腐殖酸类肥料在园艺作物中应用的研究进展

Research Progress on the Application of Humic Acid Fertilizers in Horticultural Crops

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2024.04.001

靖吉越 Jiyue JING , 郭新送 Xinsong GUO , 朱福军 Fujun ZHU , 孙慧 Hui SUN , 宋帅 Shuai SONG , 刘晓辰 Xiaochen LIU , 刘云 Yun LIU , 赵花 Hua ZHAO , 范杨峰 Yangfeng FAN , 盖瑞祥 Ruixiang GAI

1 农业农村部腐植酸类肥料重点实验室/山东农大肥业科技股份有限公司山东泰安 271600 Key Laboratory of Humic Acid Fertilizer, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Shandong Agricultural University Fertilizer Science & Technology Co., Ltd., Tai′an, Shandong 271600, China 2 肥城市湖屯镇农业综合服务中心山东泰安 271699 Agricultural Comprehensive Service Centre, Hutun Town, Feicheng City, Tai′an, Shandong 271699, China 3 菏泽市定陶区农业农村局山东菏泽 274112 Agriculture and Rural Bureau of Dingtao District, Heze City, Heze, Shandong 274112, China

Author notes:

Correspondence to: 郭新送(1987—)，男，硕士，高级工程师，主要从事土壤肥料学方面的研究；guoxinsong1028@163.com

摘要：

施用化肥是提高园艺作物产量和品质的重要方式之一，但长期不合理施用化肥将导致土壤质量下降、微生物结构失衡、作物产量和品质降低等问题。以腐殖酸为增效剂的腐殖酸类肥料，在改良土壤以及提高作物产量、品质和抗逆性等方面具有积极作用。为促进腐殖酸类肥料在园艺作物中的推广与应用，从腐殖酸类肥料在改良土壤、提高肥料利用率、促进园艺作物生长、增强园艺作物抗逆性、提高园艺作物产量和品质等方面进行分析和总结，并展望了在可持续发展农业中腐殖酸类肥料未来的应用和研究方向。

关键词：

腐殖酸类肥料; 园艺作物; 增效剂; 可持续发展农业;

Abstract：

The application of chemical fertilizers is one of the important ways to improve the yield and quality of horticultural crops. However, long-term unreasonable use of chemical fertilizers will lead to problems such as decreased soil quality, imbalanced microbial structure, and decreased crop yield and quality. Humic acid fertilizers, which use humic acid as a synergist, have a positive effect on improving soil, increasing crop yield, quality, and stress resistance. In order to promote the promotion and application of humic acid fertilizers in horticultural crops, the use of humic acid fertilizers in improving soil, increasing fertilizer utilization, promoting horticultural crop growth, enhancing horticultural crop stress resistance, improving horticultural crop yield and quality are both analyzed and summarized. The future application and research directions of humic acid fertilizers in sustainable agriculture are prospected.

Keyword：

humic acid fertilizer; horticultural crop; synergist; sustainable agriculture;

园艺作物是指包括果树、蔬菜、观赏植物、香料及药用作物等小规模集约栽培的具有较高经济价值的作物；而素有“乌金”之称的腐殖酸，是土壤有机质的核心组分，是动植物残体分解后，经微生物转化和一系列的地球物理化学过程而形成的一类具有羧基、羟基、甲氧基等含氧官能团的天然有机高分子化合物，因富含氨基酸、酶、皮质醇和许多微量元素^[1]，对园艺作物的生长发育具有重要的作用^[2-4]。自20世纪50年代以来，化肥因养分含量高、施用方便、可显著促进园艺作物生长和提高作物产量，极大地推动了我国农业的发展，我国也成为世界上化肥生产和施用量最大的国家之一^[5]。近年来，因化肥不合理施用，出现了土壤环境恶化、有机质含量降低、微生物菌群被破坏等一系列问题，最终导致园艺作物产量和品质下降，严重制约了我国农业的可持续发展^[6-7]。有机质含量是评价土壤肥力的重要指标之一，土壤肥力的下降往往是土壤中腐殖质含量降低所致^[8]。

作为一种新型的多功能肥料，腐殖酸类肥料具有增加土壤肥力、改良土壤、平衡土壤酸碱度、提高园艺作物对肥料的利用率、增强园艺作物抗逆性、提高园艺作物产量以及改善产品品质等优点^[9-10]。目前，腐殖酸类肥料中的腐殖酸类物质主要从泥炭、褐煤和风化煤等热值较低的天然有机矿物中提取，经活化处理，使结合态的腐殖酸和部分游离态的腐殖酸转化为水溶性的腐殖酸，再应用于园艺作物。许多专家对腐殖酸在园艺作物上的应用已进行了大量的研究，并取得了重要的成果^[11-12]。腐殖酸类肥料在园艺作物绿色生产和促进园艺作物生长发育过程中具有显著效果，逐渐被人们接受。本文从腐殖酸类肥料改良土壤以及提高园艺作物肥料养分利用率、抗逆性和产品品质等方面总结其应用效果，为腐殖酸类肥料广泛应用于园艺作物生产，实现园艺产业安全、健康发展提供参考。

1 改良土壤

土壤是农业生产重要的自然资源，为园艺作物生长提供营养物质，对人类的生存和发展具有重要的意义^[8]。为获得高产，许多地区过量使用农药和化肥，而不重视绿肥、有机肥的使用，导致土壤中有机质含量降低，微生物群落结构失衡，土壤板结、酸碱失衡^[13-14]。腐殖酸类肥料可以提高土壤有机质含量：一方面，腐殖酸类肥料作为一种有机物质，可以直接提高土壤中的有机质含量；另一方面，腐殖酸类肥料中的腐殖酸可以提高微生物数量和土壤酶活性，从而间接提高土壤中的有机质含量^[8]。腐殖酸作为一种天然的有机胶体，内表面积和胶体表面积较大、吸附能力较强，对土壤中分散的土粒具有较好的胶结作用，能增强土壤的透气性和保肥性^[15]。施用于土壤中的腐殖酸分子可以凝聚土壤中的钙离子，降低土壤容重，促进土壤团粒结构的形成^[16]。腐殖酸对碱性土壤的酸碱度有显著的调节作用，腐殖酸类肥料能降低土壤pH，且降幅随施用量的增加而增大^[17]。腐殖酸类肥料可以改善和平衡土壤中的微生物群落结构，从而进一步改善土壤环境^[18-19]。此外，腐殖酸类肥料还能增强土壤的保水保肥能力，促进园艺作物对氮、磷、钾等元素的吸收和转化。

2 提高肥料利用率

2.1 提高园艺作物对氮肥的利用率

施用化肥是提高园艺作物产量的重要途径之一。我国传统的肥料类型较为单一，科学施肥意识淡薄，肥料利用率普遍偏低。过量施用氮肥将导致氮以氨的形式挥发、以硝酸盐的形式淋溶，造成氮素损失，氮肥利用率下降^[20-21]。养分利用率低不仅会导致昂贵的化肥流失，还有可能污染环境。因此，提高肥料利用率已刻不容缓。腐殖酸类肥料具有提高化肥利用率和减少环境污染等作用，已成为研究的热点^[22]。腐殖酸类肥料可以减缓硝态氮的淋溶和铵态氮的挥发，间接增加土壤中氮的含量^[23-25]。腐殖酸与尿素可以形成稳定的化学键，从而降低氮素释放速率和氮素损失，提高氮肥的利用率。与单施尿素相比，腐殖酸与尿素配合使用，红薯的氮素吸收率可从31.1%提高到38.7%，氮素利用率可从33.5%提高到44.8%^[26-28]；腐殖酸还能通过调整作物不同生长时期土壤脲酶的活性，提高尿素的施用效果^[29]。

2.2 提高园艺作物对磷肥的利用率

施入土壤中的磷会与土壤发生强烈的反应，经过快反应和慢反应2个阶段，与土壤达到稳定状态^[30]，其中大部分磷转变为不易被作物吸收利用的固定态或闭蓄态，少部分转变为当季作物可利用的速效磷，极少部分的磷会溶解到土壤溶液中^[31-32]。腐殖酸对磷的活化可提高作物对磷肥的利用率，张宏伟等^[33]的研究发现，在赤红壤中施用腐殖酸共聚物，可使土壤中有效磷含量由空白样中的22.2 mg/kg增至22.9~47.6 mg/kg。腐殖酸还可以促进园艺作物对磷的吸收，减少土壤中有效磷的固定^[34]。

2.3 提高园艺作物对钾肥的利用率

土壤中的钾以离子形态被作物利用，具有较高的移动性，淋溶损失是土壤钾素损失的重要原因，已有大量文献报道淋溶作用是导致钾肥利用率低的原因^[35-36]。腐殖酸可以防止钾离子在沙质土壤中随水流失，还可黏合土壤矿物以防止土壤速效钾被固定，增加土壤交换性钾的含量，提高钾肥的利用率^{[34, 37]}。

2.4 提高园艺作物对中、微量元素的利用率

腐殖酸对中、微量元素具有增效作用。腐殖酸可以络合土壤中的铁、铝、钙和镁等金属阳离子，与其形成较为稳定的络合物，提高园艺作物对中、微量元素的吸收效率^[38]。腐殖酸可以提高土壤中有机质的含量^[39]，腐殖质和有机质具有很强的络合硼、铜、钙、铁、镁、锌、钼等中、微量元素的能力，形成的有机络合物可减少中、微量元素的损失，提高园艺作物对中、微量元素的利用率。此外，外部施用含有机质和中、微量元素的有机肥料是提高园艺作物产量和品质的重要方式^[40]。

3 促进园艺作物生长

3.1 对园艺作物根系生长的促进作用

根系是园艺作物吸收水分和营养物质的主要器官，也是合成生长素、酶和其他活性物质的重要场所，根系活性和根系数量是作物生长的关键。腐殖酸对园艺作物根系生长的刺激作用主要体现在增加根长和根数方面^[41]。外源添加腐殖酸钾可以显著提高生姜根系鲜质量和根系活力，提高超氧化物歧化酶等抗氧化酶的活性，促进生姜根系的生长发育^[42]。外源施用腐殖酸同样可以显著增加番茄的侧根数量和长度，这种促生作用主要是由于腐殖酸作用于作物后，作物表现出类似添加外源生长素的刺激反应，从而促进园艺作物根系生长和产量的增加^[43]。H⁺-ATP酶对园艺作物根系生长的影响最大，而腐殖酸对园艺作物根系的促生作用主要与H⁺-ATP酶有关。腐殖酸能作为质膜上H⁺-ATP酶的诱导因子，促进H⁺-ATP酶数量增加和提高细胞活性，酸化非原生质体，使细胞壁松弛，允许细胞伸长^[44]。此外，H⁺-ATP酶产生的电化学梯度，能通过促进质子跨膜运输，增强园艺作物对养分的吸收^{[10, 45]}。

3.2 对园艺作物营养生长的促进作用

腐殖酸不仅对园艺作物根系生长有促进作用，而且不同浓度和施用量的腐殖酸对增强园艺作物营养生长具有显著的影响。在5—6月，每隔10~15 d对6 a生“秦冠”苹果喷施1次小分子腐殖酸(黄腐酸)，可以显著增加新梢长度，促进果树营养生长^[46]。腐殖酸一方面可以作为一种作物刺激素，通过促进园艺作物吸收矿质元素来提高作物的营养生长^[41]；另一方面还可以通过增强土壤肥力，提高土壤生物学活性，增强土壤元素的有效性，从而有利于园艺作物吸收营养元素，改善园艺作物体内的元素平衡。氮是园艺作物生长发育所需的大量元素，不合理的氮肥施用会导致园艺作物地上部的株高、茎粗和叶面积等农艺性状下降，而腐殖酸类肥料的应用对作物生长发育有明显的促进效果^[47]。

叶绿素是园艺作物进行光合作用必不可少的物质，叶绿素含量对作物的光合作用有重要的影响。光合速率与园艺作物的产量呈正相关关系，靳志丽等^[48]的研究表明，使用腐殖酸显著提高了烟草的叶绿素含量；梁文旭^[49]的研究同样表明，腐殖酸能明显提高烟叶叶片中叶绿素的含量，在旺长阶段叶绿素含量快速增加，有利于作物进行光合作用，更有利于光合同化物的积累。外源施加腐殖酸对提高菊芋等作物的产量有积极影响^[50]。腐殖酸一方面通过提高叶绿素含量和光合强度，促进有机物质的合成并向“库”中转运，提高园艺作物的产量；另一方面腐殖酸可以通过促进地下部根系的生长，强化蛋白质的合成，增强养分吸收以提高园艺作物的产量。

4 增强园艺作物抗逆性

近年来，高温、干旱等自然灾害频发，对园艺作物的生长发育和产量造成了严重影响，制约着园艺产业的健康发展。越来越多的研究指出，腐殖酸对提高园艺作物的抗逆性具有显著的作用。干旱或缺水扰乱了作物的水分关系，使根系生长受阻、叶面积减小；在叶片中，干旱导致气孔关闭、细胞膜损伤^[51]。腐殖酸对提高园艺作物抗旱性具有显著效果：夏季施用腐殖酸，对宽叶君子兰的植株和花序生长有明显的促进作用^[4]；含腐殖酸的营养液对干旱条件下马铃薯的产量有提升作用，且增产幅度随水分胁迫的增加而增大^[52]。

土壤盐渍化是世界各地各种园艺作物产量下降的主要非生物胁迫之一，灌溉不规律、排水不足、过量施用化肥等均会导致土壤盐渍化，影响园艺作物的产量^[53-54]。腐殖酸一方面可以通过改良盐碱土，间接提高园艺作物的耐逆性和抗逆性；另一方面腐殖酸可以通过促进作物对养分的吸收，缓解盐胁迫。Çimrin等^[55]研究了在中等盐胁迫条件下，不同磷和腐殖酸水平对辣椒生长的影响，结果表明辣椒中氮、磷、钾等矿质元素的含量随腐殖酸施用量的增加而增加，辣椒中钠离子的含量则逐渐降低，从作物生长参数和养分含量来看，施用高剂量腐殖酸对辣椒的耐盐性有积极的影响。

腐殖酸可以通过提高园艺作物的新陈代谢、促进土壤有益菌繁殖等多种途径防治病虫害。Singh等^[56]与刘继培等^[57]通过温室试验，验证了与常规施肥相比，施用腐殖酸能显著提高草莓对白粉病、灰霉病等病害的抗性，且对草莓的产量和品质有明显的提升作用。在田间，与未处理的植株相比，园艺作物根际促生菌与腐殖酸联合处理，显著减轻了番茄果实被病虫侵害的程度^[58]。腐殖酸对许多园艺作物的寄生线虫具有毒性和拮抗作用；采用土壤施用或淋洗、幼苗浸根和叶面喷施等方法，施用质量分数为0.04%~2.0%的腐殖酸能有效控制寄生线虫；腐殖酸通过杀死线虫幼体、抑制线虫孵化、降低线虫感染力和繁殖力、诱导园艺作物的系统抗性等多种机制，防控作物寄生线虫，有效保护园艺作物的健康生长^[59]。此外，腐殖酸能缓解园艺作物的连作障碍，25 mg/L腐殖酸处理能缓解自毒物质苯丙烯酸对黄瓜种子萌发的抑制作用^[60]。

5 提高园艺作物产量、改善品质

腐殖酸含有的细胞激肽酶类刺激素，有类似生长素的功能，对促进园艺作物蛋白合成、细胞生长和产量提高有促进作用^[61]。随着根外追肥技术的普及，叶面肥开始受到人们的广泛关注。腐殖酸叶面肥具有吸收快、吸收率高等特点，在一定阈值(0~1.13 mg/g)内，生菜的产量随腐殖酸含量的提高而增加；但超过阈值，生菜的产量随腐殖酸含量的提高而降低^[62]。在苹果和猕猴桃生产中也出现了类似的现象，刘增照^[63]的研究发现，腐殖酸叶面肥能提高苹果和猕猴桃的产量，但随腐殖酸含量的提高，苹果和猕猴桃的产量呈先增加后降低的趋势，高含量的腐殖酸叶面肥不仅不利于作物的吸收，还可能导致叶片出现枯斑和灼伤等症状。腐殖酸尿素在园艺作物生长发育的前期能抑制脲酶的活性，平衡作物与土壤间氮的供需关系，提高园艺作物的叶绿素含量和光合强度，达到增产的目的。腐殖酸尿素能显著增强生姜根系的发育，增加根系的生物量；施用腐殖酸尿素还能促进甘薯根系的不定根向储藏根分化，延缓根系衰老，最终提高甘薯的产量^[64-65]。

含腐殖酸叶面肥不仅能提高园艺作物的产量，还对园艺作物的品质提升有积极作用。与追施复合肥相比，追施腐殖酸叶面肥后油麦菜和生菜中水溶性氨基酸含量分别增加44.58%和17.36%，可溶性蛋白含量分别增加9.27%和18.81%，硝酸盐含量分别降低8.36%和6.89%，有效提升了油麦菜和生菜的品质^[66]；喷施腐殖酸叶面肥能提高皇冠梨果实中的维生素C、可溶性糖和可滴定酸的含量^[67]。梁太波等^[64]的研究表明，施用腐殖酸尿素显著提高了莱芜大姜根茎蛋白质含量，降低了硝酸盐含量，改善了大姜的品质。烟叶中的氮含量与烟碱含量呈正相关关系，与糖含量呈负相关关系，腐殖酸与尿素配合施用提高了烟叶中烟碱和氮的含量，降低了还原性糖的含量，提高了上等烟的比例^[68]。甜瓜果肉向中心胎座糖分的梯度分布是评价甜瓜果实品质的重要指标之一，果肉与中心胎座之间含糖量的梯度越小，说明果实糖分分布越均匀，品质越好。施用腐殖酸能降低哈密瓜的糖分梯度分布，提高果实品质^[69-70]。

6 研究展望

随着科技的发展和腐殖酸类肥料生产工艺的提升，腐殖酸已经作为一种新型肥料被广泛应用于园艺作物生产。腐殖酸在改良土壤、增强园艺作物抗逆性和提高园艺作物产量及品质等方面具有重要作用，已被用户接受和认可。随着绿色农业的发展，人们对食品安全提出了更高的要求，腐殖酸不仅能提高园艺作物的产量和品质，还能提高肥料的利用率和作物的抗逆性，减少农药和化肥的使用量，可为国家绿色农业发展提供支持。大力推广腐殖酸类肥料必然会为园艺产业注入新的活力，但未经活化的腐殖酸中含有许多苯环结构的复杂化合物，短时间很难被微生物分解，因此，施用未经活化的腐殖酸可能会加重土壤板结和土壤次生盐渍化，抑制园艺作物生长。为更好地发挥腐殖酸类肥料改良土壤理化性状、培肥土壤、促进园艺作物生长、提高园艺产品产量和品质、增强抗逆性等作用，需进一步研究不同种类园艺作物腐殖酸的最佳用量，以获得最大效益，促进园艺产业的可持续发展。

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