸與海藻酸、氨基酸以及微生物菌劑3類生物刺激素相比（無機合成物未列），優勢明顯，見表1。

表1 4類生物刺激素比較[1，34]Tab.1 Comparison of four biostimulants

通過表1分析，腐植酸生物刺激素在礦質資源、活性基團、功能開發、技術/產品標準、環境友好等方面優勢明顯。

4 腐植酸生物刺激素產業發展建議

面向國內大循環，基于化肥減量化、土壤污染治理、綠色農業發展等需要，應對腐植酸生物刺激素產業進行戰略規劃，開展物質分類、基礎研究、檢測方法研究等，完善標準體系，建立規范的市場準入、登記和監管程序，促進國內腐植酸生物刺激素市場的健康發展，同時推動產業國際化發展進程。

4.1 明確物質分類

不論是風化煤、褐煤、泥炭還是生物質來源；不論是大分子，還是小分子；本著簡單性、唯一性和一致性的原則，應從產品的物理屬性、化學屬性、生產屬性、工藝屬性、用途屬性、服務屬性等方面，將具有相同屬性的產品進行分類，并為每一類產品制定產品規范和統一的技術標準。

4.2 加強基礎研究

由于腐植酸生物刺激素的成分相對復雜，不同來源的腐植酸其作用機制還不是十分明確。在今后的研究中應深入8方面的研究：

（1）腐植酸生物刺激素基礎材料選擇；

（2）腐植酸生物刺激素基礎學原理；

（3）腐植酸生物刺激素在可控條件和露天環境中表型反應；

（4）腐植酸生物刺激素純化技術及功能性產品開發；

（5）腐植酸生物刺激素用途的多樣化特征；

（6）腐植酸生物刺激素對農產品收獲后的生物學特性；

（7）腐植酸生物刺激素在作物特定生長階段針對性施用；

（8）同時引入分子生物學、代謝組學等技術，開創新的研究模式。

4.3 直面國際標準

腐植酸生物刺激素以其獨特的功效得到了越來越多的認可，但其檢測方法還不完善，產品功效尚不明確。這種產業發展比其標準和法規更快的現象，很容易造成市場混亂，甚至對整個行業產生威脅。對此，腐植酸標準化體系建設應充分考慮與國際標準接軌，參照歐盟已有生物刺激素相關標準，考慮各國的差異，制定符合國際化市場要求的標準，以讓腐植酸生物刺激素更快速、便捷地占領國際市場，快速發展。

4.4 細化管理分類

目前，腐植酸生物刺激素在我國以肥料登記，這不僅不能完全反映腐植酸生物刺激素的多種功能，還在一定程度上對行業發展造成了阻滯。對此，建議國家農業有關部門的支持，參照國際生物刺激素產業管理方法，設立專屬于“生物刺激素”產品的登記管理。

4.5 建立產業聯合體

目前，雖然腐植酸生物刺激素在國內外生產銷售市場火爆，但以初級產品居多，高端產品市場為國外所壟斷。對此，通過建立腐植酸生物刺激素“政+經+產+學+研+用”聯合體，以集中優勢解決高效生產技術問題，在激烈的國際競爭市場中形成核心競爭力，以更好地服務我國乃至世界新生農業可持續發展。

5 結語

生物刺激素與傳統化肥、農藥相比，它既能提質增效化肥、農藥，還能將二者功效集于一體，又有其獨特的功能。腐植酸生物刺激素與其他化學合成品相比，既具有自然環保的屬性，又可實現經濟效益、社會效益、環境效益俱佳的多贏效果，為生物刺激素產業舉旗定標優勢明顯。當前，基于我國的基本國情，在國家鼓勵、生產需要、業界推動下，腐植酸生物刺激素不僅為我國“化學農藥肥料減施增效”提供動力，還將邁上國內、國際綠色農業發展的快車道。