秸秆工业化制备黄腐酸及其应用效果研究

秸秆工业化制备黄腐酸及其应用效果研究_2015年论文集

秸秆工业化制备黄腐酸及其应用效果研究

杨茂峰　刘士坤　孙萌萌　安林林　周佳佳

(山东泉林嘉有肥料有限责任公司　高唐　252000)

摘　要：黄腐酸作为一类使用范围广、经济效益高的腐植酸类产品，是一种优良的植物生长调节剂、肥效促进剂、农药减毒增效剂、土壤改良剂，应用于农业实际生产，经济效益和社会效益显著。从矿源腐植酸原料中提取黄腐酸生产成本较高，限制了黄腐酸的大面积推广应用。山东泉林嘉有肥料有限责任公司通过技术创新，研发出从秸秆中提取黄腐酸的新技术，降低了黄腐酸的应用成本，通过大量田间试验，验证了其在粮食作物小麦、玉米、水稻及经济作物花生、苹果、葡萄上的显著应用效果。

关键词：黄腐酸　秸秆　技术创新　应用效果

Industrial Preparation of Fulvic Acid from Straw and The Study on its Application Effect

Yang Maofeng,Liu Shikun,Sun Mengmeng,An Linlin,Zhou Jiajia

(Shan Dong Tralin Jiayou Fertilizer Co.Ltd.,Gaotang,252000)

Abstract: Fulvic acid is one kind of humic products with wide application range and high economic efficiency.It is an excellent plant growth regulator,fertilizer accelerator,pesticide toxicity reduction agents,pesticide synergist and soil conditioner.It has significant economic benefits and significant social benefits,when it is applied to the actual production of agriculture.If the fulvic acid of high content extracted from ore source of humic acid raw materials,the production costs will be very high,which limited the large scale applications of fulvic acid.The company of Shan Dong Tralin Jiayou Fertilizer has developed a new technology which can extract fulvic acid from straw through its technological innovation.This technology reduced the application cost of fulvic acid.Its effect is remarkable through extensive testing in the fields,when it is applied to grain crops of wheat,corn,rice,and the economic crops of peanut,apple,grape.

Key words: fulvic acid;straw;technological innovation;application effect

腐植酸(HA)是动植物的残骸在微生物参与下经过复杂的化学、生物分解及合成反应生成的，是一类成分复杂的天然有机芳香族混合物。根据1919年Oden提出的分级方法，腐植酸可分为水溶性的黄腐酸、乙醇可溶的棕腐酸和碱溶性的黑腐酸[1,2]。国外对腐植酸的研究已有200年的历史，经研究发现腐植酸能够影响植物的多项生理活动，包括植物的生长、营养元素的吸收、蛋白质及核酸的合成、光合作用、呼吸作用以及一些酶的活性[3,4]。

[收稿日期]2015-10-27

[作者简介]杨茂峰，1976年生，副总经理、工程师，主要从事黄腐酸生产技术、产品研发及其田间应用试验研究，E-mail：yangmaofeng@126.com。

黄腐酸(FA)作为腐植酸的一个组分，传统的制取方法是从矿源腐植酸原料经过泥炭、褐煤、风化煤经过碱溶酸析工艺分离提取，即矿源黄腐酸(MFA)。由于黄腐酸具有分子量小、官能团含量高、水溶性好的特性，因此它除了具有腐植酸的一般特征和特性之外，又有着一般腐植酸不具备的特点：容易被作物吸收利用、生理活性高、水溶液呈酸性等。关于黄腐酸在农业实际生产中的主要作用，王天立等[5]进行了详细的总结，主要有四大作用：增强作物抗旱能力、提高多种酶活性和叶绿素含量、增效减毒农药、络合微量元素。但从泥炭、褐煤和风化煤中提取黄腐酸，需要消耗大量的酸、碱等化学物质，耗能较大，同时产生废水、废气，造成环境污染，生产成本较高。

山东泉林嘉有肥料公司通过技术创新，创造性研发出从农业废弃生物质秸秆资源中提取黄腐酸的新技术，降低了生产成本，实现黄腐酸在农业生产中的大面积应用。与矿源黄腐酸相比，活性官能团更多、抗硬水能力更强、分子量更小，且含有大量的氨基酸、核酸、果胶、维生素等小分子有机营养及多种微量元素，施入土壤可有效刺激作物生长，增强作物的抗逆性，改善作物品质，提高作物产量，改良土壤，实现土壤养分的归还。

1　实验部分

1.1　材料与仪器

1.1.1　材料

小麦秸秆，亚硫酸铵(分析纯)，溴化钾(光谱纯)，蒸馏水。

1.1.2　仪器

秸秆切割破碎机、立式高压连蒸锅、挤桨机、真空洗浆机、多效蒸发器、电热鼓风干燥箱、pH计、分析天平、低速离心机、红外分光光度计、真空干燥箱等。

1.2　实验方法

1.2.1　嘉有黄腐酸制备方法

粉碎小麦秸秆至长度为20～60mm，洗净泥沙，脱水至绝干物质含量为35%～45%，作为原料备用；将植物秸秆原料加至立式高压连蒸锅，同时按照与秸秆的绝干物质量的一定比例，加入亚硫酸铵溶液使之混合，控制一定的液比。将立式连蒸锅内温度升温至高于160℃后保温1.5～3 h形成浆液，经过挤浆机和真空洗浆机的洗涤、置换得到浆料和提取液；提取液经多效蒸发器浓缩至固形物浓度为55%，该浓缩液即为秸秆制备的黄腐酸浓液。

1.2.2　嘉有黄腐酸理化性质检测方法

检测浓缩前，固形物为96.08g/L的黄腐酸原液，黄腐酸测定依据HG/T 3276-2012(腐植酸铵肥料分析方法)；总腐植酸、总酸性基、羧基和酚羟基的测定方法参照文献[6]，其中总腐植酸的测定采用容量法，总酸性基的测定采用氢氧化钡法，羧基的测定采用碱溶酸析醋酸钙法，酚羟基用差减法计算得到。钠离子、钾离子测定依据标准NY/T 1117-2010(水溶肥料 钙、镁、硫、氯含量的测定)测定，铵离子测定依据标准NY/T 1107-2010(大量元素水溶肥料)测定。

1.2.3　嘉有黄腐酸红外光谱测定方法

利用真空干燥箱将黄腐酸原液在真空50℃条件下烘干，用光谱纯溴化钾制片后，用红外分光光度计在4000～600cm-1处扫描。

1.2.4　嘉有黄腐酸的肥效试验方法

嘉有公司联系各地科研单位在各地不同作物上展开了大量田间试验，获得各地农户认可，同时也掌握到了黄腐酸使用效果的一手数据资料。肥效试验主要办法是通过与常规施肥进行比较，研究黄腐酸肥料对试验田作物生物学性状和产量的影响。对照组用肥为常规施肥，试验组用肥为在常规施肥减量20%的基础上增施嘉有黄腐酸产品，大田作物增施黄腐酸含量30%的嘉有产品10千克/亩，经济作物增施黄腐酸含量30%的嘉有产品100千克/亩。

2　结果与分析

2.1　黄腐酸原液的理化性质及含量

所得黄腐酸原液固形物含量为96.08g/L，溶液颜色为褐色，具体理化性质指标检测结果见表1。可以看出，黄腐酸原液中黄腐酸含量高，为44.62g/L。

2.2　红外光谱分析

将黄腐酸烘干后进行红外光谱分析，所得到的红外吸收光谱如图1所示，各主要吸收带的涵义见表2。可以看出：嘉有黄腐酸为芳香族混合物，可能带有羟基、羧基、酚羟基、甲氧基等功能基团，与天然黄腐酸相似[7]。从图1中可以看出，嘉有黄腐酸的峰值较大，峰数较多，说明其功能基团的种类和数量较多。

表1　黄腐酸原液的理化性质
Tab.1 Physical and chemical properties of fulvic acid stock solution

图1　黄腐酸样品的红外吸收光谱图
Fig.1 Infrared absorption spectrum of BFA

表2　黄腐酸样品的主要红外吸收带
Tab.2 Infrared absorption spectrum of FA

2.3　嘉有黄腐酸在不同地区、不同作物上的试验效果

黄腐酸在不同地区、不同作物上的试验效果总结见表3。

2.3.1　黄腐酸在不同地区粮食作物上的应用效果

由表3可以看出，施用黄腐酸肥料对于提高粮食作物如小麦、玉米、水稻的产量有极为明显的效果，由于地区与作物的不同，增产幅度在8.55%～11.4%不等。施用黄腐酸肥料对于改善粮食作物与产量相关的生物学性状如水稻穗粒数、千粒重、结实率，小麦拔节时间、抗倒伏、有效亩穗数，玉米抗倒伏、穗粒数、千粒重等都有很好的效果。试验还证明，施用黄腐酸肥料为作物根系生长创造良好的环境，更有利于作物的生长。

2.3.2　黄腐酸在不同地区经济作物上的应用效果

由表3可以看出，施用黄腐酸肥料对于提高经济作物如花生、葡萄、苹果的产量也有较好的效果，不同作物的增产幅度为10.4%～19.5%，在经济作物与产量相关的生物学特性如结果数、单果重等方面，黄腐酸的使用也表现出明显的效果。另外，在经济作物上施用黄腐酸肥料更显著的是对品质的改善，对于品质相关生物学特性如果面光洁、提高含糖量，增加可溶性固形物，降低总酸等方面效果较为明显，使用黄腐酸肥料还可使果实提前着色，使作物提前上市，增加经济效益。

不同地区、不同作物的试验结果表明，施用黄腐酸肥料取得了较好的效果，据统计，无论是在粮食作物还是经济作物上施用嘉有黄腐酸均有改善作物的生物学性状的作用，且都有不同程度的增产效果，在提高经济效益方面尤其以经济作物最为突出。

表3　黄腐酸在不同地区、不同作物上的试验效果总结
Tab.3 Test results of water-soluble fulvic acid in different crops

3　结论

(1)利用泉林嘉有公司的新技术制备的黄腐酸产品，黄腐酸含量高，为44.62g/L，各种活性官能团含量多。

(2)通过红外光谱检测，可以看出嘉有黄腐酸为芳香族混合物，可能带有羟基、羧基、酚羟基、甲氧基等功能基团，与天然黄腐酸相似[7]。但嘉有黄腐酸的峰值较大，峰数较多，说明其功能基团的种类和数量较多。

(3)利用嘉有黄腐酸进行大量的田间试验，增产效果明显。以粮食作物为例，每亩增施3kg纯黄腐酸，粮食至少增产100斤[8,9]，且不会存在农药残留、重金属、抗生素、激素超标、品质不高等问题。

4　大面积推广嘉有黄腐酸的社会意义

4.1　促进节能减排

(1)秸秆综合利用减少了秸秆焚烧，实现节能减排。以回收处理1吨秸秆为例，可减排CO2　1.3吨(秸秆含碳量在35%以上，1吨秸秆焚烧产生CO2：1×0.35×44/12=1.3吨)。

(2)增施嘉有黄腐酸，减少化肥用量，实现节能减排。每处理1吨秸秆可提取200kg纯黄腐酸，覆盖66亩耕地，减少化肥用量666 kg，约减少煤炭消耗1032 kg(以煤基尿素为例，1吨尿素折合消耗标准煤1.55吨)，减少CO2排放2.68吨(1吨标煤燃烧释放2.6吨CO2)。

(3)嘉有黄腐酸促进粮食增产，固定多余CO2。1吨秸秆提取200kg纯黄腐酸，覆盖66亩地，粮食至少增产3300kg，可多固定5.28吨CO2(每收获1 kg粮食大约固定1.6kg CO2)。

综上3种途径，每利用1吨秸秆可实现CO2减排9.26吨。按照集团未来的产业布局，一旦实现6000万吨的秸秆综合利用，可实现CO2减排5.6亿吨。

4.2　减少化肥农药用量、粮食稳产高产

(1)粮食增产方面：每亩粮田增施3 kg纯黄腐酸，至少增产10%以上。按2014年全国粮食总产量60709万吨计算，若全部施用嘉有黄腐酸，粮食至少增产6071万吨，折合约1200亿斤。

(2)减少化肥用量方面：每亩施入3 kg纯黄腐酸，可减少化肥用量20%。按2014年全国化肥(折纯)使用量5995万吨计算，若全部施用嘉有黄腐酸，可减少化肥用量(折纯)1199万吨。

(3)减少农药用量方面：通过应用黄腐酸，可减少农药用量30%。按照2013年全国农药使用量180万吨计算，若全部施用嘉有黄腐酸，可减少农药用量54万吨。

参考文献

[1]郑平 主编.煤炭腐植酸的生产和应用[M].北京：化学工业出版社，1991

[2]何立千.生物技术黄腐酸的研究和应用[M].北京：化学工业出版社，1999

[3]陈玉玲.腐殖酸对植物生理活动的影响[J].植物学通报，2000，17(1)：64～72

[4]Liu C.H.,Cooper R.J.,Bowman D.C..Humic acid application affects photosynthesis,root development,and nutrient content of creeping bentgrass[J].Hortscience,1998,33(6): 1023～1025

[5]王天立，王栓柱，王书奇，等.关于黄腐酸在农业上的四大作用及其相关问题的研讨[J].腐植酸，1997，(4)：1～8

[6]李善祥.腐植酸产品分析及标准[M].北京：化学工业出版社，2007

[7]Sterenson F.J.著 夏荣基 译.腐植酸化学[M].北京：北京农业大学出版社，1994

[8]杨攀，孙克刚，郭跃升，等.不同用量黄腐酸有机肥对冬小麦增产效果研究[J].腐植酸，2015，(1)：25～29

[9]孙克刚，郭良进，和爱玲，等.黄腐酸有机肥不同用量对夏玉米的增产效果研究[J].腐植酸，2014，(4)：40～44