构筑“土肥和谐”：墨色腐植酸的中国画卷

曾宪成 李 双

中国腐植酸工业协会 北京 100120

当前，人类最大的话题莫过于气候变化。3月份以来，发生在世界各地极端天气此起彼伏。霍金被称为“宇宙之王”，去世前对地球生存留下3种预言：① 2023年地球进入冰河时代，全球变冷；② 2060年，地球已经不适合人类居住，人类要想生存必须离开地球；③ 2600年地球将变成炽热的火球。凡事看内变，莫向外求。我们不希望这些预言能实现，但这至少警告我们必须加强保护环境。说到保护环境莫过于稳定碳循环，其重点在于稳定土壤碳库（3万亿吨）[1]。腐植酸类物质是土壤最大的碳库（2.4万亿吨），占土壤有机碳80%。维护地球碳循环、应对气候变化，“土肥和谐”是基础。

1 立足于土壤不忘本怀

土壤之命与腐植酸（自觉性）息息相关。当前，在全球环境大变化的背景下，“认识/利用腐植酸—再认识/再利用腐植酸”有着重要现实意义。

（1）土壤腐植酸的认知过程。

200多年前，人们对土壤中的“黑东西”搞不明白，总以为“幽灵”在“作怪”。后来，土壤学家把它称为“暗色物质”[1]。直到1761年，《农业化学原理》的作者Wallerius首先提出“腐殖质”这一名称。1786年，德国的Achard第一次从泥炭中用碱溶液提取再用酸沉淀出腐植酸（农业化学家开始启用“植”）[2]，至今233年。1797年，德国的Vauquelin第一次从腐解植物残体中用碱液提取腐植酸[1]，至今222年。1807年，德国的Thomson第一次从土壤中用碱液提取腐植酸[1]，至今212年。对此，人类从“黑东西→暗色物质→腐殖质→腐植酸”，经历了长期、复杂的探索过程[3]。

（2）土壤腐植酸一刻也不能少。

在地球四大“碳库”中，生物圈（主要为陆生植物和土壤有机质两大类）是碳循环的主角。其中，土壤有机碳约1400～1500 Gt，是陆地植被碳库（500～600 Gt）的2～3 倍，大气碳库（750 Gt）的2倍多[4～8]。全球土壤每年对大气CO2的“贡献”是燃烧化石燃料的10倍，其较小的变幅即能导致大气CO2浓度有较大的波动[9]。腐植酸类物质碳占土壤有机碳的80%，假如土壤腐植酸类物质多分解10%，相当于大气中的CO2浓度就会增加20%。可见，一旦在地球生物圈中约占1%（临界值）的腐植酸类物质被破坏，造成的后果将是灾难性的[1]。

（3）工业利用腐植酸同源匹配。

立足土壤可持续生产，解决土壤深处的问题，还得从本源性出发。不管是培育土壤、修复土壤、治理土壤，都应尊重“同源匹配”的原则，不予回避。研究和实践证明，工业提取的煤炭腐植酸与土壤腐植酸具有相似的物理特性、化学组成、分子结构及分子量范围，有着一致性的应用特性（图1）[10～12]，是匹配土壤的优质资源。

图1 土壤和泥炭腐植酸的电位滴定曲线[4]Fig.1 Potentiometric titration curve of humic acid from soil and peat[4]

（4）充分认识腐植酸的二重性。

腐植酸是土壤的“核心”物质。2012年，中腐协提出开展“维土革命”、净化“土壤血统”，正确认识土壤腐植酸的自然属性和社会属性的内在统一关系（表1），对指导腐植酸产业发展具有重要现实意义。

表1 土壤腐植酸二重性认识演变过程[3]Tab.1 The understand evolution process on soil humic acid duality[3]

（5）腐植酸产品多元化反哺。

腐植酸是大分子有机材料，分子量从几百到几百万，变化范围巨大。肥料以及土壤修复产品开发，可以根据不同土壤性状和种植条件，定制功能化、专一化、多元化产品，速效、长效、二者可兼具。立土为本，反哺、反哺、再反哺，不忘本怀。

2 墨色腐植酸的中国画卷

享誉世界的艺术大师毕加索曾对前去拜访他的张大千说：“我不敢去你们的中国，因为中国有个齐白石”（权当幽默）。1955年6月22日—29日，齐白石出席芬兰世界和平大会，与会“国画”——《和平颂》引起轰动。1956年4月27日，世界和平理事会授予齐白石老人1955年度国际和平奖，充分说明越是民族的越是世界的。走过61年的中国腐植酸环境友好产业，在国家、地方政府、行业协会、民间组织等社会各界的共同支持下，通过几代腐植酸人坚韧不拔的努力，腐植酸已经绘制出一幅壮丽的墨色“中国画卷”，其中“土肥和谐”画卷蔚为壮观。

（1）煤炭腐植酸是绿色动力资源库。

我国煤炭腐植酸资源（包括褐煤、风化煤、泥煤等）丰富，种类齐全，腐植酸含量20%～70%；生物腐植酸原料来源广泛，可再生利用[2]。其中，风化煤、褐煤、泥炭三大资源约2000亿吨，属于不可再生的天然有机资源，再开发价值量高达300万亿人民币（按腐植酸钠1600元/吨计），为腐植酸绿色产品开发和生产奠定了坚实的物质基础。

（2）国发两个文件开创了中国经典。

五大作用举世闻名。1974年和1979年，国务院分别批转了国发〔1974〕110号、国发〔1979〕200号两个文件，对我国腐植酸事业的健康发展具有里程碑的意义[2]。在两个文件推动下，1980—1985年，由北京农业大学牵头，组织全国32家农业院校和科研单位连续5年，在全国19个省、市、自治区，开展了24种作物773个大面积田间试验[1]，获得了腐植酸肥料在农业上“改良土壤、增效化肥、刺激生长、增强抗逆、改善品质”的五大作用，成为中国经典。

（3）四次全国腐植酸化学会议奠定了科学应用基石。

“全国腐植酸化学学术讨论会”是腐植酸发展史上最高水平的学术会议。1979—1987年，中国化学会先后主办了4次“全国腐植酸化学学术讨论会”（表2）[13]，累计发表252篇研究论文，深度阐明了腐植酸的基本化学结构，明确了黑腐酸、棕腐酸、黄腐酸三大组分的范围和特点等一系列成果，为原化工部定型鉴定腐植酸铵、腐植酸钠、硝基腐植酸铵、腐植酸复合肥料和湿法硝基腐植酸5项工艺[14]，深度开发和合理利用腐植酸提供了科学依据。

表2 全国腐植酸化学学术讨论会[13]Tab.2 National symposiums on humic acid chemistry[13]

（4）腐植酸企业群体越8000家。

回顾61年来，中国腐植酸产业类型百花齐放，产品应用类型55个。20年前，中国腐植酸企业只有几十家，如今已达8000多家，其中与肥料相关的企业近4000家，约占企业总数50%，其分布见图2[15]。

图2 腐植酸肥料企业地区分布[15]Fig.2 Regional distribution of humic acid fertilizer enterprises[15]

（5）腐植酸“净土洁食”工程更有力量。

2012年，中腐协提出“腐植酸净土洁食工程”，号召全行业以腐植酸肥料为抓手，立足净化“土壤血统”，积极开展腐植酸产品应用碳交易工程。6年来，全行业积极响应协会号召，本着唯“土”至上、奉“土”为安、养“土”为本、守“土”为责的精神，始终坚持“让腐植酸从土壤中来到土壤中去”的路线不动摇，一步步在构筑“土肥和谐新关系”中把“腐植酸净化土壤血统工程”做深、做透、做扎实。近5年来，中腐协承天命，集合全行业智慧，发人民日报内参2项、提交全国人大建议草案2项、发布土肥相关宣言8份（表3），以实际行动保障食品源头生产安全，捍卫老百姓舌尖上的安全。

表3 十二项构筑“土肥和谐”关系的顶层设计成果Tab.3 Twelve top-level design achievements of constructing the relationship of “soil and fertilizer harmony”

（6）“有机-无机营养供给理论”“腐植酸有机-无机营养供给理论”显示出中国智慧。

当前，面对土壤、肥料、粮食及生态环境等问题，“要么化肥好、要么化肥不好”的争论仍在困扰着很多人，必须通过正确的指导理论来破解。2015年，中腐协依据历史上最为经典的“土壤腐殖质营养学说”（德国土壤学家泰伊尔，1809年）和“植物矿质营养学说”（德国化学家李比希，1840年），提出了更具科学性和时代特征的“有机-无机营养供给理论”和“腐植酸有机-无机营养供给理论”，为确立新时期“土肥和谐”新关系提供了理论支持（表4）[28]。

表4 三个“土肥学说”对农业生产的影响[28]Tab.4 Effects of three “soil and fertilizer theories” on agricultural production[28]

表4 续

（7）腐植酸肥料在化肥零增长行动中发挥了先锋队作用。

2015年，在国家有关部门的大力支持下，全行业以腐植酸肥料“三大创新理论”为指针[29]，通过全国范围内开展大面积腐植酸肥料试验示范，新获腐植酸肥料在农业上“两高三少”（肥料利用率高、作物产量高、施肥用量少、施肥次数少、有害气体排放少）[30]、“三剂化”（肥料增效剂、土壤调节剂、作物根际刺激剂）[30]、“三化效应”（低碳化、生态化、优质化产）[31]等一系列科学成果。通过实践检验证明，腐植酸肥料为化肥零增长目标提前实现作出了积极贡献，起到了提质增效化肥、构筑“土肥和谐”、促进肥料供给侧改革先锋队的作用。

（8）农业农村部登记含腐植酸水溶肥料迅猛增长。

1989年，国家开启了第一批水溶肥料（叶面肥）登记，含腐植酸水溶肥料获登记产品3个，占总数7个产品的43%，居主导地位[32]；之后始终呈稳定增长态势。2015年，国家实行化肥零增长行动后，腐植酸与“土肥和谐”的热情高涨。至2018年6月25日，农业农村部累计登记含腐植酸水溶肥料2508个。其中，2018年上半年登记产品就达547个，超过前25年（1989—2013年）总和508个（表5）。

表5 1989—2018年6月含腐植酸水溶肥料登记数量Tab.5 The number of registered water-soluble fertilizers containing humic acid, from 1989 to June 2018

（9）腐植酸肥料科研文献独占鳌头。

根据中国知网检索腐植酸肥料科研文献数据显示，1958—2018年6月腐植酸肥料科研文献共计9097篇（表6）。从61年腐植酸肥料科研文献数量可以看出，2011—2018年腐植酸肥料科研文献数量呈迅猛增加趋势，累计6147篇，是前三个阶段（52年）的2.09倍，占所有文献总量67.5%，与国家实行绿色化——肥料供给侧改革的方向一致。

表6 1958—2018年6月腐植酸肥料文献数量Tab.6 The number of humic acid fertilizer literatures from 1958 to June 2018

（10）腐植酸肥料专利突飞猛进。

根据国家专利局网站检索1985—2018年6月在国家知识产权局登记的腐植酸肥料专利，去除无效和重复专利，腐植酸肥料专利累计11277项（表7）。由表7可以看出，腐植酸肥料专利申请大致分为4个阶段：①1985—2006年②2007—2010年③2011—2013年④2015—2018年。其中，2015年以来腐植酸肥料专利申请量猛增，三年半的时间腐植酸肥料专利数量达10066项，占申请总量89.3%。2018年半年申请量就达到999项，占前30年（1985—2014年）累计申请总量（1211项）82.5%，充分说明国家开展化肥零增长行动，提升了腐植酸肥料的科技创新水平，推动了腐植酸肥料产业的技术进步。

表7 1985—2018年6月腐植酸肥料专利数量Tab.7 The number of humic acid fertilizer patents from 1985 to June 2018

（11）《让腐植酸水溶肥普惠全人类》赢得世界喝彩。

2014年6月5日，第43个“世界环境日”，曾宪成理事长代表中国腐植酸行业出席联合国“世界环境日”暨“农业可持续发展论坛”作了题为《让腐植酸水溶肥普惠全人类》的报告[2]，用“八个”既古朴又经典的科学故事讲述了“腐植酸水溶肥”的来龙去脉，在联合国舞台上赢得了满堂喝彩。为此，《相约曼哈顿》电视台对曾理事长进行了长达20分钟的专题采访[33]。腐植酸，一个高度科学文明的新产业，怀着普利惠民、造福人类的美好愿景，伴随着《相约曼哈顿》的专访传遍了世界。2016年8月17日，曾理事长应邀出席在马来西亚举办的“第15届国际泥炭大会”，作了《让中国开启泥炭产业新生活运动》专题报告[34]，让世界的目光投向了中国，各国泥炭资源从而纷纷走进中国。

（12）腐植酸肥料各类基金田间试验成果日新月异。

自2017年10月20日起，协会在全行业范围内开展了“贯彻党的十九大绿色思想，开展腐植酸田间深情对话”活动，截至目前发布了70家企业通过国家各类基金开展腐植酸肥料田间试验基金（共6235.18万元）项目成果。这些田间试验成果覆盖了全国24个省市自治区的372个试验点，试验对象包括粮食作物、经济作物、果蔬作物、中草药等105种，获得26项（类）优化土肥关系的试验成果[35]（表8），十分喜人。

表8 腐植酸肥料田间试验成果Tab.8 Field trial results of humic acid fertilizer

（13）腐植酸肥料减少氨排放防治雾霾效果突出。

我国每年种植业氨排放大约420～580万吨氮。2017年3月9日，在第十二届全国人民代表大会第五次会议陕西代表团审议会议上，中国科学院院士、中科院地球环境研究所所长周卫健指出，“氮肥释放的氨对雾霾的贡献率可达20%以上”。2018年7月3日，国务院《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（国发〔2018〕22号）第二十一条强调控制农业源氨排放[36]。几十年来的试验研究表明，腐植酸可以提高氮肥利用率、抑制土壤中脲酶的活性、减缓尿素在土壤中的分解和释放速度，从而延长肥效，减少氨挥发（表9），对我国雾霾治理具有重要的现实意义。

表9 腐植酸对土壤和肥料氨挥发的影响[13]Tab.9 Effects of humic acid on ammonia volatilization from soil and fertilizer[13]

（14）腐植酸黑色“储碳器”具接地气。

黑色是大地之父。土壤腐植酸就是黑色“储碳器”。早在1979年，加拿大知名土壤化学家Schnitzer指出：“土壤腐殖质碳是大气CO2的主要来源之一，并作为环境和大气CO2浓度变化极敏感的碳聚集体”。实践证明，腐植酸与土肥融合力独具特色，或团粒，或节能，或低碳，或固碳，或增绿，或减排，其低碳化效应突出（表10）[37]。面对全球气候变化的严峻形势，充分发挥腐植酸在优化土壤、提质化肥、增绿储碳等方面的重要作用，腐植酸环境友好产业自主贡献的能力会越来越强。

（15）腐植酸肥料标准化引领产业规范发展。

2018年1月1日正式实施的新《标准化法》第二条明确规定，标准包括国家标准、行业标准、地方标准和团体标准、企业标准，腐植酸肥料标准化工作走上了多元化发展的道路。截至目前，腐植酸肥料相关国家标准7项[29]、行业标准11项（4项报批阶段）、协会标准14项[29]（9项报批阶段、5项送审阶段、1项起草阶段），见表11～表13。关于腐植酸标准化用“植”的规范性问题，协会早已阐明了来龙去脉[40～42]。2017年9月29日，全国肥料和土壤调理剂标准化技术委员会腐植酸肥料分技术委员会已通过“腐植酸肥料标准统一用‘植’”的决议，上述有关标准的“殖”字其后将修订为“植”[43]。

表10 腐植酸肥料固碳减排效果Tab.10 Effects of humic acid fertilizer on carbon sequestration and emission reduction

表11 腐植酸肥料相关国家标准[35]Tab.11 National standards of humic acid fertilizer[35]

表12 腐植酸肥料相关行业标准Tab.12 Industry standards of humic acid fertilizer

表13 腐植酸肥料协会标准制标进展[35]Tab.13 Progress of humic acid fertilizer association standards [35]

3 构筑“土肥和谐”唯有用“芯”

“土肥和谐”的要义，就是“土离不开肥，肥离不开土”，土肥一家亲。构筑“土肥和谐”，必须保证土壤生态系统和谐；保证土壤生态系统和谐，必须把住土壤投放关；把住土壤投放关，必须把住土壤本源性肥料投放。

（1）腐植酸是土壤地力之“芯”。

大家知道，农业立足于土壤，土壤立足于团粒结构，团粒结构立足于有机-无机复合体，而含腐植酸的微团聚体，是赋予土壤有机-无机复合体以及维护土壤可持续发展的“芯力”所在。在土壤形成过程中，腐殖质-腐植酸贯穿于土壤生命之中，是土壤的“生命核”。在土壤固相组成中，土壤腐殖质等于有机质。腐植酸是土壤腐殖质中最活跃的组分，一般占比高达75%以上[44]。没有腐殖质-腐植酸，土壤就“死”了。就此指出，土壤腐植酸，立足于养；煤炭腐植酸、生物腐植酸立足于用。工业开发腐植酸，目的在于即养即用，即“芯”之所在。

（2）腐植酸与土壤命运共同体。

腐植酸是土壤生命的承载者，为微生物提供碳源、氮源并伴其终身，对微生物的数量、种类及功能多样性具有促进作用[35]；微生物是土壤生命的体现者，担当着分解者的角色，对腐植酸的形成与分解功不可没。腐植酸的形成离不开土壤微生物，土壤微生物的生存和繁衍离不开腐植酸，二者相互依存，共同促进土壤的形成发育、肥力演变、物质循环及能量转化[45]。可见，“土壤—腐植酸—微生物”三者密不可分，属于生命共同体。土好腐植酸好，腐植酸好土更好。为此，土壤失去腐植酸的代价，等于失去了土壤生命及其肥力的代价，就等于失去了土壤的代价，人类耕作与之生存的基石将不复存在。

（3）腐植酸改良土壤可酸可碱。

腐植酸是大分子有机弱酸，含有羧基、羰基、醌基、酚羟基、醇羟基、酰胺基、甲氧基等多种酸性和碱性官能团，具有很强的酸碱缓冲能力和相关的物理、化学和生物活性[1]。同时，腐植酸的分子量从几百到上百万不等，具有多样性开发产品的条件。据此，针对我国土壤酸碱性差异较大的特性，通过不同工艺，可开发适应碱性或酸性土壤的系列腐植酸产品。通过盐基工艺，可生产中性或偏碱性产品，适于中性或酸性土壤。通过硝基工艺，可生产中性或偏酸性产品，适于中性或碱性土壤。必须强调：腐植酸是土壤的，万变不离其宗。单纯认为腐植酸是弱酸，而判定腐植酸不能应用于酸性土壤，是对腐植酸在开发应用上的缺失。

（4）腐植酸防治土壤污染。

腐植酸对重金属和有毒有机污染物污染土壤具有良好的修复作用。腐植酸通过吸附、离子交换、氧化还原等作用，降低土壤溶液中活化态重金属离子含量，增强重金属离子的稳定性，减小重金属离子生物的毒性[46～48]。腐植酸通过物理吸附、分配、氢键、共价键等途径与有机污染物结合，降低有毒有机污染物在土壤中的生物有效性[10]。腐植酸能够将电子从还原态的化合物转移到芳香族化合物等有毒有机污染物上，发挥电子转递体的作用，将这些有机污染物降解；同时，腐植酸也可作为电子受体，接受有毒有机污染物提供的电子，将这些有机污染物氧化[48]。腐植酸还可以促进土壤微生物对有机物的降解。

（5）腐植酸肥料产品集成。

万物土中生，土壤的生命基础不可替代。利用腐植酸物质的“二重性”[3]，让“腐植酸+”集成大中微量营养元素，开发腐植酸环境友好型产品（表14），优化新时期“土肥和谐”新关系”，可以构筑“腐植酸—土壤—肥料—作物”的良性运转，哺育田园更加美好。

表14 “肥料工业4.0”时代腐植酸肥料产品集成Tab.14 Integration of humic acid fertilizer products in the “fertilizer industry 4.0” era

4 修复土壤“揭竿而起”

星星之火可以燎原。40年来，腐植酸在哺育土壤和维护土壤健康中，试验地越来越多，各地星火，连成一片。现列举腐植酸、腐植酸肥料不同阶段在5个方面应用的案例，与大家分享。

【案例1】腐植酸提升土壤肥力

土肥资源高效利用国家工程实验室张务帅等[50]研究了腐植酸复合肥对苹果生长及土壤肥力的影响。结果表明，添加活化腐植酸复合肥150 公斤/吨处理，可增加有机质27%，提高苹果不同生长期土壤有效磷含量13.7%～28.1%、速效钾含量15.2%～83.9%，提高土壤脲酶活性，促进土壤氮素转化，苹果产量较普通复合肥处理提高12.33%。

【案例2】腐植酸修复沙化土壤

原化工部冯元琦[51]研究了腐植酸物料对绿化荒漠化土地的影响。结果表明，腐植酸物料可使荒漠化土壤有机质提高132%，土壤pH值降低1～1.5，施入15天时对土壤磷肥固定率降低20%以上，土壤硬度降低30%，土壤含水量增加8%以上，土壤容重降低15%～31.4%，土壤固相结构减少15.7%～31.6%，土壤液相结构增加40.2%～62.8%，土壤气相结构增加4.1%，土壤孔隙度增加16.6%～34.1%，土壤微生物数量增加100%～271.4%，>0.25 mm土壤团聚体含量增加32%～74.7%，作物对氮的吸收量增加1.5倍，对磷肥的吸收量增加40%，对钾肥的吸收量增加1倍。

【案例3】腐植酸修复盐碱土壤

中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院孙在金[52]研究了腐植酸与脱硫石膏配施对滨海盐碱土的改良效果。结果表明，腐植酸与脱硫石膏配施能够降低棉田土壤pH值，比对照降低了0.09；土壤全盐量由 0.66 g/kg增长到1.19 g/kg，土壤Ca2+和SO4

2-含量分别提高了211.7%和187.1%，而Na+和Cl-含量分别降低了68.5%和39.0%；土壤钠吸附比由24.8改良至7.9，降低了68.1%。可见，腐植酸与脱硫石膏配施可广泛应用于盐碱地区农业生产。

【案例4】腐植酸修复土壤重金属污染

湖南省土壤肥料研究所唐海涛等[53]研究了不同叶面肥对轻度重金属污染稻田水稻重金属积累调控效果。通过在轻度重金属污染稻田中喷施3种叶面肥发现，喷施腐植酸肥比清水对照处理稻谷中Pb、Cd、Hg、Cr含量分别降低10.49%、22.00%、38.20%、4.30%；稻谷亩增产33.4 公斤，增幅为7.82%。

【案例5】腐植酸增加土壤有机碳

中国农业科学院于江[54]研究了生物腐植酸对新疆甘草种植区产地环境综合作用效果。结果表明，生物腐植酸中的有机质含量约为30%，按有机质的含碳量平均为58%来算[55]，生物腐植酸的有机碳含量约为17.40%，施用量每公顷为450公斤时，生物腐植酸提供的有机碳约每公顷为78.3公斤，对土壤有机碳的贡献量每公斤约0.036克。90天和190天时与对照相比，土壤有机碳的实际增加量分别是生物腐植酸本身对土壤有机碳贡献量的41.9和33.3倍。可见，生物腐植酸对土壤有机碳的超补偿效应非常显著，土壤有机碳含量得到了迅速而显著的提高[54]。

5 结语

万物土中生，土壤是生命的基础。国际肥料工业协会指出“腐植酸介生于食物链，会让土壤更肥沃、食物更安全、生活更美好”。早在2012年，中腐协开展了“腐植酸净土洁食工程”，始终坚持“让腐植酸从土壤中来到土壤中去”的路线不动摇。2018年6月24日，新华社发布了中共中央国务院《关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》[56]。其中，“扎实推进净土保卫战”一章备受鼓舞。7月3日，国务院印发了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（国发〔2018〕22号）[36]，进一步明确了我们的工作任务。对此，在构建“土肥和谐”关系中，特别在构筑“土肥命运共同体”中，让腐植酸挥洒在祖国大地上，不断谱写出最新最美的墨色“中国画卷”，是腐植酸人义不容辞的责任。

(本文系2018年7月11日曾宪成名誉会长在“全国农田土壤重金属污染防控与修复技术暨西南矿区及周边土壤污染治理与修复”会议上的专题报告。）