大氣霧霾之瘍，腐植酸反哺土壤固本之切——讓腐植酸在土壤生態(tài)環(huán)境治理中發(fā)揮重要作用

曾憲成 李 雙

(中國腐植酸工業(yè)協(xié)會 北京 100120)

在浩瀚廣袤的地球生物圈里，蘊(yùn)藏著一種不易引人注目的暗色有機(jī)物，這就是腐植酸類物質(zhì)。腐植酸類物質(zhì)是環(huán)境和大氣CO2濃度變化極為敏感的碳聚集體，約占地球生物圈的1%，是地球生物碳循環(huán)的重要一環(huán)。

因?yàn)殪F霾，察看地球生物碳循環(huán)，不是一地，關(guān)乎全域。與地交，自與天交，只要?dú)鈧鳎抢锒既?。大地乃一托盤，地不收斂，塵霾就像接種，那土不寧、那土授種，種群（18億畝負(fù)債）豈能寧乎？！

治表，關(guān)了就是(能不能關(guān)另說)；治本，大地豈能關(guān)住，這才是要害處。四十多年，向土壤投放(攻擊)的化肥、農(nóng)藥及有機(jī)廢棄物數(shù)以億噸計(jì)，一下子停不下來，一下子也取不出來。霾深了，更難以自凈，令土喘息甚急！

1 長天嘯——大氣霧霾籠罩(誰在排放)

2013年初，席卷中國中東部地區(qū)的霧霾天氣，覆蓋范圍之廣、持續(xù)時(shí)間之長、污染指數(shù)之高，史無前例。一線城市“深霾”其中，二、三線城市紛紛被“霾”，直接“霾”及鄉(xiāng)村廣大地區(qū)，乃“國瘍”也。

1.1 何為霧霾

霧霾是指各種排放源產(chǎn)生的污染物(氣體和 顆 粒 物， 如 CO、SO2、NOX、NH3、VOCS、PM），在特定的大氣環(huán)境條件下，經(jīng)過一系列物理、化學(xué)過程形成的細(xì)粒子，并與水汽相互作用導(dǎo)致的大氣消光現(xiàn)象[1]。大氣污染中涉及的顆粒物組成及其復(fù)雜，其中對人類健康有害的主要是直徑小于10μm的氣溶膠粒子(表1)。

表1 霧霾顆粒物粒徑等級劃分及異同點(diǎn)Tab.1 Haze particle size classifi cation and its differences and similarities

1.2 何為空氣污染指數(shù)

空氣污染指數(shù)(air pollution index，簡稱API)就是將常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物濃度簡化成為單一的概念性指數(shù)值形式，并分級表征空氣污染程度和空氣質(zhì)量狀況[1]。

目前，依據(jù)國家空氣污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)(表2)，將空氣質(zhì)量狀況分為六個(gè)等級，并采用不同的顏色來表示受污染的程度。

表2 國家空氣污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The grading standard of national air pollution index

1.3 關(guān)注PM2.5

PM2.5也稱可入肺顆粒物，其組成極其復(fù)雜，幾乎包含元素周期表中的所有元素，涉及30000種以上有機(jī)和無機(jī)化合物(包括硫酸鹽、硝酸鹽、氨鹽、有機(jī)物、碳黑、重金屬等)。PM2.5濃度越高，空氣污染越重。

PM2.5作為監(jiān)測空氣質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，早在1997年被美國納入《全國環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中。伴隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，PM2.5的重要性受到各國重視，世界衛(wèi)生組織、發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家相繼將PM2.5作為監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)之一。目前，已被我國納入到新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）中，并在全國范圍內(nèi)實(shí)施。

1.4 霧霾的危害

霧霾，不是簡單停留在氣候、環(huán)境、交通等方面，而是已經(jīng)“深入人心”，直接威脅人類健康。2013年9月12日，國務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》。根據(jù)環(huán)保部計(jì)算，如果該計(jì)劃得到完整落實(shí)，每年可減少近9萬人過早死亡，約占我國因空氣污染而過早死亡人口的20%左右。可見，霧霾已經(jīng)成為人類健康的“新殺手”。

(1) 傷心。

霧霾天氣“傷心”。哈佛大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院研究證明，陰霾天中的顆粒污染物，不僅會引發(fā)心肌梗死，還會造成心肌缺血或損傷。美國調(diào)查了2.5萬名有心臟病或心臟不太好的人，發(fā)現(xiàn)PM2.5增加10 μg/m3后，病人病死率會提高10%～27%。2013年2月20日，《歐洲心臟雜志》刊登的一項(xiàng)研究結(jié)果表明[2]，PM2.5與心臟病的死亡率有正相關(guān)性，PM2.5濃度越高，心臟病患者的死亡率也越高。

(2) 傷肺。

傷肺甚于吸煙。2013年10月17日，世界衛(wèi)生組織下屬國際癌癥研究機(jī)構(gòu)發(fā)布報(bào)告，首次指認(rèn)大氣污染“對人類致癌”，并視其為普遍和主要的環(huán)境致癌物[3]。由此，大氣污染在致癌方面的危險(xiǎn)程度已經(jīng)與煙草、紫外線和石棉等致癌物處于同一等級。中國工程院院士、廣州呼吸疾病研究所所長鐘南山強(qiáng)調(diào)指出，長期處于濃霧纏繞、能見度非常低的天氣環(huán)境中會誘發(fā)肺癌，甚至可能比香煙更易致癌。

(3) 傷血。

霾中含有的大量粉塵顆粒，會使空氣變得干燥。PM2.5引起的系統(tǒng)氧化應(yīng)激效應(yīng)及炎性反應(yīng)，可進(jìn)一步導(dǎo)致人體血液的高凝血狀態(tài)、血管內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂、血管舒縮異常、心血管的神經(jīng)調(diào)節(jié)功能紊亂等，造成人體心血管系統(tǒng)的損害[4，5]。

(4) 傷身。

空氣中的塵埃、螨蟲、化學(xué)顆粒物很容易飄落并附著在裸露的肌膚上，引起各種皮膚問題，比如濕疹、紅斑、皮炎、丘疹等。除了堵塞毛孔、刺激皮膚表面外，塵埃本身也是一種過敏原，其中的浮塵、二氧化硫、重金屬等物質(zhì)，都可能引起過敏癥狀，尤其本身是過敏體質(zhì)的人群，更容易被激發(fā)過敏問題[5]。

(5) 傷神。

PM2.5濃度極高時(shí)，容易致人疲憊、情緒低落、煩躁不安、抑郁等情緒問題[6]。德國慕尼黑大學(xué)流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，人的情緒與氣候變化密切相關(guān)。霧霾天氣，天空灰暗、空氣污濁，容易刺激大腦視覺中樞，讓人產(chǎn)生抑郁、悲觀情緒，莫名其妙出現(xiàn)頭昏頭痛者占61%，失眠多夢的占46%，疲乏無力的占42%，處于抑郁狀態(tài)的占27%[5]。

除此之外，霧霾還影響生殖能力、使慢性病加劇、改變?nèi)梭w免疫結(jié)構(gòu)、降低免疫能力、提高死亡率等多種危害。

1.5 霧霾之成因

我國大氣霧霾成因，眾說紛紜。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，主要源于工業(yè)污染物排放，如熱力發(fā)電、工業(yè)排放、汽車尾氣、揚(yáng)塵污染等，成為眾矢之的，被認(rèn)為是主要“兇手”；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，主要源于溫室氣體排放，其作用形式為“地球碳循環(huán)失調(diào)→溫室效應(yīng)→全球變暖→極地溫度升高→氣壓差變小→大氣環(huán)流異?！廴疚镫y以擴(kuò)散→霧霾頻發(fā)”。其實(shí)，就是工業(yè)和農(nóng)業(yè)或城市和農(nóng)村的排放。

2013年11月4日，中國社會科學(xué)院發(fā)布了《應(yīng)對氣候變化報(bào)告(2013)》，指出霧霾天氣的形成與氣候變化有著密不可分的關(guān)系，空氣污染物和溫室氣體排放具有相當(dāng)?shù)耐葱訹1]。二者交織在一起，使得我國大氣霧霾具有復(fù)合形態(tài)。

2 新觀察——土壤儲碳控碳失調(diào)(探究本源)

1979年，Schnitzer指出：“土壤腐殖質(zhì)碳是大氣CO2的主要來源之一，并作為環(huán)境和大氣CO2濃度變化極敏感的碳聚集體”[7]。這一觀點(diǎn)得到各國專家學(xué)者和國際組織的認(rèn)可。

2.1 科學(xué)揭示

全球變暖與土壤腐殖質(zhì)的破壞有直接關(guān)系。全球碳循環(huán)的動(dòng)態(tài)變化與氣候變化及人類活動(dòng)影響(尤其是化石燃料的燃燒和土地利用/土地覆被變化)有著密切關(guān)系[1，8，9]。其中，作為大氣中CO2的源和匯，陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)是全球碳循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)，在全球氣候變化中扮演著重要角色[10]。而土壤碳庫的變化和行為對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)變化具有重要影響，是地球表層系統(tǒng)中最大的碳儲庫[11，12]。最近20年來，全球僅僅由于毀林、毀草、濕地和耕地退化而導(dǎo)致土壤腐殖質(zhì)加速分解，每年進(jìn)入大氣的碳就增加了16億噸，折合59億噸CO2，20年累計(jì)增加了1000多億噸CO2。腐植酸是土壤腐殖質(zhì)中最活躍的組分，一般占土壤有機(jī)質(zhì)的60%以上，它是土壤的本源，是土壤團(tuán)粒組織的構(gòu)造者，是控制土壤環(huán)境的重要因子。因此，腐植酸類物質(zhì)的碳素動(dòng)態(tài)平衡是維持地球碳循環(huán)平衡的重要因素，也就是說，在地球碳循環(huán)中，腐植酸類物質(zhì)具有的固碳功能是無法替代的。

2.2 世界組織觀點(diǎn)

1997年，《京都議定書》中認(rèn)可農(nóng)田土壤固碳是固碳減排的途徑之一，而且擁有巨大的固碳潛力[13～15]。2006年，世界氣象組織(IPCC)在氣象報(bào)告中提出，農(nóng)業(yè)是當(dāng)前具有很大緩解能力和潛力的一個(gè)重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)[16]。2013年11月5日，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署在《2013年排放差距報(bào)告》中指出，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生的直接排放占全球溫室氣體的11%，可見，農(nóng)業(yè)碳排放對全球溫室效應(yīng)具有重要影響。

2.3 中國農(nóng)業(yè)碳排放

2013年11月4日，中國社會科學(xué)院發(fā)布《應(yīng)對氣候變化報(bào)告(2013)》中指出，土地利用變化對地球碳循環(huán)具有重要影響。1750-2011年人為排放到大氣的CO2為5450±850億噸，其中，土地利用變化排放CO2為1800±800億噸，約占全部人為源碳排放量的30%，工業(yè)碳排放的43%[1]?？梢姡覈r(nóng)業(yè)對溫室效應(yīng)具有重要推動(dòng)作用(表3)。

表3 我國農(nóng)業(yè)排放主要有害氣體Tab.3 The main agricultural harmful emissions in China

不難看出，我國農(nóng)業(yè)排放有害氣體對溫室效應(yīng)的“巨大貢獻(xiàn)”，是導(dǎo)致我國乃至全球氣象變異的重要因素之一，也是霧霾形成的重要推手。

2.4 農(nóng)業(yè)復(fù)種指數(shù)驅(qū)動(dòng)

我國耕地資源逐年減少。從2001年19.14億畝下降到2012年18.24億畝，已逼近18億畝耕地紅線。與此同時(shí)，通過提高復(fù)種指數(shù)來實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)成為不二選擇，致使我國耕地復(fù)種指數(shù)整體偏高，一塊地平均要種一季半以上，個(gè)別地區(qū)高達(dá)5～6季。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的不斷完善和設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，復(fù)種指數(shù)持續(xù)上升成為必然趨勢。這種情況下，土地得不到休養(yǎng)，土壤本身的肥力無法滿足作物對養(yǎng)分的要求，增加投入成為必然選擇，對土壤生態(tài)環(huán)境形成的負(fù)面影響更大。此外，傳統(tǒng)粗放的不合理耕作方式，使土壤結(jié)構(gòu)遭受破壞，導(dǎo)致土壤穩(wěn)定性變差，進(jìn)而影響土壤的通氣性、滲透性和徑流特性等。

2.5 化肥不合理使用

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中化肥過量、偏施、施肥方式方法不科學(xué)等，導(dǎo)致土壤污染，引起土壤酸化、土壤板結(jié)、養(yǎng)分失衡等，加劇了土壤退化，不僅浪費(fèi)資源，同時(shí)造成面源污染[32]。

綜上結(jié)論，高復(fù)種指數(shù)增加了土壤投放物，由此導(dǎo)致了“復(fù)種指數(shù)高→粗放式投放→土壤貧瘠→土壤污染物增加→多種氣體排放”的惡性循環(huán)，必然導(dǎo)致有害氣體排放增加，溫室效應(yīng)加劇，為霧霾形成創(chuàng)造了“優(yōu)越”條件。

3 溯本源——腐植酸反哺土壤儲碳控碳多多益善(固本為上)

3.1 腐植酸的概念

腐植酸在自然界中廣泛存在于土壤、湖泊、河流、海洋以及褐煤、風(fēng)化煤、泥炭之中，是動(dòng)、植物遺骸在微生物以及地球物理、化學(xué)作用下，經(jīng)過一系列分解和轉(zhuǎn)化形成的一類大分子有機(jī)弱酸混合物。腐植酸的主要組分為黃腐酸、棕腐酸、黑腐酸等，具有吸附、離子交換、螯(絡(luò))合、氧化還原等獨(dú)特的物理、化學(xué)和生理特性，廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)境等領(lǐng)域[33]。

3.2 腐植酸的認(rèn)知過程

人類對腐植酸的認(rèn)識始于200多年前對土壤中“黑東西”的質(zhì)疑，在經(jīng)歷了長期、復(fù)雜的探索過程后，土壤學(xué)家和化學(xué)家對“黑東西”→“暗色物質(zhì)”→“腐殖質(zhì)”→“腐殖酸”的演變過程形成了共識。此后，又經(jīng)歷了探索交鋒、理論形成、研究應(yīng)用、大量開發(fā)等階段，完成了對腐植酸的認(rèn)識→利用過程。如今，在全球環(huán)境變化的大背景下，在大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的新形勢下，再認(rèn)識→再利用腐植酸有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.3 腐植酸物質(zhì)在土壤儲碳控碳中的重要作用

土壤固碳的實(shí)質(zhì)就是有機(jī)碳、無機(jī)碳與土壤顆粒團(tuán)聚形成復(fù)雜多樣的土壤團(tuán)聚體的過程[34]。而腐植酸本身是一種親水有機(jī)膠體，在土壤形成過程中，可以和礦物質(zhì)以不同形式和緊密程度，通過各種力的作用相互結(jié)合，形成各種類型的有機(jī)無機(jī)復(fù)合體，這種復(fù)合體對于土壤團(tuán)聚體的形成、土壤肥力的發(fā)揮以及土壤形成過程的物質(zhì)遷移和積累等發(fā)面發(fā)揮著重要作用[35]。

(1) 腐植酸是控制土壤環(huán)境的重要因子。

在地球四大“碳庫”中，生物圈(主要包括陸生植物和土壤有機(jī)質(zhì)兩大類)是碳循環(huán)的主角。其中，陸地土壤中的有機(jī)碳約為3萬億噸，占生物圈總碳的85%。而腐植酸占生物圈有機(jī)碳的67.6%[35，36]，是陸地植被碳的4倍多，大氣CO2的3倍多。全球每年約有600億噸的植物殘落物碳作為初級生產(chǎn)的碳進(jìn)入土壤，其中約75%的碳進(jìn)入腐殖化階段，也有相應(yīng)數(shù)量的腐植酸分解，使地球表面保持2.4萬億噸腐植酸碳的儲存量。假如土壤腐植酸多分解10%，大氣中的CO2濃度就會增加30%[36]。可見，一旦在地球生物圈中約占1%(“臨界值”)的腐植酸被破壞，造成的后果將是災(zāi)難性的。

(2) 腐植酸是反哺土壤固碳的現(xiàn)實(shí)選擇。

土壤腐植酸作為敏感的碳聚集體，投與放關(guān)系重大。利用腐植酸物質(zhì)反哺土壤，一方面可通過增強(qiáng)植物光合作用吸收自然界中的CO2，另一方面可通過提高土壤有機(jī)質(zhì)含量減少大氣中的CO2含量。腐植酸源自土壤，是土壤的“生命核”，屬于土壤有機(jī)“血統(tǒng)”中的本源性物質(zhì)，對土壤的形成、理化性質(zhì)和肥力起著關(guān)鍵作用[37]。腐植酸來自于自然，注定了其與環(huán)境友好的本質(zhì)屬性。因此，將腐植酸及其產(chǎn)品投放到土壤中，可以實(shí)現(xiàn)“土壤有機(jī)質(zhì)→腐殖質(zhì)→腐植酸→土壤”的回環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)固碳的同時(shí)，儲碳控碳，調(diào)節(jié)碳循環(huán)。

3.4 利用腐植酸增效化肥，可以直接減少碳排放

(1) 肥料利用率。

2013年10月10日，農(nóng)業(yè)部發(fā)布了《中國三大糧食作物肥料利用率研究報(bào)告》。目前我國三大糧食作物氮肥、磷肥和鉀肥當(dāng)季平均利用率分別為33%、24%、42%?？稍谌A北、中原、長江流域等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)則情形不同。

(2) 腐植酸增效化肥。

腐植酸是化肥工業(yè)的“天然盟友”，其增效作用突出。腐植酸提氮、解磷、促鉀、融合多元，可以形成1+1>2的集合效應(yīng)，提高化肥利用率，對農(nóng)作物增產(chǎn)效果顯著。大量研究結(jié)果顯示，在等養(yǎng)分施肥的情況下，腐植酸肥料比常規(guī)肥料利用率平均提高10個(gè)百分點(diǎn)以上，相當(dāng)于凈增30%～40%。

(3) 腐植酸肥料減排。

大量科學(xué)研究和實(shí)踐證實(shí)，腐植酸肥料提高化肥利用率已是不爭的事實(shí)，其節(jié)能減排效果更是毋庸置疑。如果按照化肥利用率平均提高10個(gè)百分點(diǎn)來計(jì)算，假如全國農(nóng)業(yè)耕地使用該類肥料，按2012年我國化肥總產(chǎn)量7432.43萬噸 (實(shí)物量，下同)計(jì)算，可減少化肥損失743.24萬噸。若按尿素產(chǎn)量3003.83萬噸計(jì)算，可節(jié)省300.38萬噸尿素、441萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤和25億千瓦時(shí)電，減少排放CO21217萬噸[37]。

3.5 讓腐植酸沃土產(chǎn)品直接反哺固本始為上

大量研究表明，在土壤中投放腐植酸產(chǎn)品，如腐植酸土壤調(diào)理劑、腐植酸土壤調(diào)節(jié)劑、腐植酸土壤修復(fù)劑、腐植酸肥料、腐植酸綠色環(huán)保農(nóng)藥、腐植酸可降解地膜等，可有效改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力水平，改善土壤供給植物水、肥、氣、熱等要素的能力，為作物提供良好的生長環(huán)境，從而能夠用來或可以更好地植樹、造林、種植農(nóng)作物，進(jìn)而提高植物的光合作用，將碳保留在土壤中，增加有機(jī)質(zhì)含量的同時(shí)，減少了CO2的排放。如此，通過腐植酸產(chǎn)品多元反哺土壤，儲碳控碳，且固本之切，毋庸置疑(圖1)。

圖1 腐植酸反哺土壤調(diào)節(jié)地球碳循環(huán)Fig.1 Soil repaying of humic acid and the carbon cycle regulation of the earth

由此，合理利用腐植酸反哺土壤，不僅是增加作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)、提高食品安全的需要，更是維護(hù)地球碳儲存、緩和大氣CO2濃度升高和溫室效應(yīng)的重要舉措。

4 結(jié)語

大氣霧霾頻發(fā)已讓國人深受其害，茲令我們保護(hù)和治理生態(tài)環(huán)境刻不容緩。2013年11月12日，黨的“十八屆三中全會”公報(bào)再次聚焦生態(tài)文明建設(shè)，提出了生態(tài)環(huán)境保護(hù)的紅線要用制度化來保證。2013年11月18日，在華沙氣候變化大會上，中國政府正式發(fā)布了《國家適應(yīng)氣候變化戰(zhàn)略》，這是第一部專門針對適應(yīng)氣候變化方面的戰(zhàn)略規(guī)劃，中國政府用實(shí)際行動(dòng)表明了應(yīng)對氣候變化的積極態(tài)度。腐植酸是構(gòu)建地球碳循環(huán)的重要一環(huán)，可謂“牽一發(fā)動(dòng)全身”，在生態(tài)環(huán)境治理、維護(hù)地球碳循環(huán)中有著不可替代的作用。面對氣候變化對人類生存構(gòu)成的共同威脅，利用腐植酸反哺土壤、維護(hù)地球碳循環(huán)平衡，“在1%的崗位上做出100%的努力”，是我們義不容辭的責(zé)任！讓我們在“藍(lán)天——霧霾——藍(lán)天”的轉(zhuǎn)換鏈條上，共同努力，哺新土、還（藍(lán)天）清白，摳出“霧霾”，才是我們“給力”的地方！

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