腐植酸的農化效應綜述

武月勝 李海平* 段旭錦 焦 東 李靈芝 張 偉

1 山西農業大學園藝學院 太谷 030801 2 云州區農業農村局農業技術推廣中心 大同 037300 3 山西省農業機械化服務中心 太原 030031

腐植酸[1]是公認的無毒、無害的綠色環保資源，廣泛應用于工農業、環境保護及醫藥保健領域。特別是在農業方面，腐植酸對作物、養分、土壤的作用顯著。本文從作物、養分及土壤生物學性質3個方面對腐植酸的農化效應研究現狀進行了綜述，從生理學和分子學兩方面系統地分析腐植酸促進植物生長的機理，旨在對腐植酸進行系統的研究，從而為腐植酸資源高效利用和科學開發提供參考。

1 腐植酸對作物生長發育的促進作用

從表型性狀來看，腐植酸促進了作物的生長發育，包括地上部分和根系的生長，作物產量和農產品品質的提升，以及應對生物脅迫和非生物脅迫的抗性。從生理學層面來看，腐植酸通過影響作物體內酶、生長素、光合作用、對養分的吸收等實現對作物生長發育的調控。從分子學層面來看，腐植酸可以作為信號因子，影響基因的表達，更深層次、更精準地實現對作物生長發育的調控。

1.1 腐植酸促進作物地上部與根系的生長

腐植酸對于作物地上部的生長具有促進作用。腐植酸對作物地上部生長的刺激作用主要表現在促進作物株高、莖粗、鮮重、干重等的增加。高玉紅等[2]發現不同濃度腐植酸均可促進西瓜幼苗株高、莖粗和地上部干重的增加，促進效果表現為先增加后下降的趨勢。劉敏等[3]向霍格蘭營養液中添加腐植酸發現，腐植酸可以顯著提高番茄苗期地上部鮮、干重，隨著腐植酸添加量的增加，番茄根系和地上部鮮重、干重呈現先增后減的趨勢。綜上，腐植酸可以促進作物地上部的生長，但存在閾值，添加適宜濃度的腐植酸時促進效果最佳。

腐植酸除可以促進地上部生長外，還可以刺激作物根系生長。腐植酸對作物根系生長的刺激作用表現在促進根系活力、根長度、根量的增加。高玉紅等[4]以純度60%，水分含量6.59%，CEC為3.99 meq/g的腐植酸試驗發現，不同濃度腐植酸處理可不同程度提高西瓜芽苗的根系活力。劉美等[5]研究表明，基質中添加適量腐植酸可顯著提高番茄幼苗根干重，增加幅度高于地上部干重，且有較高的根冠比、根系活力，表明腐植酸促進光合產物向根系分配，刺激根系生長，提高根系活力，從而保證地上部的生長。王汝娟等[6]研究表明，施用腐植酸鉀顯著提高了甘薯R/T（某一時期塊根鮮重/對應的地上部鮮重），說明腐植酸鉀有利于甘薯塊根膨大前、中期光合產物向塊根運輸，促進塊根膨大。Dobbss等[7]試驗表明，經腐植酸處理后，番茄側根數量的增加幅度達到了150%～264%，而側根長度的增加幅度達到了405%～2280%。Pinton等[8]認為，施用腐植酸后能夠對根系產生類似生長素的作用，刺激作物內生細胞激肽類和作物生長素的增加，引起細胞質膜滲透性能的改變，促進作物體內蛋白質的合成和細胞的生長，從而促進作物根系生長。還有研究表明，腐植酸能夠作為質膜上H+-ATP酶的誘導因子誘導質膜表面H+-ATP酶數量的增加，酸化非原質體，使細胞壁松弛，促進細胞伸長，進而刺激作物根系生長[9]。周麗平等[10]的觀點與Pinton等[8]的觀點相近，他們同樣認為腐植酸具有類似生長素和赤霉素的生理功能，還發現一些低分子量的腐植酸（黃腐酸）能促進GRAS1的表達，而GRAS1是響應生長素和赤霉素的關鍵轉錄因子，參與了這兩類激素誘導的細胞分裂和膨大進程，因此黃腐酸通過促進GRAS1的表達促進了根系生長。

1.2 腐植酸促進作物對養分的吸收

腐植酸可以促進作物對氮、磷、鉀的吸收。楊麗輝等[11]在西芹上的研究結果顯示，腐植酸對西芹地上部氮、磷、鉀吸收量有顯著影響。施用腐植酸138 kg/hm2最高，氮、磷、鉀吸收量分別為333.78、23.76、190.84 kg/hm2，較對照分別提高了22.19%、21.35%、16.49%。

腐植酸可以促進作物對氮的吸收。腐植酸促進作物根系吸收養分氮主要表現在對硝酸鹽的吸收。腐植酸能夠通過調節作物根系體內環境，刺激作物對硝酸鹽的吸收。腐植酸通過降低根細胞質膜表面的pH，中和NO3-作為氮源時所產生的堿性物質，抑制H+/NO3-的同向轉移[12]；腐植酸還可以通過刺激質膜上的H+-ATP酶活性，使電化學質子梯度增加[13]，從而促進作物根系對硝酸鹽的吸收，最終促進了作物對氮的吸收。因此，腐植酸能夠通過調控NO3-的吸收、同化和轉移促進作物對硝態氮的吸收。

腐植酸可以促進作物對磷的吸收。劉暢等[14]的試驗表明，土壤中添加腐植酸可以促進飼用甜高粱對磷素的吸收。張麗麗等[15]研究發現，黃腐酸能提高根系有機酸（草酸、蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸和酒石酸）積累，降低根系中無氧呼吸產物乳酸和乙酸含量；促進質子泵基因（HA1）的表達，從而促進根系泌酸；其蘊含的生長素和赤霉素類似物能激活GRAS1轉錄因子和磷轉運蛋白相關基因（PT1和PHO1），三方面共同作用促進植物根系對磷素吸收。李偉等[16]認為腐植酸中的氧烷基碳、羧基/酰胺基碳、烷基碳結構與小麥磷素吸收具有正相關性，低分子量腐植酸具有較多的烷基碳、氧烷基碳、羧基/酰胺基碳結構，因而低分子量腐植酸提高磷肥中磷素利用率的作用好于中分子量腐植酸，而高分子量腐植酸的效果不顯著。

腐植酸可以促進作物對鉀的吸收。翟勇等[17]在棉花上的試驗結果表明，從鉀吸收量變化上來看，其地上部表現為腐植酸復混肥施用量50、100克/株處理吸收量相近，均顯著高于對照，梁太波等[18]和袁麗峰等[19]也證實了這一研究結果，說明腐植酸促進作物對鉀的吸收具有顯著的效果。腐植酸與鉀素的增效原理體現在腐植酸可以與鉀離子發生絡合反應、物理-化學吸附作用等。

1.3 腐植酸提高作物產量

腐植酸通過促進作物地上部和根系的生長，最終促進產量的增加。李萬濤等[20]試驗發現，與常規復合肥（17-17-17）相比，棉粕制成的腐植酸肥料通過增加單株鈴數來提高棉花的產量。楊柳等[21]的試驗結果同樣表明，與常規復混肥料相比，施用腐植酸增效復混肥料可以有效提高小麥產量，平均提高幅度為25.26%（2018年）和19.17%（2019年），即使在鹽漬化土壤上，小麥穗數、穗粒數和千粒重等產量構成因素均有所增加。朱珊珊等[22]在干旱脅迫下的試驗結果同樣表明，噴施腐植酸能顯著提高燕麥葉片中核酮糖-15-二磷酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶和甘油醛-3-磷酸脫氫酶活性，降低乙醇酸氧化酶活性，顯著增加燕麥的千粒重、穗粒重和產量。劉國利等[23]研究表明，苗期、花期和坐果期追施腐植酸水溶肥能顯著提高番茄產量，產量增加主要是由單果重和單株果數增加引起；與追施尿素相比，追施腐植酸水溶肥番茄增產也主要由單果重所致。Capstaff等[24]研究發現，施用黃腐酸可以增加3個歐洲紫花苜蓿品種的產量，其原因可能是黃腐酸可以刺激苜蓿根結瘤，且根據RNA轉錄分析顯示，許多重要的早期結瘤信號基因僅在施用黃腐酸3天后就上調了。

第二、駐村干部(“訪匯聚”工作組)幫扶。自治區督促各級駐村力量落實幫扶職責，自籌和協調引進幫扶資金、項目。

1.4 腐植酸提高作物抵抗逆境的能力

腐植酸能夠緩解生物和非生物脅迫對作物生長的影響，改善作物形態、生理特征，對逆境脅迫下作物的生長具有保護作用[25]。大量研究表明，在溫度、鹽分和水分等逆境脅迫下，腐植酸通過降低作物體內脯氨酸、丙二醛、超氧陰離子和過氧化氫含量，增強作物體內過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶等抗氧化酶活性，減輕膜脂過氧化程度，從而保持細胞膜的穩定性，增強作物對逆境脅迫的抗性[25～27]。張彩鳳等[28]發現，作物受到脅迫時，黃腐酸先與作物中的鈣調蛋白結合，形成較為穩定的配合物，后再與超氧化物歧化酶作用，降低了酶本身的能量，不僅使其更容易被合成，同時還增加了它與其他物質的親和力。低溫脅迫條件下，腐植酸浸種促進了玉米幼苗體內可溶性蛋白質合成，提高氮代謝水平，以消除根系的過氧化氫積累，減少低溫脅迫對根系的質膜損傷[29]。Ali等[30]研究發現，腐植酸在飼料高梁上的結合應用可以提高鹽的耐受性，增加抗氧化酶活性，減輕鹽度應激造成的損害。趙永長[31]發現在干旱脅迫下黃腐酸鉀通過調控烤煙幼苗體內NCEDs基因表達上調，CYP707A3基因表達下調，來延緩脅迫下烤煙幼苗葉片中脫落酸的降解，從而提高烤煙的抗旱能力。Sun等[32]認為黃腐酸通過增強抗壞血酸代謝，改善谷胱甘肽代謝，以及促進類黃酮生物合成，顯著提高茶樹在干旱脅迫下的抗氧化防御能力，從而增強茶樹的耐旱性。García等[33]研究表明，添加腐植酸能夠在作物根系表面、根系表皮細胞和新生根毛中形成腐植酸凝聚體，降低根系的滲透系數，增強其抗干旱能力。

腐植酸對作物抗逆性不僅能夠直接提高作物對逆境的抵抗能力，還能夠通過改變作物生長環境及作物自身生長來增強作物的抗逆性。鹽分脅迫條件下，施用腐植酸肥料能夠降低土壤介質的電導率，促進挪威楓和銀杏幼苗對鹽分脅迫的抗性[34]；腐植酸能夠增加土壤團聚體含量、土壤緊實性、持水能力、陽離子交換能力，促進作物生長[35]。腐植酸能夠鈍化土壤重金屬、降低有效態重金屬含量，從而降低重金屬生物有效性，減輕重金屬對作物的毒害[36]。此外，干旱脅迫下，作物根系分泌的有機酸則能夠影響腐植酸膠體，使其分解出個體生長調節分子，這些分子能夠穿透細胞壁基質進入細胞膜，從而通過影響酶活性或基因表達來影響作物在逆境下的生長狀況[37]。

2 腐植酸對養分的調控作用

作物吸收養分來源，除了來自土壤自身，還有外源肥料養分投入的補充。腐植酸既可以調控土壤中的養分，提高土壤的保肥性能和土壤有效養分的含量，又可以調控化肥養分，提高肥料有效性和緩釋性能，從而提高肥料利用率，進而促進作物生長。

2.1 腐植酸調控土壤養分

2.1.1 腐植酸減少土壤養分流失

腐植酸具有廉價和無污染的特性，有助于土壤結構的形成，有利于土壤物理性質的提升[38]。劉燦華等[39]試驗證實，腐植酸與氮肥配施可以降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改善土壤的物理性質。李彥強等[40]試驗結果表明，每畝施用以腐植酸為主要原料的土壤調理劑5 kg，能使土壤水穩性大團聚體含量提高5.3%、土壤容重降低6.1%、田間持水量降低1.9%。如此，腐植酸通過改善土壤物理性質，增加土壤的保肥性能，減少養分流失。腐植酸酸性基團（如羧基等）可以吸收和貯存鉀離子，既可有效減少鉀的流失，又可減輕土壤礦物對鉀的固定作用。同時，腐植酸與鉀素結合形成膠體化合物與普通的氯化鉀和硫酸鉀相比，不易被淋洗損失[41]。程艷麗等[42]認為腐植酸類物質對土壤中的硝態氮和速效鉀具有保持能力，延緩了土壤中養分釋放和淋失的速率。王敏等[43]試驗表明，腐植酸鉀與磷肥的不同施用方式顯著影響土壤磷素的移動和淋出，施用腐植酸鉀在時間梯度上落后于施用磷肥，可以有效降低土壤磷素的淋出。

2.1.2 腐植酸提高土壤有效養分含量

孫瑤等[44]試驗結果表明，在酸性土壤中施用腐植酸土壤調理劑較不施調理劑可顯著提高土壤有機質含量，提高土壤pH。李彥強等[40]試驗結果表明，酸性土壤中每畝施用以腐植酸為主要原料的土壤調理劑5 kg，能使土壤pH提高21.3%，土壤有機質、有效磷、速效鉀含量分別提高6.0%、30.6%、10.0%。Suntari等[45]研究發現，腐植酸尿素肥料在水稻種植后第28天和42天可分別提高土壤中和的含量。腐植酸能夠與磷酸鹽競爭礦物表面的吸附位點，降低土壤礦物對磷酸鹽的吸附作用；與土壤中的鈣離子發生結合作用及與Ca-P發生作用，減少Ca-P沉淀的生成，提高磷的有效性[46]。陶遠征等[47]試驗表明，基施木本泥炭基腐植酸鉀可以促進植煙土壤養分供應能力，還能促進煙株對鉀素吸收利用，提高烤煙生育期內土壤鉀素供應能力。杜振宇等[48]試驗表明，施腐植酸降低了土壤晶格對鉀離子的固定，提高了外源鉀在褐土中的有效性。腐植酸還能與土壤中的鐵、鋅、錳、硼等微量元素發生螯合或絡合反應，生成具有膠體性能的可溶性腐植酸微量元素鹽類，有利于作物根系的吸收和利用。

2.2 腐植酸調控肥料養分

腐植酸能夠提高肥料的有效性。腐植酸能夠通過非生物作用固定肥料中的銨態氮，并形成以吲哚和吡咯、酰胺-縮氨酸結構等為代表的化學物質。同時，腐植酸中所含的羥基官能團能夠與磷酸一銨通過陽離子的橋接作用發生復合反應，生成水溶性的腐植酸磷和腐植酸銨磷，提高了磷肥的有效性。有研究發現，腐植酸與磷肥一起施用后，土壤中速效磷含量顯著高于普通磷肥處理，且土壤對磷的固定率比普通磷肥降低了7.3%[49]。腐植酸還能夠吸附與固定肥料中的鉀素或與肥料中的鉀素反應，生成以膠體化合物形式存在的腐植酸鉀，它不易隨水流失，提高了鉀肥的利用率[50]。有研究表明[51]，使用腐植酸鋅與硫酸鋅相比，鋅的利用率可提高34%；腐植酸鐵從根部進入植物體的數量比七水合硫酸亞鐵多32%，在葉部移動的數量是七水合硫酸亞鐵的2倍，使葉綠素含量增加15%～45%。因此，腐植酸可以提高肥料的有效養分含量從而提高肥料中養分的利用率。

2.2.2 腐植酸延長肥料肥效

腐植酸能夠延長肥料的肥效。腐植酸能夠通過自身的羧基和酚羥基與尿素的酰胺基發生作用生成腐植酸-脲絡合物，該物質具有較高的穩定性，能夠抑制尿素分解、提高氮素利用效率，實現尿素的長效緩效[52]。有研究表明，腐植酸的pH偏酸性，與尿素同時施用于土壤會造成土壤pH短暫降低，從而有效緩解了施肥區域尿素的分解，進而降低了尿素的揮發損失[46]。Reeza等[51]研究發現，土壤中施用添加腐植酸的尿素后，氨揮發量較普通尿素處理顯著降低。Yusuff等[53]試驗證實，腐植酸與尿素混合施用在培養初期（0～10天）氨揮發量顯著低于單施尿素處理，但隨后高于單施尿素處理。因此，腐植酸與尿素混合施用能夠在初期抑制氨揮發并在后期將保蓄在土壤中的氨緩慢釋放，從而提高氮肥肥效。郝會軍等[54]試驗發現，腐植酸復合肥及有機復合肥對鉀的釋放有一定的促進作用，對鉀養分的釋放起到明顯的緩效釋放作用。因此，腐植酸通過延長肥料的肥效來提高肥料中養分的利用率。

3 腐植酸對土壤生物學性質的調控作用

腐植酸與土壤微生物數量和豐度、土壤動物、土壤酶活性有密切的關系，腐植酸對土壤生物學性質的調控作用包括對土壤微生物及土壤動物、土壤酶的調控。

3.1 腐植酸提高土壤微生物數量、豐度及調控土壤 動物

腐植酸能夠影響土壤中微生物的數量和豐度。高涵等[55]研究表明，施加腐植酸復合肥的辣椒根際土壤細菌、放線菌、微生物量碳和微生物量氮均高于常規施肥。楊云馬等[56]研究結果同樣表明，添加腐植酸可以增加土壤中的微生物數量，對不同種類的微生物作用效果不同，對細菌的影響最大，真菌次之，放線菌最小。王宏杰[57]通過對棉花根際土壤微生物多樣性分析發現，常規施肥配施腐植酸促進了土壤中細菌群落和真菌群落活性，且物種數增多，豐度顯著提高。楊云馬等[56]通過對棉花根際土壤微生物群落豐度組成分析發現，施用腐植酸顯著提高了多個利于棉花生長的有益細菌的相對豐度，降低了不利于棉花生長細菌的相對豐度；施用腐植酸后促進了有益真菌菌屬活性，抑制了病原真菌的存活；同時，腐植酸對土壤微生物的影響因腐植酸組分不同而不同。Bhardwaj等[58]研究表明，腐植酸能明顯促進固氮菌生長，提高固氮菌的固氮能力，以腐植酸中的黃腐酸組分效果更為顯著，且對固氮菌數量的影響大于其對固氮能力的影響。

腐植酸對土壤中的小動物同樣具有調控作用。劉雪蘭等[59]研究發現，雞糞發酵基質中分別噴灑2000 ppm腐植酸對青年蚯蚓生長有顯著促進作用。

3.2 腐植酸調控土壤酶活性

腐植酸具有調控土壤酶活性的作用。腐植酸對土壤脲酶的作用是對土壤酶影響的重要方面。有研究認為，腐植酸能夠在加入初期抑制脲酶活性，降低尿素水解速度，從而減少水解產物氨的揮發；而加入后期卻能夠穩定脲酶活性，使尿素繼續以相對穩定的速度轉化成氨，供給作物生長[60]。腐植酸之所以能夠抑制脲酶活性，一方面是因為腐植酸中大量不飽和鍵可以有效防止脲酶中巰基被氧化來降低脲酶活性[61]，另一方面腐植酸的官能團還能螯合土壤中作為脲酶巰基抑制劑的銅離子和汞離子，最終與脲酶的巰基相互作用，形成較大的絡合物顆粒，從而抑制脲酶的活性，降低尿素分解速率[62]。此外，腐植酸對其他酶類的影響有：在基質中施加腐植酸能提高基質中蔗糖酶和堿性磷酸酶活性，提高多酚氧化酶活性，其活性大小與土壤中的有機質、微生物數量等因素密切相關[63]。孫倩等[64]試驗結果表明，腐植酸的施用能有效提高土壤酸性磷酸酶和堿性磷酸酶活性，尤其以小分子腐植酸最顯著。唐樂等[65]試驗結果表明，施用腐植酸能增加土壤酸性磷酸酶活性；劉蘭蘭等[66]通過小區試驗同樣證實，腐植酸具有提高土壤酸性磷酸酶和蔗糖酶活性的作用，而Allison[67]的試驗結果表明，在含大量有機質的土壤中，腐植酸能夠強烈抑制酸性磷酸酶和N-乙酰氨基葡萄糖苷酶等的活性。因此，腐植酸對土壤中酸性磷酸酶活性的調控作用有待進一步證實。彭正萍等[68]研究表明，向種植油菜的潮褐土中施用腐植酸復合肥，較普通復合肥更能提高土壤堿性磷酸酶活性和過氧化氫酶活性，從而活化土壤中的磷素，提高有效磷含量。

4 展望

近些年來，隨著對腐植酸應用目標要求的逐漸提高和研究內容的逐漸深入，現有的研究內容已不能滿足未來發展的需求，還需要從以下幾個方面實現突破：

（1）腐植酸基本特征的研究。因為腐植酸原料來源不同、制備工藝不同，獲得的腐植酸的組分、分子量、結構、官能團以及發揮作用都不盡相同，為了更好地應用腐植酸，借助現代技術手段，創新更好的檢測方法去探求不同原料來源、不同制備工藝、不同產品復配的腐植酸發揮作用的本質是什么。

（2）腐植酸對土壤功能性微生物、酶活性等的影響研究。腐植酸的存在明顯影響土壤微生物數量和群落結構。對功能性微生物、酶活性的研究有助于探究腐植酸促進土壤中養分轉化的機理，為腐植酸的利用提供重要的理論支持。希望土壤微生物學家在這方面投入更多的力量，取得新的研究成果。

（3）加強腐植酸農業應用技術創新研究。幾十年來，腐植酸在農業應用中的“刺激生長，增強抗逆，改良土壤，增效肥料，改善品質”五大作用已得到共識，而且又有大量試驗進行了驗證，腐植酸人既要從理論上總結歸納，把發揮相應作用的關鍵因子精準定位，又要結合國家政策，加大腐植酸“五大作用”的普及和腐植酸肥料產品的成果推廣應用，為推廣應用腐植酸產品做好配套的“技術體系、工藝體系、產品體系、標準體系”的“產學研用”一條龍服務，把腐植酸肥料產品做好做精。