腐植酸對(duì)土壤性質(zhì)及作物生長發(fā)育影響的研究進(jìn)展

張 麗 王小璇

河南靈捷水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司 南陽 473000

腐植酸是土壤有機(jī)質(zhì)的主要組成部分，是連接土壤各種化學(xué)、物理和生物特性的重要環(huán)節(jié)。各種研究表明，施加腐植酸類物質(zhì)不僅能起到作物增產(chǎn)的效果，還可以有效改良土壤。本文對(duì)近年來有關(guān)腐植酸研究的文獻(xiàn)進(jìn)行了總結(jié)，在介紹腐植酸結(jié)構(gòu)特性的基礎(chǔ)上，分析了腐植酸對(duì)土壤性質(zhì)和作物生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響，并對(duì)腐植酸未來的研究重點(diǎn)進(jìn)行了討論，以期為腐植酸的進(jìn)一步研究和試驗(yàn)提供一定的參考借鑒。

1 腐植酸的結(jié)構(gòu)特征

腐植酸是一種高分子聚合物，它的組成元素多樣，主要有碳、氫、氧、氮及少量磷、硫等，其分子結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，以芳香核為中心的脂肪族環(huán)狀結(jié)構(gòu)鏈有多種官能團(tuán)，主要包括羧基、羰基、醇羥基、甲氧基、醌基等活性含氧官能團(tuán)[1，2]。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)決定了腐植酸具有吸附性、親水性、弱酸性、離子交換性、膠體性、絡(luò)合性、氧化還原特性等。腐植酸溶于水后形成親水膠體，它的羥基、羧基官能團(tuán)與土壤中鈣離子進(jìn)行凝聚反應(yīng)。腐植酸也能縮小作物氣孔的開張度，減少水分的蒸騰，使植物和土壤保持較多的水分，是一種優(yōu)良的抗旱劑。

按照來源，腐植酸可分為天然腐植酸和人造腐植酸兩大類。目前，市面上應(yīng)用廣泛的黃腐酸、棕腐酸、黑腐酸是按照在溶劑中的溶解性和顏色劃分的。其中黑腐酸不溶于堿性溶液，只溶于酸性溶液；棕腐酸只溶于堿性溶液，不溶于酸性溶液；黃腐酸既溶于堿性溶液，又溶于酸性溶液[3，4]。在先前的文獻(xiàn)中，還有灰腐酸、褐腐酸等稱呼，其實(shí)都是不同溶劑分離出來的。腐植酸多種多樣的分類，對(duì)我們的研究和工作應(yīng)用也具有顯著影響。

2 腐植酸對(duì)土壤性質(zhì)的影響

2.1 腐植酸對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響

腐植酸是形成土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的重要膠結(jié)劑，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成有效提高了土壤有機(jī)、無機(jī)復(fù)合度，增加了水穩(wěn)性大顆粒團(tuán)聚體數(shù)量，改善了土體的結(jié)構(gòu)，容重降低、孔隙率增大，從而具有良好的通透性。工業(yè)提取的腐植酸與土壤有機(jī)質(zhì)中腐植酸具有相似的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，也能改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。皮婧婧等[5]在新疆克拉瑪依鹽堿地中進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，腐植酸施入土壤后不僅可以提高有機(jī)質(zhì)含量，而且改善了土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。付保東[6]通過分析發(fā)現(xiàn)，腐植酸可以改善土壤的理化性質(zhì)，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力。Liu 等[7]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蚯蚓肥和腐植酸肥可以改善土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和大團(tuán)聚體的微觀結(jié)構(gòu)（孔隙度、路徑彎曲度和有效孔隙度），進(jìn)而增加了土壤的滲透性，促進(jìn)了鹽堿表層土壤的鹽淋失。因此，施用腐植酸能改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使土壤疏松、吸水量增大，既能透氣、增溫，又能蓄水，起到改良土壤的作用[8]。但是，關(guān)于腐植酸對(duì)土壤團(tuán)聚體含量的影響則少有研究。

2.2 腐植酸對(duì)土壤水熱的影響

由于腐植酸肥料是深色的，施入土壤中加深了土壤的顏色，增加了土壤對(duì)陽光的吸收，加之腐植酸促進(jìn)了土壤微生物分解活動(dòng)，產(chǎn)生了熱量，所以能提高地溫，增強(qiáng)作物抗寒防凍能力。據(jù)試驗(yàn)觀測結(jié)果，施腐植酸肥料可提高地溫1 ～3 ℃[9]。腐植酸也可以通過膠合組合使土壤表面涵養(yǎng)水分，防止土壤破裂以及土壤侵蝕。進(jìn)一步松軟的土壤可以增加土壤的透氣性，提高土壤利用率，增加土壤抗旱性。姚榮江等[10]通過土箱模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，滴灌條件下，腐植酸通過提升土壤田間持水率，增強(qiáng)了再分布過程土壤水、鹽、氮運(yùn)移的調(diào)控效應(yīng)。李曉菊等[11]通過5 種不同施加量的腐植酸進(jìn)行一維垂直入滲試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨腐植酸施加量的增加吸滲率呈線性減小，而綜合形狀系數(shù)呈線性增加。入滲時(shí)間相同時(shí)，累積入滲量和濕潤鋒均隨腐植酸施加量的增加而減??；相同入滲深度隨腐植酸施加量的增加所需的入滲時(shí)間、累積入滲量、剖面平均含水量均不斷增加。所以，施加適量的腐植酸可以使土壤保持更多的水分，降低土壤干旱脅迫，利于植物的生長。

2.3 腐植酸對(duì)土壤酸堿性的影響

土地是人類生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必要條件。我國耕地面積約19.2 億畝[12]，而鹽堿化土地面積約為14.8 億畝[13]。土地的鹽堿化造成土壤板結(jié)與肥力下降，不利于農(nóng)作物吸收養(yǎng)分，阻礙作物生長。隨著我國人口的日益增長，土地利用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須要滿足人口的需求。因此，我國廣大面積的鹽堿土亟待開發(fā)利用[14]。因腐植酸分子結(jié)構(gòu)中含有羧基和酚羥基等活性功能團(tuán)，使其具有弱酸性，而這種弱酸性結(jié)構(gòu)又決定了腐植酸具有良好的緩沖性能。長期大量施用含腐植酸的肥料，或集中施用少量經(jīng)過氧化降解的腐植酸，能夠提高土壤的緩沖能力，使土壤溶液保持一定的pH 值，在一定范圍內(nèi)不因外界加酸、堿或稀釋而改變，并逐漸改善酸性土和鹽堿土的理化性狀，使作物在適宜的環(huán)境中生長。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在堿性嚴(yán)重的土壤中，施加腐植酸會(huì)使pH 值下降[15]。王成剛等[16]在新疆鹽堿地通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，腐植酸與脫硫石膏共同作用可顯著降低土壤pH 值、堿化度、全鹽等。岳殷萍等[17]采用土柱試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，腐植酸不僅能有效降低土壤pH值，也能顯著降低土壤代換性Na+，進(jìn)而顯著降低土壤堿化度。

2.4 腐植酸對(duì)土壤微生物和酶活性的影響

腐植酸具有穩(wěn)定的碳形態(tài)，可以刺激生物及微生物的活性[18，19]；刺激植物酶和增加作物產(chǎn)量，在作物生長過程中可作為一種有機(jī)的催化劑，刺激土壤中有益微生物的繁殖和生長，提高作物抵御病蟲害的能力，促進(jìn)植物葉綠素的形成及糖和氨基酸的形成，進(jìn)而有助于光合作用；增加植物中的礦物質(zhì)和維生素的含量，加厚果實(shí)的細(xì)胞壁，延長其儲(chǔ)藏時(shí)間。袁婉潼[20]研究盆栽條件下腐植酸對(duì)鹽堿土微生物量、酶活性和生物量的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比較，中量腐植酸（450 kg/hm2）處理顯著提高了土壤細(xì)菌、真菌數(shù)量和磷酸酶、蛋白酶、脲酶及脫氫酶活性，同時(shí)顯著提高了土壤生物肥力指數(shù)（BIF）和酶活性指數(shù)（EAN）。高量腐植酸處理（750 kg/hm2）對(duì)土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響也顯著高于對(duì)照。微生物類群和成分的變化可以通過促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)來影響植物的生長[21]。腐植酸的施用可以促進(jìn)土壤微生物的生長和活性，從而提高植物的生長性能，這也可能與微生物群落的調(diào)節(jié)有關(guān)[22]。Li 等[23]發(fā)現(xiàn)在土壤中施用腐植酸、生物炭和高吸水性聚合物混合材料能夠引起土壤中微生物多樣性的變化，從而達(dá)到改良土壤的作用。因此，腐植酸能調(diào)節(jié)土壤中微生物的種類和數(shù)量，顯著增強(qiáng)特定酶的活性。

2.5 腐植酸對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

肥料在使用量和使用方式上的不合理使用，不僅會(huì)導(dǎo)致作物體內(nèi)有害物質(zhì)含量的增加，降低產(chǎn)品品質(zhì)，還會(huì)降低肥料利用率，加劇土壤中營養(yǎng)元素的淋溶滲漏，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題[24]。而腐植酸能夠提高化肥的有效利用，在起化肥增效劑作用的同時(shí)減輕化肥對(duì)土壤理化性狀產(chǎn)生的不良影響，而且可以提高土壤肥力。眾多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)腐植酸具有控氮、釋磷和促鉀作用。陳佳等[25]研究發(fā)現(xiàn)，相比單獨(dú)施用普通復(fù)合肥，復(fù)合肥與腐植酸配施可使土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別增長5.7%、33.1%、24.4%；土壤全鹽量顯著降低，酸堿度降低，有機(jī)質(zhì)含量增加。Jing 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸對(duì)玉米幼苗生長和氮、磷、鉀的吸收有促進(jìn)作用，但與磷肥配合施用后，效果反而較差。這一變化可能是由于親水性的降低和腐植酸與磷肥配比不合適造成的。鄭毅等[27]在沙質(zhì)土壤上進(jìn)行的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，膨潤土-腐植酸型改良劑可有效減少土壤氨揮發(fā)和氧化亞氮的排放，促進(jìn)氮素向玉米籽粒轉(zhuǎn)移，從而提高了玉米籽粒產(chǎn)量。張宏偉等[28]的研究表明，腐植酸可提高土壤磷素的利用率，經(jīng)腐植酸共聚物改良的赤紅壤可以減小土壤對(duì)PO43-的固定，增加吸附態(tài)PO43-和有效態(tài)PO43-含量。腐植酸具有較大的陽離子代換量，施入土壤中的鉀元素應(yīng)該首先被腐植酸吸附，避免土壤對(duì)鉀元素的固定[29]，降低土壤的固鉀率。腐植酸能夠活化鉀素，使鉀肥緩慢分解，增加鉀素釋放量，促進(jìn)作物對(duì)鉀的吸收，提高鉀肥利用率。梁太波等[30]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與空白對(duì)照相比，施用腐植酸提高了鉀素積累速率和積累量，并最終提高生姜產(chǎn)量61.3%。腐植酸在增加土壤養(yǎng)分有效性方面作用顯著，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[23]。

3 腐植酸對(duì)作物生長發(fā)育的影響

3.1 腐植酸對(duì)作物根系的影響

腐植酸能夠促進(jìn)種子萌發(fā)，通過加速細(xì)胞分裂，使根系迅速發(fā)展，提高出苗率和成苗率；促使幼苗發(fā)根快，次生根多，根量增加，根系伸長，使作物吸收水分和養(yǎng)分的能力增強(qiáng)。多項(xiàng)研究表明，腐植酸能顯著提高玉米根系生長和產(chǎn)量[31，32]。周麗平等[33]研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸不僅可以顯著增加玉米根系干物質(zhì)量和根系活力（69.4%和69.1%），還可以改善玉米根系的形態(tài)，玉米總根和軸根的數(shù)量和長度、根體積、根表面積和側(cè)根數(shù)相比對(duì)照都顯著增加。袁麗峰等[34]通過小區(qū)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比對(duì)照腐植酸有機(jī)肥施用后顯著提高了玉米根系干物質(zhì)質(zhì)量、秸稈質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量、行粒數(shù)、每穗粒數(shù)、粗蛋白質(zhì)含量以及氮磷肥農(nóng)學(xué)效率。根系對(duì)腐植酸的響應(yīng)是腐植酸促進(jìn)植物生長的最初動(dòng)力，因此，可以在土壤中添加腐植酸促進(jìn)根系發(fā)育，從而提高出苗率，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量。

3.2 腐植酸對(duì)糧食作物生長發(fā)育的影響

腐植酸能夠增加植物體內(nèi)氧化酶活性及代謝活動(dòng)，因此可作為促進(jìn)作物生長發(fā)育的特殊生物肥料[35]。此外，腐植酸通過絡(luò)合無機(jī)氮、磷、鉀形成鹽類，與普通肥料配比形成高效的復(fù)合肥料可提供作物生長所需的營養(yǎng)元素[36，37]。腐植酸肥料促進(jìn)棉花、水稻、玉米、小麥、大豆、馬鈴薯等糧食作物生長，提高其產(chǎn)量的報(bào)道越來越多。馬曉晶等[38]研究發(fā)現(xiàn)，黃腐酸可以促進(jìn)水稻增產(chǎn)，并且能改善稻米品質(zhì)，相比普通復(fù)合肥，礦物源黃腐酸復(fù)合肥和生物源黃腐酸復(fù)合肥分別提高水稻產(chǎn)量15.43%和11.60%。楊蘇等[39]采用盆栽實(shí)驗(yàn)方法研究了褐煤腐植酸的不同用量對(duì)玉米生長及黃河故道潮土養(yǎng)分含量的影響，結(jié)果表明，施用褐煤腐植酸可顯著增加玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)量和養(yǎng)分吸收量，且施用量為20 g/kg 時(shí)對(duì)玉米生長和潮土培肥效果最佳，可以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。陳祥福等[40]通過大田試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在酸性土壤中施用50 kg/667 m2腐植酸的土壤調(diào)理劑可使小麥增產(chǎn)33.70%，投入產(chǎn)出比1 ∶2.33，種植戶收益最高。孫建好等[41]研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸與磷肥配施可提高大豆產(chǎn)量261.9 kg/hm2，分別增加大豆莢數(shù)和粒數(shù)1.6 個(gè)和0.3 粒；腐植酸與氮磷肥配施可提高小麥產(chǎn)量305.6 kg/hm2，提高小麥千粒重2.5 g；腐植酸類肥料的施用提高了小麥/大豆大田作物產(chǎn)量穩(wěn)定性，并且較常規(guī)施肥可以節(jié)約10%的氮磷肥。王宏等[42]研究發(fā)現(xiàn)，施用腐植酸水溶肥可使馬鈴薯田增產(chǎn)率達(dá)16.51%。

3.3 腐植酸對(duì)經(jīng)濟(jì)作物生長發(fā)育的影響

腐植酸在經(jīng)濟(jì)作物種植方面應(yīng)用也很廣泛，腐植酸肥料對(duì)經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)品的提質(zhì)增效具有顯著作用。呂銀梅等[43]研究發(fā)現(xiàn)，在棉花生長期滴入腐植酸有機(jī)水溶性肥料后棉花的生長勢增強(qiáng)，對(duì)病害的免疫力增強(qiáng)，發(fā)病相對(duì)減輕，發(fā)病率明顯低于滴施尿素對(duì)照。肖瑤等[44通過盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，腐植酸肥料能夠促進(jìn)重茬烤煙生長發(fā)育，提高烤煙葉面積，顯著增加煙株硝酸還原酶的活性，同時(shí)還能顯著地降低丙二醛含量，延緩烤煙植株生長后期的衰老。童文等[45]研究發(fā)現(xiàn)，施用腐植酸肥料可使白芷增產(chǎn)196.0 ～1106.0 kg/hm，其中用濃度為1.0 g/L的黃腐酸葉面噴施增產(chǎn)效果最明顯。張婉[46]研究發(fā)現(xiàn)，在復(fù)合肥中添加或者配施腐植酸和黃腐酸有利于提高肥料的肥效，減量施肥30%，在花生的農(nóng)藝性狀、植株干物質(zhì)積累量、對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收量、飽仁率、出仁率、產(chǎn)量、品質(zhì)等方面與不減肥處理無顯著差異，可以實(shí)現(xiàn)減肥不減產(chǎn)的效果。劉曉辰等[47]研究發(fā)現(xiàn)，施用活性腐植酸控釋肥可使花生增產(chǎn)7.97%以上，且施用后花生主莖更高、側(cè)枝更長、秕果數(shù)更少，單株生產(chǎn)力有明顯提高；花生飽果率也明顯提高，畝產(chǎn)莢果顯著增加。

3.4 腐植酸對(duì)果蔬作物生長發(fā)育的影響

腐植酸也能促進(jìn)藍(lán)莓、獼猴桃、西瓜、菜豆、生菜、辣椒、番茄等果蔬作物的生長發(fā)育、提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)，其中腐植酸改善果蔬作物品質(zhì)一直是一大熱點(diǎn)。唐茜[48]、劉增照等[49]分別研究了腐植酸對(duì)藍(lán)莓，獼猴桃產(chǎn)量及果實(shí)品質(zhì)的影響，均得出腐植酸質(zhì)量濃度過高或過低不能使果實(shí)產(chǎn)量與品質(zhì)達(dá)到最優(yōu)，腐植酸質(zhì)量濃度為0.3 ～0.4 g/L 時(shí)果實(shí)品質(zhì)各指標(biāo)最優(yōu)的結(jié)論。這說明腐植酸的施用量對(duì)果蔬品質(zhì)影響很大。周超等[50]通過大棚試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，600 倍液是腐植酸液體葉面肥最佳的噴施濃度，西瓜產(chǎn)量較對(duì)照顯著增加43.75%，西瓜品質(zhì)也顯著改善，其中可溶性蛋白、可溶性總糖及Vc含量顯著增加。張顯東等[51]通過菜豆試驗(yàn)得出近似結(jié)論。李興杰等[52]研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸復(fù)合營養(yǎng)液不僅可以提高水培生菜的產(chǎn)量還可以改善其品質(zhì)，使其達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的效果。隨著腐植酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，生菜葉片中可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，但硝酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，Vc 質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。孫志梅等[53]研究表明，隨著腐植酸肥施用量的增加，辣椒葉片N、P、K 累積量逐漸增大，肥料生產(chǎn)效率及養(yǎng)分利用率降低，果實(shí)N、P、K 累積量呈二次拋物線趨勢變化。李小玉等[54]在田間試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，施用腐植酸肥后番茄植株形態(tài)指標(biāo)、果實(shí)產(chǎn)量品質(zhì)和土壤微生物數(shù)量等各項(xiàng)指標(biāo)均顯著增加，腐植酸肥施用1200 kg/hm2時(shí)植株生長狀況最好，番茄產(chǎn)量品質(zhì)最佳，土壤微生物數(shù)量最多?？梢?，腐植酸對(duì)得到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果蔬具有顯著促進(jìn)作用，且腐植酸的不同施用方式和施用量對(duì)果蔬生長的影響效果也不同。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要通過試驗(yàn)來確定最佳的方式及用量。

4 前景展望

近年來，腐植酸的研究取得了很大進(jìn)展。使用腐植酸不僅能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，減少土壤養(yǎng)分的淋溶損失，提高肥料利用效率，而且在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，尤其是在糧食作物和果蔬作物生產(chǎn)中，合理施用腐植酸類肥料更是獲得顯著的增產(chǎn)增收效果[55]。可見，腐植酸具有廣闊的應(yīng)用前景，但以下3 個(gè)方面仍值得進(jìn)一步探討。

（1）腐植酸可提高作物根系活力，但其作用來源具體是腐植酸本身還是腐植酸對(duì)植物體的刺激作用誘導(dǎo)產(chǎn)生的植物激素提高了根系活力有待進(jìn)一步研究。

（2）腐植酸是一類混合物的總稱，不同成分物質(zhì)的溶解性能不同，生物降解機(jī)理與周期尚待研究，如何高效合理利用不同成分的腐植酸及確定腐植酸的生物降解過程是未來研究的主要方向，利用新的技術(shù)手段對(duì)腐植酸基本特性的研究也仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。

（3）腐植酸在生態(tài)環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用，“十四五”規(guī)劃提出，生態(tài)安全和生態(tài)修復(fù)是“十四五”期間的重點(diǎn)關(guān)注工作，而腐植酸作為一種低碳環(huán)保材料，在生態(tài)安全和生態(tài)修復(fù)方面的作為值得我們進(jìn)一步研究。