腐植酸在土壤改良、肥料增效和重金屬污染治理等方面彰顯神奇功效，成為環(huán)境材料多面手。近年來，腐植酸在環(huán)境保護(hù)方面研發(fā)應(yīng)用發(fā)展迅速，在包括土壤改良、土壤重金屬污染治理和化肥增效的面源污染治理等土壤修復(fù)方面的研究取得了一些進(jìn)展。腐植酸及其相關(guān)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于農(nóng)、林、牧、石油、化工、建材、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)保等領(lǐng)域。在提倡生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)、無公害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、綠色食品的當(dāng)下，腐植酸這類環(huán)境友好型產(chǎn)品備受推崇。
腐植酸用于土壤改良
腐植酸保水劑
土壤保水劑具有“微型水庫”功效，是具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有機(jī)高分子聚合物。在土壤中能將水迅速吸收并緩慢釋放，保證植物根際范圍水分充足。保水劑保水的原理主要有：土壤保水劑自身吸水、保水和釋水;土壤保水劑促進(jìn)土壤改良和保持;土壤保水劑提高肥料和農(nóng)藥等農(nóng)化產(chǎn)品的利用效率;土壤保水劑調(diào)節(jié)植物生理節(jié)水效應(yīng)。
腐植酸是吸水能力與蓄水能力極強(qiáng)的膠體物質(zhì)，含有大量羧基、酚羥基、醇羥基和羰基等活性親水基團(tuán)，與水形成氫鍵而吸收和保存大量水分，為作物根系提供水分供給。將具有反應(yīng)活性和生物活性的腐植酸引到保水劑樹脂中，可發(fā)揮腐植酸改良土壤、增效化肥、刺激生長、增強(qiáng)抗逆和改善品質(zhì)的功效，明顯提高保水劑的吸水和耐鹽性能，同時大幅度降低高保水劑制備成本。腐植酸保水劑可增加土壤孔隙度，降低土壤容重，提高土壤團(tuán)聚力，減少土壤表面水分蒸發(fā)，調(diào)節(jié)土壤中水分、空氣和溫度狀況，為微生物的生存提供適宜的環(huán)境。
腐植酸可降解黑色液態(tài)地膜
地膜覆蓋技術(shù)具有保溫、保肥、防霜凍和促進(jìn)作物增產(chǎn)增收效應(yīng)，是當(dāng)今世界十大農(nóng)業(yè)推廣應(yīng)用技術(shù)之一，我國是世界上最大地膜生產(chǎn)國和消費(fèi)國。地膜的本質(zhì)是聚乙烯或聚氯乙烯，難降解、難回收問題使得“白色污染”問題日趨嚴(yán)重。研究者以褐煤、風(fēng)化煤對造紙黑液、海藻廢液等通過改性研發(fā)出腐植酸可降解黑色液態(tài)地膜，作為增溫、保墑、保苗地膜使用，其降解后為腐植酸有機(jī)肥緩效施用，達(dá)到一物兩用目的。應(yīng)用表明，此種地膜對農(nóng)作物有明顯抗旱、增溫作用和早熟增產(chǎn)效果，與塑料地膜效果相當(dāng)，可適當(dāng)提高土壤濕度，降低蒸發(fā)率，提高土壤含水量，增加土壤中水穩(wěn)性團(tuán)粒數(shù)量，減短作物生育期，降低土壤含鹽量，增加土壤肥力，促進(jìn)植物生長，實(shí)現(xiàn)作物20%的增產(chǎn)幅度。液態(tài)地膜噴施后40～60日開始逐漸降解，2～3個月降解為腐植酸類有機(jī)肥，翻壓入土后，可以改良土壤團(tuán)粒和改善土壤通透性。
腐植酸復(fù)合鹽堿地改良劑
我國鹽堿地有5.2億畝，主要分布在干旱半干旱地區(qū)，區(qū)域降水量小、蒸發(fā)量大，溶解在水中的鹽分容易在土壤表層積聚。鹽堿地土壤溫度低、結(jié)構(gòu)差、有機(jī)質(zhì)含量少和肥力低，對作物發(fā)芽和生長不利。鹽堿地改良，一是改變土壤膠體吸附性陽離子組成，改善土壤結(jié)構(gòu)，防止返堿;二是調(diào)節(jié)土壤酸堿度，改善土壤營養(yǎng)狀況，防止鹽堿危害。鹽堿地改良主要的改良劑有石膏、過磷酸鈣、腐植酸、泥炭等。腐植酸的弱酸性可中和鹽堿土壤的堿性，所含有的20多種官能團(tuán)使其具有強(qiáng)大的離子交換性能和吸附絡(luò)合性能，加之腐植酸優(yōu)良的保水作用，能有效降低鹽堿地土壤pH值和土壤鹽堿濃度，形成礦質(zhì)-有機(jī)復(fù)合體，有利于增加土壤對鹽分緩沖性，有利于穩(wěn)定電導(dǎo)率水平，提高作物產(chǎn)量。研究者在堿土上施用腐植酸堿地寶，脫鹽率達(dá)18.76%～29.7%，耕層土壤Na+明顯下降，植物成活率達(dá)84.5%～96.5%，同樣立地條件下對照組的植物成活率僅為16%。
腐植酸用于土壤污染治理
土壤重金屬污染治理
腐植酸含有羧基、酚羥基和醌基等活性功能團(tuán)，施入土壤可與水溶態(tài)、生物有效性重金屬離子發(fā)生吸附、離子交換、氧化還原和絡(luò)合螯合等反應(yīng)，使重金屬離子被絡(luò)合、螫合固定或吸附固定，降低重金屬的水溶態(tài)比例及其生物有效性，減少植物對其吸收量。腐植酸對土壤重金屬作用機(jī)制有：將重金屬離子還原，形成螯合物，從而鈍化重金屬離子;通過離子交換及絡(luò)合反應(yīng)，形成土壤有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體，將土壤中重金屬離子吸附固定，防止其進(jìn)入生物循環(huán);穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，為土壤微生物活動提供基質(zhì)和能源，從而間接地影響土壤重金屬離子的活動能力。研究者發(fā)現(xiàn)，對Pb-Cd復(fù)合污染土壤施用腐植酸材料、保水劑和復(fù)合材料，能抑制鉛向玉米地上部分遷移，對鉛在土壤中固定效果顯著。對土壤重金屬鎘的研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸在酸性條件下對鎘吸附性顯著，pH11時吸附量達(dá)到最大。此外，研究還發(fā)現(xiàn)風(fēng)化煤腐植酸可降低土壤淋出液的鉛濃度，抑制土壤中鉛向植物的轉(zhuǎn)運(yùn)和積累。
化肥農(nóng)藥面源污染治理
腐植酸環(huán)保型農(nóng)藥是將腐植酸與農(nóng)藥相互作用生成一種新型高分子復(fù)合體農(nóng)藥，其主要優(yōu)點(diǎn)有：一是與農(nóng)藥配伍藥效高，降低對人畜的毒性。如瑞毒霉殺菌劑與腐植酸復(fù)合可提高藥效20%~30%，氧化樂果殺蟲劑可提高20%，2，4-D除草劑可提高10%~15%。二是對目標(biāo)植物更安全。例如使用喀磺隆腐植酸農(nóng)藥可使落葉松換床苗木速生豐產(chǎn)，且無藥害，除草效果好。而單用同劑量喀磺隆，除草效果一般，并對落葉松苗產(chǎn)生嚴(yán)重藥害。三是有利于土壤微生物生長和土壤改良。使用有腐植酸成分的促根劑給移栽大樹灌根處理，土壤微生物種類與數(shù)量均有明顯增加;應(yīng)用腐植酸農(nóng)藥還可增加土壤中的腐殖質(zhì)，改良土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤保水能力。
腐植酸中酚羥基、醌基等官能團(tuán)對脲酶有抑制作用，能夠抑制土壤脲酶和硝化細(xì)菌的活性，腐植酸與尿素絡(luò)合生成復(fù)合物，有效地減緩尿素分解，可延長尿素的肥效期至100天左右。在作物生長前期腐植酸能抑制氮肥水解，減少氮素?fù)]發(fā)及淋溶損失;作物生長中后期抑制作用逐漸減弱并釋放氮素，達(dá)到氮素緩釋效果，提高氮肥的利用率。目前國內(nèi)外利用腐植酸制成的各種肥料如腐植酸銨、硝基腐植酸銨、腐植酸磷肥、腐植酸鉀肥等已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，取得顯著增產(chǎn)效果。研究表明，腐植酸肥料能提高磷肥利用率，促進(jìn)土壤微量元素活化。通常土壤中過磷酸鈣(Ca3(PO4)2)很難溶于水，加入腐植酸后形成磷酸氫鹽和磷酸二氫鹽都溶于水，能被農(nóng)作物吸收。
今后發(fā)展建議
腐植酸是自然界中大量存在的天然有機(jī)材料，是改善生態(tài)環(huán)境的寶貴資源。大量實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用證明，腐植酸及其類似材料在土壤抗旱保水保肥、土壤結(jié)構(gòu)改良、土壤重金屬穩(wěn)定化等土壤修復(fù)方面顯示出良好效果。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)步伐加快，腐植酸巨大的資源和目前土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)的巨大市場，都預(yù)示著腐植酸在環(huán)境保護(hù)和污染治理方面具有廣闊前景，建議加大研究和開發(fā)力度：
1.充分認(rèn)識腐植酸在土壤修復(fù)中地位和應(yīng)用前景，高度重視腐植酸綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)的研發(fā)，制定相關(guān)的激勵政策和管理機(jī)制，建議國家設(shè)立相關(guān)科研專項(xiàng)和基金，產(chǎn)業(yè)學(xué)會和協(xié)會應(yīng)出臺一批相應(yīng)技術(shù)導(dǎo)則和規(guī)程。
2.加強(qiáng)腐植酸應(yīng)用基礎(chǔ)研究和新型環(huán)保材料的研發(fā)。特別是風(fēng)化煤、褐煤等不同礦物來源腐植酸的結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)改性，腐植酸在土壤不同界面的存在形式，對氮磷鉀等營養(yǎng)元素和重金屬元素的化學(xué)結(jié)合及其影響因素，腐植酸微生物降解機(jī)理和調(diào)控途徑，效應(yīng)評價方法和指標(biāo)體系等，都需要深入系統(tǒng)的研究。
3.加強(qiáng)對腐植酸材料在土壤修復(fù)中的應(yīng)用推廣，以及健康市場的培育。目前腐植酸研發(fā)和應(yīng)用較多的農(nóng)用肥料在環(huán)保和衛(wèi)生等方面已有一定市場。食品安全和環(huán)境安全等安全環(huán)境建設(shè)使得腐植酸在土壤修復(fù)方面的潛力逐步凸顯，呈現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景及巨大的市場潛力。
來源：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 黃占斌 張博倫 史妍君
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