腐植酸在化肥農藥減施增效中的應用

朱瑩雪 李雪松 劉思語 蘇浩然 董禹含 元 野 馬獻發★

1東北農業大學資源與環境學院 哈爾濱 150030

2中國煙草總公司黑龍江省分公司牡丹江煙草科學研究所 哈爾濱 150000

近幾十年，我國糧食產量只占世界的16%，而化肥用量卻占世界的31%[1]，過量施用化肥導致土壤環境酸化或堿化、嚴重影響土壤質量和植物的營養平衡，雖然給作物帶來明顯的增產效果，但化肥的利用率卻呈現下降的趨勢[2]。農藥在農業生產應用上也出現了同樣的問題，我國每年農藥用量高達180萬噸，但利用效率卻不足30%[3]，多種農藥的共同作用對土壤生態環境造成了破壞。目前，農業生產上呈現出的化肥農藥不合理施用、有機肥的應用減少等現狀，導致土壤對農藥殘留、重金屬及其他有毒物質的鈍化減毒作用大幅度削弱，嚴重制約著農業的可持續發展?，F今，化肥減施技術主要有：有機肥替代技術、精準施肥技術、水肥一體化技術等，但這些化肥減施技術有時難以達到減施增效的目標。腐植酸含有多種含氧官能團，具有獨特的物理、化學、生物活性，將腐植酸作為高活性有機質與化肥農藥配施，能直接或間接地對化肥農藥起到減施增效的作用。本文將重點闡述腐植酸對化肥和農藥減施作用及機制，并提出腐植酸類物質在農業生產中的應用前景。

1 腐植酸對化肥減施增效的作用

1.1 腐植酸在化肥減施增效中的環境效益

腐植酸是源自土壤的本源物質，本質綠色環保，將工業提取的腐植酸反哺土壤，能夠提高化肥的利用率，在增效化肥的同時減輕化肥對土壤理化性狀產生的不良影響意義重大[4]。大量研究表明，施加腐植酸肥料，對土壤表現為增加土壤腐殖質含量，改良土壤結構，從而提高土壤肥力；對植物表現為促進生長，增產，提質；對肥料表現為固氮、解磷、活鉀，提高化肥利用率，減少土壤營養的淋失。實踐證明，在增效化肥，減少化肥施用量方面，腐植酸、腐植酸肥料可充分發揮其生態環保屬性。施用腐植酸、腐植酸肥料也是農業應用領域用來提高化肥利用率、改良土壤理化性質、增加作物抗逆性和改善農作物品質切實可行的可持續發展道路[5]。

1.2 腐植酸在化肥減施增效中的作用效果

（1）腐植酸在氮素方面的作用效果。

腐植酸可降低氨揮發、促進作物對氨的吸收、提高氮肥利用效率等。在農田中，尿素的主要損失途徑就是氨揮發。研究表明，熔融造粒腐植酸尿素與普通尿素相比，可顯著降低氨揮發約30.89%～59.22%，腐植酸尿素還可抑制NO3--N 向下遷移，提高表層土NO3--N 所占的比例，減少氮素的淋溶損失[6]。腐植酸可與氮肥結合施用，能夠達到促進作物生長、促進作物對氮的吸收、提高肥效的目的[7]。在尿素中添加千分之五（每噸添加5kg）的腐植酸，可以增產15%以上，在保證不減產的情況下，可少施20%的化肥，作用效果顯著[8]。經實踐驗證，無論是盆栽試驗還是大田試驗，添加了腐植酸的復合肥與單施化肥相比，氮素利用率均有明顯的提高[9～11]。

（2）腐植酸在磷素方面的作用效果。

腐植酸可有效防止土壤對新施入磷肥的固定，可解吸和活化土壤中的固定態磷，進而提高磷肥的有效性。研究發現，腐植酸能與磷結合，或使磷礦石解磷，并轉化為有效磷，從而促進植物對磷素的吸收利用，提高磷肥利用率[12]。根據腐植酸配施磷肥對大豆磷素吸收利用率的影響，發現磷肥與腐植酸共施，比單施磷肥的利用效果更好，其中風化煤腐植酸加磷肥可使作物增產36.71%[13]。腐植酸與磷肥配施還可提高藜麥的葉綠素含量、根系活力、SOD 酶活性、POD 酶活性及產量[14]。且研究發現，腐植酸增效劑與磷肥配施也可提高玉米產量，在保證玉米不減產的情況下，配施腐植酸增效劑可使當前基礎施磷量減施20%左右[15]。

（3）腐植酸在鉀素方面的作用效果。

腐植酸能活化土壤中被固定的鉀素[13]，腐植酸鉀易被作物吸收利用，緩釋鉀肥可提高肥效等。試驗證明，在活化鉀素方面，腐植酸原料和枸溶性鉀肥配施，可在一定程度上降低土壤鉀素淋溶量[16]；用有機腐植酸鉀水溶性肥料替代無機鉀肥，能增強土壤有機質含量，具有固氮、解磷、活鉀的特殊功效[17]。在增加產量方面，施用含腐植酸鉀復混肥可促進甘薯的塊根膨大，同空白處理相比增產26.07%，不僅提高了鉀素產塊根效率、鉀素收獲指數、鉀肥農學利用率和鉀肥偏生產力，還降低了生育期甘薯莖葉鮮重與塊根鮮重的比值[18]。王振振等[19]也得出相似的結論，即施用腐植酸緩釋鉀肥可提高鉀肥利用率20.09%、農學利用率42.69%、偏生產力5.89%和甘薯塊根產量22.83%。趙瑞萍等[20]在蔬菜種植上應用黃棕腐植酸鉀有機肥與化肥合理配施，不僅達到了增產增效的作用，還提高了蔬菜品質。

1.3 腐植酸減施增效化肥的作用機制

（1）腐植酸對氮肥的增效機制。

氮肥是作物營養元素的主要來源，氮肥施用到土壤中，受土壤性質和微生物的影響，常伴隨著不同的轉化過程。尿素在土壤中的轉化一部分為作物生長提供所需養分，另一部分主要以氨揮發和NO3-淋洗損失的方式消耗，可見尿素施入土壤后氮素的利用率并不樂觀。因此腐植酸對氮肥增效機制主要為以下3點：a.腐植酸含有大量不飽和鍵，可防止脲酶中的活性官能團氧化，使尿素以穩定的速度水解，為作物提供水解產物氨[21]。b.腐植酸具有較強的交換與吸附能力，能吸附氨和銨離子形成腐植酸銨鹽，減少氮素損失。而且腐植酸與尿素之間常形成大量的氫鍵、絡合配位鍵以及一定量的離子鍵，使其具有高度的耐水解性，是植物生長所需的主要氮源[22]。c.腐植酸可起到硝化抑制劑的作用，腐植酸與尿素配施通過影響脲酶活性而改變氨的釋放，從而抑制硝化細菌活性，進而提高氮肥利用率[23]。腐植酸對氮肥的減施增效作用還表現在改良土壤理化性質、激活或抑制微生物活性或酶活性、提高植物體內酶的活性進而促進植物體新陳代謝[24]、增強植物抗逆性、促進氮素吸收等方面[25～27]。

（2）腐植酸對磷肥的增效機制。

磷肥利用率低的主要原因是酸性土壤中含有大量活性鐵化合物及鋁化合物，石灰性土壤中含有大量碳酸鈣，這些物質能吸附有效磷使其固定、失效。當向磷肥中配施腐植酸時，腐植酸對磷肥起到減施增效的機制有以下3點：a.腐植酸會與磷肥形成腐植酸－金屬（M）－磷酸鹽絡合物，減緩有效性磷向難溶性磷的轉化速度，從而抑制土壤對磷的固定，增加磷素的移動性和有效性，磷肥肥效可相對提高10%～20%，吸磷量提高28%～39%[28]；b.腐植酸離解出的酚羥基、羧基等陰離子與酸根競爭土壤膠體表面的吸附位點，減少土壤團粒對磷素的吸附，進而提高了土壤中磷酸鹽的有效性[29]；c.腐植酸含有苯酚結構，該結構不但能使部分難溶性磷活化，還能增加土壤中磷酸酶和磷細菌的活性[30]。

（3）腐植酸對鉀肥的增效機制。

施入土壤中的鉀肥多被土壤中的黏土礦物所固定，轉化為非交換性鉀，導致鉀肥利用率低下。由于腐植酸對鉀離子的吸附作用是物理吸附和化學交換共同作用的，因此隨pH 值的升高，腐植酸對鉀離子吸附的分配系數和吸附量均有不同程度的增加[31]。當往鉀肥中配施腐植酸時，因腐植酸含有多種活性基團和強的表面活性[13]，可結合土壤中的鉀離子，增強其抗土壤吸附的能力[32]，且腐植酸是由一系列酸性物質組成的復雜混合物，其酸性功能可吸收和貯存鉀離子[33]，故可抑制土壤粘土礦物對鉀的固定。也因腐植酸具有較多的酸性基團，故施用后可降低土壤pH[34]，從而使難溶性鉀釋放，提高土壤速效鉀特別是水溶性鉀的含量。

2 腐植酸對農藥減施增效的作用

2.1 腐植酸在農藥減施增效中的環境效益

腐植酸作為一種天然有機大分子混合物，具備開發安全、低毒、低殘留農藥的條件，符合綠色農藥發展的需求[35]。在當前環境下，隨著農藥使用量的逐年遞增，人畜中毒、食品污染、環境破壞等問題日益凸顯。腐植酸含有許多像酚羥基、烯醇基、磺酸基、醌基、甲氧基等可以決定其酸性、親水性、離子交換性、絡合能力及吸附能力[36]的多種活性基團。正因為腐植酸具有多種優良的性質，使得腐植酸在對農藥的減施增效應用中起到增強農藥藥效、減小農藥分解速率、提高農藥穩定性、增強農藥溶解性、降低農藥毒性等作用[37]。在提高農藥藥效，減少農藥使用量方面充分發揮腐植酸的綠色環保屬性。

2.2 腐植酸在農藥減施增效中的應用效果

研究發現，水不溶性殺蟲劑添加了腐植酸鈉后可增強農藥的水溶性，添加5%的腐植酸鈉可使雙對氯苯基三氯乙烷（DDT）在水中的溶解速度提高20倍以上[38]。從褐煤、泥炭及風化煤等各種煤炭中提取出的水溶性腐植酸農藥增效劑分別與草甘膦復配防治果園雜草和巨星制劑復配防治麥田雜草，在施藥后調查發現，添加了腐植酸的農藥防效均有所提高[39]。得到相似結論的還有用生化黃腐酸與多菌靈混用，提高防效30%；與瑞毒銅混用防治黃瓜霜霉病，防效提高46.95%；與甲基托布津混用防花生葉斑病，防效提高57.8%[40]；用風化煤腐植酸鈉與各類常量農藥研磨復配，發現多菌靈藥效提高30%左右，藥劑用量減少33.3%～50%[41]等。王栓柱等[42]通過試驗發現，用風化煤黃腐酸與氧樂果等復配，在減少農藥用量30%～50%的情況下，可延緩藥效3～7天以上。

2.3 腐植酸減施增效農藥的作用機理

腐植酸的施用在農藥的減施增效中起到重要的作用，其作用機理主要包括：腐植酸對農藥有吸附作用，包括物理吸附和化學吸附，腐植酸可以改善農藥溶液的表面活性、可以增強大部分農藥的生物活性[43]。研究發現，腐植酸官能團通過與農藥的吸附作用，使得腐植酸對極性離子型高水溶性農藥具有很高的親和力[44]。白志平[35]和鄒德乙等[40]均提出腐植酸類物質具有表面活性劑的作用，可溶解一些難以用水溶解的農藥，主要原因為其金屬鹽的表面張力低于水的表面張力，對農藥起到分散和乳化作用，提高農藥的溶解能力。目前，腐植酸與農藥配伍使用已成為農藥應用領域有效的手段之一。腐植酸除了通過直接對農藥產生作用外，還可通過增強作物抗逆性、抑制病原微生物、降解農藥殘留[36]等間接作用，達到對農藥的減施增效作用。

3 腐植酸在農業生產中的應用前景

腐植酸是一種具有復雜結構式的高分子聚合物，因其含有多種組成成分，故腐植酸可應用在不同的領域，產生不同的積極影響[45]。腐植酸所具有的科學和經濟價值遠遠超乎我們的想象。雖然已經有大量的科研工作者證實了腐植酸對化肥農藥的減施增效作用，但仍有較多的科研工作者致力于利用腐植酸的結構組成及各種性質研發出新型肥料和農藥。但不同種類、不同來源的腐植酸組成有一定差異，其作用效果也難以比較[46]，故在對腐植酸的研發過程中仍需加強以下3方面研究與實踐。

（1）腐植酸屬于高分子混合物，與其他化合物的基礎研究相比要難得多，但是做好基礎研究才能讓我們更好地應用它。

（2）腐植酸同化肥農藥配施可使化肥農藥減施增效，但對于不同的化肥農藥，腐植酸施用的量是不同的，目前還沒有統一的腐植酸替代量來指導農戶進行大面積應用，還需優選出適宜大部分化肥農藥的腐植酸替代比例，用以大面積農田的應用。

（3）腐植酸液體肥料易與硬水中的高價離子結合產生絮凝，使其活性降低，嚴重影響硬水區腐植酸液體肥料的應用效果，目前就如何使腐植酸抗硬水改性活化的研究較少，還需進一步優選腐植酸原料，深入研究其抗硬水改性工藝。