腐植酸与沙化退化土壤修复

叶 婧 朱昌雄

（中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 北京 100081）

摘 要：阐明了腐植酸的概念，我国土地沙化退化的现状及土壤荒漠化的危害性，重点概述了腐植酸在沙化退化土壤修复中的作用。

关键词：腐植酸 修复 沙化退化土壤

Humic Acid and Sandy Degraded Soil

Ye Jing, Zhu Changxiong

(Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Beijing, 100081)

Abstract: The concept of humic acid, the state and the hazards of desertification in China were illustrated, and the effects of humic acid in restoring esertification-caused degraded soil were given much emphasis on.

Key words: humic acid; restore; desertification-caused soil

良好的生态环境是经济社会可持续发展的重要条件，也是一个民族生存和发展的根本基础。温家宝总理在2009年的政府工作报告中明确提出：“毫不松懈地加强节能减排和生态环保工作。继续强化重点流域、区域污染防治，加强石漠化、荒漠化治理，实施重点防护林、天然林保护和京津风沙源治理等生态建设工程，保护水、森林、草原、湿地等生态环境。”我们要深刻认识到加快推进荒漠化修复防治工作的重要性和紧迫性。沙化退化土壤修复是一项复杂、长期的系统工程。加强荒漠化修复防治工作，构建我国北方绿色生态屏障，对于根除沙患，维护中华民族的生存根基，建设生态文明，推动科学发展，推动整个社会走上生产发展、生活富裕的道路，具有十分重大的战略意义。

1 腐植酸

腐植酸(humic acid，简写为HA)是一类成分复杂的天然高分子有机混合物，广泛分布于土壤、江河、湖泊、沼泽、森林等自然界中。腐植酸是由植物残骸经过微生物的分解、转化和地球化学过程形成和积累起来的[1]。腐植酸的主要元素组成为碳、氢、氧、氮和硫。对于不同来源的腐植酸，其主要元素的含量是不同的，但变化范围不是很大。无论何种来源的腐植酸都是以碳和氧为主要元素，而氮、氢和硫是少量的[2]。

腐植酸分为天然腐植酸和人造腐植酸。天然腐植酸主要包括水体腐植酸、土壤腐植酸和煤炭腐植酸[3]。水体腐植酸和土壤腐植酸总量虽大，但浓度较低，平均不到1%，这限制了水体腐植酸和土壤腐植酸作为资源开发利用[4]。煤炭腐植酸和土壤腐植酸在主体结构上有相似之处，但他们的原始物质、生成环境和条件不相同。目前真正可利用的只有煤炭腐植酸，主要存在于低级别煤炭如泥炭、风化煤、褐煤中。我国腐植酸资源主要分布于褐煤中，其次是分布于泥炭中。人造腐植酸从类型上可分为生物发酵腐植酸、化学合成腐植酸和氧化再生腐植酸。人造腐植酸的原料来源十分广泛，如作物秸秆、木屑、蔗渣等各种工农业有机废弃物。

生物腐植酸(bio-active humic acid，简写为BHA)是腐植酸领域的新品种，是以蔗渣、苹果渣、木屑、秸秆等农业有机废弃物为原料，效法腐植酸形成的自然过程，通过微生物发酵方法制取得到的一种富含有益微生物、低分子有机酸和其他可溶性物质的混合物[5-6]。BHA主要成分为腐植酸类物质中最具活性的黄腐酸。BHA与其他来源的腐植酸有许多相同点，但也具有自己的特性。BHA的特点包括以下七点：(1) 水溶性好，抗硬水能力强，不易沉淀，不絮凝；(2) 分子量小，渗透力更强，易被生物吸收利用[7]；(3) 原材料为工农业有机废弃物，可再生；(4) 含活性基团多，对金属离子鳌合、络合力强；(5) 成分更为复杂，尤其是存在大量的益生菌，不含有害物质，使其在农业、水产养殖业和环境修复中具有较大的应用价值。

2 土地荒漠化和沙化的危害

土地荒漠化和沙化是一个渐进的过程，但其产生的灾害及危害却是持久和深远的。它不仅对当代人产生影响，还将祸及子孙。据测算，中国每年因土地沙化造成的直接经济损失高达540亿元，直接或间接影响近4亿人口的生存、生产和生活。土地荒漠化、沙化不仅恶化生态环境，衰退土地生产力，威胁江河安全，而且加剧沙区贫困。2009年，中国重沙区农民人均纯收入仅为中国平均水平的三分之二，与发达地区差距更大。土地荒漠化、沙化的危害主要表现为：(1) 土地的生产潜力衰退：内蒙古东部、中部草原旱农地，由于荒漠化所造成土地生产量及肥力的损失，每年约为4.5亿元。估计全国的各类荒漠化土地，年损失营养成分就达13.39亿吨，相当各种肥料共46.7亿吨。(2) 土地生产力下降：20世纪90年代以来，受荒漠化严重影响的农田产量普遍下降了70%～80%，全世界每年这方面的损失就高达260亿美元。(3) 草场质量下降：我国北方牧区224万平方公里可利用的草原中，已明显退化的面积有46.7～66.7万平方公里，其中有13.33万平方公里退化为沙漠，并且每年不断扩大。草地生产力较之20世纪50年代普遍下降了30%～50%，鼠害、虫害严重，毒草、不可食牧草比例增大。由于荒漠化的危害，牧业发展长期受阻，不少地区已出现下滑趋势。(4) 自然灾害加剧：每年冬春两季从沙区吹来的风沙尘暴，不仅使当地二三米内视线不清，而且还飘逸千里之外，造成大范围内空气污浊，妨碍人类生产活动；而且这些由石英、微量元素、盐分等组成的沙尘物质还严重污染空气、饮水、食物，对人畜健康与机器、仪表产生直接损害[8]。

3 我国土地荒漠化和沙化的现状

我国是世界上沙漠化土地最多的国家之一，也是受荒漠化危害最为严重的国家之一[9]。荒漠化土地主要分布在我国北方干旱、半干旱气候区域，此外南方四川西北部、赣江下游等半湿润、湿润地区也存在严重土地荒漠化现象。我国北方农牧交错带、草原区、沙漠的边缘地带是沙化最为严重的地区。据研究，过去3000年中，因人为因素影响，我国北方沙漠边缘扩展了300公里。我国每年因荒漠化造成的直接经济损失高达642亿元[10]。土地沙化退化成为我国最为严重的生态环境问题之一，尽管土地沙化退化趋势已在局部地区得到遏制，但一些土地沙化退化重点省区和经济落后地区仍在加速扩展，土地沙化退化仍然是一个严峻的挑战。日益严重的土地沙退化，导致生态环境恶化，水土流失加剧，沙尘暴频发。

4 腐植酸修复沙化退化土壤

腐植酸是一类芳香稠环聚合程度不同的含杂环的有机聚合物，具有巨大的比表面积，使其有很好的吸水和保水性能。腐植酸类物质在促进植物和微生物生长，以及土壤生物化学循环方面发挥着重要的作用。腐植酸在土壤里发生絮凝，成为一种胶结剂，能把分散的土粒胶结起来，形成水稳性好的团粒结构，从而有效降低容重，改善土壤结构性能。施用腐植酸，可改变盐碱地土壤含盐过高、碱性过强、土粒高度分散、土壤结构性差的理化性状，促进土壤团聚体的形成，为植物根系生长发育创造良好的条件。腐植酸具有较高的阳离子交换量，比一般土壤高10倍以上，施入土壤后，使土壤对阴离子吸附能力显著提高，使表层盐含量减少[11]，起到隔盐作用，提高出苗率，减少弱苗、死苗，使植物健康成长。另外，腐植酸偏酸性，可中和碱性，减轻或消除碱对土壤和植物的危害，改良低产盐碱地，为作物幼苗生长创造良好的土壤条件。有研究[12]指出，腐植酸改良土壤后，可使牧草增产37.8%。同时腐植酸能提供充足的C、N元素供给土壤微生物，加上含有酚羟基、醌基等活性基团，其之间可相互转化，从而促进微生物代谢及生长发育，增强微生物活性。对土壤中多种微生物和酶具有激活作用。

施加的腐植酸类物质疏水性越高，对土壤中有机碳的固定能力就越强[13]。因为易分解的有机化合物可被土壤中腐殖化有机物质有效保护，大大降低微生物对其的矿化。在土壤的创新管理措施中，施加疏水腐植酸类物质可以提高土壤有机质的生物稳定性，从而又可以显著降低土壤的CO2释放，有助于减缓全球变暖的趋势。

草炭可显著提高土壤含水量，草炭巨大的持水能力和对土壤物理性质的改善，是其主要的保水机制[14]。中国矿业大学利用低变质程度的褐煤及风化煤为原材料，开发出新型多功能腐植酸基农林保水生态治理剂，将腐植酸和其他单体在优选的工艺条件下，通过溶液聚合等方式分别得到二元、三元、四元、五元的腐植酸基吸水性共聚物。腐植酸含量为10%～65%。由于产品本身的保水作用以及腐植酸对植物生长的促进作用和对土壤的改良作用，使该产品具有保水、固沙、沃土、促进植物生长的综合生态效应。经中国科学院水利部水土保持研究所等多家单位的试验证明，在干旱沙漠地区植树的成活率可以提高6%～30%，且长势明显好于对照，为防沙治沙提供了一种新途径。中国科学院新疆生物土壤沙漠研究所“草炭绿化荒漠”试验项目的成功以及中国农科院研发“纳米级风化煤多功能肥料修复荒漠化土地技术”的应用都证实了腐植酸在防治和修复沙化退化土壤中的功效[11]。

5 展望

荒漠化是我国社会经济可持续发展中面临的严峻问题。沙化退化土壤修复任务艰巨，是一项系统工程。生物腐植酸修复沙化退化土壤能减少沙化土地面积，既解决土地沙化对人民生活的影响，又增加了农民的效益。土地是不可再生资源，可利用的土地就是经济利益，修复沙化退化土壤不仅能改善农牧业生产条件、保护农田增产增收、还可修复弃耕沙荒地，对推进农村经济结构调整和生产方式转变、增加农牧民收入发挥了重要作用，为经济社会可持续发展和构建社会主义和谐社会做出了重要贡献。

荒漠化已经不再是一个单纯的生态环境问题，而且演变为经济问题和社会问题，它给人类带来贫困和社会不稳定。对于受荒漠化威胁的人们来说，荒漠化意味着他们将失去最基本的生存基础——有生产能力的土地消失。修复沙化退化土壤不仅能有效阻止荒漠化的蔓延，并且较好的发挥了生态建设的示范作用，促进民族团结、边疆稳定，还拓宽了当地群众的就业门路，为当地经济社会的发展带来极大的效益。

参考文献

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[ 8 ]地球的“癌症”——土地沙化、荒漠化的危害[EB OL] http://www.weather.com.cn/static/html/article/20090608/34547.shtml

[ 9 ]朱俊凤，朱震达．中国沙漠化防治[M]．北京：中国林业出版社，1999

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[ 11 ]冯元琦.腐植酸物料绿化荒漠化土地[J].腐植酸，2004，(4): 1～5

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[ 13 ]Spaccini R., Piccolo A, Conte P,et al. Increased soil organic carbon sequestration through hydrophobic protection by humic substances. Soil Boil Biochem.2002,(34): 1839～1851

[ 14 ]唐立松，王周琼，张佳宝．草炭保水机制的初步研究[J]．干旱区研究，2002，19(2): 47～51