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腐植酸对我国生态环境60年的爱

文章作者:中国腐植酸工业协会      发布日期:2017-7-5

腐植酸一直在大自然中默默发挥着储碳控碳、自净水体、培肥地力等功效,但腐植酸被国人发现、研究、应用始于1957年,始于农业。60年时光荏苒,腐植酸大爱无边,应用领域从最初农业的1个肥料品类拓展到现在涉及工业、医药、环境等领域的50多个门类,每一类均与我们的生态环境有关、与我们的品质生活有关、与我们的可持续发展有关。下面让我们再次梳理腐植酸对我国生态环境的贡献,感受其60年来对地球大家园的爱、对我们人类的爱。

一、腐植酸对土壤的爱
腐植酸对土壤的爱,腐植酸人一直用心着力在呵护。

1、权威专家钟情土壤家族。
俄国著名的土壤学和土壤地理学家,近代土壤发生学的奠基人B.B.道库恰耶夫指出,通常在自然条件下,土壤是在母质、气候、生物、地形和时间五大成土因素相互作用下,朝着一定的方向发展的。农业土壤由自然土壤经过耕作发育而成。

我国著名土壤学家陈恩凤教授对具有不同耕作历史和肥力水平的黑土、棕壤、红壤以及由这些土类发育而成的水稻土、黑钙土、灰钙土和栗钙土进行的长期土壤肥力研究表明,土壤微团聚体(包括有机矿物复合体)与土壤肥力水平存在显著相关。土壤微团聚体以不同粒径微团聚体组合形式存在土壤中,是由有机、无机复合体经过多次聚合而成的,而不同粒径微团聚体的性质也各不相同。

我国著名土壤学家马溶之研究员深入研究了人为作用对土壤的影响。他指出,自从人类活动介入后,土壤发展方向和过程在不同程度上发生变化。我国是一个古老的农业国,人为作用对土壤,尤其是耕作土壤的影响,其范围之广和强度之大是世界上任何国家都无法比拟的。

2、腐植酸是土壤家族核心成员。
土壤有机质是指存在于土壤中的所有含碳的有机化合物。它主要包括土壤中各种动物、植物残体,微生物体及其分解和合成的各种有机化合物。在土壤学中,一般把耕作层中含有机质20%以上的土壤称为有机质土壤,含有机质在20%以下的土壤称为矿质土壤。一般情况下,耕作层土壤有机质含量通常在5%以上。土壤有机质含量的多少,基本上可以反映土壤肥力水平的高低。土壤腐殖质是指有机质经过微生物分解后再合成的一种褐色或暗褐色的大分子胶体物质,与土壤矿物质土粒紧密结合,是土壤有机质存在的主要形态类型,占土壤有机质总量的85%~90%。

土壤有机质(腐殖质)的作用主要有以下三点:一是有机质能有效地改善土壤理化性状和生物特性,熟化土壤,增强土壤的保肥供肥能力和缓冲能力,为作物生长创造良好的土壤条件;二是为土壤微生物活动提供能量和养料,促进微生物活动,加速有机质分解,产生的活性物质等能促进作物的生长和提高农产品的品质;三是有机质分解产生的有机酸还能促进土壤和化肥中矿质养分的溶解,有利于作物吸收,提高肥料的利用率。

土壤有机质在土壤中最主要、最直接的作用是改良土壤结构,促进团粒状结构的形成,从而增加土壤的疏松性,改善土壤的通气性和透水性。腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂,土壤中的腐殖质很少以游离态存在,多数和矿质土粒相互结合,通过官能团、氢键、范德华力等机制,以胶膜形式包被在矿质土粒外表,形成有机-无机复合体。所形成的团聚体,大、小孔隙分配合理,且具有较强的水稳性,是适宜高产的土壤微团聚体组成类型。

3、修复退化土壤,腐植酸负有责任。
基于土壤有机质(腐殖质)的优越性及其在维持和提高地力方面的重要作用,我们要十分重视土壤尤其是耕地中腐殖质(腐植酸)的含量。自然培育的土壤腐殖质层被破坏,可能只需几年、几个月的时间,而要恢复1 cm厚的土壤腐殖质层,则需要300~600年时间。保护、恢复土壤腐殖质层的任务已迫在眉睫。近年来,我国政府采取了一系列保护耕地的战略决策,包括提倡免耕和轮作、科学施肥和开展果菜茶有机肥替代化肥行动等,都使土壤腐殖质退化速度得到遏制,土壤生态建设初见成效。

在盐碱地改良研究过程中,陈恩凤教授发现土壤有机质与脱盐脱碱和培肥土壤均有密切关系。而水溶性腐殖质、活性胡敏酸(腐植酸)和富里酸(黄腐酸)的增加即可活化阳离子,改善土壤理化性质,补充因淋洗而损失的有机质,又可增强蛋白酶、脲酶等酶类的生物活性,释放出更多的胺态氮和铵态氮,相应地增加苏打盐土的有效氮、有效磷和水溶性钙、镁的含量,还可提高土壤的缓冲性能,使土壤pH下降。因此,除水外,腐殖质(腐植酸)也是改良盐碱土的一种主要物质。

中国农田土壤普遍酸化问题非常严重。从上个世纪80年代到新世纪,全国农田土壤的pH值平均下降了0.5个单位,其中,在小麦、玉米、水稻这些粮田里面,70%的酸化是因为过量施氮肥造成的;在果蔬田里面过量氮对酸化贡献高达90%。从胶东半岛来看,上世纪80年代以中性为主的土壤,现在基本上变成酸性或中强酸性的土壤。中国农业大学张福锁教授团队研究结果表明,胶东半岛的酸化原因63.4%是氮肥过量,30%是收获产量带走了盐基离子。土壤腐殖质是一种胶体,有着巨大的比表面和表面能,腐殖质胶体以带负电荷为主,从而可吸附土壤溶液中的交换性阳离子如K+、NH4+、Ca2+、Mg2+ 等,一方面可避免随水流失,另一方面又能被交换下来供植物吸收利用。土壤腐殖质和粘土矿物一样,具有较强的吸附能力,但单位质量腐殖质保存阳离子养分的能力比粘土矿物大几倍至几十倍。因此,土壤腐殖质具有巨大的保肥能力。此外,腐植酸本身是一种弱酸,和其盐类可构成缓冲体系,缓冲土壤溶液中H+浓度变化,使土壤具有一定的缓冲能力。因此,我们反哺腐植酸及其盐类回归土壤不仅是培肥土壤,培育富含腐殖质深厚的耕作层,更可以加速盐碱地或酸化土改良的进程,恢复耕地正常功能。

二、腐植酸对农业的爱
腐植酸对农业的爱,腐植酸人一直用心着力在释放。

1、推进绿色发展,农业首当其冲。
党的十八大以来,党中央国务院高度重视绿色发展。习近平总书记多次强调,绿水青山就是金山银山。而农以土为本,民以食为天,农业的绿色发展,比别的领域、别的行业要求更为迫切,应该走在前面,也应该趟出一条路来。农业现代化要走出一条以农业供给侧结构性改革为主线,以绿色发展为导向,以体制改革和机制创新为动力,产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的道路。

2017年2月5日,中央一号文件《中共中央国务院关于深入推进农业供给侧结构性改革加快培育农业农村发展新动能的若干意见》发布,四大措施推进农业绿色发展。在中央一号文件中明确提出“质量兴农”,强调绿色发展要突出一个“绿”字,通过转变农业发展导向,实施农业标准化战略、推行绿色生产方式、健全农产品质量和食品安全的监管体制等四大措施,推进农业的绿色发展。

2017年5月9日,农业部宣布启动实施畜禽粪污资源化利用行动、果菜茶有机肥替代化肥行动、东北地区秸秆处理行动、农膜回收行动和以长江为重点的水生生物保护行动等农业绿色发展五大行动。

2、腐植酸助力农业五方行动。
(1)对于畜禽粪污资源化利用,农业部提出,要使全国畜禽粪污综合利用率达到75%以上,规模养殖场粪污处理设施装备配套率达到95%以上,到2020年基本解决大规模养殖场粪污资源化利用问题。腐植酸在畜禽粪污发酵无害化处理过程中能明显促进堆肥腐熟进程,升温快温度高,缩短堆制时间,物料含水量下降,除臭效果好,降低碳氮比,提高松散度和肥效等。

(2)水果、蔬菜、茶叶等园艺作物化肥用量大,约占农用化肥总用量的40%,是推进化肥减量潜力最大的领域。农业部启动果菜茶有机肥替代化肥行动,在苹果、柑橘、设施蔬菜、茶叶优势产区,选取100个县并拿出10亿元作为补贴开展试点示范,实现种养结合、循环发展。力争到2020年,果菜茶优势产区化肥用量减少20%以上,果菜茶核心产区和知名品牌生产基地(园区)化肥用量减少50%以上。腐植酸是最好的土壤本源性有机质,也是提质增效化肥的功能性物质,在实施果菜茶有机肥替代化肥行动中可发挥节本增效、提质增效和改善环境等三重作用。

(3)东北地区秸秆总量大,处理办法少,利用率仅为67%,比全国低13个百分点。启动东北地区秸秆处理行动,农业部拟安排中央财政资金6亿元,在东北地区60个玉米主产县开展整县推进秸秆综合利用试点。力争到2020年,东北地区秸秆综合利用率达到80%以上,新增秸秆利用能力2700多万吨。泉林“一草两业”模式就是腐植酸在秸秆肥料化还田利用中最成功的产业发展模式,也是可复制、可推广的秸秆综合利用模式。

(4)农膜是第四大农业生产资料。随着使用数量的增加,大量残膜造成了“白色污染”,特别是西北地区用膜量大,治理任务重。对于农膜回收利用,农业部将推进农膜标准修订,在西北地区重点抓好100个治理示范县,力争到2020年农膜回收利用率达到80%以上。腐植酸可降解地膜自2007年就推出了标准,该地膜不仅能起到保墒、提高地温的作用,而且在作物生育后期可自行降解,转化为肥料,克服了塑料地膜在自然环境中难以分解、破坏土壤结构、造成对土壤和环境的白色污染等弊端,是替代塑料农膜、实现经济效益和社会效益双丰收的最佳选择。

(5)对于以长江为重点的水生生物保护行动,农业部表示,力争到2020年,长江流域水生生物资源衰退、水域生态环境恶化和水生生物多样性下降的趋势得到有效遏制,水生生物资源得到恢复性增长,实现海洋捕捞总产量与渔业资源总承载能力相协调。腐植酸是水体的“白细胞”,腐植酸应用于水产健康养殖始于上世纪90年代,能改善水质、改良底质,形成健康养殖的水环境。

3、腐植酸应用研究成果可保食品源头安全。
我国自古代直至20世纪70年代,农业生产上所用的肥料主要靠有机肥料,基本保持了水稻和小麦单位面积产量的稳定,并有缓慢的增加。国内外大量研究结果表明,合理施用有机肥料不仅可以增加土壤有机碳含量,改善土壤物理结构,增加土壤CEC、保水能力、渗透性,还能提高土壤N、P、K、Ca、Mg、S及其他微量元素含量,促进土壤微生物活动,改善土壤微生物群落结构,提高土壤肥力,改善农产品品质。20世纪中期,因为化肥的推广应用,有机肥包括腐植酸肥料的地位日益下降。化肥的大量使用,在带来巨大经济效益和满足人口急剧增长需求的同时,其负面影响也日臻显露,如土壤地力下降、环境质量恶化、食品质量安全事故时有发生等。因此,人们对有机肥又逐渐重视起来。但现在的有机肥已与传统意义的有机肥在组成上有着巨大差别,如规模化养殖场畜禽粪中重金属、抗生素、动物激素及环境激素、病原生物、抗性菌及抗性基因等污染物随有机肥进入农田对土壤、水体、农产品质量安全和人体健康会产生显著影响。

农田高投入、高产出与施肥环境风险并存一直是困扰我国农业高产与环境保护协调发展的重大课题。国家倡导有机肥替代化肥,并不是100%的替代,而是需要把过去不合理的施用量降下来,把过量施用的势头降下来。在粮食增产和环境保护双重压力下,高效利用有机肥资源,替代部分化肥,促进化肥减量施用,是缓解上述压力的重要途径之一。那两者各占多大比例效果最佳?一些发达国家有机肥氮与化肥氮的施用比例维持在1:1左右,在保育地力的同时,使得作物生产能力稳步提升。中国农业科学院德州实验站通过连续30年的定位监测试验,初步建立了有机无机配合施肥实现高产、培肥和环境保护协调发展的高效施肥理论体系,认为有机肥替代50%化肥的效果最佳。

前文已述,腐植酸在中国农业的实践始于上世纪50年代,源于农业上的“改良土壤、增效化肥、刺激生长、增强抗逆、改善品质”五大经典作用,发展壮大于腐植酸肥料应用。据不完全统计,从1957年到2017年,60年来发表与腐植酸肥料有关的科技文献近8000篇。1985年到2017年,30年来在国家知识产权局网上搜索到的腐植酸肥料专利也有7000多项。这些数据足以说明腐植酸在农业领域的累累硕果。

三、腐植酸对地球的爱
腐植酸对地球的爱,腐植酸人一直用心着力在传递。

1、应对气候变化,国家掷地有声。
目前,共有包括巴勒斯坦自治区在内的196个国家宣布支持《巴黎气候变化协定》。参与协定的发达国家将提供资金帮助发展中国家完成能源转型,增强防御气候变化的后果。发达国家已经承诺在2020年之前为此每年出资1000亿美元。

2017年5月22日,中国气候变化事务特别代表解振华在柏林表示,各方应坚持《联合国气候保护框架公约》和《巴黎气候变化协定》确定的基本原则,加速落实已经作出的承诺,决不能倒退。

2017年6月1日,中国外交部发言人华春莹表示,气候变化是全球性的挑战,没有任何国家能够置身事外。无论其他国家的立场发生了什么样的变化,中国都将加强国内应对气候变化的行动,认真履行《巴黎气候变化协定》。

2、腐植酸是地球碳循环的重要一员,是气候环境控碳因子。
地球碳(C)循环是由大循环进入小循环的。大循环也称地质循环,是指C在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈之间以CO32-、HCO3-、CO2、CH4、RCOOH(有机酸)形式互相转换和迁移的过程。小循环即生物循环,指生物质与大气之间以CO2形式进行交换的过程,在地球碳循环中占主导地位。

生物圈的碳库(储备的碳约3.55万亿吨)主要在陆生植物和土壤有机质中,其中土壤有机碳(约3万亿吨)中有2.4万亿吨腐殖质碳, 占土壤有机质的80%左右,占生物圈有机碳的67%左右,是陆地植被碳的4倍多,大气CO2碳的3倍多。实际上,腐殖质碳始终是处于动态平衡的。

据估计,全球每年有600亿吨的植物残落物碳作为初级生产的碳进入土壤,其中约75%的碳进入腐殖化阶段,也有相应数量的腐殖质分解,使地球表面保持2.4万亿吨腐殖质的储存量。假如土壤腐殖质多分解10%,大气中的CO2浓度就会增加30%,将导致灾难性的后果,足见腐殖质对生物圈碳平衡影响之巨大。因此,腐植酸是地球碳循环中的重要一员,是气候环境控碳因子,对人类生存发展和地球环境具有重要意义。

3、腐植酸参与气候保护,我们一直在行动。
维护地球碳平衡,是关系到人类当前乃至子孙后代生存环境安全的大事。如上所述,陆地生态系统在碳循环中占主导地位,而土壤腐殖质又是陆生系统中储量最大、作用最敏感的碳储库。因此,保护土壤腐殖质,维护其动态平衡,就是维护地球碳储存、缓和大气CO2浓度升高和温室效应的重要举措。

自上世纪90年代以来,因系列环境问题的日益凸显,国内外研究的关注点逐渐转移到大量施用有机肥对温室气体排放的影响上来。近年来,大量的研究表明,施用有机肥料,尤其是未经腐熟的有机肥料如作物秸杆、新鲜绿肥、未经腐熟的厩肥,可强烈促进农田CH4和N2O等温室气体的排放。众所周知,化肥因容易挥发而降低肥效,并带来环境污染。研究发现,在高湿度和高NH3的条件下,空气中的NO2会促进硫酸盐形成,从而加重雾霾,而氮肥释放的NH3对雾霾的贡献率可达20%以上。有机肥替代50%化肥处理后,农田NH3挥发和N2O排放量较化肥降低30%。

腐植酸集安全有机质,化肥的最佳伴侣,稳碳、控氮物质于一身,有着得天独厚参与环境治理的条件。腐植酸无论是以土壤改良剂、调理剂、修复剂身份进入土壤,还是与其他有机肥、化肥携手进入农业环境,均是不损害生态环境又能改善土壤质量、培育地力、增加作物产量、改善农产品品质的最佳选择,暨养活了人口又养护了地球。

今后,腐植酸将一如既往地爱土壤、爱农业、爱地球,直到百年、千年、万年、万万年。为此,腐植酸人在60年丰硕成果的基础上,研究将集中在腐植酸基础研究、共性关键技术研究、技术集成创新研究与示范等方面,让腐植酸继续担任保护耕地资源、治理农业污染、改善生态环境的“绿色天使”,挚爱地球、生生不息。
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