腐植酸的應用化學研究

孟令卓 王靖凱

【摘?要】腐植酸本身的來源十分廣泛，一般情況下主要來自于煤，不同的煤里腐植酸的含量不同。腐植酸及其制品用途廣泛，且由于符合綠色、環(huán)保的理念，受到了各界人士關注。本文就腐植酸的化學構成與分類進行了分析，然后介紹了腐植酸的提取方法，最后就其在應用化學方向的研究情況進行了探討，希望對于相關領域研究者開發(fā)腐植酸的應用潛能，在應用化學領域進一步發(fā)展提供一定的啟示作用。

【關鍵詞】腐植酸;應用化學;吸附劑

引言

近些年來，隨著國家對生態(tài)環(huán)保關注程度的提升以及人們對綠色健康意識的提升，具有環(huán)保、無二次污染特點的腐植酸作為良好的農(nóng)業(yè)吸附劑而得到了廣泛的應用。腐植酸是自然界中植物和動物的遺骸經(jīng)過微生物轉化后，受到地質(zhì)運動的作用，經(jīng)過長時間的反應，而積累起來的一類有機物。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中利用腐植酸，不僅可以實現(xiàn)對土質(zhì)的改善，而且可以作為肥料為農(nóng)作物的生長提供營養(yǎng)，因而其在農(nóng)業(yè)領域的應用還有很大的發(fā)展空間。

1腐植酸的化學構成與分類

1.1腐植酸的化學構成

從元素組成的角度，相關研究者利用有機元素分析儀等對腐植酸進行分析，發(fā)現(xiàn)其主要的構成元素包括C、H、O、N、P和S。隨著時間的延長，其腐植化的程度也會相應增加，導致構成元素中C的質(zhì)量分數(shù)占比逐漸提高，而H元素的質(zhì)量分數(shù)則逐漸降低。在化學結構方面，腐植酸屬于高分子聚合物，其中大分子的微觀結構主要是芳環(huán)和脂環(huán)，在環(huán)上的不同位置，與-COOH、-C=O-、-CH3O等官能團相連接。并且，在化學構成上也可能存在雜環(huán)態(tài)氮。

1.2腐植酸的分類

腐植酸從不同的角度可以進行不同的分類，如果以來源進行分類，那么腐植酸可以分為原生、再生和合成三種，其中原生就是指天然物質(zhì)中化學成分的互相反應演變成為的腐植酸，而再生和合成則是在人工技術的處理下形成的，前者是人工對于自然物質(zhì)的處理，后者則是人工合成物。從形成的角度來看，腐植酸又可以分為天然和人工兩種，天然腐植酸又分為三種，分別是在不同環(huán)境下形成的煤類、土壤、水體腐植酸。而人工腐植酸同樣分為三種，即再生、合成和發(fā)酵腐植酸。有時基于實驗需要，也會根據(jù)其可溶的酸堿溶液進行分類，分為黃腐植酸、綜腐植酸以及黑腐植酸。其區(qū)別在于，黃腐植酸的可溶性最強，可以與水相溶，而綜腐植酸則不溶于水，但是與黃腐植酸一樣可以溶于酸堿之中，黑腐植酸僅僅可以與堿相融。

2腐植酸的分布及提取手段

2.1腐植酸在自然環(huán)境中的分布

在自然界中，腐植酸的總量巨大，無論是在陸地還是海洋，均可以覓到腐植酸的蹤跡。具體說來，土壤中腐植酸的總量是最大的，以胡梅酸氧和胡梅酸碳為主，咸水和淡水資源中也廣泛存在著腐植酸，但濃度占比較低。從人類利用的角度出發(fā)，一些低熱值的煤炭資源是腐植酸的重要來源，主要包括褐煤、草炭和風化煤等，腐植酸在其中的質(zhì)量分數(shù)占比可以達到10%到80%不等。而我國的煤炭資源儲量在世界上處于領先地位，對腐植酸的提取和加工也可以作為煤炭加工領域的副產(chǎn)品。

2.2腐植酸的提取方法

以廣泛存在的幾種低熱值煤炭資源作為提取腐植酸的原材料，可用如下三種方法對其進行提取，具體說明如下：堿溶酸析法，這是當前工業(yè)生產(chǎn)領域主流應用的提取方法，具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)率高的特點，但要達到較高的生產(chǎn)效率，需對原材料進行預處理。微生物溶解法，此種提取方法具有綠色、無污染的特點，與生態(tài)農(nóng)業(yè)建設的思路不謀而合。但在實踐中，由于受到微生物生命周期的影響，生產(chǎn)效率相對較低，無法滿足快速生產(chǎn)的要求。酸抽提劑法，此種方式具有生產(chǎn)流程簡便、反應效率較高的優(yōu)勢，但由于酸性溶液在溶解腐植酸的同時，也會將煤炭中的其他雜質(zhì)帶入，因此對后期的提純除雜工作要求較高。

2.3腐植酸與土壤

2.3.1酸堿中和

土壤本身在長期的開發(fā)過程中，會逐漸由于營養(yǎng)流失和化肥增多而堿性化，如果不對其進行處理，就如同在貧瘠的土地上中莊稼，僅僅能夠實現(xiàn)很小的產(chǎn)量。而在土地中加入了腐植酸，腐植酸與堿中和，進行酸堿中和反應，進而有效改善土壤質(zhì)量，促使土壤可以再次被種植。

2.3.2可溶性鹽

土壤本身是極富有營養(yǎng)的，但是這些營養(yǎng)并不是都能夠被種植物所吸收，有一部分營養(yǎng)由于難以吸收而被浪費，究其原因進行分析，是由于這部分營養(yǎng)物質(zhì)的可溶性差，因此植物難以溶解吸收。而在上文中提到了腐植酸，可溶解性強，與這些難以溶解的營養(yǎng)物質(zhì)相結合，轉化為了可溶解的可溶性鹽，進而有效被種植物所吸收，大大提高了利用率，而如何進行配比，選用哪種腐植酸，則需要根據(jù)不同地域土地的實際情況進行分析。

3腐植酸在土壤中的作用

農(nóng)業(yè)發(fā)展工作的開展需要先進的農(nóng)業(yè)技術作為支撐，而腐植酸對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就有這不可忽視的重要作用，因為腐植酸不僅是土壤的重要組成，還是肥料的重要組成環(huán)節(jié)。在土壤的特殊環(huán)境下，腐植酸屬于一種親水膠體，是發(fā)揮吸附作用的關鍵環(huán)節(jié)，在不同作用力影響下，可以對各種有機或是無機復合物進行整合。并且，腐植酸作為一種微團聚體，可以將土壤中的水分、肥料、熱量等進行保持，因此在某種程度而言，土壤中各種生物活性也在不同程度上受到了腐植酸的影響。從實際意義上而言，腐植酸對土壤的意義十分深遠。如果土壤質(zhì)量受到嚴重影響，那么全民食物安全和農(nóng)業(yè)發(fā)展問題都會受到負面影響和制約，而腐植酸對于土壤肥力可以發(fā)揮全面提升作用，有助于土壤可持續(xù)性的提升。所以，我們更需要認識到目前腐植酸在土壤中的核心優(yōu)勢和作用，只有嚴格遵守土壤肥力的道路對土壤肥力進行提升，才能對食物的本質(zhì)問題進行有效解決。

4腐植酸在肥料中的作用

腐植酸也是肥料中關鍵的組成環(huán)節(jié)，基于其機理充分，我們在對這一問題進行研究的過程中主要分為以下幾點：其一，物理角度而言，腐植酸是土壤結構中最關鍵的動力支撐。腐植酸將土壤中團聚適量增加后，才能充分發(fā)揮對土壤質(zhì)地的調(diào)節(jié)性優(yōu)勢，從而實現(xiàn)對土壤水分的保持和穩(wěn)定，在對土壤通氣功能進行提升的基礎上，為土壤營造更為健康的發(fā)展環(huán)境。其二，化學角度而言，腐植酸可以對土壤環(huán)境的控制力進行保障。腐植酸可以在發(fā)展過程中吸附和整個有機物污染物，實現(xiàn)對土壤中膠體性質(zhì)的改善，在調(diào)節(jié)土壤酸堿性的基礎上，實現(xiàn)對土壤有機質(zhì)的提升，推進土壤的良性發(fā)展。其三，在土壤角度上而言，腐植酸可以在工業(yè)化發(fā)展中得到充分利用，比如推進煤炭行業(yè)的發(fā)展。研究表明，煤炭腐植酸和土壤腐植酸之間存在一定相似性，因此在煤炭行業(yè)發(fā)展中，腐植酸也可以充分發(fā)展和使用。

5在土肥關系優(yōu)化中腐植酸需要發(fā)揮的作用

5.1土壤離不開腐植酸

前文已經(jīng)明確說明，土壤中腐植酸的作用十分顯著，從土壤結構上分析，礦物質(zhì)重量比更大，土壤中有機質(zhì)的重量十分有限。而腐植酸則是土壤中有機質(zhì)的關鍵性存在方式，在有機質(zhì)中占據(jù)80%以上，是土壤腐植質(zhì)中最關鍵的緩解。所以在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和建設過程中，我們更需要加強對腐植酸的應用，這也相當于抓住了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的命脈。相關農(nóng)業(yè)技術工作人員也可以借助反哺的方式借助腐植酸或是肥料對土壤養(yǎng)分進行調(diào)節(jié)，在推進土壤自身可持續(xù)發(fā)展的基礎上，實現(xiàn)對土壤環(huán)境的有效保護。

5.2肥料離不開腐植酸

隨著當前群眾環(huán)保意識的不斷提升，肥料行業(yè)也迫切需要轉型發(fā)展，而腐植酸在這一環(huán)節(jié)中也發(fā)揮著不可忽視的重要作用。在這項工作開展過程中，我們首先應該掌握和了解化肥行業(yè)當前的主要問題，并實現(xiàn)與腐植酸之間的合理發(fā)展。腐植酸可以在某種程度上促進鉀肥、氮肥的吸收，所以在和肥料之間的合作過程中，可以有效控制肥料的會發(fā)和分解，根本上實現(xiàn)對肥料活性的提升?？偠灾?，肥料離不開腐植酸，腐植酸在和肥料的結合過程中，通過對土壤中各項元素的融合，不僅能對肥料不足問題進行解決，還能切實提升肥料的利用效率，對于我國農(nóng)業(yè)領域的整體發(fā)展尤為關鍵。

5.3在土肥關系中腐植酸的作用

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展過程中，土壤和肥料之間本身就是密切聯(lián)系的，二者缺一不可，比如我國黑土地的形成，也不僅僅是土壤的作用，和肥料的關系也十分密切。越是肥沃的土壤越離不開腐植酸，因此更需要加強對土壤中有機質(zhì)的聚合，從而實現(xiàn)對土壤的反哺作用。腐植酸不僅能對土壤發(fā)揮優(yōu)勢作用，還能推進肥料效率的提升，因此在土壤養(yǎng)分保持和肥料效率的發(fā)揮上都有十分重要的意義。此外，腐植酸還能對植物生長中需要的營養(yǎng)元素質(zhì)量起到一定的調(diào)節(jié)和控制作用，實現(xiàn)化肥中營養(yǎng)元素的合理化控制，是化肥和土壤和諧發(fā)展的重要幫助，有助于農(nóng)業(yè)整體發(fā)展水平的有效提升。

6腐植酸在農(nóng)業(yè)領域中的應用

腐植酸的微觀結構決定了其具有吸附能力強、反應活性高的特點。在分散體系中，腐植酸可以起到凝聚、膠溶的作用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，主要從以下幾個方面利用腐植酸。

6.1利用腐植酸吸附土壤中的農(nóng)藥

為了提高農(nóng)作物的產(chǎn)量、防治病蟲害，農(nóng)民往往會選擇在農(nóng)作物生長過程中噴灑一定的農(nóng)藥。但土壤中的農(nóng)藥殘留問題不僅影響著土質(zhì)情況，導致土壤出現(xiàn)板結問題，而且可能被植物吸收，在人類食用后，影響身體健康情況。而土壤中的腐植酸可以有效吸附農(nóng)藥殘留物，以毒死蟬為例，部分腐植酸對其吸附能力可達到1000μg/g的吸附量水平。

6.2提升化肥效用

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要會施加氮肥、磷肥和鉀肥，而富含腐植酸的土壤，可以進一步提升化肥的肥力情況。一方面，富含腐植酸的土壤對于P元素和K元素的固定作用可以得到有效緩解，使P元素以游離態(tài)形式存在，而難溶性的K元素也得以被釋放到土壤中，更容易被植物的根系所吸收，促進植物的抗倒伏能力。另一方面，由于腐植酸具有良好的生理活性，在向土壤中施加化肥后，腐植酸可以促進化肥中有效元素的釋放，使化肥的作用得以充分的發(fā)揮。

6.3腐植酸能夠實現(xiàn)對土質(zhì)的改良

腐植酸對土壤的改良作用主要體現(xiàn)在三個方面，其一，富含腐植酸的土壤往往土質(zhì)更加疏松，多孔的結構可以促進農(nóng)作物的根系發(fā)育，并且保持土壤溫度的穩(wěn)定性，防止植物根系出現(xiàn)受凍問題;其二，增強土壤的透氣性，防止植物根系缺氧問題的發(fā)生;其三，提升土壤的蓄水能力，避免水分過快流失問題的出現(xiàn)。

6.4促進農(nóng)作物生長

農(nóng)作物的根部是與土壤中的腐植酸直接接觸的，在向土壤中額外添加腐植酸后，可以促進農(nóng)作物的根系的生長，而健康的根系對于農(nóng)作物后續(xù)吸收土壤中的養(yǎng)分意義重大。同時，在富含腐植酸的土壤中，種子的出芽率可以得到有效提升，而發(fā)芽所需的時間也可以大幅縮短，進而提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率。

結束語

我國的腐植酸資源豐富、分布廣泛，且品位較高，每年都有大量腐植酸系列產(chǎn)品出口到其他國家。當前，對其進行理論研究已達到了較高的水平，而在生產(chǎn)環(huán)境進行應用的研究還不夠成熟，未能充分發(fā)揮其潛力。為進一步發(fā)揮我國的儲量優(yōu)勢，充分促進農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)的發(fā)展，相關領域研究者有必要針對優(yōu)化腐植酸的提取技術、降低提取成本進行深入探討。

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（作者單位：遼寧工業(yè)大學）