腐植酸：为开启生物刺激素第5次农业生产资料变革大门举旗定标

李 双

中国腐植酸工业协会 北京 100120

近年来，生物刺激素在农资行业已成为有非常影响力的产业，可谓第5次农业生产资料领域革命产物。腐植酸生物刺激素居5大类生物刺激素（腐植酸、氨基酸、微生物、海藻酸、无机合成物）之首[1]，颇具活力，且天然、质优、性情温和。新时期，面向我国以国内大循环为主、国内国际双循环相互促进发展的新格局，让腐植酸为开启第5次农业生产资料大门举旗定标具有重要现实意义。

1 5次农业生产资料革命

细数现代农业发展，历经了多次重要的革命，不仅改变了传统农业粗放式生产模式，也大大提高了粮食单产，推动农业发展取得巨大进步。其中，种子是实现农作物高产优质的内因，是承载其他变革的重要载体；农机是推动现代农业进程的物质条件，是保障农业生产的重要手段；而化肥→农药→地膜→除草剂4次革命，以及新生的生物刺激素第5次技术革命，贯穿植物生长全过程，于土壤安全、粮食安全、环境安全、气候变化等息息相关，可称之为狭义的农业生产资料。

1.1 第1次农业生产资料革命：化肥

化肥始于硫酸铵，源于欧洲，是工业革命的产物。1800年，英国率先从工业炼焦中回收硫酸铵作为肥料[2]。1840年，德国农业化学家李比希提出的“植物矿质养分理论”[3]使得化肥工业兴起，掀起了农业生产资料第1次革命。此后，1842年英国用硫酸分解磷矿石生产出过磷酸钙[4]，1860年德国人从钾盐矿中提炼出钾肥[5]，1908年德国诺贝尔化学奖获得者Fritz Haber（1918年）和 Carl Bosch（1931年）发明了合成氨技术和工艺。随着生产工艺的发展，化肥的浓度逐渐提高，养分由单一向复合化发展。化肥工业经过200多年的发展，为世界农业和粮食安全作出的贡献毋庸置疑。然而，面对资源、能源、食品安全和生态环境安全的巨大压力，化肥工业必须进行变革即绿色转型升级。腐植酸集合大中微量营养元素及有益元素，制成的腐植酸功能性肥料发挥了先锋队作用，经过时间和实践的检验已成为肥料行业绿色化发展的先进代表。

1.2 第2次农业生产资料革命：农药

农药应用早在3000年前，荷马《奥德塞》中介绍了硫具有杀菌作用。1851年法国人格里森（M.Grison）研制的石硫合剂开始在全球范围内得到广泛应用，使得无机农药兴起，极大地缓解了农药紧缺的现象[6]。直到1939年，诺贝尔生理学或医学奖的获奖者——保罗·赫尔曼·穆勒发现双对氯苯基三氯乙烷（1873年，维也纳化学家发现）具有良好的杀虫效果，并把它命名为DDT，有机合成化学农药产业兴起[7]。今天，推进农药减量化、保护生态环境是大势所趋。腐植酸与农药配伍，低毒、高效、安全、环保，是开发现代绿色环保型农药的一个优良助剂[8]。

1.3 第3次农业生产资料革命：地膜

地膜应用始于20世纪40年代，1943年日本最早尝试用塑料薄膜覆盖地面进行作物生产[9]，具有良好的增温、保墒、除草等作用[10]，掀起了一场“白色革命”，为当时农业增产（30%～50%）作出了积极贡献。然而，由于长期重使用、轻回收，随着农用地膜的用量和覆膜年限增加，废旧地膜在土壤中的残留量逐年增多，曾被誉为“白色革命”的地膜残留成为农村“白色污染”的主要来源[11]。今天，全生物可降解地膜替代技术解决“白色污染”成为新趋势。腐植酸黑色可降解地膜是一项革命性的技术，将在今后农业生产中广泛应用[12，13]。

1.4 第4次农业生产资料革命：除草剂

除草剂应用始于19世纪末期，法国、德国、美国同时发现硫酸和硫酸铜等的除草作用，并用于小麦等地除草[14]。1942年，H.B.Tukey和CeliaKitby等成功地合成了氯化苯氧乙酸类化合物2，4-D，从此有机化合物作为除草剂使用，也标志着现代化学防治杂草技术的开始[15]。20世纪80年代，除草剂品种的开发更为迅速，每年上市的品种有7～18个，成为除草剂发展的鼎盛时期，尤其是磺酰脲、咪唑啉酮、磺酰胺和嘧啶水杨酸等超高活性类型产品的成功开发，将除草剂品种开发推向超高效阶段，给化学除草技术及环境保护带来了革命性的变化。今天，除草剂逐渐成为种植者的一种重要工具，发展高效、低毒、易降解、杀草谱广、水性化剂型、灭生性除草剂将成为主流。然而，大量施用化学除草剂带来了环境污染危机，长残效除草剂的应用引起了残毒药害，导致下茬作物减产甚至土地退化[16]。在现代除草剂变革中，腐植酸与除草剂配伍，高效、低毒、广谱、用量少，且减少漂移，对环境污染小[8]。

1.5 第5次农业生产资料革命：生物刺激素

20世纪70年代以来，生物刺激素在农资市场上一直很活跃。它既不是激素也不是农药更不是肥料[17，18]，而是介生其间发挥单一农资难以补益的调节作用。因其具有针对性强、作用面宽、使用量少、经济安全、环境绩效好等优势和特点，迅速发展成为服务现代农业的一支新生力量[1]。尤其面对全球气候变化、新生农业、精准农业发展的要求，在化肥、农药、地膜、除草剂4类农业生产资料必须绿色转型、提质增效的背景下，生物刺激素已成众多产业界、学术界、科研领域、分析机构专家眼中的新宠儿。腐植酸位居5大类生物刺激素之首[1]，为生物刺激素产业举旗定标恰如其分。

2 正确认识生物刺激素产业

2.1 生物刺激素产业共识

（1）生物刺激素产品在前。

“生物刺激素”一词，最早由西班牙格莱西姆矿业公司于1974年提出[19]，当时并未对生物刺激素有明确的定义，只是相应地推出了一系列产品，这些产品可用于蔬菜、花卉、盆栽植物、设施保护地和非保护地等，能有效地满足全球不同地区、不同作物、不同资源条件下的作物肥料调节需要。足以说明，生物刺激素产品应用在前。

（2）生物刺激素产业形成。

近年来，生物刺激素产业在全球兴起并迅速发展。

国际市场：欧美地区成为生物刺激素产品的最大市场，以北美、拉美、西欧、东欧、非洲等区域为主[1]，其应用较为成熟，2011年6月欧洲生物刺激素产业联盟成立，是其产业化的一个重要标志[20]。

中国市场：实际生产中早有应用，但引用生物刺激素概念不足10年。生物刺激素在我国没有明确的登记地位，目前主要作为肥料进行登记，这在一定程度上限制了该类产业的健康发展。

（3）生物刺激素产业管理。

关于生物刺激素的归属问题，是农药还是肥料领域管理，至今仍未统一。

美国环保署（2019）发布了一份指南草案，建议在农药法规下对天然存在的生物刺激素进行管理并登记为农药。依据《联邦杀虫剂、杀菌剂和杀鼠剂法案》（FIFRA）7 U.S.C. 136-136y，对这些产品按农药进行监管[21]。欧盟新版肥料法规（2019年7月15日生效，2022年7月正式实施），将生物刺激素纳入肥料产品管理，同时修改农药法规的管辖范围，从法规层面明确了生物刺激素的归属[22]。对于一些界限不明确的产品，强调从产品的主要功效以及定位出发，选择合适的上市路径。

在我国，从法律定义上来讲，生物剌激素产品登记地位不明确，一部分以肥料的名义登记，一部分以农药登记[23]。不论是农药还是肥料，目前主要是以其中所含有的有效成分登记。建议属于生物刺激素类的产品，实行统一登记，以利于让农民更快接受、产品更快推广、国际化深度融合。

2.2 生物刺激素的概念

随着生物刺激素产业快速兴起并不断发展，国际、国内纷纷对生物刺激素概念作出不同的描述或定义。

（1）2011年7月，美国生物刺激素联盟首次对生物刺激素进行了定义：一种物质，当施用于作物、种子、土壤或者生长媒介时，同已有的施肥计划相结合，提高作物养分施用效率，或者对作物生长和胁迫响应提供其他直接或间接的益处[17，19，24～26]。

（2）2012年7月，欧洲生物刺激素产业联盟在第一届国际生物刺激素大会上对生物刺激素进行了定义：植物生物刺激素是一种包含某些成分和微生物的物质，这些成分和微生物在施用于植物叶围或者根围时，其功效是对植物的自然进程起到刺激作用，包括加强/有益于营养吸收、营养功效、非生物胁迫抗力及作物品质，而与营养成分无关[17，25]。这次会议，使得欧洲率先在思想、理论、技术等方面掌握了话语权。

（3）2015年11月，欧洲生物刺激素产业联盟召开第二届国际生物刺激素大会，对生物刺激素重新进行了定义：是指一类物质和（或）微生物，当被应用于植物叶围或根围时，具有刺激植物体内自然的生理过程，以提高营养吸收、营养利用效率，耐非生物胁迫及提高作物品质，且功效与其营养成分相独立[17]。

至今，关于生物刺激素，学术上未有统一的说法，业内叫法也多种多样，如生长调节剂、植物抗性增强剂、天然抗性促进剂、活力增强剂、植物激活剂、诱导因子、植物强壮剂、生理激活剂、植物助长剂、生物活性剂、生物刺激剂、土壤改良剂……。事实上，这些叫法因人而异，并非准确，但也无可厚非。我们有理由相信，随着产业发展不断成熟，一个科学的名称和定义更容易被大家接受。

2.3 生物刺激素产业前景

生物刺激素已被证明能够影响作物的多个代谢过程，如呼吸作用、光合作用、离子运输、氧化还原反应、DNA合成等，其有机来源及环境无毒害性成为推动消费需求不断增长的重要因素。现代有机农业的快速发展、作物产量增长遭遇瓶颈、绿色健康优质农产品需求的增加、农业生态环境破坏的加剧等都将扩大对生物刺激素的新需求。

（1）构筑农业立体防控体系。随着人类活动引发的土壤问题与环境问题越来越严重，气候变化和极端天气的频发，以及农药和肥料抗性、过量、缺乏、不平衡等原因，农业生产必须面向绿色、安全、环保、可持续等方向发展。对此，建立土壤生态、作物根际、植株叶面“三位一体”立体化防控体系是必然趋势和时代要求。生物刺激素作为“植株立体防控”的重要技术手段，随着科学技术的进步必将揭示出强大的生命力。

（2）促进农药化肥减量。生物刺激素是植物的“改良剂”。比照农药，生物刺激素可以诱导植物抵抗真菌、细菌及病毒等病害。比照肥料，生物刺激素可以大幅提高作物对肥料的吸收利用率，获得更高的产量和品质。研究表明，生物刺激素可使肥料使用效率增加5%～25%，农药用量节省10%～15%。通过精量灌溉，肥料的使用效率更高，产量增幅最少为5%～10%[19]。简而言之，生物刺激素最优秀的特质，仅仅微量即可实现功能倍增、减药减肥的功效。但是，生物刺激素并不直接威胁肥料的消费，最可能的情况是放缓市场上已经几乎成熟的主流肥料的消费。

（3）提高农产品品质。随着人们生活水平的提升，对于高品质的农产品、优质的食物乃至功能保健型食品的需求都在不断增加。研究发现，生物刺激素可以提高农产品的质量属性，包括外在品质（如着色、果实大小、耐贮性等）和内在品质（如糖、Vc、蛋白质、淀粉含量等）[27～29]，还可以提高果实的抗氧化活性，对人体健康有着重要意义。

（4）调节植株气候变化。生物刺激素调节植株气候变化意义重大，是帮助作物构建复原能力以应对气候变化的关键手段，与新型良种具有同等重要性。比利时列日大学让布卢农业生物技术学院Patrick du Jardin教授指出“生物刺激素现在被视为作物种植和可持续性的第四大支柱，其他三个支柱分别为种子、肥料和植保产品，我们应利用生物刺激素来解决诸如气候变化以及作物收获损失等问题”[30]。

（5）市场越来越旺盛。当前，生物刺激素在全球农业的应用率正获得显著增长。据美国市场研究机构Markets and Markets（M&M）数据显示，生物刺激素的全球市场份额在2015年销售额达15亿美元，并且以复合年增长率超过10%的速度发展[19，31]，2017年大约是20亿美元，到2022年将达到32.9亿美元[31]，未来10年市场销售额将超过50亿美元，市场前景非常广阔。

3 腐植酸生物刺激素引领众长

3.1 腐植酸生物刺激素概念

腐植酸生物刺激素主要是以煤炭（风化煤、褐煤、泥炭）或洁净的生物质资源为原料，通过工业提取或生物转化而制成，适用不同区域、不同土壤、不同植物、植物不同生长阶段的相关农用产品，兼具改良土壤、激发作物生长潜能、提高作物营养吸收和利用、增强作物抗逆能力、提高农产品产量、改善农产品品质、减少有害气体排放等多元化功效，以达经济、社会和环境效益的统一为目的[1]。

3.2 腐植酸生物刺激素作用特点

腐植酸生物刺激素产品特点突出，主要表现在以下6个方面。

（1）自然亲和。腐植酸来自于土壤、水体、煤炭等自然之中，其属性天然、生态、有机、绿色和环保。通过工业化利用腐植酸，其产品调和性强、适应性广[1]。

（2）抗逆性强。腐植酸含有多种活性官能团，通过酚羟基/醌基通过氧化/还原作用相互转化，使得作物体内不断形成瞬时自由基，强化了新陈代谢过程，从而提高了作物的生理活性、健康水平和抵御各种恶劣环境的能力，包括抗旱、抗寒、抗盐碱、抗病虫害、抗干热风、抗倒伏、抗重茬、抗重金属等逆境胁迫能力，这对于气候变暖大背景下的农业生产十分重要[32，33]。

（3）灵活多效。腐植酸可以复合大、中、微、有益营养元素，通过优化养分组合，以发挥肥料的功效为主；腐植酸可与多种农药进行单配、复配或混配，以发挥农药的功效为主；腐植酸还可与其他农资产品精准融合，发挥提质增效作用[1]。

（4）经济安全。腐植酸生物刺激素产品具有节约资源、利用率高、使用量少、无（低）毒无残留等特点，可减少对土、水、气污染物的排放，且减少对植物的伤害[1]。

（5）愈专愈活。腐植酸是大分子有机弱酸聚合物，分子量从几百到几百万，变化范围巨大，且含有多种官能团，具有很强的物理、化学、生物活性，可以根据不同区域、不同植物、植物不同生长阶段等，开发功能性、专一化、多元化产品[1]。

（6）应用广范。腐植酸生物刺激素产品可速效、可长效、可二者兼具，腐植酸生物刺激素产品可根施、冲施、叶面喷施，广泛应用于大田作物、蔬菜、果树、花卉等[1]。

3.3 腐植酸生物刺激素引领众长

在现代农业生产中，生物刺激素表现出非常好的效果。腐植酸与海藻酸、氨基酸以及微生物菌剂3类生物刺激素相比（无机合成物未列），优势明显，见表1。

表1 4类生物刺激素比较[1，34]Tab.1 Comparison of four biostimulants

通过表1分析，腐植酸生物刺激素在矿质资源、活性基团、功能开发、技术/产品标准、环境友好等方面优势明显。

4 腐植酸生物刺激素产业发展建议

面向国内大循环，基于化肥减量化、土壤污染治理、绿色农业发展等需要，应对腐植酸生物刺激素产业进行战略规划，开展物质分类、基础研究、检测方法研究等，完善标准体系，建立规范的市场准入、登记和监管程序，促进国内腐植酸生物刺激素市场的健康发展，同时推动产业国际化发展进程。

4.1 明确物质分类

不论是风化煤、褐煤、泥炭还是生物质来源；不论是大分子，还是小分子；本着简单性、唯一性和一致性的原则，应从产品的物理属性、化学属性、生产属性、工艺属性、用途属性、服务属性等方面，将具有相同属性的产品进行分类，并为每一类产品制定产品规范和统一的技术标准。

4.2 加强基础研究

由于腐植酸生物刺激素的成分相对复杂，不同来源的腐植酸其作用机制还不是十分明确。在今后的研究中应深入8方面的研究：

（1）腐植酸生物刺激素基础材料选择；

（2）腐植酸生物刺激素基础学原理；

（3）腐植酸生物刺激素在可控条件和露天环境中表型反应；

（4）腐植酸生物刺激素纯化技术及功能性产品开发；

（5）腐植酸生物刺激素用途的多样化特征；

（6）腐植酸生物刺激素对农产品收获后的生物学特性；

（7）腐植酸生物刺激素在作物特定生长阶段针对性施用；

（8）同时引入分子生物学、代谢组学等技术，开创新的研究模式。

4.3 直面国际标准

腐植酸生物刺激素以其独特的功效得到了越来越多的认可，但其检测方法还不完善，产品功效尚不明确。这种产业发展比其标准和法规更快的现象，很容易造成市场混乱，甚至对整个行业产生威胁。对此，腐植酸标准化体系建设应充分考虑与国际标准接轨，参照欧盟已有生物刺激素相关标准，考虑各国的差异，制定符合国际化市场要求的标准，以让腐植酸生物刺激素更快速、便捷地占领国际市场，快速发展。

4.4 细化管理分类

目前，腐植酸生物刺激素在我国以肥料登记，这不仅不能完全反映腐植酸生物刺激素的多种功能，还在一定程度上对行业发展造成了阻滞。对此，建议国家农业有关部门的支持，参照国际生物刺激素产业管理方法，设立专属于“生物刺激素”产品的登记管理。

4.5 建立产业联合体

目前，虽然腐植酸生物刺激素在国内外生产销售市场火爆，但以初级产品居多，高端产品市场为国外所垄断。对此，通过建立腐植酸生物刺激素“政+经+产+学+研+用”联合体，以集中优势解决高效生产技术问题，在激烈的国际竞争市场中形成核心竞争力，以更好地服务我国乃至世界新生农业可持续发展。

5 结语

生物刺激素与传统化肥、农药相比，它既能提质增效化肥、农药，还能将二者功效集于一体，又有其独特的功能。腐植酸生物刺激素与其他化学合成品相比，既具有自然环保的属性，又可实现经济效益、社会效益、环境效益俱佳的多赢效果，为生物刺激素产业举旗定标优势明显。当前，基于我国的基本国情，在国家鼓励、生产需要、业界推动下，腐植酸生物刺激素不仅为我国“化学农药肥料减施增效”提供动力，还将迈上国内、国际绿色农业发展的快车道。