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        腐殖酸及腐殖酸肥的性質(zhì)與應(yīng)用

        2021-01-08 16:01:01劉征捷天津市園林花卉管理中心天津300000
        化工管理 2021年25期
        關(guān)鍵詞:腐殖酸羧基官能團

        劉征捷(天津市園林花卉管理中心,天津 300000)

        0 引言

        腐殖酸是由動植物遺骸經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)和微生物分解形成的一類大分子有機物,廣泛存在于土壤、水體等自然環(huán)境中,具有很高的利用價值。它可以改良土壤,活化礦質(zhì)元素,促進微量元素利用,提升營養(yǎng)元素的緩釋,還可刺激植物發(fā)育增強植物抗性[1]。腐殖酸肥料是以含有腐殖酸的自然資源(泥炭、褐煤、風(fēng)化煤等)為原料,與含各類營養(yǎng)元素如:鉀、鈉、磷、鈣、鎂等物質(zhì)化合制成的一種肥料,在未來的農(nóng)林生產(chǎn)實踐中具有廣闊的發(fā)展前景。

        1 腐殖酸的成分

        腐殖酸是一種含芳香結(jié)構(gòu)的天然大分子有機酸,基本結(jié)構(gòu)由芳環(huán)及脂環(huán)組成,環(huán)上連接有羥基、羧基、甲氧基、羰基等官能團,其分子上還含有自由基,具有生理活性。腐殖酸包含黃腐酸、棕腐酸和黑腐酸。

        (1)黃腐酸(富里酸),酸性,具礦物質(zhì)腐蝕能力,可使土壤難溶的礦物質(zhì)(鐵、鈣、鎂、錳等)變?yōu)榭扇?,使植物有效吸收?/p>

        (2)褐腐酸(胡敏酸),親水膠體,帶負(fù)電荷,可以吸收或置換土壤中的銨、鈉、鉀離子等。使土壤顆粒成為保水保肥的小水庫和肥料庫,提高土壤保水保肥能力,增加土壤孔隙。

        (3)黑腐酸是在冰凍和干燥作用下與礦物質(zhì)牢固結(jié)合的褐腐酸,作用不大。

        2 腐殖酸的特點

        (1)溶解性。腐殖酸可以溶解在水、鹽、酸或堿以及一些有機溶劑中,這些可以作為腐殖酸的浸提劑。

        (2)酸性。腐殖酸分子式中的羥基、羧基等基團使其呈弱酸性。

        (3)離子交換性。腐殖酸的羧基-COOH等官能團的H+可以被 Na+、K+、NH4+等金屬離子置換而生成弱酸鹽,所以具有較高的離子交換容量。

        (4)絡(luò)合性。由于腐植酸含有大量的官能團,可以與一些金屬離子 (如:Al3+、Fe2+、Ca2+、Cu2+、Cr3+等)形成絡(luò)合物或螯合物。

        (5)生理活性。腐殖酸可以促進植物生理活動。

        3 腐殖酸的作用

        3.1 物理作用

        腐殖酸可以促進土壤形成團粒結(jié)構(gòu),改善鹽堿土表層結(jié)構(gòu),影響鹽分上升,起到隔鹽效果,增強土壤的保肥供肥能力,減少養(yǎng)分流失,延長土壤供肥的時間。

        通過改善土壤結(jié)構(gòu)還可增加土壤持水量,提高土壤抗寒能力。它還可使土壤顏色加深,增加其對陽光的吸收,提高地溫。

        3.2 化學(xué)作用

        腐殖酸可以正反雙向調(diào)節(jié)土壤pH值,提高土壤交換容量,達(dá)到酸堿平衡,從而提高土壤的緩沖能力。腐殖酸含有多種官能團,如:羰基、羥基、羧基、甲氧基等,有較強的離子交換和吸附能力。其可以提高土壤中速效鉀的含量,增強植物對N的吸收,降低P的固定性,從而把N、P、K有效地貯存于土壤中。

        N是植物生長不可或缺的養(yǎng)分,氮肥被施入土壤后,容易快速隨空氣和水流失,能夠真正被吸收利用的N并不多。腐殖酸的羥基、羧基等酸性官能團能夠與氮元素反應(yīng),形成穩(wěn)定絡(luò)合物,這些絡(luò)合物可在土壤中存留較久,氮元素可以緩慢分解釋放,減少氮的損失,提高氮肥利用率[3]。

        P也是植物必備的養(yǎng)分,腐殖酸可增強磷肥效果。速效磷肥被施入土壤后,P元素易被土壤中金屬離子固定,難以被吸收利用。而腐殖酸可以與土壤中的Fe以及Al等金屬離子形成螯合物和絡(luò)合物,可降低金屬離子對磷的固定,保障磷的有效性[4]。同時,腐殖酸還可以在氫氧化鐵及氫氧化鋁的表層形成一層保護膜,降低其對磷酸根離子的固定[5]。腐殖酸還可以代換或吸附磷肥中的鈣離子。

        腐殖酸對鉀肥有增效作用,腐殖酸中官能團可吸收儲存鉀離子,使鉀肥緩慢分解,提高鉀肥利用率,既可防止鉀在淋溶性土壤及沙土中隨水流失,又可防止鉀在粘性土壤中被固定。

        3.3 生物作用

        腐殖酸含有多種活性官能團,可增強作物體多酚氧化酶、氧化氫酶的活性,從而刺激植物的生理代謝,促進其生長發(fā)育。

        腐殖酸還可與土壤中銅、鐵、錳、鋅等難溶的金屬離子絡(luò)合為可溶性物質(zhì),以水溶性離子態(tài)與根系發(fā)生代換,進入植物體內(nèi)。這些金屬元素是各種活性酶的必要成分,經(jīng)絡(luò)合作用,可有效被根系吸收,這一點是腐殖酸類肥料特有的功能。

        同時,腐殖酸還可與土壤中微量元素形成螯合物,增加其從根部向其他部位運轉(zhuǎn)的數(shù)量,調(diào)節(jié)微量元素與大量元素的比例及平衡狀況,以提高酶的活性,加強蛋白質(zhì)、脂肪、糖分、淀粉及各種維生素的運轉(zhuǎn)及合成作用,加速各種代謝的初級產(chǎn)物從莖葉或根系向果實、種子運轉(zhuǎn),促進果實膨大、籽粒飽滿[6]。

        此外,腐植酸還能促進土壤中各類有益微生物的分解活動,也可以產(chǎn)生熱量,提高地溫約1~3 ℃,幫助作物抗寒抗凍。

        4 腐殖酸肥的種類

        按腐殖酸肥原料的來源,可以分為礦物源腐殖酸肥料和生物質(zhì)腐殖酸肥料。按肥料含量的類型及數(shù)量可以分為:腐殖酸單質(zhì)肥料,含腐殖酸復(fù)合肥料、摻混肥料,腐殖酸有機肥料及其他腐殖酸肥料等。

        目前我國的腐殖酸類肥料有三大類:一類為袋裝大肥,一般作為底肥,用于改良土壤,提高肥力;第二類是沖施肥,向可溶性腐殖酸中添加氮磷鉀等營養(yǎng)元素,可以促進根系發(fā)育,提高作物抗病、抗寒、抗旱等抗性,同時補施氮磷鉀等元素[7];第三類是葉肥,作用機理與沖施肥差不多,通過向葉片噴施補充營養(yǎng),刺激植物生長。

        5 幾種常見腐殖酸類肥料的制備原理

        通過腐殖酸與N、P、K以及各種植物所需微量元素的復(fù)配,可制成三十多種專用有機肥。

        5.1 腐殖酸銨

        (1)當(dāng)原料中鎂、鈣離子含量小于2.5%,腐殖酸含量達(dá)到40%以上的,可以采取直接氨化法進行制備;(2)當(dāng)腐殖酸含量在30%以上40%以下的,鈣、鎂含量大于2.5%,則需使用碳酸氫銨或碳化銨與腐殖酸鈣、鎂分解法,制取腐殖酸銨。

        5.2 硝基腐殖酸銨

        以硝酸為氧化劑,使腐殖酸中芳香族的結(jié)構(gòu)發(fā)生氧化分解反應(yīng),從而增加它的羥基、羧基等活性基團,腐殖酸分子引入硝基,形成硝基腐殖酸,再與氨水發(fā)生氨化反應(yīng),制成硝基腐殖酸銨。

        5.3 腐殖酸鈉及腐殖酸鉀

        利用腐殖酸結(jié)構(gòu)中的酸性基團如:羥基、羧基等,與苛性堿發(fā)生中和反應(yīng),生成溶于水的腐殖酸鈉和腐殖酸鉀。過濾后使殘渣分離,即得到腐殖酸鈉或腐殖酸鉀,再將液態(tài)的腐殖酸鈉、腐殖酸鉀進一步蒸干、濃縮,或直接使用噴霧干燥,即得到腐殖酸鉀或腐殖酸鈉肥料。

        5.4 腐殖酸復(fù)合肥

        用腐殖酸銨與鉀肥、過磷酸鈣以及植物所需微量元素混合,即制得腐殖酸復(fù)合肥。

        5.5 長效腐殖酸尿素

        向腐殖酸中加入尿素,制成腐殖酸尿素有機絡(luò)合物。這類肥料的效果優(yōu)于腐殖酸及尿素,是一種集有機肥與化肥優(yōu)勢于一身的新品種肥料。長效腐殖酸尿素可以作為基質(zhì)用來制備各種緩釋型專用復(fù)混肥料。這種肥料中的氮的利用率可以被大大提升(1~2倍),使肥效更加持久。

        5.6 腐殖酸生物復(fù)合肥

        腐殖酸生物復(fù)合肥是在傳統(tǒng)肥料的基礎(chǔ)上加入解磷、解鉀以及固氮的菌類而得到生物復(fù)合肥,可以充分提高化肥的肥效。

        6 腐殖酸肥的使用方法及注意事項

        6.1 浸種

        先將腐殖酸溶于水,后浸種,實驗表明,這樣可以明顯提高種子的發(fā)芽率,縮短出苗時間增強幼苗的根系生長能力。但是在浸種的時候一定要注意肥料濃度,一般情況下濃度宜為0.000 5%~0.050 0%,浸泡時間宜為5~10 h,像水稻及棉花等種殼較硬的可以浸泡24 h[8]。

        6.2 浸根及蘸根:

        在植物移栽前,如:水稻、甘薯等,以0.01%~0.05%濃度的腐殖酸鉀或腐殖酸鈉溶液對植物進行蘸根或浸根。其可以促進植物移栽后提高成活率,加速植物根系生長。

        6.3 根外噴灑

        配置濃度為0.01%~0.05%的腐殖酸有機肥,選擇下午2~4時,在作物花期對植物葉面進行噴施2~4次。經(jīng)過噴施,植物的座果率及產(chǎn)量可以明顯提高。

        6.4 基肥使用

        將固體腐殖酸肥作為基肥施入土壤,可以正反雙向調(diào)節(jié)土壤pH值,平衡土壤酸堿度。作為基肥,濃度宜為0.05%~0.10%,還可與農(nóng)家肥料混合使用,容易被植物吸收。

        6.5 追肥

        在作物的苗期及抽穗前,向作物噴灑或濃度為0.01%~0.10%的腐殖酸肥水溶液,每畝地可噴灑250 L左右,也可在根系附近直接澆灌,這樣可以起到促進植物幼苗生長發(fā)育的作用。

        各類腐殖酸肥料,成分不同、配比不同,導(dǎo)致其中養(yǎng)分含量不同。針對每種類型的腐殖酸肥,應(yīng)注意施用的時間、條件及濃度。如:腐殖酸鈉、腐殖酸鉀屬于激素類肥料,施用時應(yīng)注意,溫度高時見效較快,溫度低時見效較慢,一般溫度高于18 ℃以上時見效快。但若溫度高于38 ℃時,會加速作物的呼吸作用,積累作用下降,容易造成減產(chǎn),這時可以減少施用次數(shù)及用量。

        腐殖酸類肥料是以腐殖酸原料為機制,適量添加植物所必須的養(yǎng)分,經(jīng)過科學(xué)配比而制成的一種有機肥料。它可以增強肥料效果、改良土壤、提高植物抗性、改善植物品質(zhì)。

        7 結(jié)語

        腐殖酸來源于土壤,利用腐殖酸為原料制成的各類肥料屬于綠色肥料,符合我國可持續(xù)發(fā)展的理念。合理施用腐殖酸類肥料可以有效地協(xié)調(diào)生產(chǎn)與資源環(huán)境之間的矛盾,為我國農(nóng)林產(chǎn)業(yè)帶來新的活力。

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