腐殖酸與土壤酶活性交互響應(yīng)初探

權(quán) 剛 仝玉琴 張 潔 高 瑩 楊 迪

（咸陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 712000）

腐殖酸是一種復(fù)雜的有機(jī)物，它是一類天然組成結(jié)構(gòu)的芳香族羧酸的脂肪，是地球上動(dòng)植物的殘骸經(jīng)一系列的物理、化學(xué)過(guò)程等混合作用，在一定的時(shí)間積累下形成起來(lái)的有機(jī)物。腐殖酸屬于天然有機(jī)弱酸類，大體上由黃腐酸、黑腐酸和棕腐酸三部分構(gòu)成。含有豐富的氨基酸、維生素和生物酶類，皮質(zhì)醇以及多種微量元素，主要存在于年輕煤炭中的風(fēng)化煤和褐煤中，具有很高的應(yīng)用價(jià)值，廣泛應(yīng)用于農(nóng)、林、牧、石油、化工、建材、醫(yī)藥、衛(wèi)生、環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域。

腐殖酸在農(nóng)林牧漁領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，它能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，使土壤顏色變暗，有利于太陽(yáng)能量吸收，對(duì)土壤裂化程度和侵蝕作用有一定的改善作用。還能活躍土壤孔隙密度，增加持水量，提高土壤的抗寒能力。它還有一定的化學(xué)作用，它可以調(diào)節(jié)土壤的PH值，增加土壤緩沖能力。在堿性條件下，它能作為一種天然螯合劑，促進(jìn)土壤與金屬離子螯合，進(jìn)而增強(qiáng)金屬離子被植物吸收程度，提高作物生長(zhǎng)質(zhì)量。腐殖酸中還富含植物生長(zhǎng)所必須的部分有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)，并能轉(zhuǎn)換狀態(tài)，使這些營(yíng)養(yǎng)元素易被植物吸收利用。它還可以配合有機(jī)肥料共同作用土壤，提高有機(jī)肥料的溶解性，增強(qiáng)植物根系對(duì)氮的吸收，還能通過(guò)降低磷的固定作用，把深入土壤中的氮磷鉀等元素，保護(hù)和貯存于土壤中，提高肥料的效用，減少肥料的流失，為植物生長(zhǎng)過(guò)程提供可持續(xù)的營(yíng)養(yǎng)供給。因此，腐殖酸也被稱為植物生長(zhǎng)過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)元素和生理活性物質(zhì)的“儲(chǔ)備庫(kù)”。在生物作用，腐殖酸還能刺激土壤中對(duì)植物生長(zhǎng)有益的微生物的生長(zhǎng)和繁殖，強(qiáng)化植物對(duì)病蟲(chóng)害的抵抗能力，改善和優(yōu)化植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)和水份的吸收，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

在土壤有機(jī)質(zhì)構(gòu)成中，有超過(guò)一半比例的腐殖酸，它在有機(jī)質(zhì)中非?；钴S，也最有效，屬于主體及其金屬離子相結(jié)合的鹽類，在物理化學(xué)上屬于非均相發(fā)分子復(fù)雜有機(jī)化合混合物，分子量大多也是分散的，因此，它沒(méi)有固定的化學(xué)結(jié)構(gòu)式。一般而言，土壤腐殖酸程黃至黑色，沒(méi)有固定形狀，程膠狀物，是一種具有生理活性的功能團(tuán)，也是構(gòu)成土壤肥力的重要基礎(chǔ)物質(zhì)。在農(nóng)業(yè)上，通常用腐殖酸類肥料來(lái)改良土壤環(huán)境，增加土壤養(yǎng)分，刺激作物生長(zhǎng)發(fā)育。

目前，用作肥料的腐殖酸主要以褐煤腐殖酸、風(fēng)化煤腐殖酸、泥炭（草灘腐殖酸）為主，搭配植物生長(zhǎng)的其他必須有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)質(zhì)。在生產(chǎn)應(yīng)用中，經(jīng)常以秸稈、玉米稈等農(nóng)業(yè)廢棄物為原料，經(jīng)過(guò)多種微生物共同作用發(fā)酵轉(zhuǎn)化而成，含有大量的低分子量有機(jī)酸、氨基酸和有機(jī)質(zhì)，因而生物腐殖酸被應(yīng)用于鹽堿土改良，既可以改變土壤的堿性環(huán)境，又可以為植物生長(zhǎng)提供有機(jī)質(zhì)。生物腐殖酸還作為微生物的重要底物，為微生物提供有機(jī)酸環(huán)境，營(yíng)造良好的生存環(huán)境。同時(shí)，腐殖酸中還含有大量的礦物質(zhì)、氨基酸等養(yǎng)分元素，能夠促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)，極大的增強(qiáng)土壤微生物活性，為植物根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收提供了環(huán)境保障。

微生物對(duì)植物等農(nóng)副產(chǎn)品殘留物質(zhì)通過(guò)分解和轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間地質(zhì)化學(xué)等復(fù)雜作用，形成一類大分子有機(jī)化合物的混合物煤炭腐殖酸。它與土壤有機(jī)質(zhì)中的腐殖酸具有相似的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，含有碳、氫、氧，還有少量的氮和硫等主要元素，另外還有多種官能團(tuán)。腐殖酸不但可以改良土壤的理化性質(zhì)、刺激作物生長(zhǎng)，而且還可以增強(qiáng)作物的抗逆性，改善農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)等。

土壤酶是土壤生物化學(xué)過(guò)程的主要調(diào)節(jié)者，不僅對(duì)土壤中的微生物活性具有指示作用，而且還可以表征土壤的綜合肥力特征以及土壤養(yǎng)分在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)化進(jìn)程。土壤腐殖酸中胡敏酸和富里酸的含量及存在比例，影響著腐殖質(zhì)微生物活性，而土壤酶正好作為土壤中微生物物質(zhì)轉(zhuǎn)化方向和動(dòng)力的樞紐，表征了土壤的綜合肥力特征及其各主要元素被吸收利用的變化狀況，在有機(jī)物的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化過(guò)程中起到關(guān)鍵作用。它對(duì)土壤微生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)平衡及土壤質(zhì)量的變化有一定的預(yù)警指標(biāo)和敏感指標(biāo)。土壤中的蛋白酶和脲酶對(duì)土壤的氮循環(huán)有明顯的指示作用，磷酸酶在土壤磷循環(huán)利用中的起著關(guān)鍵作用。

腐殖酸中含有一定量的氮素和磷素，加入土壤后會(huì)增加土壤氮、磷含量的增加，進(jìn)而影響土壤脲酶、磷酸酶的活性，使蛋白酶、脲酶和磷酸酶活性的提高，提高植物吸收利用氮、磷元素的轉(zhuǎn)化率。脫氫酶活性在評(píng)估土壤微生物的代謝活性方面，應(yīng)用廣泛。土壤中生物腐殖酸的增加，能夠增殖微生物數(shù)量，因而脫氫酶活性被提高，土壤氧化還原能力增強(qiáng)。淀粉酶能夠促進(jìn)土壤碳循環(huán)。腐殖酸加入土壤后，其中的有機(jī)質(zhì)能夠顯著地提高土壤的碳含量，進(jìn)而誘導(dǎo)土壤淀粉酶活性的提高，促進(jìn)土壤碳循環(huán)。過(guò)氧化氫酶在土壤中可以保護(hù)植物在生理過(guò)程中免受過(guò)氧化物的損害，也與土壤碳循環(huán)密切相關(guān)，過(guò)氧化氫酶的活性一定程度上與土壤總有機(jī)碳含量程正相關(guān)。腐殖酸中的有機(jī)質(zhì)提高了土壤有機(jī)碳含量，并隨著施肥量增加而不斷累積，從而使過(guò)氧化氫酶的活性受到刺激，不斷增強(qiáng)。很多研究都表明，腐殖酸能夠顯著提高土壤脲酶、磷酸酶、淀粉酶、過(guò)氧化氫酶等土壤酶的活性，進(jìn)而促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育，提高作物產(chǎn)量。

一般認(rèn)為，有機(jī)肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量有很強(qiáng)的促進(jìn)作用，還對(duì)土壤的理化性質(zhì)，生物性等方面有改良作用。但是卻忽略了有機(jī)肥中存留的微量抗生素，抗生素在土壤中的殘留具有累積性，隨著土壤微生物循環(huán)，對(duì)土壤酶的活性有一定的抑制作用。殘留的抗生素還會(huì)通過(guò)植物吸收、物質(zhì)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，對(duì)人的健康造成影響，對(duì)環(huán)境造成不可逆的危害。腐殖酸的加入，可以有效提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量，從而促進(jìn)土壤酶活性的提升，對(duì)土壤微生態(tài)平衡有很重要的調(diào)節(jié)作用。

綜上所述，腐殖酸在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，也被更多的人所關(guān)注，各種各樣的腐殖酸肥料在市場(chǎng)上層出不窮。土壤酶活性在土壤系統(tǒng)的物質(zhì)和能量運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中起著不可忽視的作用，反映了土壤中進(jìn)行的各種生物化學(xué)過(guò)程的強(qiáng)度和方向，與土壤肥力密切相關(guān)，在一定意義上能反映土壤肥力水平。目前，腐殖酸肥料的生產(chǎn)大多采用的是不同腐殖化程度的有機(jī)物料，例如草炭、褐煤、風(fēng)化煤等，腐殖化程度不同，發(fā)酵過(guò)程也有所差異，腐殖酸對(duì)土壤酶活性的影響，對(duì)受到抗生素污染的土壤酶活性改善是否有影響，卻鮮有研究，課題組擬通過(guò)設(shè)計(jì)腐殖酸干預(yù)下的受抗生素污染的土壤酶活性情況進(jìn)行研究，旨在探索腐殖酸在土壤改良，尤其是對(duì)抗生素污染的土壤修復(fù)方面，對(duì)土壤酶活性的促進(jìn)與抑制情況進(jìn)行研究，以期為腐殖酸在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的合理利用和可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。