腐植酸對水稻產量、品質及土壤特性的影響

趙振東 孫廉平 曹正男 寧曉海 曹立勇*

（1 寶清北方水稻研究中心，黑龍江 寶清 155600；2 中國水稻研究所/水稻生物學國家重點實驗室/浙江省超級稻研究重點實驗室，杭州 310006；*通訊作者：caoliyong@caas.cn）

腐植酸是動植物殘體經過微生物分解、轉化等化學過程而形成的一類高分子有機物質，主要包含C、H、O、N等元素[1－2]。腐植酸分布非常廣泛，其中，草炭、風化煤以及褐煤是提取腐植酸的主要來源[3]。按照分子量從小到大，可分為黃腐酸、棕腐酸和黑腐酸3 種[4]。其中，分子量最小的黃腐酸活性最大[5]。腐植酸含有羧基、酚基和芳香族等官能團結構，具有較強的活性，及吸附、交換、絡合等功能[6]。

腐植酸作為一種綠色、有機的新型肥料，具有促進生長發育[7－8]、增強抗逆性[9－10]、改善品質[11]及改良土壤[12]等作用。腐植酸以復合肥、液體肥、生物肥等形式存在，在糧食作物、土壤改良、果蔬、林業等生產領域廣泛應用，對不同的作物均有明顯的增產增效作用[13－14]。本文綜述了腐植酸對水稻生長發育、產量、稻米品質以及土壤特性的影響，提出了腐植酸施用方面的研究展望，以期為水稻優質、高產、穩產及高效栽培提供依據。

1 腐植酸對水稻生長發育的影響

在浸種、育苗基質中加入腐植酸或通過噴灑方式將腐植酸施用于作物的不同時期，都可以起到一定的刺激作用，促進作物的生長發育。

1.1 對水稻種子發育及根的影響

用適宜濃度的腐植酸浸種可以促進水稻種子萌發、幼苗生長，增加株高、根數、地上及地下部干物質量，增強根系活力，促進根的生長[15－16]。趙日明等[17]研究了不同濃度腐植酸對水稻種子萌發的影響，結果表明，當施用濃度為50～200 mg/L 時，種子發芽率、發芽勢、發芽指數以及幼苗長度均隨濃度升高而升高；施用濃度大于200 mg/L 時，促進生長作用開始下降；大于500 mg/L 時，抑制種子萌發，且隨濃度增加抑制作用增強。因此，用于水稻浸種，腐植酸的適宜濃度為200 mg/L。錢鑫等[18]研究了膜下滴施腐植酸鉀對水稻苗期生長的影響，結果表明，濃度為1.5 kg/667 m2的腐植酸鉀溶液能夠促進水稻種子萌發，促使其提前出苗，分別增加根長、根質量和莖葉質量12.93%、17.65%和34.21%，增加株高2.0 cm。周橡棋等[19]指出，含腐植酸的基質、腐植酸肥料和腐植酸調節劑均可促進水稻幼苗生長，培育壯秧。另外，施用腐植酸還可以促進水稻分蘗的發生，顯著提高水稻根部、莖稈和葉片的生物量[20]。可見，施用適宜濃度的腐植酸可以促進水稻根系生長發育，增加根長、根數及干物質量，使根系吸收營養元素的能力提高。

1.2 對水稻光合作用的影響

光合作用的凈光合速率和葉片氣孔導度與水稻有機物產生與積累的速度呈正比。腐殖酸作為植物生長調節劑，可以促進葉綠素合成、增加水稻葉片的凈光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導度、蒸騰速率和SPAD值，增強水稻光合作用，也可以延緩葉片衰老。邢嘉韻等[21]研究表明，在抽穗期和灌漿期，水稻劍葉的氣孔導度、SPAD值以及凈光合速率均隨腐植酸施用量的增加而升高。而張沁怡等[22]研究認為，腐植酸添加量小于1 g/m2時，水稻劍葉葉綠素含量隨腐植酸增加而增加，當腐植酸施用量達10 g/m2時，葉綠素含量反而下降。

1.3 對水稻抗氧化酶系統的影響

植物體內抗氧化酶系統維持植物體內活性氧自由基清除與再生的動態平衡，保護細胞膜及蛋白質等大分子物質免受活性氧自由基的破壞。當植物遭受逆境脅迫時，活性氧自由基的動態平衡被打破，在植物體內過度積累，為了維持細胞正常代謝功能，抗氧化酶活性會迅速增加，以清除過量的活性氧自由基[23]。其中，過氧化物酶（Peroxidase，POD）、過氧化氫酶（Catalase，CAT）和超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）是植物抗氧化酶系統中主要的3 種抗氧化酶，在植物生長的關鍵時期，這3 種酶的活性與植物抗氧化能力成正比。

腐植酸不僅能夠促進植物對養分物質的吸收，還可以增加植物體內關鍵酶的活性，加快細胞代謝活動，增強植物抗逆性。水稻分蘗期施用腐植酸，對SOD、POD、CAT 活性影響不顯著。在孕穗期和灌漿期施用150～300 mg/L 的腐植酸，SOD、POD、CAT 活性分別提高了16.8%～20.1%、11.6%～23.1%、12.1%～18.7%[14]。邢嘉韻等[24]研究了在鎘脅迫下稻殼炭和腐植酸對水稻抗逆性的影響，結果表明，在水稻抽穗期和灌漿期SOD、POD、CAT 活性均隨稻殼炭和腐植酸的施用而提高，當稻殼炭施用量為4000 kg/hm2、腐植酸施用量為650 kg/hm2時，增產效果最佳。嚴萍等[16]研究結果表明，揚稻6號的3 種抗氧化酶活性在低濃度腐植酸處理下與對照組無顯著差異，中等濃度時活性明顯低于對照組，只有在高濃度時顯著高于對照組，而淮稻5號的結果與其并不一致，表現為低濃度下顯著低于對照組、中等濃度差異極小、高濃度下有升高但并不顯著。可見，腐植酸對水稻抗氧化酶的影響，因水稻品種不同、施用時期不同以及施用濃度不同，會產生不同的結果。

2 腐植酸對水稻產量形成的影響

水稻產量構成因素為單位面積有效穗數、每穗總粒數、結實率以及千粒重。大量研究表明，施用腐植酸可以有效增加單位面積穗數、穗粒數、千粒重，最終增加產量[25－26]。徐全輝等[27]研究表明，與同等氮含量的化肥相比，施用腐植酸有機肥可以增加水稻經濟系數，并明顯提高水稻對磷的吸收量。李偉等[28]研究表明，施用腐植酸尿素比相同氮含量的普通尿素平均增產10.4%。黃家怡等[29]研究表明，氮、磷各減量20%（優化施肥）+ 腐植酸（900 kg/hm2）處理，與優化施肥處理相比早、晚稻平均增產2.0%，比常規施肥處理減產1.6%，但差異不顯著。王長軍等[30]研究表明，150 kg/hm2的腐植酸+優化施肥比習慣施肥產量下降2.5%。在盆栽條件下，化肥減量20%配施腐植酸顆粒肥的處理，水稻理論產量增加4.2%[31]。常規化肥用量增施腐植酸可顯著增加水稻產量，腐植酸施用量為0.1 g/m2、1 g/m2、10 g/m2分別比對照增產10.24%、12.50%、7.79%[32]，表明腐植酸用量不是越高增產效果就越好。由此可見，減施氮肥增施腐植酸對水稻產量的影響因環境、肥料、品種等因素而不同。

3 腐植酸對稻米品質的影響

除品種特性、外界環境、栽培措施等因素，肥料施用對稻米品質也有一定影響[33－34]。隨著腐植酸肥料的開發和應用，我國學者在腐植酸對稻米品質的影響方面做了大量研究[35]。焉山等[36]研究認為，施用450 kg/hm2的腐植酸有機肥有利于降低稻米的堊白度和堊白粒率，提升稻米外觀品質；顯著降低糙米率，但對精米率和整精米率影響不大；腐植酸有機肥顯著降低蛋白質和直鏈淀粉含量，提升食味評分。赫臣等[37]通過盆栽方式，研究了增施腐植酸有機肥減施化肥對墾粳7號稻米品質的影響，結果表明，減量30%化肥配施腐植酸（15.84 g/盆）可明顯提升墾粳7號的食味品質，但會增加堊白粒率和堊白度，導致稻米外觀品質下降；隨著腐植酸施用量的增加，墾粳7號的精米率、整精米率、蛋白質含量隨之增加，食味評分呈先升高后下降的趨勢。這可能是由于食味評分與蛋白質含量呈顯著負相關的原因[38]。噴施4.5 kg/hm2的腐殖酸葉面肥，稻米蛋白質含量較對照增加0.05%，賴氨酸含量增加0.01%，精米率提高1.9%，整精米率提高1.9%[39]。不同學者研究結果有差異，這可能與品種和環境不同有關。

施用腐殖酸液肥后，稻米中鈣、鐵、銅、硅等微量元素的含量均有所提高[40]。腐殖酸可以增加根的長度和接觸表面積，增強水稻從土壤中轉運營養元素的能力。另一方面，腐殖酸具有螯合能力，能使微量元素的形態轉化成水溶性，更容易被水稻吸收[41]。

4 腐植酸對土壤理化性質的影響

土壤肥力是土壤物理、化學、生物和環境因素綜合作用的結果。同時，土壤為農作物提供了生長發育所需的養分和水分，通過改變土壤特性就可以影響農作物的生長發育和產量。腐植酸通過吸附、離子交換及絡合等特性，可以起到改良土壤理化性質和土壤結構，增加有機質和養分含量等作用[42]。

4.1 對土壤物理性質的影響

土壤容重、孔隙度和團聚體是反應土壤物理性質的主要因素[43]。施用腐植酸可以顯著降低土壤容重，且腐植酸與減氮15%配施效果更好[44]。王修康等[45]研究表明，玉米田施用33.3 kg/667 m2的氧活性腐植酸可顯著降低土壤容重11.84%；小麥田施用100 kg/667 m2的堿活性腐植酸可使土壤容重下降16.31%。腐植酸可以通過自身的凝聚特性，聚集松散的土壤顆粒，增加孔隙度，使通透性變大，形成有利于作物生長發育的團粒結構[46]。

4.2 對土壤化學性質的影響

腐植酸中的羧基、酚羥基等官能團，能夠與土壤中的銨離子等發生氨化反應形成腐植酸銨鹽，提供氮源，同時還可以減少氮的損失。腐植酸中的酚羥基等官能團可以抑制硝化細菌和脲酶活性，減緩尿素釋放和分解的速度，提高氮肥利用率[47]。腐植酸中的含氧官能團還可以與土壤中難溶于水的磷酸鈣形成可溶于水的磷酸鹽，促進有機磷的轉化[48]，增加速效磷含量，更容易被作物吸收。腐植酸能夠活化鉀，減少土壤對鉀的固定[49]，同時促進作物吸收鉀。增施腐植酸肥料，可以有效提升土壤中有機質、速效氮、速效磷以及速效鉀的含量[50]。有機質是土壤肥力的主要物質基礎，也是植物吸收養分的主要來源之一。增施腐植酸可以顯著增加土壤中的有機質含量[51]，且連年施用效果更明顯[52]。

研究表明，向土壤中施用腐植酸，可以顯著降低鹽堿土的pH值，增加酸性土壤的pH值[53-54]。一方面，腐植酸中具有弱酸性的H+，對調節土壤pH值起到緩沖作用，H+能夠與土壤中的堿性物質發生反應生成水，降低土壤pH值[55]。另一方面，因為腐植酸能夠刺激植物根系向土壤中分泌出大量的有機物質，調節根際土壤的pH值[56]。

4.3 對土壤微生物及酶的影響

土壤中的微生物主要包括細菌、真菌以及放線菌，參與氧化、固氮、硫化等反應，促進土壤養分的轉化和循環。腐植酸可以直接作為有機物為土壤微生物提供生長和繁殖的能量[57]，改變根系分泌物的成分，進而改變土壤中微生物群落結構[58]。通過改善土壤結構、生態環境，為微生物提供適宜的環境，增加土壤中的微生物量[59-60]。ZHANG等[61]研究表明，腐植酸與生物炭配施，土壤中的微生物量增加幅度更大。CARPENTER等[62]研究證明，腐植酸可以有效提高土壤中微生物的活性，增加微生物的多樣性。腐植酸肥料處理可以顯著提高微生物的數量，但過量施用腐植酸會使土壤微生物數量下降，且對不同菌群的影響效果不同[63-65]。

土壤酶是一種專一生物化學反應的生物催化劑，是反映土壤質量狀況的重要指標[66]。彭正萍等[67]研究表明，增施腐植酸會抑制土壤中脲酶的活性，抑制尿素分解，延長肥效。賀婧等[68]研究表明，從草炭、褐煤、風化煤中提取的3 種腐殖酸均會抑制脲酶、過氧化氫酶的活性，褐煤腐殖酸的抑制作用最大；對轉化酶和中性磷酸酶的活性起到促進作用，促進轉化酶活性作用最大的是風化煤腐殖酸，促進中性磷酸酶活性最大的是褐煤腐殖酸。

5 研究展望

5.1 腐植酸與化肥配施的比例

化肥的過量施用導致作物品質下降、土壤理化性質惡化，給土壤和環境帶來巨大的壓力。而腐植酸具有改良土壤結構，促進作物生長發育等功能。在保證產量的前提下，增施腐植酸、減施化肥是一個非常具有研究價值的方向。但不同學者對于化肥配施腐植酸對水稻產量、稻米品質的影響結論不同。在這方面，還應該在減施化肥和配施腐植酸的比例上加強研究，找到最佳配比方案，提升稻米品質及產量。

5.2 腐植酸的施用濃度

腐植酸與化肥配施作為底肥，促進水稻生長發育；作為葉面噴施，增強水稻的光合作用以及抗逆性等。而大量研究表明，過量施用腐植酸會抑制水稻生長，且對不同品種、不同生育時期的影響也不相同。腐植酸與生長素類似，表現低濃度促進，高濃度抑制。所以腐植酸在水稻各生育時期的最適宜濃度還有待于進一步研究。