淺談腐植酸在土壤改良中的應用

佘 歡 吳雨函

（1.四川大學錦城學院 四川成都 611731；2.四川黑璞生物科技有限公司 四川攀枝花 617000）

從化學結構的角度分析，腐植酸是以芳香族為基礎組合形成的高分子混合物，是一種有機弱酸。從化學特性的角度分析，其具有良好的生物活性，能夠同其他多種類型的物質發生絡合、交換等反應。天然生成的各種腐植酸主要分布在土壤中，相關的研究表明，腐植酸是土壤有機質的主要組成部分之一，其在土壤中的平均含量小于1%[1]。在咸水和淡水中也存在大量的腐植酸，但是其平均濃度更低。在實際生產過程中應用的腐植酸是熱值較低的煤炭類腐植酸，廣泛分布于泥炭、褐煤以及風化煤之中，這些是工業生產過程中提取腐植酸的主要來源。現階段相關部門發布的數據顯示，我國已經探明的資源儲量：泥炭的儲量為50 億噸，褐煤的儲量為1 265 億噸，風化煤的儲量為1 000 多億噸。

腐植酸這一特殊的高分子混合物中包含了超過20 種官能團，因此其能夠實現多種類型的化學反應，在實踐過程中具備多種用途。20世紀80年代，我國相關科學技術人員開始深入研究腐植酸在農業種植過程中所發揮的積極作用并取得了一系列豐碩的成果。本文分析總結了過去一個時間段內與腐植酸相關的研究成果，進一步概括綜述了腐植酸在土壤改良過程中所發揮的積極作用，為腐植酸在農業種植和環保方面的進一步應用奠定良好的基礎。

1 腐植酸保水劑應用

1.1 基本應用原理

土壤保水劑在實踐過程中能夠發揮保水作用的根本原因，是自身特殊的分子結構。土壤保水劑通常是具有獨特三維網狀結構的高分子聚合物，三維網狀結構能夠吸收大量的雨水和灌溉水，并在此后的一段時間內逐步將水資源釋放出來，進而保證植物獲得充足的水資源。相關的研究結果表明，保水劑在土壤之中應用時主要能夠發揮四個方面的作用。

（1）自身能在水資源較為豐富的環境中大量吸水，并在環境中水資源減少時不斷釋放水資源。

（2）提升土壤的水土保持能力。

（3）提高植物對肥料的利用率。

（4）能夠對各種植物的水資源利用產生一定的調節作用[2]。

從物理化學層面對腐植酸進行分析，其是一種膠體，微觀結構為三維網絡結構，這一結構中包含大量的親水基團，能夠有效地與水分子形成氫鍵，并在這一過程中吸收大量的水分。依據相關科學研究，腐植酸的平均吸水率可達到500%，是土壤顆粒吸水性能的10 倍。腐植酸在大量吸水之后自身結構轉變為水凝膠，能夠實現對水分子的有效固定，避免了水分子在較短的時間內快速流失，有效地降低了水分的蒸發速率，表現出了較為優異的保水效果。腐植酸類保水劑的優勢還體現在能夠實現重復的吸水效果，即其在吸水、釋水、干燥之后能夠再次實現吸水。相關研究人員對腐植酸的吸水效果進行測試發現，其有效吸水倍率為615 倍，綜合保水效果隨著使用次數的增加而下降，在重復使用5 次后保水效果降為原來的68%。

1.2 腐植酸混合作用

近年來，隨著對腐植酸及相關產物的研究不斷深入，相關研究結果表明，將該類物質引入到保水劑中能夠有效發揮以下三個方面的作用。

（1）顯著降低保水劑的制造成本。

（2）對保水劑的耐鹽和吸水性能有較好的改善作用。

（3）能夠有效刺激農作物的生長[3]。

有研究采用以褐煤為原料制備的腐植酸，通過相關的工藝制備保水劑，對其成品進行相關測試發現，保水劑具有良好的吸水效果，且隨著保水劑中腐植酸濃度的增大，保水劑的綜合性能得到了有效的提升。腐植酸的使用還顯著改善了保水劑的耐鹽性能。相關的實驗研究已經證實，腐植酸的使用能夠增強植物對光和水分子的利用率。在水分較為充足的環境中，腐植酸刺激農作物生長的作用更為明顯。

2 腐植酸液態地膜應用

地膜在農業生產中有著較為廣泛的應用，能夠發揮保溫、防凍、保水等多個方面的作用，對農作物的增收有著非常重要的作用。現階段，在農業生產過程中使用的地膜通常為聚乙烯地膜，其在使用過程中存在回收利用困難、容易造成白色污染等問題。腐植酸技術的快速發展為破解地膜在農業生產過程中所形成的困局創造了全新的途徑。借助褐煤、釀酒廢液、淀粉廢液等原材料，結合各種類型的木質素和微量元素，能制備可降解液態地膜。相關的實踐研究結果表明，液態地膜在應用過程中能夠顯著提升地面溫度，抑制水分蒸發。與不使用地膜相比較，液態地膜的應用產生了增產、抗旱以及催熟的效果，并且不會產生環境污染問題。液態地膜已經成為未來一段時間我國農業現代化發展過程中重點應用的技術之一。

3 腐植酸在鹽堿地中的應用

3.1 應用范圍

目前我國西北、華北以及東北地區分布有大量的鹽堿地，根據鹽堿地的pH值，可以將其劃分為輕度、中度以及重度鹽堿地。鹽堿地由于土壤的含鹽量過高，植物無法有效吸收土壤中的水分，或者是土壤中某一種離子的濃度遠大于其他離子的濃度，使得植物無法正常吸收其他離子，對植物的正常生長造成了較大的損害。消除鹽堿地中的過量離子是改善鹽堿地的有效方式，得益于腐植酸自身特殊的物質構成和結構，其是用于鹽堿地改良的優良改良劑。

3.2 應用原理

腐植酸是一種帶負電的膠體物質，其在與土壤作用的過程中能夠同土壤中的陽離子相結合，進而有效地發揮隔鹽和吸鹽的作用，降低土壤中各種鹽分的含量。腐植酸是一種弱酸，能夠與土壤中的陽離子發生反應進而轉化成腐植酸鹽，其能夠發揮較好的緩沖作用，有效地調節土壤的酸堿度。相關研究結果顯示，腐植酸對各種類型的礦物質的交換能力是土壤的5 倍以上。腐植酸良好的保水效果能夠有效降低鹽堿地的水分蒸發和流失速率，對于提升農作物產量發揮了非常重要的作用。相關學者的專業研究數據表明，腐植酸在鹽堿地中的應用能夠有效降低土壤中鈉離子的含量，提升農作物的成活率。在農業生產過程中，通常將腐植酸和脫硫石膏結合制作專用的改良劑，其能夠有效調節土壤的酸堿度。腐植酸為一種有機物質，其在土壤中的應用還能夠強化土壤的有機活性，提升土壤中各種微生物的數量，實現對土壤的有效改良。

4 腐植酸在重金屬污染土壤中的應用

4.1 重金屬污染

重金屬污染是人類在社會生產過程中將含有重金屬的各種物質輸入到土壤中，日積月累造成了某一地區土壤中的重金屬含量顯著高于其他地區，并使土壤質量下降，生態環境惡化，對農業生產帶來諸多負面影響的一種現象。重金屬污染形成的主要原因有兩種：一是在工業生產過程中產生的工業廢水未經過有效的處理就排放到外部環境中，在雨水以及河流的匯集作用下，最終使重金屬元素富集到某一區域的土壤中，造成了土壤的重金屬污染；二是在農業生產過程中過量使用各種類型的農資產品，進而導致了土壤重金屬超標。依據我國統計部門發布的相關數據，現階段我國受重金屬污染的土地面積在逐步擴大，截至2018年，我國受重金屬污染的土地面積占土地總面積的16.1%，受重金屬污染最嚴重的區域為耕地，其污染面積占比達到了20%。土壤重金屬污染在形成過程中具有一定的隱蔽性，無法在較短時間內直接有效地判斷土壤被污染的狀況。并且，土地一旦遭受重金屬污染就很難恢復，短時間內無法有效地消除土地的重金屬污染，將長期對環境和農業生產帶來一定的負面影響。土壤重金屬污染的不斷加重會對地下水、地表水以及農作物等產生一定的影響，在食物鏈的富集作用下將對人體健康造成較大的危害。針對我國土壤的重金屬污染狀況，國務院相關部門在2016年制定了相關的計劃用于改良受重金屬污染的土地，保證土壤的安全合理利用。

4.2 應用原理

在生產實踐過程中已經探索出了多種改善重金屬污染的方法，包括物理法、化學法、工程技術法以及生物法等。其中，應用效果較好的方法為化學法。這一方法的具體操作過程是向受污染的土地中增加改良劑，以此有效改變土壤的理化性質，借助相關的化學反應使土壤中的重金屬離子實現沉淀或降低各種重金屬的影響力。

腐植酸具有多種化學特性，能夠同多種物質發生氧化還原反應、絡合反應、離子反應等。其作為改良劑的有效組成成分被投入到土壤中時，能夠通過絡合反應實現對各種離子的有效固定，減少農作物對重金屬離子的吸收量，消除重金屬對農業生產和自然環境帶來的諸多負面影響。深入分析總結相關的研究文獻，腐植酸主要從以下幾種渠道實現對重金屬污染的消除。

（1）通過離子反應實現對重金屬離子的還原，將其轉化為植物無法直接吸收的螯合物，消除重金屬離子對生態環境和農業生產造成的負面影響。

（2）通過與重金屬離子發生絡合反應生成有機-無機復合體（生成有機-無機復合體的反應過程極為復雜，現階段的研究表明這一反應過程蘊含了氫鍵的生成、靜電吸附等機理），實現對重金屬離子的有效吸附，避免其被植物吸收。

（3）優化土壤結構組成，提升土壤中各種微生物的活性，壓縮重金屬離子的活動空間及活動能力。腐植酸作為一種有機酸，能夠與土壤中的有機物、微生物和植物形成一定的聯動效應，強化對土壤中重金屬的吸收能力，實現對受污染土壤的有效修復。腐植酸應用于受污染土地中還能夠顯著提升土壤肥力，并避免在對重金屬污染的治理過程中生成二次污染，具有良好的綜合經濟效益和生態效益。

4.3 應用效果

近期的相關研究也表明，腐植酸對不同重金屬離子的吸收和處理能力存在一定的差異，從不同原材料中提取出的腐植酸對同一種類型的重金屬離子的處理效果也呈現出一定的差異，如從風化煤中提取的腐植酸能夠顯著降低土壤中的鉛含量、由泥煤之中所提取的腐殖酸可以吸收土壤中的汞。土壤的酸堿度也會對腐植酸的改良效果產生一定的影響，當土壤呈現一定的酸性時，腐植酸對銅、鋅等重金屬的處理效果明顯提升。綜上所述，在采用腐植酸改良土壤時，應綜合考慮各個方面的因素，進而采用最適宜的改良方法。

5 腐植酸應用建議

5.1 完善行業技術標準

針對土壤改良應用中不同腐植酸產品效果差異大的問題，需要加強針對鹽堿地改良、重金屬陽離子鈍化、退化土壤結構改良和有機無機復合肥等不同應用途徑和范圍的腐植酸產品的研發，特別是相關產品的加工技術和應用技術的研發，并通過中國腐植酸工業協會等行業組織建立相應的應用規范或標準。

5.2 加大資金投入，豐富相關產品類型

針對煤炭腐植酸基礎產品種類偏少，不同地區來源和工藝生產的腐植酸基礎產品的有效養分差異大，堿法、酸法和氧化法等生產的腐植酸產品的特點分析等問題，需要加強對煤炭腐植酸的加工工藝、產品的理化特征、對土壤作用和生物作用效果等方面的綜合分析；同時，加強研究腐植酸在土壤、水體和大氣等不同界面的存在形式，腐植酸與氮磷鉀和重金屬元素的化學結合形態，腐植酸微生物降解的機理和調控途徑，關注腐植酸產品的環保性和經濟性。建議國家設立相關科研專項和基金，鼓勵協會及企業積極出資開展腐植酸相關的應用基礎研究。