腐植酸一般分为天然矿物源腐植酸(HA)和人造生化腐植酸两大类。HA是动植物遗骸(主要是植物遗骸),在自然成煤过程中经过微生物的分解、转化和合成,以及一系列地球物理、化学和生物过程产生并积累起来的一类以芳香核为主体的大分子有机弱酸聚合物,广泛存在于泥炭、褐煤、风化煤中。人造生化腐植酸主要是以动植物废弃物为原料,经过人工强制氧化、发酵接种等过程制备而成。两种来源的腐植酸组成、结构和性质既有相似之处,但也存在很大区别。即使同是矿源腐植酸或生化腐植酸,由于原料来源不同,形成年代和条件不同,其组成、结构和性质也可能会存在很大区别。这就使得不同来源和产地、不同加工工艺的腐植酸类物质功能和活性可能存在着很大区别。
一般而言,腐植酸类物质的主要组成元素为碳、氢、氧、氮和硫,其结构的典型特点是含有碱性、中性和酸性官能团在内的多种官能团,尤其是含氧的酸性功能团羧基和酚羟基。此结构特点决定了腐植酸类物质的多种活性,如吸附、络合、离子交换、氧化还原以及生理刺激等。
农用腐植酸功效显著
土壤的改良剂 土壤是万物生存之根基,但长期以来,一味以经济效益为主,片面追求产量的农业生产方式使得土壤酸化、次生盐渍化、土壤板结以及微生态环境失衡等问题日益凸显,导致植物抗逆性能变差,农产品的不安全度提高。因此,通过增施有机肥料和土壤改良剂、科学施用化肥、休耕轮作等方式改良土壤已成为大势所趋。很多研究已经证明,腐植酸具有促进土壤团粒结构形成,降低土壤容重,提高阳离子代换量,缓冲土壤酸碱度,提高土壤的保水、保肥、保温和通气能力的作用,具有促进土壤微生物增殖代谢,增强微生物活性,改善土壤微生态环境的功能,是良好的土壤改良剂。
土壤的保水剂 水是农业的命脉,我国水资源严重紧缺,加之近年来异常干旱气候频发,使农业生产力水平受到严重制约。腐植酸类物质所含羧基、酚羟基、羰基、醇羟基等活性功能团赋予其良好的亲水性能、络合性能和吸附性能,可通过与水分子结合形成氢键等起到良好的保水作用。笔者的研究表明,适量腐植酸类物质的添加既可以明显降低水分在土壤剖面的向下运移速度,又可以减缓地表水分的蒸发速率,从而起到良好的保水、保肥效果,特别是在漏水漏肥严重的砂质土壤上效果更为明显。
肥料的增效剂 氮磷钾肥料的施用在提高农产品产量方面固然发挥了决定性作用,但高肥不高产、高产不高效、高产不优质的问题仍然突出。如何加强养分资源的综合管理,提高肥料利用效率,成为当前农业生产中亟待解决的关键问题。众多研究表明,腐植酸类物质具有控氮缓释、解磷增效、防钾淋失、活化微量营养元素等多重功能,是增效化肥、助力双减的良好助剂。
植物生长的刺激剂 土施腐植酸肥料或叶面喷施腐植酸可以提高种子发芽率,刺激作物根系生长,增强植物体代谢活性和抗逆性,这已得到了众多研究的证实。对于受体植物而言,腐植酸不愧为其生长的调节剂或刺激剂。
农药的良好助剂 腐植酸类物质本身就具有类似农药的功能,喷施后,作物青枯病、锈病发病率、烂果率等显著降低。此外,腐植酸还可以作为农药的良好助剂,主要体现在以下几个方面:一是由于腐植酸分子含有较多的亲水集团,具有表面活性剂的作用,与农药混合,能有效发挥其良好的分散、乳化作用,从而提高农药活性,增加农药药效。二是腐植酸具有很大的比表面积,对有机物和无机物均有很强的吸附作用,与农药配伍,会形成稳定性很高的复合体,从而对农药的降解起到明显的抑制作用,同时对其药效起到缓释作用。三是腐植酸与农药复配后,对农药的急慢性毒性有缓解作用,可以提高农药使用后的安全性。四是由于腐植酸对农药的增溶、增效作用,可以在一定程度上减少农药的使用量,从而相应减少农药在食物链中的传递和在环境中的残留。五是腐植酸有助于土壤中残留农药的降解,减少其在动植物体内的累积。
有机、无机污染物的解毒剂 土壤环境质量对农产品的安全生产至关重要,当前我国土壤的重金属污染和有机污染物污染现状不容乐观。腐植酸含有羧基和酚羟基等活性官能团,使其具有对金属离子、有机污染物的强吸附、络合、螯合、沉淀固定作用,从而降低污染物在环境中的活性浓度;还可通过氧化还原作用,将大分子有机化合物降解为小分子化合物,从而减轻或解除其毒性。此外,腐植酸施入土壤后,还可以刺激土壤微生物,提高土壤的自净能力,间接促进有机物的降解;或通过促进植物的生长以及植物体本身生理代谢机能的改变,增强植物对有机污染物的降解和净化能力。
加强基础研究是关键
不同来源、不同产地、不同加工工艺和活化制备技术生产的腐植酸类物质,其组成、结构和性质复杂多样且多变。纵观上述六大功能,不难发现,腐植酸在某些方面的功能本身就是相矛盾的。例如,腐植酸类物质在增效化肥方面对微量元素的活化作用和在缓解污染方面对重金属元素的钝化作用。这两方面的功能无论在理论分析还是实际应用效果上不容置疑。一个值得人们理性深思和深入研究的问题是:何种腐植酸在何种环境条件具有活化金属元素的效果?何种腐植酸在何种环境条件下则具有钝化的效果?此外,腐植酸与农药配伍,由于会形成稳定性很高的复合体,从而对农药的降解起到明显的抑制作用;但腐植酸作为有机污染物的解毒剂,又可能会通过氧化还原作用,或刺激土壤微生物的活性,或刺激植物生长,从而加速其降解。何种腐植酸在何种环境下会对土壤中有机物的降解起抑制作用或促进作用?这也值得深思。另外,腐植酸具有类似植物激素的促生长作用,究竟是何种成分在发挥作用?不同作物上的最佳施用浓度是多少?诸如此类的问题都是人们必须要搞明白的。否则,实际应用中腐植酸的功效就难以发挥,甚至产生背道而驰的效果。因此,今后应加强腐植酸类物质在不同应用领域的基础研究,加强不同功能特性的腐植酸类产品的开发,为切实保证不可再生的腐植酸资源助力绿色农业发展保驾护航!