腐植酸的应用化学研究

孟令卓 王靖凯

【摘 要】腐植酸本身的来源十分广泛，一般情况下主要来自于煤，不同的煤里腐植酸的含量不同。腐植酸及其制品用途广泛，且由于符合绿色、环保的理念，受到了各界人士关注。本文就腐植酸的化学构成与分类进行了分析，然后介绍了腐植酸的提取方法，最后就其在应用化学方向的研究情况进行了探讨，希望对于相关领域研究者开发腐植酸的应用潜能，在应用化学领域进一步发展提供一定的启示作用。

【关键词】腐植酸;应用化学;吸附剂

引言

近些年来，随着国家对生态环保关注程度的提升以及人们对绿色健康意识的提升，具有环保、无二次污染特点的腐植酸作为良好的农业吸附剂而得到了广泛的应用。腐植酸是自然界中植物和动物的遗骸经过微生物转化后，受到地质运动的作用，经过长时间的反应，而积累起来的一类有机物。在农业生产中利用腐植酸，不仅可以实现对土质的改善，而且可以作为肥料为农作物的生长提供营养，因而其在农业领域的应用还有很大的发展空间。

1腐植酸的化学构成与分类

1.1腐植酸的化学构成

从元素组成的角度，相关研究者利用有机元素分析仪等对腐植酸进行分析，发现其主要的构成元素包括C、H、O、N、P和S。随着时间的延长，其腐植化的程度也会相应增加，导致构成元素中C的质量分数占比逐渐提高，而H元素的质量分数则逐渐降低。在化学结构方面，腐植酸属于高分子聚合物，其中大分子的微观结构主要是芳环和脂环，在环上的不同位置，与-COOH、-C=O-、-CH3O等官能团相连接。并且，在化学构成上也可能存在杂环态氮。

1.2腐植酸的分类

腐植酸从不同的角度可以进行不同的分类，如果以来源进行分类，那么腐植酸可以分为原生、再生和合成三种，其中原生就是指天然物质中化学成分的互相反应演变成为的腐植酸，而再生和合成则是在人工技术的处理下形成的，前者是人工对于自然物质的处理，后者则是人工合成物。从形成的角度来看，腐植酸又可以分为天然和人工两种，天然腐植酸又分为三种，分别是在不同环境下形成的煤类、土壤、水体腐植酸。而人工腐植酸同样分为三种，即再生、合成和发酵腐植酸。有时基于实验需要，也会根据其可溶的酸碱溶液进行分类，分为黄腐植酸、综腐植酸以及黑腐植酸。其区别在于，黄腐植酸的可溶性最强，可以与水相溶，而综腐植酸则不溶于水，但是与黄腐植酸一样可以溶于酸碱之中，黑腐植酸仅仅可以与碱相融。

2腐植酸的分布及提取手段

2.1腐植酸在自然环境中的分布

在自然界中，腐植酸的总量巨大，无论是在陆地还是海洋，均可以觅到腐植酸的踪迹。具体说来，土壤中腐植酸的总量是最大的，以胡梅酸氧和胡梅酸碳为主，咸水和淡水资源中也广泛存在着腐植酸，但浓度占比较低。从人类利用的角度出发，一些低热值的煤炭资源是腐植酸的重要来源，主要包括褐煤、草炭和风化煤等，腐植酸在其中的质量分数占比可以达到10%到80%不等。而我国的煤炭资源储量在世界上处于领先地位，对腐植酸的提取和加工也可以作为煤炭加工领域的副产品。

2.2腐植酸的提取方法

以广泛存在的几种低热值煤炭资源作为提取腐植酸的原材料，可用如下三种方法对其进行提取，具体说明如下：碱溶酸析法，这是当前工业生产领域主流应用的提取方法，具有生产效率高、产率高的特点，但要达到较高的生产效率，需对原材料进行预处理。微生物溶解法，此种提取方法具有绿色、无污染的特点，与生态农业建设的思路不谋而合。但在实践中，由于受到微生物生命周期的影响，生产效率相对较低，无法满足快速生产的要求。酸抽提剂法，此种方式具有生产流程简便、反应效率较高的优势，但由于酸性溶液在溶解腐植酸的同时，也会将煤炭中的其他杂质带入，因此对后期的提纯除杂工作要求较高。

2.3腐植酸与土壤

2.3.1酸碱中和

土壤本身在长期的开发过程中，会逐渐由于营养流失和化肥增多而碱性化，如果不对其进行处理，就如同在贫瘠的土地上中庄稼，仅仅能够实现很小的产量。而在土地中加入了腐植酸，腐植酸与碱中和，进行酸碱中和反应，进而有效改善土壤质量，促使土壤可以再次被种植。

2.3.2可溶性盐

土壤本身是极富有营养的，但是这些营养并不是都能够被种植物所吸收，有一部分营养由于难以吸收而被浪费，究其原因进行分析，是由于这部分营养物质的可溶性差，因此植物难以溶解吸收。而在上文中提到了腐植酸，可溶解性强，与这些难以溶解的营养物质相结合，转化为了可溶解的可溶性盐，进而有效被种植物所吸收，大大提高了利用率，而如何进行配比，选用哪种腐植酸，则需要根据不同地域土地的实际情况进行分析。

3腐植酸在土壤中的作用

农业发展工作的开展需要先进的农业技术作为支撑，而腐植酸对于农业生产就有这不可忽视的重要作用，因为腐植酸不仅是土壤的重要组成，还是肥料的重要组成环节。在土壤的特殊环境下，腐植酸属于一种亲水胶体，是发挥吸附作用的关键环节，在不同作用力影响下，可以对各种有机或是无机复合物进行整合。并且，腐植酸作为一种微团聚体，可以将土壤中的水分、肥料、热量等进行保持，因此在某种程度而言，土壤中各种生物活性也在不同程度上受到了腐植酸的影响。从实际意义上而言，腐植酸对土壤的意义十分深远。如果土壤质量受到严重影响，那么全民食物安全和农业发展问题都会受到负面影响和制约，而腐植酸对于土壤肥力可以发挥全面提升作用，有助于土壤可持续性的提升。所以，我们更需要认识到目前腐植酸在土壤中的核心优势和作用，只有严格遵守土壤肥力的道路对土壤肥力进行提升，才能对食物的本质问题进行有效解决。

4腐植酸在肥料中的作用

腐植酸也是肥料中关键的组成环节，基于其机理充分，我们在对这一问题進行研究的过程中主要分为以下几点：其一，物理角度而言，腐植酸是土壤结构中最关键的动力支撑。腐植酸将土壤中团聚适量增加后，才能充分发挥对土壤质地的调节性优势，从而实现对土壤水分的保持和稳定，在对土壤通气功能进行提升的基础上，为土壤营造更为健康的发展环境。其二，化学角度而言，腐植酸可以對土壤环境的控制力进行保障。腐植酸可以在发展过程中吸附和整个有机物污染物，实现对土壤中胶体性质的改善，在调节土壤酸碱性的基础上，实现对土壤有机质的提升，推进土壤的良性发展。其三，在土壤角度上而言，腐植酸可以在工业化发展中得到充分利用，比如推进煤炭行业的发展。研究表明，煤炭腐植酸和土壤腐植酸之间存在一定相似性，因此在煤炭行业发展中，腐植酸也可以充分发展和使用。

5在土肥关系优化中腐植酸需要发挥的作用

5.1土壤离不开腐植酸

前文已经明确说明，土壤中腐植酸的作用十分显著，从土壤结构上分析，矿物质重量比更大，土壤中有机质的重量十分有限。而腐植酸则是土壤中有机质的关键性存在方式，在有机质中占据80%以上，是土壤腐植质中最关键的缓解。所以在农业生产和建设过程中，我们更需要加强对腐植酸的应用，这也相当于抓住了农业生产的命脉。相关农业技术工作人员也可以借助反哺的方式借助腐植酸或是肥料对土壤养分进行调节，在推进土壤自身可持续发展的基础上，实现对土壤环境的有效保护。

5.2肥料离不开腐植酸

随着当前群众环保意识的不断提升，肥料行业也迫切需要转型发展，而腐植酸在这一环节中也发挥着不可忽视的重要作用。在这项工作开展过程中，我们首先应该掌握和了解化肥行业当前的主要问题，并实现与腐植酸之间的合理发展。腐植酸可以在某种程度上促进钾肥、氮肥的吸收，所以在和肥料之间的合作过程中，可以有效控制肥料的会发和分解，根本上实现对肥料活性的提升。总而言之，肥料离不开腐植酸，腐植酸在和肥料的结合过程中，通过对土壤中各项元素的融合，不仅能对肥料不足问题进行解决，还能切实提升肥料的利用效率，对于我国农业领域的整体发展尤为关键。

5.3在土肥关系中腐植酸的作用

在农业生产和发展过程中，土壤和肥料之间本身就是密切联系的，二者缺一不可，比如我国黑土地的形成，也不仅仅是土壤的作用，和肥料的關系也十分密切。越是肥沃的土壤越离不开腐植酸，因此更需要加强对土壤中有机质的聚合，从而实现对土壤的反哺作用。腐植酸不仅能对土壤发挥优势作用，还能推进肥料效率的提升，因此在土壤养分保持和肥料效率的发挥上都有十分重要的意义。此外，腐植酸还能对植物生长中需要的营养元素质量起到一定的调节和控制作用，实现化肥中营养元素的合理化控制，是化肥和土壤和谐发展的重要帮助，有助于农业整体发展水平的有效提升。

6腐植酸在农业领域中的应用

腐植酸的微观结构决定了其具有吸附能力强、反应活性高的特点。在分散体系中，腐植酸可以起到凝聚、胶溶的作用。在农业生产中，主要从以下几个方面利用腐植酸。

6.1利用腐植酸吸附土壤中的农药

为了提高农作物的产量、防治病虫害，农民往往会选择在农作物生长过程中喷洒一定的农药。但土壤中的农药残留问题不仅影响着土质情况，导致土壤出现板结问题，而且可能被植物吸收，在人类食用后，影响身体健康情况。而土壤中的腐植酸可以有效吸附农药残留物，以毒死蝉为例，部分腐植酸对其吸附能力可达到1000μg/g的吸附量水平。

6.2提升化肥效用

农业生产中主要会施加氮肥、磷肥和钾肥，而富含腐植酸的土壤，可以进一步提升化肥的肥力情况。一方面，富含腐植酸的土壤对于P元素和K元素的固定作用可以得到有效缓解，使P元素以游离态形式存在，而难溶性的K元素也得以被释放到土壤中，更容易被植物的根系所吸收，促进植物的抗倒伏能力。另一方面，由于腐植酸具有良好的生理活性，在向土壤中施加化肥后，腐植酸可以促进化肥中有效元素的释放，使化肥的作用得以充分的发挥。

6.3腐植酸能够实现对土质的改良

腐植酸对土壤的改良作用主要体现在三个方面，其一，富含腐植酸的土壤往往土质更加疏松，多孔的结构可以促进农作物的根系发育，并且保持土壤温度的稳定性，防止植物根系出现受冻问题;其二，增强土壤的透气性，防止植物根系缺氧问题的发生;其三，提升土壤的蓄水能力，避免水分过快流失问题的出现。

6.4促进农作物生长

农作物的根部是与土壤中的腐植酸直接接触的，在向土壤中额外添加腐植酸后，可以促进农作物的根系的生长，而健康的根系对于农作物后续吸收土壤中的养分意义重大。同时，在富含腐植酸的土壤中，种子的出芽率可以得到有效提升，而发芽所需的时间也可以大幅缩短，进而提升农业生产的效率。

结束语

我国的腐植酸资源丰富、分布广泛，且品位较高，每年都有大量腐植酸系列产品出口到其他国家。当前，对其进行理论研究已达到了较高的水平，而在生产环境进行应用的研究还不够成熟，未能充分发挥其潜力。为进一步发挥我国的储量优势，充分促进农业、林业、畜牧业的发展，相关领域研究者有必要针对优化腐植酸的提取技术、降低提取成本进行深入探讨。

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（作者单位：辽宁工业大学）