腐植酸在酵素農業上的應用研究進展

高 亮

(1 濰坊島本微生物技術研究所 濰坊 261041 2 濰坊市酵素農業科技開發重點實驗室 濰坊261041)

腐植酸在酵素農業上的應用研究進展

高 亮1，2

(1 濰坊島本微生物技術研究所 濰坊 261041 2 濰坊市酵素農業科技開發重點實驗室 濰坊261041)

腐植酸是土壤的本源性物質，是土壤有機質的主要成分,在生態文明建設中扮演重要角色，在土壤污染修復中發揮重要作用，是綠色產業發展的有力支撐。在化肥使用量零增長環境下，腐植酸肥料是保持農作物產量品質的理想肥料，在酵素農業中發揮著積極作用，在現代農業中占有重要地位，具有廣闊的推廣應用前景。針對當前酵素農業發展的要求，闡述腐植酸的獨特效能，將腐植酸納入酵素農業技術體系，以期服務于現代功能農業和農業循環經濟。

腐植酸 酵素農業 土壤健康 肥料 養殖

酵素農業 (enzyme agriculture)是一種充分利用外源生物酶來調動和調節生物自身生物酶系的表達，維持機體最佳生理機能，激發機體自然免疫力，以實現最大生產潛能和農產品最佳質量的一種生產方式和管理模式[1]，酵素農業是生態文明建設的產物，也是綠色發展的產物，在現代農業發展中具有重要地位。利用微生物酵素工藝技術生產酵素農產品(包括畜產品、水產品等)是農業循環經濟的其中一環，是利用天然有機質材料，通過酵素菌生物發酵技術，生產出集營養、調理、植保于一體的生物制品；利用外源酶系激發內源酶系，促進生物機體內的生物酶系效力的充分表達，其自身免疫系統強大，抗逆性強，生長發育環境不易被破壞，生物始終處于最佳生長發育狀態，表現出發育更好、產量更高、品質最佳，更加天然、更有營養。

腐植酸在農業生產上的應用已經有很長的歷史，實踐證明，施用腐植酸能夠顯著改良土壤，提高土壤保水保肥能力，明顯促進農作物生長發育，增強農作物抗逆性，提高農作物產量，改善農產品品質。酵素農產品的生產離不開腐植酸，腐植酸是土壤的本源性物質，在生態文明建設綠色產業發展中扮演重要角色，在保持土壤健康方面發揮著重要作用，在土壤污染，尤其是重金屬污染修復方面效果顯著。本文從腐植酸對土壤健康保持、資源循環利用、農產品提質、化肥增效、養殖的利好以及在酵素農業展望方面闡述了腐植酸在酵素農業生產中的作用，以期為腐植酸制品研發提供參考。

1 腐植酸能保持土壤健康，為酵素農業發展打下良好基礎

黨的十九大提出“加快生態文明體制改革，建設美麗中國”，要大力推進綠色發展，著力解決突出環境問題，持續實施大氣污染防治行動，加快水污染防治，強化土壤污染管控和修復；加大生態系統保護力度，實施重要生態環境保護和修復重大工程，優化生態安全屏障體系，構建生態廊道和生物多樣性保護網絡，提升生態系統質量和穩定性。近年來，國家相繼公布了“全國土壤污染狀況調查公報”和“土壤污染防治行動計劃”，保持土壤健康顯得尤為重要。保持土壤健康的根源是杜絕或減少非土壤本源性物質的過量、無序投放。酵素農業通過補充腐植酸，提升其物質轉化和能量轉換的效率，土壤有機質、腐植酸含量逐年提高，加之礦質營養元素的科學合理添加，土壤肥力、地力和土壤的生產性能得以保持在良好水平并且逐年提高。

1.1 腐植酸改善土壤理化性狀

腐植酸是土壤本源性物質，是土壤有機質的重要組成部分[2]。煤炭腐植酸和土壤腐殖酸的結構和性質基本相同[3]。腐植酸具有膠體性質，在土壤中通過絮凝和溶膠作用，形成土壤有機-無機復合體[4]，促進土壤中團聚體、微團聚體形成土壤團粒結構，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改善土壤液相、氣相物質和土壤熱狀況[5，6]，利于土壤中水、肥、氣、熱的調節，能夠提高土壤肥力。

腐植酸較強的陽離子吸附和交換能力，對土壤溶液具有緩沖作用，可調節土壤pH值。當土壤過酸時，腐植酸鹽中的金屬陽離子與土壤中的H+進行交換，使pH值升高，從而降低酸性；當土壤過堿時，腐植酸中的酸性官能團可釋放H+，中和堿性物質，使pH值降低，從而降低堿性[7]。腐植酸能減少NH4+-N的損失，提高氮肥利用率[8]。腐植酸能夠將難溶性的磷酸鹽轉化成能溶于水的磷酸氫鹽和磷酸二氫鹽，減少土壤對磷的固定，提高磷肥利用率。腐植酸具有活化鉀的功能，可使鉀肥緩慢分解，增加鉀釋放量，促進作物對鉀的吸收，提高鉀肥利用率。腐植酸可與土壤中中微量元素發生螯合反應，提高其利用率[9]。

1.2 腐植酸可提高土壤微生物活性

土壤微生物是土壤肥力的重要指標，是土壤生態系統的重要組成部分，土壤微生物多樣性是保持作物生長發育，提高植株抗逆性，抑制土傳病害的保障。

腐植酸對土壤微生物活性的影響機制包括3個方面。一是，腐植酸通過改良土壤結構、理化性狀、pH值、營養條件等來影響土壤微生物的組成、密度和活性[10]。二是，腐植酸可增加微生物細胞膜的透性，促進營養物質的吸收，促進微生物細胞內生理生化反應[11]。三是，腐植酸可作為微生物體內呼吸作用的電子受體，促進能量生成，進而促進微生物生長[12]。

大量研究表明，腐植酸對土壤中的細菌、放線菌和絲狀真菌有一定的刺激作用，能促進土壤中腐生性有益微生物的繁衍，使土壤微生物數量顯著提高，且保持較強的生物活性，并維持較長時間。腐植酸及其肥料可增加土壤細菌、放線菌及纖維素分解菌的數量和活性，提高土壤微生物總量，增加土壤微生物多樣性[13，14]。畢軍等[15]研究表明，冬小麥在拔節期施用腐植酸生物活性肥料1500 kg/hm2能使土壤細菌數量增加61．9%，真菌數量增加38．6%，放線菌數量增加61．5%。高亮等[16]研究將腐植酸生物菌肥用于保護地次生鹽漬化土壤改良，結果表明，土壤微生物數量明顯增加，細菌增加18．99×107cfu/g、放線菌數增加7．81×107

cfu/g、真菌數增加3．44×105cfu/g，侵染黃瓜的南方根結線蟲(Meloidogyn incognita)數量減少，有益的小桿線蟲(Rhobditis sp．)明顯增多。土壤微生物數量增多，改善了土壤微生態環境，提高了土壤肥力。Dagmar Rocker等[17]研究分析，施用腐植酸可顯著改善土壤細菌群落，但在不同類型的土壤中存在差異。

1.3 腐植酸能減少土壤污染

腐植酸含有羧基、酚羥基、甲氧基、羰基等活性功能基團，帶正負電荷，含氫鍵和自由基，可吸附、氧化還原、絡(螯)合土壤中的金屬離子，降低土壤中污染物[18]。

Absiyan S. N. A.等[19]研究發現，當土壤中存在重金屬污染時，施用腐植酸用量越大解除土壤中重金屬的生物毒害能力越強，越能降低污染危害，促進植物生長發育。馬鑫[20]研究發現，腐植酸能使土壤中鎘、鎳、鋅的可交換態和碳酸鹽結合態逐漸減少，有機結合態不斷增加，隨著腐植酸加入量的增加，土壤中鎘、鎳、鋅的生物活性不斷降低，使得土壤中重金屬污染物含量降低。蔣煜峰等[21]研究發現，腐植酸可改變污染土壤中銅、鎘、鉛、鋅的形態，減少重金屬的污染。Perminiva I. V.等[22]研究發現，在有機污染土壤中施入腐植酸對芘、熒蒽、蒽等有毒物質具有結合和解毒作用，且其解毒能力隨著腐植酸含量的增加而提高。

2 腐植酸為酵素農業提供優質肥料，保證可持續發展

酵素農業是通過酵素菌生物發酵農業廢棄物，變廢為寶。利用酵素菌(BYM-FOOD)好氧性高溫堆腐發酵木屑、鋸末等生產高溫堆肥，其中含有豐富的腐植酸，用作作物基肥，可顯著改善土壤結構，提高土壤肥力，提高地溫2～3 ℃，保水保肥，還可預防土傳病害和根結線蟲[23]。利用酵素菌配合淡紫擬青霉、白腐霉、栗褐鏈霉菌和淺黃鏈霉菌發酵褐煤，通過堿作用、生物螯合劑和生物酶作用產生部分水溶性腐植酸，褐煤失重率達到(13．21±3．74)%～(18．72±5．17)%，從而生產出腐植酸生物有機肥[24]。高亮等[25]在酵素菌基礎上，適當添加相應的菌種，優化工藝，實現了中藥渣發酵過程的全程控制，在線監測發酵過程中的溫度、pH、溶氧、還原糖、尾氣等指標，建立了總糖、總氮、有機酸、腐植酸、酶活力等快速監測技術，生產的腐植酸(生物)有機肥，用于糧食和經濟作物生產，也可用作人參等中藥材的生產。

高亮等[26]在山西省浮山縣規?；B牛場和蔬菜基地進行試驗研究，利用腐植酸生物除臭菌劑改善養殖環境，將糞污與蔬菜秧蔓、殘果等混合，采用高溫固態發酵生產出腐植酸生物有機肥，將生產出的腐植酸生物有機肥應用于設施蔬菜連作障礙綜合治理，取得了良好效果，做到了園區內農業廢棄物的充分利用，大大緩解了養殖環境污染和設施蔬菜連作障礙問題，項目于2016年1月通過了山西省科技廳組織的科技成果鑒定，總體達到國內領先水平。

程紅勝等[27]研究了在豬糞發酵中添加生物菌劑可增加生物腐植酸含量，但不同菌劑處理生物腐植酸最大產出的發酵周期存在很大差異。任靜等[28]研究了在牛糞堆肥中接種微生物菌劑，可加速發酵材料中總腐植酸和水溶性腐植酸的轉化與合成，從而提高了肥效。

3 腐植酸促進作物營養吸收，提高抗逆性，對酵素農產品提質增效

酵素農產品需要標準化生產，才能產生最佳質量和效果，而腐植酸系列肥料是保持酵素農產品的理想肥料[29～31]。王彪[32]研究發現，施用腐植酸有機肥的菜豆中可溶性糖、粗蛋白質、Vc含量分別比對照提高了28．85%～46．64%、9．27%～19．87%、24．37%～39．18%，而硝酸鹽的含量比對照降低了16．62%～25．04%；施用腐植酸有機肥的黃瓜的產量比對照提高了4．32%～16．35%，黃瓜果實中可溶性糖、Vc、可溶性固形物含量分別比對照提高了12．80%～35．07%、14．33%～31．70%、5．87%～11．14%，而硝酸鹽含量比對照降低了16．51%～33．54%；施用腐植酸有機肥的番茄的產量比對照提高了5．21%～14．73%，番茄果實中可溶性糖、糖/酸比、Vc、可溶性固形物含量分別比對照提高了8．33%～17．95%、7．79%～12．68%、0．32%～23．27%、5．70%～10．83%；可滴定酸度略有升高；硝酸鹽的含量比對照降低了12．61%～25．45%，產品更加接近酵素蔬菜的品質。腐植酸對農作物生長發育有著積極的作用，可促進作物對營養的吸收，調節植株生理代謝，提高酶活性，提高其抗寒性、抗旱性、抗病蟲害的能力，使植株健壯，提高產量，提升農產品品質。

腐植酸能影響植物的多種生理活動，包括植物的生長、營養元素的吸收、蛋白質和核酸的合成、光合作用、呼吸作用以及酶活性等，腐植酸通過增加植株細胞膜的通透性，促進作物對營養元素的吸收[33]，為酵素農產品生產創造了良好的植物生理生化條件；腐植酸與營養元素形成有機復合體進而利于作物吸收營養；腐植酸激活作物相關基因的表達，促進營養元素的主動吸收。大量試驗研究表明，腐植酸可促進作物對氮、磷、鉀、鈣、鐵、錳等的吸收[10]。

酵素農產品生產離不開良好的土壤條件和平衡的植物營養條件，而腐植酸對于土壤優化和植物營養平衡起到良好的作用。刁亞娟[34]研究發現，酵素菌肥對番茄有顯著的促進生長作用，株高、莖粗和葉面積在生長發育中后期顯著提高；酵素菌肥對番茄產量提高呈極顯著水平，每667 m2產量7078．90 kg，增產率37．23%～46．43%；酵素菌肥能顯著改善番茄品質，糖酸比6.30，明顯高于對照的3.65。張歆等[35]試驗酵素菌肥對生姜的增產作用及對姜瘟病的抑制作用，結果表明，施用酵素菌磷酸粒狀肥對生姜有顯著的增產作用，以酵素菌磷酸粒狀肥與生牛糞混合做基肥增產作用最佳，比單施生牛糞做基肥嫩姜畝增產317.28 kg，增產率32．78%；其次為酵素菌磷酸粒狀肥與牛糞處理區，比對照生牛糞嫩姜畝增產132．09 kg，增產率13．65%。劉秀春等[36]經試驗發現，施用酵素菌肥的蘋果百果重比對照增加2．8%～18．1%，蘋果花青苷含量增加1．99～33．8%，總糖含量提高1．01%，糖酸比提高0．26～12．75，Vc含量提高0．26～12．75 mg/100 g。王連君等[37]研究了不同配方的酵素菌肥對藤稔葡萄的品質和產量的影響。結果表明，施用酵素菌肥的葡萄單果重增加4．1 g，平均單穗增重60．4 g，單株產量增加1．42 kg，可溶性固形物增加1．7%，可滴定酸降低0．2%，Vc含量增加0．6 mg/100 g。范詠梅等[38]在新疆巴里坤縣進行酵素菌肥應用試驗，結果表明，施用酵素菌肥的小麥，每667 m2平均單產476．3 kg，比對照增產24．7 kg，增產率5．5%；施用酵素菌肥可減輕小麥葉銹病、黑胚病的危害，平均葉銹發病率比對照降低46．6%，小麥籽粒黑胚發病率平均減少44．5%；施用酵素菌肥的小麥粗蛋白、濕面筋含量、面團最大強度、面團延伸性都有相應增加，尤其是沉淀值增加20%，使小麥品質幾乎躍升一個檔次。

4 腐植酸改善養殖環境，提高酵素畜產品的養殖效益

酵素畜產品的營養價值明顯高于普通畜產品。山東省濰坊市酵素茶香豬肉，其膽固醇含量比普通豬肉降低13.5%，豬肉肥瘦適宜，品質顯著改善，其所用飼料添加劑之一就有腐植酸鈉。國外常將腐植酸鈉、腐植酸鉀、腐植酸尿素等作為飼料添加劑，日本以硝基腐植酸或其鈣鹽作為飼料添加劑使用，其用量一般為飼料添加量的0.3%～1%。我國常用腐植酸鈉作為飼料添加劑，飼喂豬、雞、魚、鹿等，促進畜禽生長發育，提高飼料報酬，降低發病率，改善養殖環境，提高經濟效益，應用效果顯著。

劉洋等[39]試驗研究，以生物腐植酸菌劑(BFA)用做功能性飼料營養添加劑的價值，結果表明，乳酸菌發酵組、芽孢菌發酵組、酵母菌發酵組、混合組各組BFA制劑均對SD大鼠的生理生化、增重、腸道菌群指標有積極的影響，其中以三菌混合發酵BFA效果最佳，具有作為功能性飼料營養添加劑、改善哺乳動物健康的價值。楊前鋒等[40]試驗將腐植酸發酵物(主要成分是腐植酸與益生菌)替代抗生素作為飼料添加劑用于肉雞增重試驗表明，使用腐植酸發酵物對肉雞1～14日齡增重、轉化率及飼料消耗均無影響，15～42日齡以及43～51日齡增重、轉化率都顯著提高，其中飼料轉化率達到極顯著差異水平，日耗料顯著降低。王衛東等[41]試驗將腐植酸發酵物替代抗生素用于肉牛飼養，對肉牛增重明顯，且無副作用。李瑞波[42]闡述了生物腐植酸能改善水質，改良水底，形成健康養殖的水環境。馮東岳[43]也闡述了生物腐植酸在水產養殖中的“健康養殖，綜合治理”的良好效果。

5 腐植酸在酵素農業上的展望

酵素農業來源于農耕文明，又與現代農業息息相關，酵素農業是生態文明建設綠色產業發展的產物，屬于高品質農業范疇。酵素農業的提出旨在保持土壤健康，預防土壤污染，杜絕或減少化石原料的無序投入。酵素農業倡導藥食俱佳，道法自然。酵素農業生產離不開微生物發酵技術，通過發酵有機質材料促使作物根系發達，吸收轉化土壤中潛在肥力，激發出微生物固氮、溶磷和解鉀的特性，克服土壤酸化、次生鹽漬化和作物自毒等連作障礙。腐植酸及其制品可有效解決土壤障礙，為酵素農產品生產提供了土壤健康保障。

腐植酸在酵素農業上具有廣闊的應用前景，這源于腐植酸是土壤本源性物質，是最好的有機質。讓本源性物質反哺土壤，增進土壤和諧[44]。腐植酸可凈化“土壤血統”[45]。腐植酸既是土壤有機質中最活躍的組分，又是土壤肥料的“運轉倉庫”，還是土壤團粒的構造者。腐植酸在生態文明建設綠色產業發展中扮演著重要角色，在優化生態安全屏障體系，構建生態廊道和生物多樣性保護，提升生態系統質量和穩定性方面發揮著重要作用。通過腐植酸開發綠色環保新農資產品，反哺到土壤中，既可滿足農業生產需要，又可保障土壤生態安全，為酵素農產品生產創造了良好的條件。

酵素農業在現代農業中占有一定地位，腐植酸在酵素農業上發揮著重要作用，主要表現在以下3個方面。

一是酵素農業貫穿土壤、環境、農業生產、農產品加工等環節，是以高品質農產品為代表，是現代農業發展的一項重要目標，腐植酸提質增效的效應能夠完全擔當?，F代農業離不開現代工業裝備、現代科技手段和現代組織管理方式，而腐植酸在酵素農業上正是利用現代工業裝備和現代生物發酵技術，將農副產品廢棄物轉化成有益營養，滿足作物、畜禽和水產的需要，循環利用自然材料，最大限度杜絕化石原料，有效保護資源，腐植酸在建設天藍水清地綠的美麗家園中發揮著積極作用。

二是酵素農業生產方式是讓作物、環境、土壤、養分處于自然修復狀態，盡量減少人為干預措施，土壤更加肥沃，地力顯著提高，生產性能顯著改善，農產品質量更高，完全符合現代農業中對商品化農業的要求，只是農產品質量標準更高，單位土地可持續生產的時間更長，種植者的收益更高。腐植酸改良土壤，增強抗逆，提高肥效，改善品質，刺激生長等的效能，能凈化“土壤系統”，減少土壤障礙，助力土壤健康，保持植物健康發育，提高肥料利用率，減少化肥使用量，預防土壤次生鹽漬化，提高農產品(包括畜產品、水產品)質量和效益。上述效果可以通過開發腐植酸類功能性產品來實現。

三是酵素農業讓農產品更安全，人類更健康。酵素農業始終關注的是土壤調理和改良，這是抓住了農業生產的根本。腐植酸在鈍化和活化土壤重金屬的防污染作用[46～48]、改良鹽堿地[49～53]、污染土壤修復[54，55]、改良設施鹽漬化土壤[56]等方面具有顯著效果，腐植酸能夠保持土壤健康，農作物通常不會出現明顯的植物缺素癥、嚴重的病蟲害和連坐重茬障礙問題，能夠使農產品中維生素、礦物質、碳水化合物、蛋白質、脂肪、膳食纖維和特種營養成分含量更高，更具營養，完全符合酵素農產品的生產要求。腐植酸可優化畜禽養殖環境，提高飼料報酬，提高養殖效益，增強畜禽抗病性，減少抗生素用量，有效杜絕激素的無序添加，大幅度減少畜禽糞中激素和抗生素含量，為有機肥生產提供可靠原料，也提升了酵素畜產品質量，增進了民生福祉。

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Reasearch Progress on the Application of Humic Acid in Enzyme Agriculture

Gao Liang1,2
(1 Weifang Insititute of Daoben Microbial Technology, Weifang, 261041 2 Key Laboratory of Enzyme Agriculture Technology Development in Weifang City, Weifang, 261041)

Humic acids are soil-source materials and main components of organic matter, play an important role in the construction of ecological civilization, and play a vital role in the remediation of soil pollution, which is a strong support for the development of green industry. In a “zero growth” environment for chemical fertilizer application, humic acids fertilizer is the ideal one which could keep crop production and its quality. Humic acid has broad application prospect because it plaly an important role in enzyme agriculture and modern agriculture. For the unique traits of humic acids,they will be invlove in the enzyme agriculture technology system to serve modern functional agriculture and agricultural recycling economy.

humic acid; enzyme agriculture; soil health; fertilizer; feeding

TQ314.1，TQ925

1671-9212(2017)06-0010-07

A

10.19451/j.cnki.issn1671-9212.2017.06.002

2016-12-03

高亮，男，1968年生，研究員，主要從事腐植酸生物發酵、腐植酸肥料、酵素菌及酵素農業的研究工作，E-mail：gao8252315@163.com。