黃腐酸對植物生長作用效果研究

張永霞，張英杰,2，鞏冠群,2，徐恒山，袁飛

(1.中國礦業(yè)大學 化工學院，江蘇 徐州 221116;2.中國礦業(yè)大學 煤炭加工與高效潔凈利用教育部重點實驗室，江蘇 徐州 221116)

黃腐酸(Fulvic acid，簡稱FA)是一種可溶于酸、堿的灰黑色粉末狀物質，含有羥基、氨基等基團，廣泛應用于農業(yè)、醫(yī)藥等領域[1]。黃腐酸品質高、濃縮性好，是腐植酸(Humic Acid，簡稱HA)中活性和抗逆性最好的組分，具有提氮、解磷、促鉀以及提高肥料的利用率功能[2-3]；使土壤形成團聚體速度加快，改善土壤的理化性質[4]。與腐植酸相比，黃腐酸是具有低分子量的大分子有機化合物，含有多種活性官能團，易于被植物吸收，從而加快植物生長速度[5]。同時，黃腐酸產品在農業(yè)發(fā)展中屬于綠色產品，對保護環(huán)境、保護人類健康有著十分重要的作用[6]。

1 黃腐酸概述

1.1 黃腐酸的來源

黃腐酸的來源有兩方面，第一，發(fā)酵法。將碳源、氮源、無機鹽等作為原料，加入培養(yǎng)的黃腐酸生產菌種進行發(fā)酵，經過固液分離后，液體提取濃縮成為黃腐酸，固體干燥后成為高效有機肥。發(fā)酵產生的黃腐酸中含有芳香族羥基羧酸，也含有一些氨基酸、蛋白質等物質[7]。第二，從自然界(土壤、煤炭)中提取。從褐煤、風化煤等中提取的腐植酸，稱為礦源腐植酸。根據(jù)理化性質和相對分子質量，可以將礦源腐植酸分為黃腐酸、棕腐酸和黑腐酸，其中，黃腐酸可溶于水和酸；棕腐酸可溶于丙酮或乙醇；黑腐酸只溶于堿溶液[8]。相比之下，腐植酸的總量在土壤中占比最大，但是平均濃度很低，腐植酸在泥炭、褐煤和風化煤中含量較高，大約為10%～80%，因此，從煤炭提取黃腐酸經濟價值較大[9]。

1.2 黃腐酸的分子組成

黃腐酸主要由碳、氧、氫、氮、硫和磷等元素組成。其中碳含量最多，大約為40%～60%，其次是氧含量，大約為30%～50%，氮、硫和磷含量分別為1%～4%，0～2%和0～0.03%[10]。黃腐酸含有芳香環(huán)、芳香脂肪醚、羧基、糖和氨基酸等[11]，因此，黃腐酸的生物利用度高，對土壤碳氮循環(huán)和有機污染物的遷移和轉化有很大影響[12-13]，羧基同時能夠抑制生長素氧化酶的活性，減少對生長素的破壞，從而利于根、莖生長，使作物發(fā)根快，根系增加增長，提高作物吸收水分、養(yǎng)分能力[14]。

2 黃腐酸在農業(yè)上應用

黃腐酸在農業(yè)、醫(yī)藥、保健等諸多領域方面都有獨特功效，在農業(yè)上應用最為成熟廣泛，在小麥、玉米、紅薯、油菜等數(shù)十種作物種植培育中黃腐酸應用效果顯著，例如提高了抗逆性，增加了產量，同時改善了作物品質[15]。目前，黃腐酸對農作物的影響主要為促進種子萌發(fā)、促進植物生長、改善植株品質以及增進肥效等。

2.1 促進種子萌發(fā)

有研究發(fā)現(xiàn)，在對種子進行浸泡時添加黃腐酸類產品可以使其發(fā)芽率顯著提高，而且這種情況下生長出的幼苗比未添加黃腐酸類產品生長出來的幼苗要更加粗壯，植株的高度和根系的生長都有很大的變化，因此黃腐酸也被稱為天然生根粉。宋摯等[16]用添加量分別為稻種重量的 0,0.2%,0.5%,1%,5%,10%的黃腐酸鉀對稻種進行拌種處理，實驗發(fā)現(xiàn)當黃腐酸鉀用量為1%時，水稻發(fā)芽率達到最佳，同時，黃腐酸鉀促進了水稻秧苗進行光合作用后產生的可溶性糖的轉化，使得添加黃腐酸鉀處理的水稻苗可溶性糖含量明顯低于未添加黃腐酸鉀的水稻苗，從而提高了水稻苗的活性。劉佳歡等[17]將含有20.6%的黃腐酸、56.9%的有機質以及少量水分和有效活菌的黃腐酸肥料，施加在小麥上，結果發(fā)現(xiàn)當用量為2 g/kg時，種子發(fā)芽率達到100%，而在黃腐酸肥料用量為10 g/kg時，會出現(xiàn)“燒苗”現(xiàn)象，這說明在使用黃腐酸產品時需要控制用量，以此來達到更好的效果。

2.2 促進植物生長

在氮素中施加黃腐酸對作物的生長發(fā)育有很大影響。當?shù)亍ⅫS腐酸含量充足時，較多的蛋白質在作物體內合成，植株細胞分裂和增長的速度加快，同時，黃腐酸可以降低作物葉片的蒸騰速率，從而在植物和土壤中保持更多的水分，促進根系發(fā)育，使植株能夠吸收更多的水分以及養(yǎng)分[18]，因此植物綠葉生長速度加快，進行光合作用的葉面積更多，促進植株更快生長。黃腐酸對刺激多糖酶活性也有很好的效果，使幼嫩的細胞壁果膠質發(fā)生水解，細胞壁軟化，細胞更容易發(fā)生伸長和分裂，因此，黃腐酸對加快新生組織年幼細胞生長有顯著效果[19]。此外，黃腐酸能夠幫助微量元素通過細胞膜在細胞內釋放，因此，通常認為黃腐酸適合于葉面施用， Cu、Fe、Mn和Zn等微量營養(yǎng)素易于被葉片更好的吸收[20]。梁譽[21]用不同的施用方法給水稻施用生命源黃腐酸生物有機肥(顆粒)和水溶肥料(黃腐酸營養(yǎng)液)，和常規(guī)施肥對比得出，同時施加常規(guī)肥與黃腐酸生物有機肥(顆粒)葉綠素含量高于只施加常規(guī)肥6.5%。閆嘉欣等[22]對大棚黃瓜在整個生長期施用黃腐酸液體肥，黃腐酸分子被黃瓜根系吸收進入黃瓜體內，因此提高細胞膜的通透性，刺激黃瓜的生長，與普通施肥相比，黃瓜總產量增加了16.38%。

2.3 改善作物品質

黃腐酸能加強酶對糖分、淀粉、蛋白質、脂肪及各種維生素的合成運轉，刺激多糖酶的活性，使多糖轉化為可溶性單糖，從而提高果實甜度，改善作物品質[23]。對作物施用黃腐酸能夠提高其本身的抗逆性和免疫力，增強植株吸收養(yǎng)分的能力，還能改善土壤的微生物環(huán)境，以改良土壤來達到作物增產的作用。王永衛(wèi)等[24]在蘋果園中，噴灑黃腐酸溶液3次，蘋果產量比對照組提高24.3%。周鑫[25]采用大區(qū)對比法，在對照組(當?shù)爻Ｒ?guī)施肥)的基礎上增施黃腐酸生物有機肥，實驗結果為處理區(qū)比對照區(qū)玉米的平均穗長增加了0.7～1.2 cm，禿尖長度減少0.4～1.2 cm，平均穗粒數(shù)增加14.8～21.2粒，百粒重增加0.2～0.8 g，增產率達3.7%～5.0%。

2.4 增強作物的抗逆性

我國很多地區(qū)面臨著嚴重缺水，農業(yè)活動中水資源的限制導致作物產量或糧食質量降低[26]。黃腐酸可以提高植株的適應性，以此來減輕干旱給作物帶來的危害。李愛梅等[27]對平邑甜茶幼苗采取自然干旱的方式進行干旱控水處理，設置對照組(施加清水)和處理組(施加200 mg/L的黃腐酸)，結果表明，在脅迫處理過程中，處理組葉片相對含水量始終顯著高于對照組，增幅為13.13%～28.62%。原因在于黃腐酸在干旱脅迫處理過程能夠誘導蛋白質合成，促使可溶性蛋白含量增加，脯氨酸含量增加，從而細胞吸水以及保水的效果增強，以此來維持細胞內水分對細胞壁的壓力，抵御干旱脅迫[28]。劉漢士[29]研究發(fā)現(xiàn)，黃腐酸增強作物抗旱的機理主要在于：①黃腐酸使作物內的脫落酸(ABA)含量升高，ABA會縮小氣孔開度，促進脯氨酸等調滲物質的積累，使植株保持較多水分；同時，使根系發(fā)育更好，增強其活力，讓處于干旱條件下的植株吸收較多的水分和養(yǎng)分；②黃腐酸中含有羧基基團，這種基團可以抑制植株體內生長素氧化酶的活性，增加生長素的含量，對植株根、莖的生長有利，同時，使植株吸收水分、養(yǎng)分的含量增加，維持進行正常的生命活動。

黃腐酸能夠提高作物抗寒性。黃腐酸可提高植物體內ABA的含量，ABA能夠增加作物體內脯氨酸的含量，脯氨酸是一種重要的植物細胞質內滲透調節(jié)物質，對穩(wěn)定生物大分子結構，使冰點下降有重要作用，以此來提高作物的抗寒能力[30]。

在抑制有害病菌方面，黃腐酸也表現(xiàn)出了優(yōu)良品質，一些研究表明腐植酸在減少某些植物病害方面有很大作用[31]。黃腐酸中有羥基、羧基、苯羧酸等基團，這與一些苯氧羧酸類、酚類農藥的有效成分相同，具有一定的抑菌抗病毒作用，為有益微生物提供了優(yōu)良的環(huán)境[32]。Abdel-Monaim等[33]對大豆種子施用2 g/L的黃腐酸后，與對照組相比，其大豆萎蔫程度降低，研究表明施加黃腐酸增加了植物中酚類化合物的含量，并導致對尖孢鐮刀菌的系統(tǒng)抗性誘導。

2.5 改善土壤理化性質

黃腐酸可以改善土壤結構、增強土壤保水保肥性、調節(jié)土壤pH值。其含有的活性基團大多是給電子基團，能夠接受很多電子構成配位化合物，再與尿素結合，形成穩(wěn)定性極高的化學鍵，以此來提高氮素的有效性[34]。研究表明，施用黃腐酸鉀對降低土壤容重有顯著性變化，可以顯著提高土壤CEC(陽離子交換量)，再通過陽離子交換、絡合以及吸附等方式固定土壤養(yǎng)分；施用黃腐酸復合肥可以增加土壤中氮、磷、鉀養(yǎng)分的含量，在作物的生長期間給它們提供良好的養(yǎng)分[35]。鹽脅迫對植物產生不利影響，包括葉片含水量、養(yǎng)分吸收、光合作用、生長和產量的降低[36-38]，如高濃度的Na+和Cl-會產生特定的毒性效應，影響植物生理狀況，也阻礙了植物對水的利用[39]，大部分植物在生長過程中最合適的pH值為5.5～7.0，黃腐酸能夠調節(jié)土壤的pH值，改善土壤的鹽堿性，使得植物生長得更好[40]。同時，黃腐酸固氮能力好且能緩釋，也能夠釋放被Al3+等固定在土壤中的磷，進而提高土壤的肥效，再螯合微量元素并促進植株的吸收利用。

2.6 提高土壤肥效

黃腐酸在增加氮肥肥效上表現(xiàn)出良好的效果。黃腐酸中含有羧基、酚羥基以及某些含P、O、N、S的基團，這些基團一般為電子給予體，能夠與很多金屬離子、有機基團等配位，形成配位化合物，這使氮損失減少，提高了氮肥的利用率。Bogutap P等[41]研究發(fā)現(xiàn)，硝基黃腐酸經過氧化后，抑制了尿酶的活動，減少尿素的揮發(fā)；碳銨中添加黃腐酸，能夠使碳銨中氮素的揮發(fā)率大幅度降低。Saudi A等[42]對土壤施加黃腐酸，與對照組相比，施用黃腐酸顯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，黃腐酸也表現(xiàn)出良好的效果。黃腐酸可以使土壤對水溶性磷的固定效應變差，使得作物根系能夠更好的吸收磷，因此，黃腐酸可以保護水溶性的磷肥，促進磷的吸收。肥效實驗表明[43]，將1.0%～2.0%的黃腐酸添加到普鈣、重鈣或磷銨中，肥效可提高10%，吸磷量增加28%～39%，磷肥當季利用率從15.4%提高到19.3%。

黃腐酸對增加鉀肥肥效也有很好的效果。黃腐酸中的酸性官能團能夠吸收、貯存鉀離子，減少因水流失的鉀的數(shù)量，避免黏性土壤固定鉀，增加可交換性鉀的數(shù)量。此外，黃腐酸對含鉀礦物有溶蝕作用，能夠緩慢促進鉀的釋放，提高土壤速效鉀含量。

2.7 防治污染

目前，為了避免農作物蟲害，普遍對其噴施農藥，但是大部分農藥具有很強毒性，易致癌致畸，對生態(tài)環(huán)境造成了很大的破壞。使用農藥后施用黃腐酸，農藥可以和黃腐酸發(fā)生離子交換、絡合配位、氫鍵締合、物理化學吸附等作用，形成新的有機復合體系[44]，而且黃腐酸本身具有抑菌抗病的效果，因此施用含黃腐酸產品的肥料會對農藥起到緩釋增效、降低毒性等作用，從而可以適當減少農藥的使用量，降低因噴灑農藥對環(huán)境和作物的污染。

3 結論

黃腐酸具有多種活性官能團，在農業(yè)上，施用黃腐酸肥料可以促進種子萌發(fā)、植株生長、改善作物品質、增強抗逆性等，也可以改善土壤的理化性質，在改善土壤結構、增強土壤保水保肥性、調節(jié)土壤pH值等方面發(fā)揮著重要作用；黃腐酸還能增進氮、磷、鉀的肥效，提高它們的利用率；施用黃腐酸產品后，因其能夠對農藥起到緩釋增效的效果，可以適當減少農藥使用量達到防治污染的效果。盡管黃腐酸在農業(yè)上應用效果顯著，但是目前對黃腐酸產品的結構組成、理化性質的研究還不夠深入，一定程度上限制了其功效的發(fā)揮，同時黃腐酸使用效果也受到產品自身品質以及作物種類、土壤以及氣候等方面的影響，因此，進一步理解和掌握黃腐酸的結構特點、作用機理及應用規(guī)律等對其科學應用大有裨益，黃腐酸的應用前景也必將更加廣闊。