让腐植酸在补充和提升土壤肥力中发挥重要作用

让腐植酸在补充和提升土壤肥力中发挥重要作用_腐植酸的美丽传说

让腐植酸在补充和提升土壤肥力中发挥重要作用

——开展“土壤腐植酸肥力综合指数”研究刻不容缓！

曾宪成　李　双

（中国腐植酸工业协会　北京　100120)

2013年12月23日，中央农村工作会议首次提出，必须确保广大人民群众“舌尖上的安全”。众所周知，食从土中来，“舌尖安全”的根子就长在土上。据此，充分发挥腐植酸在补充和提升土壤肥力、防止土壤及农产品污染中的重要作用，有利于从生产源头上保障老百姓“舌尖上的安全”。对此，把住耕地数量和质量“双重关”有着重要的现实意义。

一、坚守18亿亩耕地数量、质量“双重关”

长期以来，我国过度施用化肥、农药以及任意投放工农业有机废弃物，使得不堪重负的耕地“健康”受到严重伤害，耕地质量与生态状况令人堪忧。

1、化肥、农药加剧土壤环境恶化

（1) 盲用化肥。

我国化肥使用量占世界的35%，居世界第1位[1]。2013年10月10日，农业部发布《中国三大粮食作物肥料利用率研究报告》指出，我国三大粮食作物氮肥、磷肥和钾肥当季平均利用率分别为33%、24%、42%，大量盲目不合理施用化肥，不仅难以推动粮食增产，反而破坏了土壤的内在结构，造成土壤板结，地力持续下降。研究数据表明，建国初期，我国大部分土地有机质含量是7%，

现在下降至3%以下，流失速度是美国的5倍[1]。长期过量施用化肥，是发生农产品硝酸盐污染、重金属污染，以及水体硝酸盐和富营养化污染的重要原因之一。

（2) 滥用农药。

我国每年农药使用量约175万吨，是世界平均水平的2.5～3倍[1]。长期不科学施用以及使用一些剧毒、高残留、难降解农药，引起土壤的结构和功能的改变，危害着土壤中有益动物和微生物的生存，影响着土壤中酶类的活性变化，造成了土壤肥力的降低直至功能丧失，而且短时间内难以分解。解放初期我国施用的666农药，化学成分到现在还没有完全分解[1]。大量施用农药，使农产品产生农药污染，这是影响“舌尖安全”的主要原因。

（3) 恶性循环。

根据农业部测算，在我国18.26亿亩耕地中，中、低产田约占七成[2]。然而，为了追求高产多出，人们不断增施化肥，大量喷洒农药，任意投放工农业有机废弃物，给农业环境造成了严重危害。中国农业“掠夺式”生产开发，形成“粗放式投放→导致土壤贫瘠→增加复种指数→不断污染土壤”的恶性循环使得再生产难以为继。

2、现代有机肥不同于传统有机肥

（1) 部分传统有机肥的特质已不复存在。

传统有机肥所含营养物质比较全面温和，农作物有机分解物转化后形成各种腐植酸，有效地改善了土壤的物理、化学和生物特性，提高了土壤保水、保肥和透气性能，形成了良好的土壤环境[3]。但是，随着农业生产方式发生的根本性转变，如畜禽粪便、秸秆、动物残体等部分传统有机物已经失去了“天然本色”，生产传统有机肥的特质已不复存在。

（2) 部分现代有机肥含有重金属、激素、放射性物质短期难以根除。

现代有机肥主要来自畜禽粪便、城市餐厨垃圾、工农业有机废弃物及相关副产物、各种有机废弃物的复合物等。部分现代有机肥已经不同于传统有机肥，以畜禽粪便为例，过去猪、鸡、牛、羊吃的全是天然“食品”。现在，随着含高铜、高锌、高砷等饲料添加剂的广泛使用，加之畜禽对微量元素的低利用率，导致畜禽粪便的重金属含量超标，还有一些激素、放射性物质及其他有机污染物含量超标[4，5]。利用这些有机物制成的有机肥追加到土壤中，将使土壤长期受害。

（3) 土壤重金属污染普遍存在。

根据环境保护部2013年土壤状况调查结果显示，我国中重度污染耕地大体在5000万亩[6]。之前更有调查数据显示，我国重金属污染土地已超过3亿亩，占我国耕地的1/6，每年有1200万吨粮食被重金属污染[6]。可见，土壤污染已经严重危害粮食安全，使得18亿亩耕地质量安全形势十分严峻，而现代有机肥含有的有害物质助推着耕地质量不断下降。

3、大量秸秆还田开始亮起“红灯”

（1) 秸秆还田技术还不完善。

近年来，秸秆还田技术迅速发展，但是，有些地区秸秆还田技术不成熟令人担忧。诸如秸秆还田量过高，腐解程度不够，秸秆还田后病虫害发生机率增加等直接影响到作物正常生长，严重的还会造成作物减产[7～15]。此外，如何解决秸秆还田后微生物与作物的“争氮”现象，如何降低秸秆还田后产生的有害物质对作物生长的负面效应，以及如何将秸秆还田技术与土壤耕作方式相结合，这些都有待于进一步深入研究[15]。

（2)引起土壤固相结构变化。

年复一年的粗放式秸秆还田，导致土壤固相结构发生改变。一方面，土壤接受秸秆数量过多，不利于秸秆的腐烂和矿化，年复一年的累积，破坏了土壤固相结构，造成土壤覆盖不严、墒情差、耕作质量差，甚至影响出苗或幼苗生长，以至于造成作物减产[12，16]。另一方面，秸秆在田里根本没有腐熟的时间和过程，反而成了病虫的休眠床和培养基，病虫害成倍增加[17]。根据河南南阳、安徽淮北、江苏徐州等地调查结果表明，凡是秸秆还田的地方，病虫害特别高发，导致农作物减产三成左右，农业新技术、新品种带来的增产效益几乎被抵消殆尽[18]。

（3)大量还原气体产生“温室效应”。

在自然条件下，如果任农作物秸秆大量还田，将产生大量的甲烷（CH4)、氧化亚氮（N2O)、二氧化碳（CO2)等温室气体[19～21]。其中，大面积农作物腐熟过程产生的CH4，形成的温室效应比CO2高20多倍[22]，由N2O形成的温室效应比CO2高约300倍[23]。可见，从表面上看，秸秆还田避免了“烟雾锁城”，或美其名曰“补充土壤有机质”，实为雾霾的隐形推手。

根据2013年农业部对全国107个国家级耕地质量监测点数据分析结果显示，近十多年我国基础地力贡献率下降了5%[6]。对此，保障我国粮食安全，不仅要坚守18亿亩耕地的“数量”红线，更要坚守住18亿亩耕地的“质量”红线（即土壤肥力的可持续)，只有“数量和质量”并举，方能守住老百姓“舌尖上的安全”。

二、腐植酸：哺育土壤肥力的“绿色天使”

长期“重用轻养”，造成土壤等级和土壤肥力下降，这是我国耕地质量整体水平低下的主要原因[24]。土壤肥力是土壤的基本属性和本质特征，是土壤为植物生长供应和协调养分、水分、空气和热量的能力，是土壤物理、化学和生物学性质的综合反应[25]。腐植酸是土壤中最深刻的“核心物质”，是土壤肥力的基础，是“土壤血统”中本源性的物质。腐植酸不仅具有改良土壤、促进作物生长发育、改善作物品质等多种作用，还在减少化肥、农药对生态环境和农产品污染方面功效显著。因此，提高土壤腐植酸肥力，将成为守住18亿亩耕地质量红线的重要一环。

1、腐植酸：土壤中最深刻的“核心物质”

200多年前，人们对土壤中的“黑东西”搞不明白，总以为“幽灵”在“作怪”。后来，土壤学家把它称之为“暗色物质”。直到1761年，第一部农业化学著作《农业化学原理》（华莱士Wallerius著)问世，华莱士首先提出“腐殖质”这一名称[26]。1807年，德国汤姆森（Thomson)用碱液首次从土壤中提取出腐植酸[26]。对此，经过长期、复杂的探索过程，终于形成了对“黑东西”→“暗色物质”→“腐殖质”→“腐植酸”认识的演变过程，这才明确了土壤中最深刻的“暗色物质”就是腐植酸[27]。

2、腐植酸：微团聚体之土壤肥力的“核心作用”

（1)居间作用突出。

在土壤固相组成中，除矿物质外，就是土壤有机质。土壤腐殖质是土壤有机质中最主要的存在形式，一般占比高达80%。腐植酸是土壤腐殖质中最活跃的组分，一般占比高达75%以上[25]。在是土壤肥力的标志，而腐植酸作为土壤有机质的核心物质，始终贯穿于土壤肥力形成之中，说明腐植酸的优寡直接反映着土壤肥力的状况。

（2)形成微团聚体。

腐植酸本身是一种亲水胶体，在土壤中起着吸附粘结的重要作用。在土壤形成过程中，腐植酸与各种微生物分泌的多糖醛酸甙、粘粒矿物以及铁、铝的氢氧化物等，通过不同形式与各种作用力相结合，形成了各种类型的有机无机复合体[25]。同时，在各种表面电荷和作用力下，通过团聚作用而形成了不同粒级的微团聚体[28]。因此，腐植酸与微团聚体的形成过程，赋予了土壤有机无机复合体鲜活的生命力。

（3)聚焦土壤“细胞”。

腐植酸之微团聚体具有独立的结构单元，发挥着微生命体的作用，故称之为土壤的“细胞”。微团聚体的重要作用在于，保持和协调着土壤中的水、肥、气、热，影响和决定着土壤酶的种类和活性，形成和稳定着土壤的疏松熟化程度等三个方面[28]。因此，将微团聚体作为评价土壤肥力的综合指标具有重要的现实意义。

（4)“绿色天使”充满关怀。植酸犹如“绿色天使”，满怀深情。据此“认清土壤中最深刻的物质（腐植酸)→探明土壤肥力的根本（微团聚体)→寻求培育土壤肥力的脉道（净化血统)→抓住提升土壤肥力的方式（反哺腐植酸)”之间的关系，就等于抓住了事物的本质——让腐植酸补充和提升土壤肥力至关重要。

3、腐植酸：环境友好产业的“宝贵资源”

（1)资源宝贵。

腐植酸独特的物理、化学特性及生物活性，使其开发应用前景广阔。利用腐植酸产品可以提升土壤有机质，还可以广泛参与到土壤、水体、大气、沿海岸环境治理之中，尤其在开展土壤重金属修复、农药残留解毒、土壤储碳控碳等生态环境建设中作用突出。土壤中所含的腐植酸总量虽大，且难以工业化开发利用。我国煤炭腐植酸（诸如褐煤、风化煤、泥煤等)资源丰富，种类齐全，腐植酸含量高达70%[26]。目前，煤炭腐植酸是提取腐植酸生产的主要来源，也是上苍赐给人类的宝贵资源，现有资源价值量逾百万亿。切忌，将风化煤、褐煤、泥煤等腐植酸原料未经工业活化提取，直接加入肥料或投向土壤。同时，生物腐植酸可再利用。

（2)性质相同。

煤炭腐植酸与土壤腐殖酸的结构和性质基本相同。近三十年来，针对我国腐植酸资源利用状况，国内研究人员对土壤腐殖酸与煤炭腐植酸的结构和性质进行了比较研究[29]。土壤和泥煤腐植酸电位滴定研究[30]、煤炭腐植酸与土壤腐殖酸性能对比研究[31]等结果表明，虽然腐植酸的来源不同，除分子量略有差异外，化学组成和碳架构分子结构几乎一致。煤炭腐植酸与土壤腐殖酸具有相似的物理特性、化学组成、分子结构及分子量范围，具有一致的应用特性。因此，煤炭腐植酸和土壤腐殖酸二者“血源”相同，是土壤腐殖酸的主要补充来源和潜在库存。

（3)作用全面。

众所周知，“国发[1974]110号”和“国发[1979]200号”两个文件，确立了腐植酸在农业上的“五大作用”（即改良土壤、增效化肥、刺激生长、增强抗逆、改善品质)，通过四十年的农业生产应用，其内涵更丰富，作用更全面。黄腐酸在农业上的“四剂功能”[即抗旱剂、生长调节剂、农药缓释增效剂、化学元素络（螯)合剂]更具现代农业需要[26]。据统计，截至2013年5月，在国家知识产权局登记的腐植酸专利有2132项。其中，腐植酸肥料专利1246项，约占专利总数的58.4%。截至2014年2月，被中国知网收录的腐植酸类文献数量已达23000余篇。其中，农业应用文献数量超过60%，堪为农用之首。

4、腐植酸：化肥增效提质的“最佳伴侣”

（1)既土既肥。

腐植酸是土壤基础肥力永续利用的“团粒宝贝”，既与土好，又于肥好。在土地利用过程中，腐植酸保持着土壤有效养分支出量与补给量之间的平衡运转，不仅是土壤自然肥力持久性的本质特征，也是形成土壤自然生产力的物质基础。与此同时，腐植酸是土壤肥料的运转“仓库”，与化肥结合有着天然协同的条件。一方面，通过稳定、缓释、控制作用，延长肥效，提高化肥利用率；另一方面，通过量的约束，调控释放植物所需的营养元素，促进有效物质合成，平衡各种营养物质，从性状上改善了化肥质量。

（2)多元融合。

腐植酸具有提氮、解磷、促钾、融合多元的作用，可以形成1+1＞2的集合效应。腐植酸与氮肥：二者有机结合可以减少氮肥损失，抑制硝化，抑制土壤脲酶活性，减缓尿素的分解与挥发，从而提高氮肥利用率。腐植酸与磷肥：具有活化磷的作用，使难溶性磷转化为枸溶性磷，使水溶性磷也转化为不易固定的可溶性磷，从而大大提高磷肥当季的利用率。腐植酸与钾肥：具有活化钾的功能，腐植酸增加了土壤阳离子代换能力及改善了土壤胶体性质，从而促进了作物对钾的吸收。腐植酸与中微量元素：通过螯合、络合活化微量元素，使其从不可利用态变为可利用态，可促进土壤中微量元素的有效化利用[32]。

（3)佳偶既得。

近四十年来，腐植酸在农业领域积累了大量研究和应用成果。腐植酸与大、中、微量及特种元素一经结合，即可达到最佳的匹配状态。在等养分的情况下，腐植酸肥料比常规肥料利用率平均提高10个百分点以上，相当于净增30%～40%[33]，实现了生产成本低、经济效益好、环境效益佳的结果。因此，腐植酸与化肥的有机结合，既提高了化肥利用率，又顺应了肥料产业的变革，且与环境友好，可谓一举多得。

5、腐植酸：生态农业发展“空间巨大”

（1)分子空间巨大。

腐植酸是大分子有机弱酸聚合物，分子量从几百到几百万，具有物理、化学、生物活性，其化学结构具有多样性条件，含有羧基、酚羟基、醇羟基等多种活性含氧官能团[26]，适合开发专一化、差异化、多元化的与农业环境友好的产品需求，符合生态农业发展的客观要求。

（2)条件适密性强。

我国农业耕作环境和自然条件复杂，南北差异、梯度差异、平原与山地差异、水地和旱地差异、耕作方式差异等，这就要求一改“化肥一把撒，农药遍地喷”的传统习惯。腐植酸可以因地制宜，开发环境特色产品，满足不同时空、地带、自然环境条件下土壤生产的需求。

（3)产品灵活多样。

腐植酸可择物种而优，满足不同植物的个性化需求，如腐植酸小麦专用肥、腐植酸苹果专用肥、腐植酸辣椒专用肥等；腐植酸可灵活多变，满足农业不同生产方式的需求，如腐植酸固体肥、液态肥、膏肥、雾化肥等；腐植酸可调节养分释放，满足作物不同生长阶段的营养需求，如腐植酸缓控释肥、腐植酸长效肥、腐植酸或黄腐酸速效肥等；腐植酸肥料及其衍生产品多种多样，如腐植酸土壤调理剂、可降解地膜、种子包衣剂、拌种剂、生根粉、育秧、育苗剂、抗旱剂、保水剂等。经过近40年实践，腐植酸肥料以及衍生产品体系最具生态农业发展需要，见图1、图2。

图1　腐植酸绿色环保肥料供给体系　Fig.1 Supply system of humic acid green and environmental protection fertilizer

图1续

图2　腐植酸绿色环保肥料衍生产品体系　Fig.2 Supply system of humic acid green and environmental protection fertilizer derivatives

（4) 确保“舌尖安全”。

当前，大力发展生态农业，保护“土壤生态红线”、确保老百姓“舌尖上的安全”已成为民生之本。腐植酸肥料及其衍生产品种类丰富，功能齐全，不仅可以有效改善传统化肥种类单一、结构不合理、肥料利用率低下等局限性，还可以实现从源头上控制食品安全生产，确保老百姓“舌尖上的安全”。

三、充分发挥腐植酸在补充和提升土壤肥力中的重要作用

当前，在我国全力推进农业现代化进程中，明确“腐植酸在土壤有机质中最具优越性特质”的认识具有现实意义。我们必须要深刻认识到，工农业副产的有机质不一定安全，而腐植酸富存的有机质一定安全。凡是有机质不一定是腐植酸，凡是腐植酸一定是有机质。前述研究证明，煤炭腐植酸与土壤腐殖酸性质的物理特性、化学组成、分子结构及分子量范围，具有一致的应用特性。我们有智慧，通过工业化开发利用腐植酸，将其反哺到土壤之中可持续利用。现为了让腐植酸在补充和提升土壤肥力中发挥重要作用，建议国家开展“土壤腐植酸肥力培育产业”的顶层设计，特提出如下四点建议。

第一，建议确立“人工补充腐植酸提升土壤肥力”的有效渠道。有机质的腐殖化过程少则两三年，多则一百年。工业开发利用腐植酸可以缩短有机质的腐殖化时间，使之当年受益甚至当季当期受益，让土壤及时补充能量并休养生息已迫在眉睫。

第二，建议开展“土壤腐植酸肥力综合指数”专项研究。腐植酸是土壤腐殖质中最活跃的组分，是形成有机无机复合体及由其形成的微团聚体的主体，在土壤基础肥力形成过程中起着决定性作用。因此，建议将腐植酸作为补充和提升土壤肥力的一个重要指标，即以腐植酸的相对含量变化，衡量不同时间或空间条件下土壤肥力的变化水平及变动情况。

第三，建议确立“腐植酸肥料环境友好产业”的重要地位。腐植酸肥料属于土壤本源性的绿色环保肥料，大力推广使用腐植酸环境友好型肥料已刻不容缓。建议制定扶持腐植酸肥料产业的优惠政策，这不仅是补充和提升土壤肥力，坚守18亿亩耕地红线的有效措施，也是解决农业环境污染、减少温室气体排放和应对全球气候变化的客观要求。

第四，建议正式启动“腐植酸土壤沃土（反哺)工程”，使其达到对土壤环境表里兼治的作用。57年来，我国腐植酸产业在农业环境应用上已经取得了丰富成果，形成了一支思想比较完善、技术和产品体系丰富的腐植酸专业队伍。确立“腐植酸土壤沃土（反哺)工程”就是确立“舌尖上的安全工程”。

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