浅谈腐植酸在土壤改良中的应用

佘 欢 吴雨函

（1.四川大学锦城学院 四川成都 611731；2.四川黑璞生物科技有限公司 四川攀枝花 617000）

从化学结构的角度分析，腐植酸是以芳香族为基础组合形成的高分子混合物，是一种有机弱酸。从化学特性的角度分析，其具有良好的生物活性，能够同其他多种类型的物质发生络合、交换等反应。天然生成的各种腐植酸主要分布在土壤中，相关的研究表明，腐植酸是土壤有机质的主要组成部分之一，其在土壤中的平均含量小于1%[1]。在咸水和淡水中也存在大量的腐植酸，但是其平均浓度更低。在实际生产过程中应用的腐植酸是热值较低的煤炭类腐植酸，广泛分布于泥炭、褐煤以及风化煤之中，这些是工业生产过程中提取腐植酸的主要来源。现阶段相关部门发布的数据显示，我国已经探明的资源储量：泥炭的储量为50 亿吨，褐煤的储量为1 265 亿吨，风化煤的储量为1 000 多亿吨。

腐植酸这一特殊的高分子混合物中包含了超过20 种官能团，因此其能够实现多种类型的化学反应，在实践过程中具备多种用途。20世纪80年代，我国相关科学技术人员开始深入研究腐植酸在农业种植过程中所发挥的积极作用并取得了一系列丰硕的成果。本文分析总结了过去一个时间段内与腐植酸相关的研究成果，进一步概括综述了腐植酸在土壤改良过程中所发挥的积极作用，为腐植酸在农业种植和环保方面的进一步应用奠定良好的基础。

1 腐植酸保水剂应用

1.1 基本应用原理

土壤保水剂在实践过程中能够发挥保水作用的根本原因，是自身特殊的分子结构。土壤保水剂通常是具有独特三维网状结构的高分子聚合物，三维网状结构能够吸收大量的雨水和灌溉水，并在此后的一段时间内逐步将水资源释放出来，进而保证植物获得充足的水资源。相关的研究结果表明，保水剂在土壤之中应用时主要能够发挥四个方面的作用。

（1）自身能在水资源较为丰富的环境中大量吸水，并在环境中水资源减少时不断释放水资源。

（2）提升土壤的水土保持能力。

（3）提高植物对肥料的利用率。

（4）能够对各种植物的水资源利用产生一定的调节作用[2]。

从物理化学层面对腐植酸进行分析，其是一种胶体，微观结构为三维网络结构，这一结构中包含大量的亲水基团，能够有效地与水分子形成氢键，并在这一过程中吸收大量的水分。依据相关科学研究，腐植酸的平均吸水率可达到500%，是土壤颗粒吸水性能的10 倍。腐植酸在大量吸水之后自身结构转变为水凝胶，能够实现对水分子的有效固定，避免了水分子在较短的时间内快速流失，有效地降低了水分的蒸发速率，表现出了较为优异的保水效果。腐植酸类保水剂的优势还体现在能够实现重复的吸水效果，即其在吸水、释水、干燥之后能够再次实现吸水。相关研究人员对腐植酸的吸水效果进行测试发现，其有效吸水倍率为615 倍，综合保水效果随着使用次数的增加而下降，在重复使用5 次后保水效果降为原来的68%。

1.2 腐植酸混合作用

近年来，随着对腐植酸及相关产物的研究不断深入，相关研究结果表明，将该类物质引入到保水剂中能够有效发挥以下三个方面的作用。

（1）显著降低保水剂的制造成本。

（2）对保水剂的耐盐和吸水性能有较好的改善作用。

（3）能够有效刺激农作物的生长[3]。

有研究采用以褐煤为原料制备的腐植酸，通过相关的工艺制备保水剂，对其成品进行相关测试发现，保水剂具有良好的吸水效果，且随着保水剂中腐植酸浓度的增大，保水剂的综合性能得到了有效的提升。腐植酸的使用还显著改善了保水剂的耐盐性能。相关的实验研究已经证实，腐植酸的使用能够增强植物对光和水分子的利用率。在水分较为充足的环境中，腐植酸刺激农作物生长的作用更为明显。

2 腐植酸液态地膜应用

地膜在农业生产中有着较为广泛的应用，能够发挥保温、防冻、保水等多个方面的作用，对农作物的增收有着非常重要的作用。现阶段，在农业生产过程中使用的地膜通常为聚乙烯地膜，其在使用过程中存在回收利用困难、容易造成白色污染等问题。腐植酸技术的快速发展为破解地膜在农业生产过程中所形成的困局创造了全新的途径。借助褐煤、酿酒废液、淀粉废液等原材料，结合各种类型的木质素和微量元素，能制备可降解液态地膜。相关的实践研究结果表明，液态地膜在应用过程中能够显著提升地面温度，抑制水分蒸发。与不使用地膜相比较，液态地膜的应用产生了增产、抗旱以及催熟的效果，并且不会产生环境污染问题。液态地膜已经成为未来一段时间我国农业现代化发展过程中重点应用的技术之一。

3 腐植酸在盐碱地中的应用

3.1 应用范围

目前我国西北、华北以及东北地区分布有大量的盐碱地，根据盐碱地的pH值，可以将其划分为轻度、中度以及重度盐碱地。盐碱地由于土壤的含盐量过高，植物无法有效吸收土壤中的水分，或者是土壤中某一种离子的浓度远大于其他离子的浓度，使得植物无法正常吸收其他离子，对植物的正常生长造成了较大的损害。消除盐碱地中的过量离子是改善盐碱地的有效方式，得益于腐植酸自身特殊的物质构成和结构，其是用于盐碱地改良的优良改良剂。

3.2 应用原理

腐植酸是一种带负电的胶体物质，其在与土壤作用的过程中能够同土壤中的阳离子相结合，进而有效地发挥隔盐和吸盐的作用，降低土壤中各种盐分的含量。腐植酸是一种弱酸，能够与土壤中的阳离子发生反应进而转化成腐植酸盐，其能够发挥较好的缓冲作用，有效地调节土壤的酸碱度。相关研究结果显示，腐植酸对各种类型的矿物质的交换能力是土壤的5 倍以上。腐植酸良好的保水效果能够有效降低盐碱地的水分蒸发和流失速率，对于提升农作物产量发挥了非常重要的作用。相关学者的专业研究数据表明，腐植酸在盐碱地中的应用能够有效降低土壤中钠离子的含量，提升农作物的成活率。在农业生产过程中，通常将腐植酸和脱硫石膏结合制作专用的改良剂，其能够有效调节土壤的酸碱度。腐植酸为一种有机物质，其在土壤中的应用还能够强化土壤的有机活性，提升土壤中各种微生物的数量，实现对土壤的有效改良。

4 腐植酸在重金属污染土壤中的应用

4.1 重金属污染

重金属污染是人类在社会生产过程中将含有重金属的各种物质输入到土壤中，日积月累造成了某一地区土壤中的重金属含量显著高于其他地区，并使土壤质量下降，生态环境恶化，对农业生产带来诸多负面影响的一种现象。重金属污染形成的主要原因有两种：一是在工业生产过程中产生的工业废水未经过有效的处理就排放到外部环境中，在雨水以及河流的汇集作用下，最终使重金属元素富集到某一区域的土壤中，造成了土壤的重金属污染；二是在农业生产过程中过量使用各种类型的农资产品，进而导致了土壤重金属超标。依据我国统计部门发布的相关数据，现阶段我国受重金属污染的土地面积在逐步扩大，截至2018年，我国受重金属污染的土地面积占土地总面积的16.1%，受重金属污染最严重的区域为耕地，其污染面积占比达到了20%。土壤重金属污染在形成过程中具有一定的隐蔽性，无法在较短时间内直接有效地判断土壤被污染的状况。并且，土地一旦遭受重金属污染就很难恢复，短时间内无法有效地消除土地的重金属污染，将长期对环境和农业生产带来一定的负面影响。土壤重金属污染的不断加重会对地下水、地表水以及农作物等产生一定的影响，在食物链的富集作用下将对人体健康造成较大的危害。针对我国土壤的重金属污染状况，国务院相关部门在2016年制定了相关的计划用于改良受重金属污染的土地，保证土壤的安全合理利用。

4.2 应用原理

在生产实践过程中已经探索出了多种改善重金属污染的方法，包括物理法、化学法、工程技术法以及生物法等。其中，应用效果较好的方法为化学法。这一方法的具体操作过程是向受污染的土地中增加改良剂，以此有效改变土壤的理化性质，借助相关的化学反应使土壤中的重金属离子实现沉淀或降低各种重金属的影响力。

腐植酸具有多种化学特性，能够同多种物质发生氧化还原反应、络合反应、离子反应等。其作为改良剂的有效组成成分被投入到土壤中时，能够通过络合反应实现对各种离子的有效固定，减少农作物对重金属离子的吸收量，消除重金属对农业生产和自然环境带来的诸多负面影响。深入分析总结相关的研究文献，腐植酸主要从以下几种渠道实现对重金属污染的消除。

（1）通过离子反应实现对重金属离子的还原，将其转化为植物无法直接吸收的螯合物，消除重金属离子对生态环境和农业生产造成的负面影响。

（2）通过与重金属离子发生络合反应生成有机-无机复合体（生成有机-无机复合体的反应过程极为复杂，现阶段的研究表明这一反应过程蕴含了氢键的生成、静电吸附等机理），实现对重金属离子的有效吸附，避免其被植物吸收。

（3）优化土壤结构组成，提升土壤中各种微生物的活性，压缩重金属离子的活动空间及活动能力。腐植酸作为一种有机酸，能够与土壤中的有机物、微生物和植物形成一定的联动效应，强化对土壤中重金属的吸收能力，实现对受污染土壤的有效修复。腐植酸应用于受污染土地中还能够显著提升土壤肥力，并避免在对重金属污染的治理过程中生成二次污染，具有良好的综合经济效益和生态效益。

4.3 应用效果

近期的相关研究也表明，腐植酸对不同重金属离子的吸收和处理能力存在一定的差异，从不同原材料中提取出的腐植酸对同一种类型的重金属离子的处理效果也呈现出一定的差异，如从风化煤中提取的腐植酸能够显著降低土壤中的铅含量、由泥煤之中所提取的腐殖酸可以吸收土壤中的汞。土壤的酸碱度也会对腐植酸的改良效果产生一定的影响，当土壤呈现一定的酸性时，腐植酸对铜、锌等重金属的处理效果明显提升。综上所述，在采用腐植酸改良土壤时，应综合考虑各个方面的因素，进而采用最适宜的改良方法。

5 腐植酸应用建议

5.1 完善行业技术标准

针对土壤改良应用中不同腐植酸产品效果差异大的问题，需要加强针对盐碱地改良、重金属阳离子钝化、退化土壤结构改良和有机无机复合肥等不同应用途径和范围的腐植酸产品的研发，特别是相关产品的加工技术和应用技术的研发，并通过中国腐植酸工业协会等行业组织建立相应的应用规范或标准。

5.2 加大资金投入，丰富相关产品类型

针对煤炭腐植酸基础产品种类偏少，不同地区来源和工艺生产的腐植酸基础产品的有效养分差异大，碱法、酸法和氧化法等生产的腐植酸产品的特点分析等问题，需要加强对煤炭腐植酸的加工工艺、产品的理化特征、对土壤作用和生物作用效果等方面的综合分析；同时，加强研究腐植酸在土壤、水体和大气等不同界面的存在形式，腐植酸与氮磷钾和重金属元素的化学结合形态，腐植酸微生物降解的机理和调控途径，关注腐植酸产品的环保性和经济性。建议国家设立相关科研专项和基金，鼓励协会及企业积极出资开展腐植酸相关的应用基础研究。