黄腐酸的界定和应用中的问题探讨

黄腐酸的界定和应用中的问题探讨

张常书　张江川

（上海通微生物技术有限公司　上海　201800）

摘　要：目前，我国黄腐酸和生化黄腐酸产品种类繁多、概念模糊、检测困难，难以正确界定和识别。在推广应用上，对使用效果、使用方法等有些模糊不清，方向不明。本文就黄腐酸的界定、化学性质、物质特征、检测原理、作用功能和应用范围等，提出了个人见解和初步认识。

关键词：黄腐酸　化学界定　物质特征　应用

Discussion on Definition of Fulvic Acid and Its Application Problems

Zhang Changshu, Zhang Jiangchuan

(Shanghai Tongwei Biological Technology Co., Ltd., Shanghai, 201800)

Abstract: Recently, there are a wide range of fulvic acid (FA)and biotechnology fulvic acid(BFA)products in China, it is inconvenience to correctly identified those FA or BFA products.Moreover, it is lack of accurately circumscription of FA and BFA.In terms of the apply of FA and BFA, it is vague about the usage result and how to use it.In this paper, the definition of FA, chemical properties, material characteristics, detection principle, function and application scope, puts forward personal opinions and the initial step of understanding.

Key words: fulvic acid; chemical definition; material characteristic; application

1　黄腐酸种类和物质特征

1.1　黄腐酸

黄腐酸(Fulvic Acid，简称FA)是指用化学方法，从含有黄腐酸的泥炭、褐煤或风化煤等矿物质中提取的，可溶于水，也可溶于酸的高活性物质。因来自矿物原料，所以又叫矿源黄腐酸或煤炭黄腐酸(简称MFA)；黄腐酸常规的提取方法是用“硫酸丙酮法”或“离子交换法”[1]，也可采用“碱溶酸析法”，利用pH差，絮凝棕黑腐酸后，收集提取黄腐酸。

我国含有黄腐酸的资源极少，河南巩义、新疆哈密的黄腐酸都属于高钙镁型，提取十分困难；其他地区如内蒙古、云南、吉林、新疆等，也有少量的黄腐酸资源，但贮量和质量极不稳定，产量极微；为了加速黄腐酸的研发，也有采用化学改性方法，生产人造黄腐酸；这些黄腐酸都具有煤炭黄腐酸的基本化学特征和作用功能，一般用于农牧业为主。

药用黄腐酸是指可用于医药卫生的黄腐酸，国家卫生部有专门的标准，即“乌金口服液”标准(WS3-B-3367-98)，标准中E4/E6＞10，这是一个高标准指标，一般的黄腐酸都达不到。所以，黄腐酸因不同的应用范围，其标准和界定也不尽相同[2]。

黄腐酸的性质和形成。泥炭、褐煤或风化煤等矿物质中，能被碱溶酸析的活性物质，称为腐植酸(Humic Acid，简称HA)。腐植酸可分为黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸3种。黄腐酸是腐植酸中分子量最小，活性官能团最多，生物活性最高的一种腐植酸。但并非每种腐植酸中都含有黄腐酸，黄腐酸是腐植酸深度氧化或极度年轻化(尚未炭化缩合)的那部分水可溶物。因此，在某些被深度氧化的风化煤或年轻的草炭或褐煤中有黄腐酸存在的可能。

1.2　生化黄腐酸

生化黄腐酸(Biotechnolgy Fulvic Acid，简称BFA)是指用生物化学方法，从木屑、秸秆、有机质、腐殖质或其他生物质中提取的类似矿源黄腐酸的物质[3]，称为BFA或生物腐植酸(BHA)。因生物腐植酸还可能含有黄、棕、黑3种腐植酸的混合物，所以简称为BHA。

BFA的来源非常广泛，曾将所有“生物质”都定义在BFA或BHA的来源范围，这是不严谨的。比如糖蜜废液、味精废液等也是生物质，但其发酵产物，主要是糖类和氨基酸，它与黄腐酸类物质有根本的区别，所以，不能视为BFA的来源物。目前，市场上流行的一些生化黄腐酸钾(即黄钾)，就是糖蜜酒精发酵废液，主要含残糖和N、P、K、Ca等多种无机盐，对促进作物生长有一定效果，可以作为营养有机质使用，但毕竟不是黄腐酸类物质，应与MFA和BFA区别开，不能混为一谈。

2　黄腐酸的化学特征

2.1　核磁共振谱图分析

现将几种不同资源生产的MFA和BFA的13CNMR谱图分别见图1～图3，其化学位移和归属比较见表1 [1]。

图1　MFA和BFA的13C-NMR核磁共振谱图

Fig.1 13C-NMR spectrogram of MFA and BFA from mines

图2　糖蜜发酵BFA的13C-NMR谱图

Fig.2 13C-NMR spectrogram of sugar fermentation residue BFA

图3　秸秆发酵BFA的13C-NMR谱图

Fig.3 13C-NMR spectrogram of straw fermentation BFA

表1　13C-NMR谱化学位移和归属比较

2.2　化学特征分析

图1、表1及分析数据由复旦大学分析测试中心提供。根据13C-NMR核磁共振图谱的化学位移和归属分析：腐植酸芳化度fa在50%～60%[1]，黄腐酸和BFA的芳化度fa约在30%～40%，糖蜜BFA芳化度fa＜10%；MFA脂肪碳、环烷碳的含量，比 BFA少6%～14.27%；可见，MFA以苯环为主的芳香碳特征较显著，这说明BFA更接近植物原生态的化学结构。因植物成煤过程中的HA缩合程度越高，其酸性基团越少，芳化程度相应提高，生理活性相对下降。

图2、图3是华东理工大学测试中心进行的13C-NMR核磁共振图谱分析。可以看出，糖蜜BFA几乎全是碳水化合物，芳香羧酸仅占7.97%，秸秆BFA没有发现芳香羧酸(生产工艺问题)；牛粪BFA多属含O、N的杂环，与MFA的13C-NMR谱图有极明显的区别。这说明不同生产原料和工艺，其BFA产品的化学结构和组分差异很大，而上海通微的BFA更接近MFA的化学特征。

3　黄腐酸的界定及检测探讨

3.1　煤炭黄腐酸

煤炭黄腐酸为黑褐色的晶状粉末，pH 3～4，因酸性热缩合，难以干燥。因此，市场上一般多是中性或偏碱的黄腐酸盐；黄腐酸可溶于水，抗硬水能力强，酸性基团高，可溶于pH＜2的酸，在pH 2～14的任何范围均可溶，但对棕、黑腐酸而言，黄腐酸唯一特征是在pH＜2的酸性溶液中不絮凝沉淀，建议可以此作为MFA的界定标准。

国内多年来用5%的HCl溶液界定MFA是否絮凝沉淀，用来界定是否黄腐酸。这一方法也是可行的，但未与国际接轨，且酸浓度偏高(pH值约1.5)，所测MFA范围偏小。椐国外资料介绍，黄腐酸的检测方法，是用pH 2的稀酸溶液处理后，不絮凝沉淀的有机物质，经阳离子交换树脂吸附回收，所得重量(%)，即黄腐酸含量。这一方法比较合理，并与张常书提出的黄、棕、黑3种腐植酸的界定pH值方法相吻合[4]。因此，我们建议用pH 2是否絮凝沉淀，来界定黄腐酸比较合理，并与国际接轨。界定后，可用容量法、重量法或离子交换法定量黄腐酸；但容量法的炭系数难准确(上海通微黄腐酸的炭系数为0.4，是黄腐酸炭含量实测结果)。因此，黄腐酸的测定最好还是用重量法。

3.2　生化黄腐酸

BFA一般是棕褐色粉末，pH5-6，全溶于水，抗硬水能力强，酸性基团高，也可溶于pH＜2的酸和pH＞8的碱性溶液。但市场上的BFA种类很多，因产品来源、生产工艺和菌种之不同，而差异很大；有的根本不是黄腐酸的“糖蜜废液”(含糖)“味精废液”(含氨基酸)，也称为BFA，这是不正确的。因为这类物质不具备黄腐酸的基本化学特征，没有或很少芳环或杂环结构，没有或很少羧基、羟基、酚羟基、醌基等活性官能团，不具备黄腐酸的基本特征与和化学属性，因此，不能称为黄腐酸类物质。这类物质属于水可溶性有机质，价格很便利，也有一定效果，被很多人认可，但不能与黄腐酸类物质相提并论，混为一谈。

BHA或BFA，是腐植酸类物质的新生资源，但必须具备腐植酸的基本特征和功能，不能把糖蜜类、氨基酸、海藻酸、柠檬酸等有机酸都称为腐植酸或BFA，这是不科学的模糊概念。糖不是腐植酸，也不是BFA。

BFA的检测比较复杂，一是因为该产品来源范围广，产品成分复杂，化学结构难以检测；二是该产品外观形态似“黄腐酸”，水溶性好，理化指标与黄腐酸相似，用常规容量法、重量法无法界定检测。因此，我们建议BFA的检测，首先要知道是来自什么原料，什么工艺生产的产品，其主要成分是什么，然后用“核磁共振”确定芳香度范围，芳香度在20%～30%以上的，类似腐植酸类物质的，且pH＜2可溶的物质，可称为BFA；pH＞2可溶的物质，可称为BHA。但是，一般实验室没有上述检测条件时，可采用糖度计或氨基酸测试仪，鉴别样品是否含有较高的糖或氨基酸，是否可以“碱溶酸析”，以此将糖蜜和氨基酸废液或干粉与黄腐酸区别开来。经过介定，如符合BFA定义的，可采用“容量法”或“重量法”测定其含量。上述所提“芳香度测定”，可做仲裁法使用。

4　黄腐酸的功能及应用范围

4.1　煤炭黄腐酸

煤炭黄腐酸在我国已有多年研究和各种较权威的试验报告，在农业、畜牧兽医、医药卫生、水产养殖等很多方面的推广应用，都取得了显著成效，特别是在黄腐酸抗旱保水、抗病抗逆、促根促长、医药制剂、兽药制剂等方面的应用取得了公认效果。因此，MFA是一种经典的腐植酸，早就在李时珍的本草纲目中称为“乌金”；在医药上称为“乌金口服液”，可防治多种疾病；特别是在农业上的应用，黄腐酸有显著的促根促长和抗病抗逆效果，被称为天然植物激素；又因黄腐酸具有缩小叶片气孔的张开度，减少蒸藤失水，是一种优良的抗旱剂；同时黄腐酸对多种作物病害有拮抗作用，并可提高作物的免疫力，因此黄腐酸还是良好的农药助剂或增效剂；我国还登记了多种黄腐酸农药制品[5]。

目前，国内外都在推广腐植酸水溶肥料，这是一种普惠人类的新型肥料，可以替代化肥，用于滴灌、冲施或叶面喷施，对节水节肥，改土防病，快速提苗，高产丰收，改善品质等都具有重要作用；但腐植酸不抗硬水，我国南方低硬度水质，腐植酸钾，钠水溶液，2～3小时后，即絮凝沉淀，作物根本不能吸收利用，即使施入土壤，更容易被土壤中的Ca、Mg、Fe等阳离子固定，不能很好发挥腐植酸的作用；因此，水溶性腐植酸肥料，用黄腐酸替代腐植酸是必然趋势；但是黄腐酸价格高，抗硬水也不理想，一般只能抗到100 mg/L的硬度，再高就会絮凝沉淀；因此，必须尽快研发一种能抗北方高硬水质的黄腐酸。

为了解决这一问题，上海通微生物技术公司用改性黄腐酸技术，可以大大提高黄腐酸抗硬水能力，可以抗到250mg/L，3小时内黄腐酸不絮沉，为推广腐植酸水溶肥料，解决腐植酸抗硬水问题，找到了新的技术途径。

4.2　生化黄腐酸或生物腐植酸

作为一种腐植酸类物质的新生资源，是对煤炭腐植酸的重要补充，对生态农业和有机农业，都具有重要意义。但我们必须认识到，煤炭黄腐酸与BFA或BHA，是有明显区别的，二者不能相互代替，特别是在医药卫生，畜牧兽医，或人体保健方面，不能随意用BFA代替煤炭黄腐酸，即使要研发应用BFA，也必须进行严格的生物试验和临床试验，才能确认，且必须确保安全可靠。

BFA或BHA在农业上的应用研究已有多年，其基本作用和效果值得肯定，特别是用作水溶性肥料，具有抗硬水不絮沉的优良效果，有的产品(如上海通微BFA)，还含有一定量的吲哚酸、赤霉酸、脱落酸等天然激素类物质，这是优良的BFA，见图4[6]。但BFA不能被pH＜2的酸(或2mol硫酸溶液)所沉淀，因此，农业部《含腐植酸水溶肥料》标准，将BFA排除在腐植酸之外，并定性为有机质，这对腐植酸人来说也无可奈何。

由图4可见，因各种生产工艺、生产原料或发酵菌剂的不同，将直接对BFA物质结构和产品成分产生影响，其产物中的生理活性物质差异也很显著。所以，必须优化生产原料、生产工艺和发酵菌剂，才能保证BFA的生理活性和产品质量，否则就不能达到理想的使用效果。

最近，上海通微生物技术公司采用抗病型的哈茨木霉菌或绿色木霉[6]，对秸秆、木屑、酒糟等有机物进行生物发酵，获得一种抗病型的木霉BHA，可用作木霉腐植酸有机肥、生物肥和液体肥、土壤改良剂或修复剂、化肥农药增效剂或添加剂等(已申请专利)。试验结果表明，该产品有良好的抗病促长作用，特别是抗连作(重茬)病害和土传病害，有明显作用和效果[7]。主要对根腐病、立枯病、猝倒病、枯萎病、菌核病、炭疽病等真菌性病害，有较好防治效果。因此，BHA的开发方向应是注重原料，优化菌种，定向发酵，才能更好地发挥BHA和BFA的多功能作用。

图4　上海通微BFA产品中天然激素电泳谱图分析

Fig.4 The electrophoresis spectrum analysis of natural hormone in biochemical fulvic acid from Shanghai Tongwei
注：根据谱图测算分析，上海通微BFA(A型)产品中含有少量的ABA(脱落酸)、GA3(赤霉酸)，IAA(吲哚酸)的含量＝1213.400/286789.035＝0.423%；上海通微BFA(B型)产品中含有ABA(脱落酸)0.108%、GA3(赤霉酸)1.014%、IAA(吲哚酸)0.017%；上海通微BFA(B型)产品中 ABA、GA3和IAA含量较微小。

参考文献

[1]郑平.煤炭腐植酸的生产和应用[M].北京：化学工业出版社，1991

[2]张常书，单俊伟.利用生物技术开发生化黄腐酸新肥源[J].腐植酸，2005，6

[3]周霞萍．腐植酸应用中的化学基础[M].北京：化学工业出版社，2007

[4]张常书，刘媛媛.黄腐酸和生化黄腐酸的界定和检测探讨[J].腐植酸，2010，6

[5]许恩光.腐植酸类绿色环保农药[M].北京：化学工业出版社，2007

[6]陈捷，朱洁伟.木霉生物防治机理与应用研究进展[J].中国生物防治学报，2011，5

[7]王建锋，陆宁海.木霉菌在农业中的研究与应用前景[J].安徽农学通报，2008，14(14)

（本文系该项研究成果的延续，希望大家讨论。）