葉 婧 朱昌雄

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 北京 100081）

摘 要：闡明了腐植酸的概念，我國土地沙化退化的現(xiàn)狀及土壤荒漠化的危害性，重點(diǎn)概述了腐植酸在沙化退化土壤修復(fù)中的作用。

關(guān)鍵詞：腐植酸 修復(fù) 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

良好的生態(tài)環(huán)境是經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要條件，也是一個民族生存和發(fā)展的根本基礎(chǔ)。溫家寶總理在2009年的政府工作報告中明確提出：“毫不松懈地加強(qiáng)節(jié)能減排和生態(tài)環(huán)保工作。繼續(xù)強(qiáng)化重點(diǎn)流域、區(qū)域污染防治，加強(qiáng)石漠化、荒漠化治理，實(shí)施重點(diǎn)防護(hù)林、天然林保護(hù)和京津風(fēng)沙源治理等生態(tài)建設(shè)工程，保護(hù)水、森林、草原、濕地等生態(tài)環(huán)境?！蔽覀円羁陶J(rèn)識到加快推進(jìn)荒漠化修復(fù)防治工作的重要性和緊迫性。沙化退化土壤修復(fù)是一項(xiàng)復(fù)雜、長期的系統(tǒng)工程。加強(qiáng)荒漠化修復(fù)防治工作，構(gòu)建我國北方綠色生態(tài)屏障，對于根除沙患，維護(hù)中華民族的生存根基，建設(shè)生態(tài)文明，推動科學(xué)發(fā)展，推動整個社會走上生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕的道路，具有十分重大的戰(zhàn)略意義。

1 腐植酸

腐植酸(humic acid，簡寫為HA)是一類成分復(fù)雜的天然高分子有機(jī)混合物，廣泛分布于土壤、江河、湖泊、沼澤、森林等自然界中。腐植酸是由植物殘骸經(jīng)過微生物的分解、轉(zhuǎn)化和地球化學(xué)過程形成和積累起來的[1]。腐植酸的主要元素組成為碳、氫、氧、氮和硫。對于不同來源的腐植酸，其主要元素的含量是不同的，但變化范圍不是很大。無論何種來源的腐植酸都是以碳和氧為主要元素，而氮、氫和硫是少量的[2]。

腐植酸分為天然腐植酸和人造腐植酸。天然腐植酸主要包括水體腐植酸、土壤腐植酸和煤炭腐植酸[3]。水體腐植酸和土壤腐植酸總量雖大，但濃度較低，平均不到1%，這限制了水體腐植酸和土壤腐植酸作為資源開發(fā)利用[4]。煤炭腐植酸和土壤腐植酸在主體結(jié)構(gòu)上有相似之處，但他們的原始物質(zhì)、生成環(huán)境和條件不相同。目前真正可利用的只有煤炭腐植酸，主要存在于低級別煤炭如泥炭、風(fēng)化煤、褐煤中。我國腐植酸資源主要分布于褐煤中，其次是分布于泥炭中。人造腐植酸從類型上可分為生物發(fā)酵腐植酸、化學(xué)合成腐植酸和氧化再生腐植酸。人造腐植酸的原料來源十分廣泛，如作物秸稈、木屑、蔗渣等各種工農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物。

生物腐植酸(bio-active humic acid，簡寫為BHA)是腐植酸領(lǐng)域的新品種，是以蔗渣、蘋果渣、木屑、秸稈等農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物為原料，效法腐植酸形成的自然過程，通過微生物發(fā)酵方法制取得到的一種富含有益微生物、低分子有機(jī)酸和其他可溶性物質(zhì)的混合物[5-6]。BHA主要成分為腐植酸類物質(zhì)中最具活性的黃腐酸。BHA與其他來源的腐植酸有許多相同點(diǎn)，但也具有自己的特性。BHA的特點(diǎn)包括以下七點(diǎn)：(1) 水溶性好，抗硬水能力強(qiáng)，不易沉淀，不絮凝；(2) 分子量小，滲透力更強(qiáng)，易被生物吸收利用[7]；(3) 原材料為工農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物，可再生；(4) 含活性基團(tuán)多，對金屬離子鰲合、絡(luò)合力強(qiáng)；(5) 成分更為復(fù)雜，尤其是存在大量的益生菌，不含有害物質(zhì)，使其在農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和環(huán)境修復(fù)中具有較大的應(yīng)用價值。

2 土地荒漠化和沙化的危害

土地荒漠化和沙化是一個漸進(jìn)的過程，但其產(chǎn)生的災(zāi)害及危害卻是持久和深遠(yuǎn)的。它不僅對當(dāng)代人產(chǎn)生影響，還將禍及子孫。據(jù)測算，中國每年因土地沙化造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)540億元，直接或間接影響近4億人口的生存、生產(chǎn)和生活。土地荒漠化、沙化不僅惡化生態(tài)環(huán)境，衰退土地生產(chǎn)力，威脅江河安全，而且加劇沙區(qū)貧困。2009年，中國重沙區(qū)農(nóng)民人均純收入僅為中國平均水平的三分之二，與發(fā)達(dá)地區(qū)差距更大。土地荒漠化、沙化的危害主要表現(xiàn)為：(1) 土地的生產(chǎn)潛力衰退：內(nèi)蒙古東部、中部草原旱農(nóng)地，由于荒漠化所造成土地生產(chǎn)量及肥力的損失，每年約為4.5億元。估計(jì)全國的各類荒漠化土地，年損失營養(yǎng)成分就達(dá)13.39億噸，相當(dāng)各種肥料共46.7億噸。(2) 土地生產(chǎn)力下降：20世紀(jì)90年代以來，受荒漠化嚴(yán)重影響的農(nóng)田產(chǎn)量普遍下降了70%～80%，全世界每年這方面的損失就高達(dá)260億美元。(3) 草場質(zhì)量下降：我國北方牧區(qū)224萬平方公里可利用的草原中，已明顯退化的面積有46.7～66.7萬平方公里，其中有13.33萬平方公里退化為沙漠，并且每年不斷擴(kuò)大。草地生產(chǎn)力較之20世紀(jì)50年代普遍下降了30%～50%，鼠害、蟲害嚴(yán)重，毒草、不可食牧草比例增大。由于荒漠化的危害，牧業(yè)發(fā)展長期受阻，不少地區(qū)已出現(xiàn)下滑趨勢。(4) 自然災(zāi)害加?。好磕甓簝杉緩纳硡^(qū)吹來的風(fēng)沙塵暴，不僅使當(dāng)?shù)囟變?nèi)視線不清，而且還飄逸千里之外，造成大范圍內(nèi)空氣污濁，妨礙人類生產(chǎn)活動；而且這些由石英、微量元素、鹽分等組成的沙塵物質(zhì)還嚴(yán)重污染空氣、飲水、食物，對人畜健康與機(jī)器、儀表產(chǎn)生直接損害[8]。

3 我國土地荒漠化和沙化的現(xiàn)狀

我國是世界上沙漠化土地最多的國家之一，也是受荒漠化危害最為嚴(yán)重的國家之一[9]?；哪恋刂饕植荚谖覈狈礁珊怠敫珊禋夂騾^(qū)域，此外南方四川西北部、贛江下游等半濕潤、濕潤地區(qū)也存在嚴(yán)重土地荒漠化現(xiàn)象。我國北方農(nóng)牧交錯帶、草原區(qū)、沙漠的邊緣地帶是沙化最為嚴(yán)重的地區(qū)。據(jù)研究，過去3000年中，因人為因素影響，我國北方沙漠邊緣擴(kuò)展了300公里。我國每年因荒漠化造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)642億元[10]。土地沙化退化成為我國最為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題之一，盡管土地沙化退化趨勢已在局部地區(qū)得到遏制，但一些土地沙化退化重點(diǎn)省區(qū)和經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)仍在加速擴(kuò)展，土地沙化退化仍然是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。日益嚴(yán)重的土地沙退化，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，水土流失加劇，沙塵暴頻發(fā)。

4 腐植酸修復(fù)沙化退化土壤

腐植酸是一類芳香稠環(huán)聚合程度不同的含雜環(huán)的有機(jī)聚合物，具有巨大的比表面積，使其有很好的吸水和保水性能。腐植酸類物質(zhì)在促進(jìn)植物和微生物生長，以及土壤生物化學(xué)循環(huán)方面發(fā)揮著重要的作用。腐植酸在土壤里發(fā)生絮凝，成為一種膠結(jié)劑，能把分散的土粒膠結(jié)起來，形成水穩(wěn)性好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，從而有效降低容重，改善土壤結(jié)構(gòu)性能。施用腐植酸，可改變鹽堿地土壤含鹽過高、堿性過強(qiáng)、土粒高度分散、土壤結(jié)構(gòu)性差的理化性狀，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，為植物根系生長發(fā)育創(chuàng)造良好的條件。腐植酸具有較高的陽離子交換量，比一般土壤高10倍以上，施入土壤后，使土壤對陰離子吸附能力顯著提高，使表層鹽含量減少[11]，起到隔鹽作用，提高出苗率，減少弱苗、死苗，使植物健康成長。另外，腐植酸偏酸性，可中和堿性，減輕或消除堿對土壤和植物的危害，改良低產(chǎn)鹽堿地，為作物幼苗生長創(chuàng)造良好的土壤條件。有研究[12]指出，腐植酸改良土壤后，可使牧草增產(chǎn)37.8%。同時腐植酸能提供充足的C、N元素供給土壤微生物，加上含有酚羥基、醌基等活性基團(tuán)，其之間可相互轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)微生物代謝及生長發(fā)育，增強(qiáng)微生物活性。對土壤中多種微生物和酶具有激活作用。

施加的腐植酸類物質(zhì)疏水性越高，對土壤中有機(jī)碳的固定能力就越強(qiáng)[13]。因?yàn)橐追纸獾挠袡C(jī)化合物可被土壤中腐殖化有機(jī)物質(zhì)有效保護(hù)，大大降低微生物對其的礦化。在土壤的創(chuàng)新管理措施中，施加疏水腐植酸類物質(zhì)可以提高土壤有機(jī)質(zhì)的生物穩(wěn)定性，從而又可以顯著降低土壤的CO2釋放，有助于減緩全球變暖的趨勢。

草炭可顯著提高土壤含水量，草炭巨大的持水能力和對土壤物理性質(zhì)的改善，是其主要的保水機(jī)制[14]。中國礦業(yè)大學(xué)利用低變質(zhì)程度的褐煤及風(fēng)化煤為原材料，開發(fā)出新型多功能腐植酸基農(nóng)林保水生態(tài)治理劑，將腐植酸和其他單體在優(yōu)選的工藝條件下，通過溶液聚合等方式分別得到二元、三元、四元、五元的腐植酸基吸水性共聚物。腐植酸含量為10%～65%。由于產(chǎn)品本身的保水作用以及腐植酸對植物生長的促進(jìn)作用和對土壤的改良作用，使該產(chǎn)品具有保水、固沙、沃土、促進(jìn)植物生長的綜合生態(tài)效應(yīng)。經(jīng)中國科學(xué)院水利部水土保持研究所等多家單位的試驗(yàn)證明，在干旱沙漠地區(qū)植樹的成活率可以提高6%～30%，且長勢明顯好于對照，為防沙治沙提供了一種新途徑。中國科學(xué)院新疆生物土壤沙漠研究所“草炭綠化荒漠”試驗(yàn)項(xiàng)目的成功以及中國農(nóng)科院研發(fā)“納米級風(fēng)化煤多功能肥料修復(fù)荒漠化土地技術(shù)”的應(yīng)用都證實(shí)了腐植酸在防治和修復(fù)沙化退化土壤中的功效[11]。

5 展望

荒漠化是我國社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中面臨的嚴(yán)峻問題。沙化退化土壤修復(fù)任務(wù)艱巨，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。生物腐植酸修復(fù)沙化退化土壤能減少沙化土地面積，既解決土地沙化對人民生活的影響，又增加了農(nóng)民的效益。土地是不可再生資源，可利用的土地就是經(jīng)濟(jì)利益，修復(fù)沙化退化土壤不僅能改善農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)條件、保護(hù)農(nóng)田增產(chǎn)增收、還可修復(fù)棄耕沙荒地，對推進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變、增加農(nóng)牧民收入發(fā)揮了重要作用，為經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)建社會主義和諧社會做出了重要貢獻(xiàn)。

荒漠化已經(jīng)不再是一個單純的生態(tài)環(huán)境問題，而且演變?yōu)榻?jīng)濟(jì)問題和社會問題，它給人類帶來貧困和社會不穩(wěn)定。對于受荒漠化威脅的人們來說，荒漠化意味著他們將失去最基本的生存基礎(chǔ)——有生產(chǎn)能力的土地消失。修復(fù)沙化退化土壤不僅能有效阻止荒漠化的蔓延，并且較好的發(fā)揮了生態(tài)建設(shè)的示范作用，促進(jìn)民族團(tuán)結(jié)、邊疆穩(wěn)定，還拓寬了當(dāng)?shù)厝罕姷木蜆I(yè)門路，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會的發(fā)展帶來極大的效益。

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