讓腐植酸肥料“三大創(chuàng)新理論”提升肥料制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展水平

曾憲成 李雙

(中國腐植酸工業(yè)協(xié)會(huì) 北京 100120)

長期以來，我國高肥耗、亂用藥的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)被破壞、土壤肥力衰退、土壤污染加劇、土壤功能退化、有害氣體排放等問題疊加共生，直接威脅我國土壤質(zhì)量、農(nóng)業(yè)耕作、糧食生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。肥料是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入的大頭，化肥轉(zhuǎn)型升級迫在眉睫。腐植酸是提質(zhì)增效化肥的“上好選擇”，且于環(huán)境友好。面對土壤生態(tài)、作物根際、植株葉面的“三位一體”系統(tǒng)構(gòu)建工程，腐植酸肥料的“三大創(chuàng)新理論”應(yīng)運(yùn)而生：即“植株葉面環(huán)境控制理論”“作物根際環(huán)境調(diào)控理論”“土壤生態(tài)環(huán)境控制理論”。

1 腐植酸植株葉面環(huán)境控制理論

葉片是植物最重要的根外營養(yǎng)器官，它是作物獲得養(yǎng)分的一個(gè)途徑。如果將不同形態(tài)和種類的養(yǎng)分噴施于作物的葉片，作物對葉面吸收的養(yǎng)分利用效果與根部施肥是一樣的[1]，因此對作物葉面環(huán)境研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.1 腐植酸促進(jìn)光合作用

腐植酸可以促進(jìn)植株光合作用。葉面噴施腐植酸會(huì)引起葉綠素含量增加[2,3],甚至在陽離子缺乏的條件下，可促進(jìn)Mg2+或Fe2+的吸收,從而使葉綠素含量增加[4]。葉綠素含量的增加會(huì)使光合作用加強(qiáng)，增加干物質(zhì)積累。研究表明腐植酸可以明顯促進(jìn)匍匐剪股穎凈光合作用[5]。此外，腐植酸能促進(jìn)作物葉片的呼吸作用，在氧氣濃度正常的情況下，直接參與和呼吸作用有關(guān)的電子傳遞系統(tǒng)，而且能和轉(zhuǎn)移金屬一起參加氧化還原反應(yīng)，提高植物體內(nèi)的氧化還原勢，加強(qiáng)了植物的呼吸作用[3,6～9]。

1.2 腐植酸促進(jìn)養(yǎng)分高效吸收

植物的葉片不但可以吸收水分，還可以吸收外源物質(zhì)，如氣體、營養(yǎng)元素、農(nóng)藥等，并能夠快速地把營養(yǎng)物質(zhì)吸收到植物體中去[10]。研究表明，由于葉片面積大，與空氣、陽光、水氣直接接觸，所以生理活性高，養(yǎng)分吸收比土壤根系快，可緩解作物缺素癥狀。此外，與土壤根系施肥相比，葉片吸收不存在土壤對養(yǎng)分的固定、鈍化。尤其在作物中后期的生殖生長階段，直接噴施于莖或葉片，可明顯提高肥料的利用效率。

1.3 腐植酸調(diào)節(jié)植物生長

腐植酸具有多種植物生長調(diào)節(jié)劑的活性。研究表明，在不同條件下，腐植酸可以發(fā)揮不同的植物生長調(diào)節(jié)作用：腐植酸能促進(jìn)細(xì)胞生長和分裂，具有生長素活性[11]；腐植酸能促進(jìn)種子萌發(fā)，具有類似GA的活性[12]；腐植酸能促進(jìn)蘿卜子葉擴(kuò)張，具有細(xì)胞分裂素的活性[13]；腐植酸能抑制氣孔開啟和促進(jìn)超氧物歧化酶活性，具有脫落酸的活性[14～16]。

1.4 腐植酸提高植株代謝功能

腐植酸含有多種功能團(tuán)，能夠增強(qiáng)細(xì)胞活力；腐植酸具有很強(qiáng)的生物活性，可以促進(jìn)植物代謝[17]；腐植酸組分中黃腐酸分子量小，具有優(yōu)良的潤濕、滲透性、活力充沛。腐植酸的弱酸性具有很好的殺菌作用；腐植酸具有較強(qiáng)的吸附力和絡(luò)合力, 能吸附有害物質(zhì)及細(xì)菌毒素, 呈現(xiàn)出良好的收斂性能；腐植酸能夠提高清除自由基酶的活性,提高作物對逆境脅迫的耐受能力[18]。腐植酸鹽基或硝基產(chǎn)品適合各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，調(diào)大(NPK)調(diào)小(微量元素)，調(diào)高(高含量)調(diào)低(補(bǔ)益微量)，均可優(yōu)化組合。

1.5 腐植酸調(diào)節(jié)葉面氣孔開張度

植物葉片對養(yǎng)分的吸收主要是通過葉面氣孔和表皮親水小孔進(jìn)行的，還可以通過胞間連絲進(jìn)行主動(dòng)吸收[19]。腐植酸類物質(zhì)通過調(diào)節(jié)葉面氣孔的開張度，調(diào)控植物的氣體交換和水分蒸騰。研究表明，在干旱、洪澇、寒潮等逆境條件下，腐植酸可以通過調(diào)節(jié)氣孔的開啟度，提高植物的抗旱、抗?jié)场⒖购瓤鼓婺芰14,18]。

2 腐植酸作物根際環(huán)境調(diào)控理論

所謂作物根際環(huán)境，主要是指與植物根系發(fā)生緊密相互作用的土壤微域環(huán)境，是植物在其生長、吸收、分泌過程中形成的物理、化學(xué)、生物學(xué)性質(zhì)不同于土體的、復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的微型生態(tài)系統(tǒng)[20]。所謂控制是指在一定量的范圍內(nèi)，具體到產(chǎn)品必須實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化控制。腐植酸直接或間接地調(diào)控著土壤微域環(huán)境。

2.1 腐植酸調(diào)節(jié)土壤根際環(huán)境

關(guān)注作物根際環(huán)境，就得先調(diào)理土壤。腐植酸可促進(jìn)土壤中團(tuán)聚體數(shù)量增多，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，增強(qiáng)土壤中酶的活性，調(diào)節(jié)土壤酸堿度，提高土壤微生物活性，調(diào)節(jié)土壤水、肥、氣、熱狀況，使得作物根際環(huán)境良好。

2.2 腐植酸促進(jìn)根系通達(dá)

眾所周知，凡根系深而廣、分支多、根毛發(fā)達(dá)的作物，根與土壤接觸面積大，就能從土壤中吸收較多的營養(yǎng)元素。腐植酸本身是土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的構(gòu)造者，有效調(diào)節(jié)和改良土壤質(zhì)地，調(diào)節(jié)土壤熱容狀況。對粘重土壤能增加通氣性能，使土壤粘性小，疏松易耕根系穿插阻力小，利于形成發(fā)達(dá)的根系；對沙性土壤能膠接土壤顆粒，保水保肥。利用腐植酸集合肥料的條件優(yōu)勢，基施后使得土體寬松，予肥高效，根系親和，根系自然通達(dá)。

2.3 腐植酸刺激次生根生長

研究表明，腐植酸類物質(zhì)含有豐富的羧基、酚基和醇羥基等，是親水多聚體，通過細(xì)胞間隙能有效地改變細(xì)胞壁的電荷分布,進(jìn)而通過影響其它植物生長調(diào)節(jié)劑或與之協(xié)同作用誘發(fā)根的形成[21]。大量研究表明，腐植酸能夠促進(jìn)根的生長及側(cè)根的形成，增大了根的有效吸收面積,也能促進(jìn)根系活力,從而提高了根的吸收能力[2，22～24]。中國植物營養(yǎng)與施肥科學(xué)家毛達(dá)如和黑龍江省林業(yè)科學(xué)院許恩光研究員通過幾十年的理論和應(yīng)用研究，證實(shí)了腐植酸對生物的刺激效應(yīng)，尤其是對促進(jìn)根系生長和次生根形成具有明顯的刺激作用[25,26]。

2.4 腐植酸協(xié)調(diào)各種養(yǎng)分運(yùn)轉(zhuǎn)

前蘇聯(lián)科學(xué)家科諾諾娃指出，腐植酸是“土壤的活力素”[27]。腐植酸具有吸附、螯合、絡(luò)合、離子交換、氧化還原等功能。一方面，依土壤特性，通過工業(yè)提取的腐植酸，與外源N、P、K、Ca、Mg、S等營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行一元、二元、三元、多元融合形成的肥料，達(dá)到事前協(xié)調(diào)、個(gè)性化反哺各種養(yǎng)分的目的。另一方面，通過與土壤中外源營養(yǎng)物質(zhì)如N、P、K、Ca、Mg、S等有機(jī)結(jié)合，提高了速效養(yǎng)分含量，優(yōu)化了土壤根際環(huán)境，達(dá)到了調(diào)動(dòng)養(yǎng)分運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。

2.5 腐植酸肥料可優(yōu)化養(yǎng)分組合

腐植酸提氮、解磷、促鉀，融合多元。一方面，可融合大量元素、中量元素、微量元素、有益元素等多種元素，充分發(fā)揮居間優(yōu)化作用；另一方面，可進(jìn)行一元、二元、三元、多元融合形成的肥料(個(gè)性化)，實(shí)現(xiàn)1+1＞2、1+1+1＞3的效果。腐植酸同時(shí)具有速效和緩效功能。小分子黃腐酸(102～103)與肥料結(jié)合后能迅速通過植物細(xì)胞膜進(jìn)入植物體內(nèi)，到達(dá)作用部位，被作物利用，達(dá)到速效目的；中大分子棕腐酸(103～104)、高分子黑腐酸(104～106)與肥料結(jié)合后，經(jīng)過土壤微生物作用，把它們結(jié)合的養(yǎng)分緩慢釋放出來，延長了肥效[28]。因此，腐植酸可根據(jù)不同作物及生長階段需要，按照配方需要任意搭配，實(shí)時(shí)向作物提供充足的養(yǎng)分。大量科研和應(yīng)用成果均已實(shí)證了腐植酸“根際環(huán)境調(diào)控理論”的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

3 土壤生態(tài)環(huán)境控制理論

土壤生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣直接或間接影響植物對養(yǎng)分的吸收。腐植酸是土壤的本源性物質(zhì)，是土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的構(gòu)造者，是土壤養(yǎng)分的運(yùn)轉(zhuǎn)“倉庫”。利用腐植酸反哺土壤，于土壤生態(tài)環(huán)境親切、友好。

3.1 腐植酸是土壤的本源性物質(zhì)

腐植酸是土壤肥力的基礎(chǔ)。無土不存，無其不肥。在土壤固相組成中，除了礦物質(zhì)(重量占固體部分的95%以上)之外，就是土壤有機(jī)質(zhì)(重量不到5%)。土壤腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)中最主要的存在形式，一般占比高達(dá)80%。腐植酸是土壤腐殖質(zhì)中最活躍的組分，一般占比高達(dá)75%以上[29]。在土壤形成過程之中，“有機(jī)質(zhì)

腐殖質(zhì)腐植酸”三者之間密不可分，腐植酸對土壤的形成、理化性質(zhì)和肥力起著關(guān)鍵的作用。沒有腐殖質(zhì)和腐植酸的土地，就不能稱其為土壤，僅僅是“土地”，甚至只是風(fēng)化了的巖石而已[30]。

3.2 腐植酸是土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的構(gòu)造者

團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上最寶貴的結(jié)構(gòu)[29]。腐植酸本身是一種親水膠體，在土壤中起著吸附粘結(jié)的重要作用。在土壤形成過程中，腐植酸與各種微生物分泌的多糖醛酸甙、粘粒礦物以及鐵、鋁的氫氧化物等，通過不同形式與各種作用力相結(jié)合，形成了各種類型的有機(jī)無機(jī)復(fù)合體[31]。同時(shí)，在各種表面電荷和作用力下，通過團(tuán)聚作用而形成了不同粒級的微團(tuán)聚體，腐植酸與微團(tuán)聚體的形成過程，賦予了土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合體鮮活的生命力[31]。

3.3 腐植酸調(diào)節(jié)土壤三相結(jié)構(gòu)

土壤由固相、液相和氣相三相組成，三者之間是相互聯(lián)系、相互制約、相會(huì)作用的有機(jī)整體[31]。腐植酸是調(diào)節(jié)土壤三相結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。腐植酸是土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的構(gòu)造者，可以形成不同粒級的微團(tuán)聚體，這些微團(tuán)聚體可以有效調(diào)節(jié)和改良土壤質(zhì)地，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，保護(hù)和改善土壤結(jié)構(gòu)，增加和保持土壤有效水份，從而有利于保持和協(xié)調(diào)土壤中的水、肥、氣、熱狀況，為植物根系生長發(fā)育提供良好的土壤環(huán)境[31]。

3.4 腐植酸是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)質(zhì)

傳統(tǒng)有機(jī)肥所含營養(yǎng)物質(zhì)比較全面溫和，被認(rèn)為是優(yōu)良的有機(jī)質(zhì)。然而，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式發(fā)生的根本性轉(zhuǎn)變，如人畜糞便、秸稈、動(dòng)物殘?bào)w等傳統(tǒng)有機(jī)物已經(jīng)失去了“天然本色”，生產(chǎn)傳統(tǒng)有機(jī)肥的特質(zhì)已不復(fù)存在[32]。與此同時(shí)，隨著含高銅、高鋅、高砷等飼料添加劑的廣泛使用，加之畜禽對微量元素的低利用率，導(dǎo)致畜禽糞便的重金屬含量超標(biāo)，還有一些激素、抗生素、放射性物質(zhì)及其他有機(jī)污染物含量超標(biāo)[33,34]。對此，我們必須深刻認(rèn)識(shí)到，工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)的有機(jī)質(zhì)不一定安全，而經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化控制的腐植酸富存的有機(jī)質(zhì)一定安全。凡是有機(jī)質(zhì)不一定是腐植酸，凡是腐植酸一定是最好的有機(jī)質(zhì)[32]。

3.5 腐植酸是土壤養(yǎng)分的運(yùn)轉(zhuǎn)“倉庫”

腐植酸是土壤基礎(chǔ)肥力永續(xù)利用的“團(tuán)粒寶貝”，既與土好，又于肥好，是土壤養(yǎng)分的運(yùn)轉(zhuǎn)“倉庫”。在土地利用過程中，腐植酸保持著土壤有效養(yǎng)分支出量與補(bǔ)給量之間的平衡運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅是土壤自然肥力持久性的本質(zhì)特征，也是形成土壤自然生產(chǎn)力的物質(zhì)基礎(chǔ)。與此同時(shí)，腐植酸與化肥結(jié)合有著天然協(xié)同的條件。一方面，通過穩(wěn)定、緩釋、控制作用，延長肥效，提高化肥利用率；另一方面，通過量的約束，調(diào)控釋放植物所需的營養(yǎng)元素，促進(jìn)有效物質(zhì)合成，平衡各種營養(yǎng)物質(zhì)，從性狀上改善了化肥質(zhì)量[32]。

4 引證近三年農(nóng)田試驗(yàn)案例

40年來，腐植酸肥料通過對作物葉面環(huán)境、根際環(huán)境和土壤環(huán)境的大面積應(yīng)用研究，在節(jié)本增效、節(jié)能增產(chǎn)、解毒農(nóng)藥、鈍化重金屬等方面顯示出顯著效果。且看如下8個(gè)案例。

【例1】增加作物產(chǎn)量

成都市農(nóng)林科學(xué)院作物研究所湯云川等研究了葉面噴施水溶性生物腐植酸有機(jī)肥對馬鈴薯產(chǎn)量的影響[35]。結(jié)果表明，葉面噴施水溶性生物腐植酸有機(jī)肥后，與對照相比，馬鈴薯產(chǎn)量增加了4.02%～43.51%，單株結(jié)薯數(shù)增加了0.1～1.0個(gè)/株，單株塊莖重增加了0.007～0.080千克/株。追肥最佳經(jīng)濟(jì)用量為50.01 L/hm2，其產(chǎn)投比達(dá)9.95，比對照提高12.91%。

【例2】改善作物品質(zhì)

黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院周超等研究了腐植酸葉面肥對大棚西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[36]。腐植酸液體葉面肥噴施濃度為600倍液時(shí)，西瓜產(chǎn)量較對照增加了43.75%，同時(shí)西瓜品質(zhì)得到了明顯改善，可溶性蛋白、維生素C及可溶性總糖含量比對照分別增加了19.9%、43.6%、35.1%，效果顯著。

【例3】增效氮肥

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所袁亮等研究了3種增值尿素對小麥產(chǎn)量、氮肥利用率及肥料氮在土壤剖面中分布的影響[37]。結(jié)果表明，腐植酸尿素處理的小麥產(chǎn)量可較普通尿素提高13.63%，氮肥的表觀利用率和15N利用率分別提高15.63和3.70個(gè)百分點(diǎn)，肥料氮損失率降低9.52個(gè)百分點(diǎn)，表現(xiàn)出良好的增產(chǎn)增效效果。

【例4】增效磷肥

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所李志堅(jiān)等研究了含腐植酸增效磷肥對小麥產(chǎn)量和磷肥利用率的影響[38]。結(jié)果表明：土壤低磷水平下，含腐植酸增效磷肥處理小麥子粒產(chǎn)量比普通磷酸一銨提高26.28%，小麥吸磷總量比普通磷酸一銨增加42.59%，磷肥的表觀利用率平均提高了26.21個(gè)百分點(diǎn)；土壤高磷水平下，含腐植酸增效磷肥處理小麥子粒產(chǎn)量比普通磷酸一銨提高26.81%，小麥吸磷總量比普通磷酸一銨增加18.18%，磷肥的表觀利用率平均提高了6.13個(gè)百分點(diǎn)。

【例5】緩釋鉀肥

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院劉金等研究了幾種緩釋鉀肥對烤煙鉀含量及產(chǎn)量和產(chǎn)值的影響[39]。結(jié)果表明，腐植酸緩釋鉀肥處理能夠顯著提高烤煙的產(chǎn)量、產(chǎn)值和經(jīng)濟(jì)效益。與氯化鉀處理相比，腐植酸氯化鉀和包膜腐植酸氯化鉀處理可顯著提高烤煙打頂前上部、中部、下部葉的鉀含量，分別提高了15.30%、29.09%、50.63%和17.15%、36.20%、53.46%；其鉀肥釋放可以較好的與烤煙生育過程的需鉀規(guī)律相匹配，土壤速效鉀在生育后期并沒有降低，保證了生育后期烤煙鉀的需求。

【例6】液態(tài)營養(yǎng)地膜

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)高靖等研究了腐植酸液態(tài)營養(yǎng)地膜對土壤和小麥作物性狀的影響[40]。結(jié)果表明，腐植酸液態(tài)地膜具有保溫保墑作用，可以明顯提高土壤肥力，與無膜相比，可使土壤中放線菌的數(shù)量增加1.63×107cfu/g，土壤全氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)含量分別提高0.685%、0.048%、0.076%、0.063%。小麥的平均株高增加3 cm左右、穗長增加1 cm左右、每穗實(shí)粒數(shù)增加2～4粒、千粒重增加0.3～0.8 g。

【例7】解毒農(nóng)藥

福建師范大學(xué)湯鳴強(qiáng)等研究了腐植酸葉面肥對芥藍(lán)菜農(nóng)藥殘留及抗氧化酶活性的效應(yīng)[41]。結(jié)果表明：腐植酸葉面肥能促進(jìn)芥藍(lán)菜吡蟲啉、毒死蜱和高效氯氰菊酯殘留的降解。與對照相比，腐植酸葉面肥可使芥藍(lán)菜葉片毒死蜱殘留量下降47.5%～65.8%。同時(shí)，腐植酸葉面肥能顯著提高高效氯氰菊酯脅迫下葉片SOD與CAT活性和吡蟲啉脅迫下葉片POD活性。

【例8】鈍化重金屬

農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室候月卿等研究了腐植酸對豬糞堆肥重金屬的鈍化效果[42]。結(jié)果表明：添加腐植酸對重金屬鉛(Pb)和鎘(Cd)表現(xiàn)為相對較好的鈍化能力，可使還原態(tài) Pb和Cd向著對植物生長沒有毒性的氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化率可達(dá)29.51%和65.72%、33.90%和17.24%。

綜上，以腐植酸肥料三大創(chuàng)新理論為指導(dǎo)，可以實(shí)現(xiàn)腐植酸與氮、磷、鉀三大肥的最佳融合，提高三大肥利用率，于土壤親切，于產(chǎn)品增榮，于環(huán)境友好，于食品安全。需要強(qiáng)調(diào)的是，腐植酸可以萬用，可不是萬能的。腐植酸不能代替化肥，腐植酸只能“扶綠抬愛”，通過與化肥“聯(lián)姻”，可以“一榮俱榮”。相對于土壤環(huán)境而言，沒有腐植酸是不行的，沒有化肥是可以的；相對于作物養(yǎng)分供給而言，沒有化肥是不行的，有了腐植酸會(huì)更好；相對于各生育期營養(yǎng)供給(木桶)而言，腐植酸既可補(bǔ)短又可圓通；相對于土壤有機(jī)質(zhì)而言，凡是有機(jī)質(zhì)不等于腐植酸，凡是腐植酸一定是最好的有機(jī)質(zhì)。讓腐植酸肥料三大創(chuàng)新理論指導(dǎo)肥料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，通過構(gòu)建植株立體高效施肥體系和食品源頭安全生產(chǎn)體系，以促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、保障糧食安全生產(chǎn)。

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