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腐植酸介绍

2013-06-27 15:06:24
    一、腐植酸概念
    腐植酸是动、植物残体在微生物以及地球化学作用下分解和合成的一类物质。
    二、腐植酸分类
    腐植酸按存在领域分为:煤炭腐植酸、土壤腐植酸和水体腐植酸。土壤、水体中的腐植酸含量很低,不可能作为资源加以利用。真正作为资源加以利用的,主要是低级别煤炭(包括泥炭、褐煤和风化煤),其腐植酸含量一般在20%-70%;农业废弃物(豆粕、棉粕、秸秆)、畜禽粪便、工业废弃物(味精沉渣、油渣、酒糟、醋糟、糖渣)、城市污泥等本身也含有一定数量的腐植酸,经处理后也可作为有机肥的原料,但腐植酸含量较低,一般在5%-20%。
    三、煤炭腐植酸
    3亿年以前的石炭纪是植物世界大繁盛的代表时期,这一时期陆地上出现了大规模的森林,给煤炭的形成创造了有利条件。煤炭的形成有两个阶段:泥炭化阶段和煤化阶段。煤化阶段又分为成岩阶段和变质阶段。
    泥炭是煤化程度最低的煤,是煤最原始的状态。随着腐殖质的越积越厚,当温度升至65℃时,泥炭开始变为褐煤,也就进入了成煤第二阶段前期——成岩阶段。
    褐煤继续长期经受高温(约100-200℃)和高压,就依次形成次烟煤、烟煤、无烟煤以至石墨化物质,这一阶段统称为变质阶段。次烟煤阶段或多或少还有腐植酸的踪迹,但烟煤阶段,腐植酸已荡然无存,原有的腐植酸已聚合成腐黑物(沥青质)。
    次烟煤、烟煤、无烟煤都可能被自然风化,通过大自然化学氧化降解,又重新生成腐植酸。
    四、腐植酸在农业中的应用
    没有腐植酸土地,就不能称其为土壤,仅仅是“土地”,甚至只是风化了的岩石而已。
    国外农学界认为腐植酸是通过直接作用和间接作用两种途径对植物发挥作用。直接作用是指腐植酸被植物吸收到体内,刺激酶活性,促进根系发育和吸收性能,并对维生素、淀粉、氨基酸、蛋白质等的合成及代谢发挥作用,从而提高植物健康水平和抗逆能力。间接作用就是提高土壤肥力,通过改善土壤性质来改善水肥条件,促进植物生长发育。
    我国农学家总结出腐植酸在农业生产中具有“改良土壤、增进肥效、刺激生长、促进抗逆、改善品质”五大作用。
    (一)土壤肥沃功能
    土壤肥力是土壤供给植物水、肥、气、热等要素的能力,是制约农作物产量的首要因素,而占土壤有机质60%以上的腐植酸类物质含量的高低是衡量土壤肥力水平的主要指标之一。
    1、物理作用
    (1)腐植酸使土壤颜色加深,从而提高太阳光辐射的吸收,提高土壤温度。还会降低土壤热传导性能,对温度的突然波动起缓冲作用,以保护土壤生物免受侵害。
    (2)腐植酸是土壤团聚体的桥梁和黏结剂。腐植酸的凝胶性质促使土壤颗粒相互黏结成稳定的团聚体,即所谓的“团粒”,这是形成土壤颗粒内部多级结构和多级孔性的基础。实验表明,连续施用腐植酸有机肥后,大于0.25mm的团聚体增加30%-90%。
    (3)降低土壤容重和孔隙度,提高持水量。施用腐植酸有机肥后土壤可维持一种疏松、多孔隙和小颗粒状态,从而提高土壤透气性、渗透性、持水性,更有利于根的穿透和种子的发芽。
    2、化学作用
    (1)对PH值的调节和缓冲能力。这种缓冲性对于保持作物生长发育环境的稳定非常重要。
    (2)提高土壤阳离子交换能力,降低盐含量。阳离子交换能力是土壤肥沃程度的一个功能性指标,腐植酸在保留可被生物利用的阳离子养分(铵离子、
    钾离子、镁离子、钙离子等)、防止阳离子流失方面起着重要作用。
    (3)对土壤污染物的缓冲、减毒作用。腐植酸可以固定土壤中的有害重金属,减少植物对它们的吸收利用。
    3、营养的活化和贮存作用
    植物所需的养分是通过土壤腐植酸类物质的固定和矿化过程来不断积累和提供的。氮、磷、硫可存在于腐植酸类物质结构中,钾、钙、镁等营养物质存在于土壤有机质的表面上,而微量元素锰、铜、铁、锌则以有机络合物形式存在。营养物质的贮藏和释放一般是通过两类基本过程进行的:氮、磷、硫主要是生物过程,微量元素阳离子主要是物理化学过程。
    实践证明,施用多年腐植酸的土壤,即使不同时施用化肥和微肥,土壤中同样能释放相当多的磷、硫和其他阳离子型元素,原因就在于腐植酸对被固定元素的活化。
    4、生物作用
    土壤生物和微生物活力对土壤肥力有重大影响。腐植酸可为土壤生物和微生物提供主要的能量来源,帮助建立种群,促进有益活动。
    (二)化肥增效功能
    化肥在农业生产中起着至关重要的作用。但氮肥当季利用率为25%-35%,磷肥当季利用率为10%-25%,钾肥当季利用率为30%-50%,过量和不合理的施肥造成的资源浪费、效率降低以及对环境的影响也是有目共睹的事实。
    1、对氮肥的增效
    尿素含氮量最高,但利用率也只有30%-35%,原因是土壤中的脲酶对尿素分解过快,在30℃下,两天就可全部转化为碳酸铵,继而分解为二氧化碳和氨气而挥发流失,腐植酸对脲酶起抑制作用。
    碳铵是常用的氮肥,但很不稳定,在常温下就容易逐渐分解为二氧化碳和氨气而挥发流失,腐植酸能和碳铵复合成腐植酸铵,氮的流失大大降低。碳铵在农田被植物利用的时间大于20天,而腐植酸铵可达到60天以上,而且还有后效。
    2、对磷肥的增效
    我国60%的土壤缺磷,但磷肥施入土壤后82%左右被固定(主要原因是在酸性土壤中,磷酸根与铁离子和铝离子形成不溶性的磷酸盐;在碱性土壤中与钙离子形成磷酸二钙乃至磷酸八钙),3%被雨水冲击流失。腐植酸可以优先与铁离子和铝离子络合,释放出磷酸根。腐植酸可以和磷酸盐作用形成可被植物吸收的络合物。
    3、对钾肥的增效
    我国钾肥利用率约50%,平均被固定约45%,雨水流失约5%。被固定的原因是钾离子的大小和黏土晶格间距相当,很容易被紧紧的固定在黏土晶层之间。腐植酸可以提高植物的吸钾量、活化土壤潜在钾(对含钾的硅酸盐、钾长石有溶蚀作用),从而增加钾肥效果。
    4、对中、微量元素和稀土元素的增效
    土壤中有相当多的中、微量元素储备,但绝大部分呈不容状态,可被植物吸收利用的微乎其微。人工为植物补充中、微量元素也往往大部分被土壤固定。腐植酸对肥料中的中、微量元素同样具有增效和保护作用,对土壤中的那些被固定的“无效”元素也有激活作用。
    (三)刺激作物生长功能
    刺激作物生长是腐植酸生理活性的主要表现形式,腐植酸是氧的活化剂,又是氢的载体,影响着植物的呼吸强度、细胞膜透性和渗透压,以及多种酶的生物活性。
    1、促进根部生长,提高发芽率
    腐植酸刺激多糖酶的转化,使细胞壁中的果胶质分解,从而使细胞壁软化,加快细胞的各向生长速度,其中对根细胞的生长影响最大。
    2、增强呼吸强度和光和作用强度
    腐植酸在植物生长早期进入细胞内部起到呼吸催化作用,所以腐植酸有机肥被誉为“呼吸肥料”。腐植酸通过影响呼吸效率,增加光和作用强度。
    3、提高生理代谢能力和酶活性
    腐植酸影响着植物的氧化还原过程,促进氧的吸收,刺激酶的活性,提高渗透压和抗脱水性能,从而增加叶绿素含量,加快氨基酸、蛋白质、核酸和碳水化合物的合成。
    腐植酸增强ATP酶的活性,从而促进植物对微量元素(特别是铁、锌)的吸收和运转。
    (四)增强作物抗逆功能
    作物在环境不利因素(旱、涝、病虫害、盐碱、养分不足等)增长到一定程度时,腐植酸就发挥缓冲最用,这种作用被称作“腐殖质效应”。
    1、提高抗旱能力
    腐植酸通过缩小叶面气孔开张度、减少水分蒸腾而提高作物的抗旱能力。
    2、提高抗寒能力
    腐植酸增加植物脯氨酸的积累,降低了细胞膜透性,从而提高其耐寒性。
    3、提高抗病虫害能力
    施用腐植酸有机肥,病虫害发病率普遍降低,这是腐植酸生理活动的一种反映。首先,腐植酸本身就是一种抗菌性药剂。其次,施用腐植酸有机肥后改善了植物的新陈代谢功能,提高了细胞保护酶的活性和肌体免疫力,也就相应提高了抗病虫侵害的能力。
    4、提高抗盐碱能力
    腐植酸对提高植物耐受盐碱恶劣环境的直接作用是不容置疑的。腐植酸通过对PH值的调节和缓冲,改善作物生长环境,提高作物抗盐碱能力。
    (五)改善农产品品质功能
    农产品品质包括营养水平和污染物含量两个方面:一是提高营养物质(如蛋白质、氨基酸、维生素、有益元素等)的含量,二是降低有害物质(如重金属、硝酸盐、亚硝酸盐、残留农药等)的含量。
    各种必需元素的吸收和利用直接关系着作物的品质。一般来说,大量元素(氮、磷、钾)被植物吸收后在体内容易移动,而中、微量元素不易移动,腐植酸在与中、微量元素络合后,增加了这些元素从根部或叶部向其他部位输送的速度和数量,从而调节植物营养平衡。微量元素是多种酶的组成成分,腐植酸促进了微量元素的吸收,也就加强了酶对糖分、淀粉、蛋白质及各种维生素的合成,改善作物品质。
    植物体内酶活性强度的提高,加强了各种物质的转化和积累。比如:糖转化酶活性提高,增加了糖合成的速度,从而提高了果实的糖度;淀粉磷酸酶活性提高,加速了淀粉的合成和积累;植物体内酶活性强度的提高,加速了营养物质从根、茎、叶向果实运转,也就提高了果实和种子的营养。腐植酸于土壤中少量重金属(铅、铬、镉、汞、铜等)螯合,形成难容的螯合物,也就使植物减少了吸收重金属的几率,降低了重金属对植物的污染。
    五、发展前景
    我国是农业大国和腐植酸资源大国,但我国在腐植酸资源应用上与发达国家相比还有不小的差距,我国腐植酸资源优势并未充分发挥。随着环境污染、食品安全等问题的凸显、消费者需求(产品质量、品味)的提高,腐植酸类肥料被纳入了生态可持续发展的战略组成部分。国家的“沃土工程”、“无公害食品计划”、“十二五规划”等方针路线,为腐植酸产业的发展提供了巨大的发展空间。
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