论腐植酸肥料及有关研究课题

王曰鑫 李 强

1 山西农业大学资源环境学院 太谷 030801

2 山东省临沂市平邑县农业农村局 平邑 273300

近年来，乘着全国化肥减量增效、大力发展绿色有机肥料的东风，腐植酸类肥料迎来了最好的发展时机，成为腐植酸类产品中生产量最大的产品。目前，不仅仅是腐植酸行业在生产腐植酸肥料，更多的是被国内众多大、中、小型化肥企业所重视和生产。

纵观我国腐植酸行业的发展历程，腐植酸类肥料曾经历过两个辉煌时期。第一个时期是20世纪70年代，腐植酸类肥料被大力提倡。1974年11月16日，国务院发布了《国务院转发燃化部、农林部关于积极试验、推广和发展腐植酸类肥料报告的通知》（国发〔1974〕110号文件），在全国掀起推广腐植酸肥料的热潮。当时最主要的产品是腐植酸铵。由于生产技术落后和不重视产品质量，加之“运动式”的推广，导致产品鱼目混珠，甚至大量的风化煤不经加工就被当作肥料施用，使用效果好坏难辩。没过几年，不少腐植酸肥料企业在困苦中行进。第二个时期就是近二十几年来的快速发展阶段，腐植酸肥料经过长期研究积累和生产技术的提升走在了世界的前列。更主要的是，由于长期大量使用化肥而不重视有机肥，导致耕地质量退化，农产品品质下降，农田土壤环境堪忧。因此，国家近几年提出了化肥减量增效的发展目标。化肥既要减量还要增效，迫使传统化肥产品必须改性。而改性化肥最好伴侣（添加物）非腐植酸（主要是腐植酸钾、硝基腐植酸、黄腐酸等）莫属。

此外，为了改良退化、污染、有机质贫乏的土壤，国家又对腐植酸土壤调理剂和腐植酸有机肥重新重视，所以再次迎来了腐植酸肥料的春天。为了让腐植酸肥料产业能够适应形势快速发展，避免再成为昙花一现的产品，从事腐植酸肥料生产的企业和研究人员，有必要充分认识腐植酸肥料的多方面知识，重视提升腐植酸肥料的生产技术，执行国家及行业制订的产品质量标准并生产出优质产品，合理施用腐植酸肥料，加强对腐植酸肥料应用效果科学研究等等。通过大家的共同努力，让腐植酸肥料产业能够更健康、有序、稳妥地发展。

1 腐植酸的来源与分类

腐植酸类物质广泛地存在于自然界矿物、土壤与水体之中，但低阶煤（有机矿物）是人们最常见和利用最多的腐植酸原料。煤炭腐植酸是动植物遗骸经微生物分解和合成以及一系列地球化学过程形成和积累起来的一类有机物质，主要原料类型包括泥炭、褐煤和风化煤。我国煤炭腐植酸资源丰富，据勘察有泥炭约125亿吨[1]、褐煤约1431亿吨[1，2]，风化煤资源没做过全国的系统调查，但有资料估算，仅山西省约有风化煤资源80亿吨、内蒙古自治区约有风化煤资源50亿吨[3，4]，这些对发展腐植酸肥料是雄厚的资源储备。从形成的地质年代上看，泥炭最年轻，一般形成于新生代第四纪，乃至有些现代的沼泽地下面还有泥炭在形成；我国褐煤主要形成于中生代的晚侏罗纪—早白垩纪和新生代的第三纪[5]，是年轻的、变质程度低的“年轻”煤；风化煤则主要由晚古生代（石炭纪、二叠纪、晚三叠纪）、中生代（侏罗纪、早白垩纪）和新生代第三纪生成的褐煤、烟煤或无烟煤，在近地表环境下又经过风化-氧化作用而形成。

从化学成分上看，腐植酸是一类以芳香核为主体、含有多种官能团结构的高分子有机碳物质聚（混）合体。煤炭腐植酸类物质是一种混合物，它通过化学方法，可以分离出黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸和腐黑物[6]。例如：用火碱溶液从低阶煤中直接提取出来的那部分有机酸的混合物称作腐植酸钠溶液，而沉淀物中的含碳物质称为腐黑物（胡敏素）；然后用硫酸将腐植酸钠溶液酸化，沉淀出来的部分称作腐植酸，腐植酸中能溶于丙酮（或乙醇）的部分称作棕腐酸，不溶的部分称作黑腐酸；酸化后仍不沉淀（溶于酸性溶液）的部分称作黄腐酸（又称富啡酸）。溶于酸性溶液中的黄腐酸，也溶于碱性溶液和中性水溶液。黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸的混合物就是人们通常所说的腐植酸。一般来说，风化煤与褐煤的腐植酸含量高，而泥炭的腐植酸含量低；但多数风化煤中含黑腐酸高、棕腐酸低、黄腐酸更低；而泥炭与褐煤中的腐植酸则是黄腐酸与棕腐酸的含量较高。从黑腐酸到棕腐酸再到黄腐酸，它们的分子量由大到小，其水溶性也由差到好，在肥料中的作用均有明显差别。因此，不同类型的腐植酸与化肥结合时，要充分地考虑到这一点。

2 腐植酸与土壤的关系

前面所讲的从煤炭腐植酸中分离黑腐酸、棕腐酸、黄腐酸的方法，与土壤学中分析土壤腐殖质组成的方法基本上是一样的。早在1786年，德国的阿查德（Achard）第一个从泥炭中用碱溶液提取再用酸沉淀出了腐植酸。后来到1797年和1807年，德国的沃克兰（Vauquelin）和汤姆森（Thomson）又分别用碱液从腐解植物残体和土壤中提取出了腐植酸。由此可见，煤炭腐植酸与土壤腐植酸属于同类型物质，最初研究所采用的化学分析方法也是相同的。德国科学家泰伊尔（Thaer）在其《合理的农业原理》一书中提出：土壤肥力决定于土壤腐殖质的含量。乃至今天，有机质含量的高低仍是我们判断土壤肥力的重要指标之一，而土壤有机质中的主要物质和核心成分则是腐殖质。

现代大量科学研究和实践证明，工业提取的煤炭腐植酸与土壤腐植酸在结构、功能和性质上基本相同[6]，目前已成为补充土壤腐植酸的重要来源[7]。由此，面对我国因长期大量施用化肥而退化的、有机质缺乏的土壤，根据国家增施有机肥、化肥减量增效的政策，工业提取的煤炭腐植酸是对化肥改性增效的最好有机物质，是改良土壤、提高土壤肥力的精品。土壤肥力是植物生长的基础，土壤的理化性状、养分指标、微生物含量等与植物生长状况息息相关。通过添加腐植酸，能改善土壤的理化性状、提高土壤的养分指标、促进土壤微生物含量指标的提高。

在改善土壤理化性状方面：腐植酸在土壤中通过絮凝和溶胶作用，可形成土壤“有机-无机复合体”，进而形成较大粒径的土壤团聚体或微团聚体，使土壤中分散的颗粒胶连在一起，降低土壤容重、增加土壤孔隙度、优化土壤液相及气相物质、土壤热状况，提高土壤保持水分和养分的能力。

在提高土壤养分指标方面：（1）腐植酸具有很强的阳离子吸附和交换能力。腐植酸的加入，能明显提高土壤阳离子交换量。（2）腐植酸及其盐类可构成土壤溶液的酸碱缓冲体系，调节土壤pH。土壤过酸时，腐植酸盐中的阳离子与土壤溶液中的H+进行交换，降低酸性；土壤过碱时，腐植酸的酸性官能团释放H+，降低碱性。（3）腐植酸分子结构中多种官能团的螯合、络合、离子交换、吸附、解吸、氧化还原等作用，不仅能提高土壤养分的肥效，还能降低土壤中重金属和其他污染物的危害。

在影响土壤微生物方面：（1）通过改善土壤结构、理化性质、营养条件来影响土壤微生物。（2）腐植酸直接影响土壤微生物的生理活动，增加微生物细胞膜透性，促进营养物质吸收，促进微生物细胞内的生理活动、生化反应。（3）腐植酸可作为微生物体内无氧呼吸及有氧呼吸的电子受体，促进能量生成，促进微生物生长繁殖。腐植酸可增加土壤微生物的总活性，提高土壤微生物的总量，丰富土壤微生物群的多样性，尤其可显著增加土壤中好气性细菌、放线菌和纤维素分解菌的数量。

总之，土壤中加入的优质腐植酸是土壤肥力形成的积极参与者和促进者，影响着土壤的理化性状、养分指标及土壤微生物的种类和数量，能为植物生长发育营造一个营养、健康和安全的土壤环境。

3 腐植酸与化肥的关系

一般来说，肥料就是植物的营养，而腐植酸是植物营养的有机载体和增效剂。腐植酸对植物的生长有着积极作用，可促进植物对多种营养元素的吸收，可调节植物生理代谢，可提高植物酶活性，从而增强植物抗旱、抗寒、抗病虫害的能力，使植物生长更加茁壮健康。腐植酸（主要指黄腐酸、腐植酸钾、硝基腐植酸、优质泥炭等）作为添加物对大化肥（氮、磷、钾）的作用机理主要表现在以下几个方面。

（1）腐植酸是氮肥的缓释剂和稳定剂。腐植酸与氮肥相结合，一方面由于腐植酸为复杂的大分子有机物，有多种官能团或键型，可将氨态氮（NH3-N）吸收、固定，转化为有效的铵态氮（NH4+-N）+腐植酸，通过生成较稳定的络合物，有效减少氮肥的损失；另一方面，通过调节和抑制土壤脲酶活性，降低氮释放速度，减缓氮肥（主要是尿素、碳铵和硝态氮肥）的分解与挥发；腐植酸还通过改善C/N比和促进土壤微生物活动对氮素进行生物固持。这些作用都有效地提高了氮肥利用率。许俊香等[8]研究了腐植酸尿素对土壤氨挥发和玉米生长的影响，结果表明：与普通尿素相比，腐植酸尿素可降低氨挥发累积量33.5%，促进玉米棒干物重增加33.9%，吸氮量增加24.0%，氮肥利用率增加7.4%。

（2）腐植酸是磷肥及磷复肥的活化剂和增效剂。腐植酸类物质对磷肥的主要作用是改善了磷的化合物形态，即活化磷素，使其在土壤中的有效性大大增强[9]。腐植酸对磷素的作用，主要表现在3个方面：（a）通过络合，减少无机磷流失，抑制土壤对水溶性磷的固定，减缓速效磷向迟效、无效态磷的转化进程；（b）增加磷在土壤中的移动，促进作物根系吸收；（c）通过活化难溶磷，提高土壤全磷的有效性。王曰鑫等[10，11]在2004年和2008年分别研究了风化煤腐植酸和泥炭腐植酸与磷肥结合对绿豆、大豆生长的影响。结果表明：腐植酸的添加明显提高了过磷酸钙的有效性，尤其在生长旺盛时期，土壤速效磷的增加促进了植株对磷的吸收；与单施磷肥相比，可分别提高磷的利用率12.69%和12.51%，提高大豆籽粒中含磷量11.71%和9.14%，提高产量24.76%和18.66%。

（3）腐植酸与钾素的关系，比氮素和磷素更亲密。首先，腐植酸钾本身就是一种好的有机钾肥，其中腐植酸与钾离子结合得非常好，而且水溶性好、腐植酸含量高，说明对原生矿物源腐植酸活化好。其次，腐植酸对钾肥的作用主要有：（a）腐植酸是钾肥的保护剂，腐植酸的官能团可大量吸收和储存钾离子，防止钾在沙土及淋溶性强的土壤中随水流失，所以腐植酸是速效钾肥的缓释剂；（b）腐植酸能提高植物根系吸钾量，施用腐植酸-氮磷钾复混肥与单施等量养分的化肥相比，水稻吸钾能提高40%左右；（c）腐植酸钾在叶面喷施时也能被植物叶片很好地吸收。再者，腐植酸能活化土壤中固定态钾，对土壤中含钾矿物有溶蚀作用，从而提高土壤全钾有效性。王振振等[12]研究了腐植酸缓释钾肥对土壤钾素含量和甘薯吸收利用的影响。结果表明，施用腐植酸促进了甘薯对钾素的吸收，降低了甘薯全生育期土壤中缓效钾含量及生长前期土壤有效钾含量，提高了甘薯生长中、后期土壤有效钾含量。与施等量氧化钾对照相比，施用腐植酸钾肥显著提高了钾肥吸收利用率、农学利用率和甘薯块根产量，增幅分别为20.09%、42.69%和22.83%。

腐植酸增效化肥的例子不胜枚举。许多试验充分证明：腐植酸与化肥互作，可使氮磷钾等营养以络合态等形式逐渐释放，稳、匀、足、适地供给作物营养需要，起到缓释氮素、活化磷素、控释钾素的作用，大幅度提高了化肥利用率[13]。所以，腐植酸是氮磷钾大化肥提质增效最好的绿色伴侣。

4 腐植酸肥料的产品研发与应用现状

进入21世纪以后的大量应用实践证明，工业提取的腐植酸改良土壤的作用十分明显，腐植酸与化肥结合较大幅度地提高了肥料的利用率，改善了农产品的品质，特别是近几年来国家对化肥减量增效的政策倡导，越来越多的肥料企业，尤其是许多大型化肥企业把重心转向生产和研究腐植酸与化肥结合的肥料产品，从而促进我国腐植酸肥料的产量与日俱增，腐植酸类肥料的种类越来越多。概括起来看，目前市场上的腐植酸类肥料（包括土壤调理剂、苗床基质等）主要有以下一些类型。

（1）以腐植酸类物质为主要原料生产出的富含腐植酸的肥料。这类肥料有腐植酸钾、黄腐酸（抗旱剂）、硝基腐植酸、腐植酸有机肥、腐植酸生物有机肥、腐植酸土壤调理剂、泥炭有机肥、泥炭育苗基质等。

（2）腐植酸与化肥结合，其中腐植酸含量占比较高的肥料。这类肥料有腐植酸铵肥、腐植酸有机-无机复混肥料、腐植酸磷肥、腐植酸微量元素肥料（腐植酸螯合单个或多个微量元素）、腐植酸中量元素肥料（硝基腐植酸钙肥、硝基腐植酸镁肥）、腐植酸硅肥、腐植酸硒肥等。

（3）化肥中添加少量腐植酸的肥料，或者叫含腐植酸肥料。这类肥料腐植酸含量虽低，但作用很大，在腐植酸类肥料中占比很高。其中主要有含腐植酸水溶肥料（包括大量元素含腐植酸水溶肥料和微量元素含腐植酸水溶肥料），含腐植酸尿素、腐植酸复合（混）肥料、锌腐酸复合肥料、腐植酸包裹肥料（腐植酸包膜尿素、腐植酸包膜复合肥料）、腐植酸缓控释肥料等。

从肥料形态上来看，腐植酸类肥料还可分为固体肥料和液体肥料等。

5 腐植酸肥料发展中需加强研究的3个问题

腐植酸肥料的发展，迎来了最蓬勃的春天。腐植酸人如何把握好这个机遇，让腐植酸肥料产业能够适应现代农业的需要而快速良性发展，确实有许许多多的问题需要研究解决。笔者认为，以下3个问题最为紧迫，是影响腐植酸肥料产业健康、快速发展而亟待解决的问题。

（1）深入开展腐植酸“碳营养”等重大理论问题的研讨。腐植酸是不是肥料？一直存在着原则性的分歧。如果腐植酸是“肥料”，则它的作用不仅仅是“助剂”，而是为植物提供碳营养的“碳肥”。这个问题涉及到腐植酸对促进植物生长的深层原因和机理问题。由于腐植酸本身的氮磷钾养分含量很低但碳元素非常丰富，而碳元素又排在17种植物必需营养元素之首。所以，有人大胆地提出了腐植酸是“有机碳肥”的概念[14]，也有人提出腐植酸肥料就是绿色低碳肥料[15]。例如李瑞波等[14]提出：目前土壤板结严重，作物也出现严重的“缺碳病”；农作物在许多情况下处于“碳饥饿”之中；农作物缺碳会导致作物根系衰弱甚至腐根、早衰、亚健康、易倒伏、叶绿体发育不正常、防病抗逆机能差、产量低、品质低、果实发育不正常、种质退化等。碳是植物必需的基础元素，是生命之源；植物体内碳元素占植物必需营养元素总量的50%以上，碳养分是矿物质养分的组合者，碳养分形成植物有效组织的“碳框架”，将各种矿物质元素组合于其中而形成有机质。腐植酸是“有机碳肥”，以小分子水溶有机碳形态存在，可被植物和微生物直接吸收，见效快、肥效高。有机碳肥精细、高效，其有机营养肥力是传统有机肥的10～20倍。华南农业大学的廖宗文教授也认为：近30年来，我国农业的高复种指数与长期过量使用化肥导致土壤中C/NPK发生了剧变，土壤有机碳营养消耗非常严重，作物因碳养分严重失衡而生长不良，抗性降低，土壤连作障碍越来越严重[13]。目前的平衡施肥理论与生产实际中所用的复合（混）肥只考虑了氮磷钾等养分，而忽略了植物需求量最大的碳元素。作物依靠自然状态的CO2营养，这种靠天补碳方式仅能满足其需求的五分之一；通过腐植酸“有机碳肥”补碳，可以有效地消除“碳饥饿”而实现碳平衡。

但腐植酸是“有机碳肥”的说法也遭到了不少学者的反对。他们依据传统的理论，认为植物的光合作用是植物碳素营养的来源，而光合作用所需的CO2来自于空气，而且取之不尽用之不竭，不存在“碳短板”的问题；认为腐植酸并不是“有机碳肥”，它的作用主要是生长刺激性功能；少量的水溶性小分子腐植酸可能被植物吸收，但数量微乎其微。

还有一些现象令人疑惑，比如：一是温室大棚施用CO2气肥有明显的效果，可否证明某些条件下空气中光合作用所需的CO2也供应不足？二是氨基酸施入土壤，有些会被植物根系直接吸收，那么与氨基酸类似的水溶性腐植酸是否也有可能被植物根系直接吸收？三是如果不注重补充，随着耕种次数的增加，土壤有机质会越来越贫乏，可否说明其中的有机碳可能被植物吸收利用了？

笔者认为，腐植酸无论加入土壤还是与化肥结合对促进植物生长都有很好的效果，但深层的机理迄今没有完全搞清楚。在此情况下，水溶性腐植酸作为“有机碳素”被植物吸收利用的争议是有积极意义的。但目前的“论据”都是理论推断，实际研究证据不足，建议腐植酸学术界继续深入研究，将腐植酸科学水平提到新的高度。

（2）必须加强腐植酸肥料的应用基础研究。目前，腐植酸肥料产品虽已蓬勃发展、种类繁多，但因腐植酸物质成分与化学结构的基础研究一直是腐植酸领域的薄弱环节[16]，导致腐植酸肥料的化学成分、作用机理至今仍不很清楚。有的腐植酸肥料新产品开发与鉴定更是只讲作用好，而作用机理难以阐明。故此，加强腐植酸与腐植酸肥料的应用基础研究非常必要。首先需要广泛开展腐植酸肥料应用的田间试验以及深入研究各种腐植酸肥料产品组分的构成原理与检测方法。其次要重视腐植酸肥料作用机理的研究。从前面关于腐植酸是不是“有机碳肥”的讨论也可看出，加强腐植酸中的有机碳对植物生长作用机理的研究非常重要；加强腐植酸与化肥的结合态物质通过土壤被植物营养吸收的迁移转化过程的研究也非常必要。这些基础研究都能为腐植酸肥料标准的制订和腐植酸肥料产业的科学发展起到推动作用[17]。

（3）充分认识腐植酸肥料评价体系建立的必要性，加快腐植酸肥料标准的制修订。早在十多年前，中国腐植酸工业协会为推动腐植酸肥料健康发展，支持成立了全国肥料和土壤调理剂标准化技术委员会腐植酸肥料工作组。该工作组后来发展成为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，起草和申报了一系列腐植酸肥料方面的国家标准和行业标准。近年来，国家标准化管理委员会、农业农村部加强了腐植酸系列标准的制订，又出台了许多腐植酸肥料方面的国家标准和行业标准。许多腐植酸肥料企业也根据自身发展，制订了众多腐植酸肥料企业标准。这些标准的发布对推动腐植酸肥料规范的发展起到了积极作用。但是，腐植酸肥料标准的制订与颁布仍滞后于市场的需求，同时一些已有标准也存在过时、老化问题，跟不上形势发展，是制约腐植酸肥料产业发展的因素之一。所以，加快肥料标准的制修订，紧密围绕腐植酸肥料行业发展和市场环境需要，不断完善我国腐植酸肥料标准化体系，制定出更多、更先进、适用性更强的各类标准，通过标准化工作，推动和引领腐植酸肥料产业规范和健康发展。