近年来，各种腐植酸产品增长迅速。广大做农资朋友肯定都有疑问：腐植酸好在哪儿？它对作物到底有什么作用？这些作用的原理是什么等等。今天绿微生物就以上这些问题，整理了目前一些专业的学术文献，为各位朋友做一个详细的解答。全文较长，大家可以选取重点加粗部分选择性阅读哦~
腐植酸是动植物残体和微生物细胞等经微生物分解和转化，以及一系列地球化学过程形成和累积的一类成分复杂的天然有机高分子混合物。它在自然界中具有广泛的来源与分布。以 humic acid (腐植酸)为检索词，对Web of Science 数据库中 1996～2022年间收录的文献进行统计分析，发现腐植酸在农业领域研究的发文量为588，占所有研究的 15.50%，位居所有研究领域第四位，可见，农业是腐植酸应用的重要领域之一。我国对腐植酸有组织的研究工作始于上世纪 50 年代末期。上世纪 60 年代，全国掀起了使用腐植酸肥料和利用腐植酸改良土壤的热潮；70 年代，国务院在1974 年和 1979 年两次发文 (110 号和 200 号)，全面推动了我国对腐植酸的综合开发利用，确认了腐植酸在农业上“改良土壤，增效肥料，刺激生长，增强抗逆，改善品质”五大作用。
国内外大量研究证实，腐植酸具有促进植物生长、提高植物产量的作用，如玉米施用腐植酸后能显著降低从种植到抽雄和抽丝时间，显著增加作物高度和单位面积产量；小麦施用腐植酸能促进根系伸展和生物量的增加；水稻施用腐植酸能显著增加株高、分蘖数、千粒重、秸秆和籽粒产量。同时，腐植酸还具有提高肥料利用率、改善作物品质的作用，如提高玉米/小麦/水稻氮磷钾肥利用率；改善莴苣/油菜/洋葱/番茄等的品质，降低体内硝酸盐含量；降低草莓白粉病、灰霉病和烂果病的发病率。腐植酸能够通过改善土壤结构、提高土壤肥力、影响养分吸收和根系构型对植物生理产生有益的影响。腐植酸通过调控“植物–土壤–肥料”系统促进植物生长，具体方式及主要作用机理如图 1 所示，即主要包括四个方面：1) 通过直接作用于植物 (尤其是植物根系) 而影响根系生长及其对养分的吸收；
2) 通过调控植物活性氧系统和细胞膜渗透性、改善植物生长环境增强植物抗逆性；
3) 通过调控土壤及肥料的养分形态而影响植物的养分供应；
4) 通过影响土壤微生物群落结构及土壤酶活性而影响土壤中及肥料施用后养分形态。
1 腐植酸通过刺激植物根系生长及其对养分的吸收而促进植物生长
1.1 腐植酸对植物根系生长及其对养分吸收的刺激作用
1.1.1 腐植酸对植物根系生长的刺激作用
腐植酸对植物根系生长的刺激作用是其对植物生长促进作用的最初动力。腐植酸对植物根系生长的刺激效应主要体现在促进根长度和根数量增加方面。研究表明，腐植酸处理下，番茄侧根数量的增加幅度达 150%～264%，而侧根长度的增加幅度更多，达405%～2280%。这种作用的产生主要是由于腐植酸作用于植物后，植物表现出类似添加低剂量或大量外源生长素的刺激反应，这跟腐植酸含有细胞激肽酶类等有机生物刺激素有关，因此，施用后能够提升植物生物化学活性，对根系产生类似生长素的作用，刺激植物内生细胞激肽类和植物生长素的增加，引起细胞质膜渗透性能的改变，促进植物蛋白的合成和细胞的生长，从而促进植物根系生长和产量的增加。腐植酸对植物根系的刺激作用使植物根系中与蔗糖代谢、苹果酸酶、ATP酶、细胞支架蛋白质相关的基因出现了差异性表达，其中，H+-ATP酶基因的差异性表达对作物根系生长影响最大。
研究表明，腐植酸能够促进玉米根系中 H+-ATP酶编码基因亚型 Mha2 的表达，能够作为质膜上H+-ATP 酶诱导因子提高细胞活性，诱导质膜表面H+-ATP 酶数量的增加，酸化非原质体，从而使细胞壁松弛，允许细胞伸长；同时，H+-ATP 酶活性的增加也使电化学质子梯度增加，促进了通过第二运输系统进行的质子跨膜运输，进而改善了植物的营养，刺激植物根系生长。此外，腐植酸能够通过刺激拟南芥根毛细胞的负调控子基因 WEREWOLF和 GLABRA2 的下调，促使根形态发生重塑，增加根吸收面积，改变根系细胞分化；腐植酸还能促进玉米侧根有丝分裂位点增加，抑制 ATP 的水解和 H+的运输。Trevisan等研究表明，在腐植酸施用 30 min 内能够刺激生长素诱导拟南芥中基因 IAA19 的表达，这与生长素对植物刺激的效应相似。
1.1.2 腐植酸对植物根系吸收养分的促进作用
腐植酸对植物根系养分吸收的促进作用主要表现在对硝酸盐的吸收上。一方面腐植酸能够促进植物根系中与硝酸盐吸收同化相关的基因的表达。在低分子量腐植酸作用下，玉米根系中与硝酸盐吸收相关的基因 (NRT2.1和 MHA2) 与硝酸盐同化基因 (NR1) 均表现出了上调表达。另一方面，腐植酸能够通过调节植物根系体内环境，刺激植物对硝酸盐的吸收。腐植酸能够通过降低根细胞质膜表面的 pH，中和 NO3– 作为氮源所产生的碱，抑制 H+/NO3– 的同向转移；腐植酸(尤其是小分子量腐植酸) 对质膜上分离的 H+-ATP 酶活性的刺激作用，决定了电化学质子梯度的增加，从而促进了植物根系对 NO3– 的吸收，最终促进了植物对氮的吸收。因此，腐植酸能够通过调控硝酸盐的吸收、同化和转移促进植物对硝态氮的吸收。此外，腐植酸也能作为营养物质被植物体所吸收。腐植酸 (尤其是小分子量的腐植酸) 很容易到达高等植物细胞质膜，且部分被植物所吸收。1.2 腐植酸对植物根系生长及其养分吸收刺激作用的影响因素
腐植酸对植物根系生长及其养分吸收刺激作用效果与腐植酸的添加量、来源、分子量大小、聚合程度高低和供试植物的种类有关。
1.2.1 腐植酸对植物根系生长促进作用的影响因素
研究发现，聚合程度低分子量小的腐植酸活性较高，能够刺激玉米根系质膜 H+-ATP 酶的活性和玉米根系生长，且对玉米根区面积的促进作用是聚合程度高的大分子量腐植酸的两倍；而聚合程度高分子量大的腐植酸对液泡膜H+、玉米根系生长和玉米根系微粒体中 H+-ATP酶活性的刺激作用强于聚合程度低分子量小的腐植酸；腐植酸含有更多的羧基，且具有更强的疏水特性，能够产生更好的形态学和生物化学效应。此外，相同的腐植酸作用于不同的植物也有不同的响应。腐植酸及其分级物质作用于拟南芥幼苗时，根系表现出主根变短、诱导侧根生长等类似于大量添加外源生长素刺激的反应；然而，作用于玉米幼苗时，根系则表现出主根和侧根均有增长的类似于添加低剂量的外源生长素刺激的效应。
1.2.2 腐植酸对植物根系养分吸收刺激作用的影响因素
腐植酸对植物根系养分吸收的促进作用受其浓度、异质性和分子量大小的影响。研究表明，异质性高且未分级的腐植酸对大麦吸收硝酸盐的促进作用显著高于分级所得的异质性低的样品；而在分级所得的腐植酸中，大分子量 (> 10000 D) 和小分子量 (< 9000 D) 的腐植酸对大麦吸收硝酸盐的促进效果均强于中间分子量(9000～10000 D) 的腐植酸。植物对腐植酸的吸收因腐植酸的分子量而异小分子量的腐植酸组分 (最大分子量小于3500 D) 容易到达高等植物细胞质膜，且被部分吸收。大分子量的腐植酸组分也因能够调控植物根系生长而具有较强的生物活性，同时，大分子量的腐植酸处理诱导更高的根分化且刺激了与植物生长和分化相关的新陈代谢过程中酶的活性。大多数研究认为，对植物根系生长、养分吸收和激素类活性影响的诸多因素中最为有效的腐植酸组分具有最多酸性基团和最小分子量的特征，即腐植酸对植物的刺激效应与其结构及分子量大小有关，而与脂肪族和芳香族含量等表征其聚合程度的指标关系不大。腐植酸的特定生物活性分子含量对根系生长和形态的生理影响大于其分子量大小的影响。腐植酸对植物生长的促进作用，不仅表现在对植物根系生长及根系对养分的吸收方面，其对植物地上部生长也表现出一定的促进作用。硝酸还原酶、天冬酰胺合成酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶是玉米叶片中参与氮素转化与运输和有机酸合成的重要酶类，腐植酸能够刺激其编码基因的表达，从而促进玉米的氮素吸收和氨基酸代谢，进而促进其生长。腐植酸还能通过诱导叶片中参与次生代谢的重要酶类(苯基丙氨酸脱氨酶和络氨酸解氨酶) 基因的表达来促进植物生长。不同浓度的腐植酸均能促进蔬菜上部生长，产生这种影响的机理是腐植酸对根系 H+-ATP 酶活性和硝酸盐在根部–地上部分布的影响，从而引起根部–地上部中一定的细胞激肽类、多肽和脱落酸分布的变化，进而影响地上部生长。
2 腐植酸通过增强植物抗逆性促进植物生长
2.1 腐植酸对逆境胁迫下植物生长及代谢的影响腐植酸能够缓解生物和非生物胁迫对植物生长的影响，改善植物形态生理特征，对逆境胁迫下植物的生长具有保护机制，在植物生态安全性中具有预防氧化应激的重要作用。大量研究表明，水分、温度、盐分和重金属等逆境胁迫下，腐植酸通过刺激植物各器官中蛋白质和酶的合成，增强植物体内过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等与活性氧代谢相关的酶活性，并降低植物体内丙二醛和质膜透性，调节植物体内的活性氧含量，减轻膜脂的过氧化程度，使植物保持较快的生长速度，从而保持了细胞膜的渗透性能，增强了植物对干旱、寒冷、盐分和重金属等的抗性。同时，物理作用也是腐植酸增强植物对水分胁迫抗性的重要方面。
García 等研究表明，腐植酸添加后能够在植物根系表面、根系表皮细胞和新生根毛中形成腐植酸凝聚体，降低了根系的渗透系数，增强其抗干旱能力。腐植酸对植物抗逆性的改变不仅体现在对植物形态及生理特征的改变，还能够通过改变植物生长环境来增强植物的抗逆性。盐分胁迫条件下，施用腐植酸肥料能够降低土壤介质的电导率，促进植物的生长，提高其叶绿素含量；腐植酸能够增加土壤团聚体含量、土壤紧实性、持水能力、阳离子交换能力，促进植物生长；此外，干旱胁迫下，植物根系分泌的有机酸能够对腐植酸胶体产生局部破坏作用，使其释放出个体生长调节分子，这些分子足够小，以至于能够穿透细胞壁基质进入细胞膜，从而影响基因的表达和酶的活性。生物胁迫下，腐植酸增强植物抗逆作用主要体现在其对植物致病菌的抑制作用方面。研究证实，腐植酸不仅能够降低土壤真菌链格孢Alternariaalternate、大刀镰刀菌 Fusarium colmorum 和尖孢镰刀菌 Fusarium oxysporum 分生孢子的存活率，还能够抑制分生孢子菌丝的伸长，且对分生孢子繁殖的抑制为其主要作用方式。通过以上作用的发挥，腐植酸显著降低了根须病的发病率。2.2 逆境胁迫下腐植酸对植物作用的影响因素逆境胁迫下，腐植酸对植物的作用大小受胁迫程度高低、腐植酸添加量、腐植酸结构等因素的影响。腐植酸对植物抗逆性的影响因逆境胁迫程度的高低而异。腐植酸可缓解土壤中轻度 Cd 污染，显著抑制小麦幼苗对 Cd 的吸收，促进小麦幼苗干物质积累及其对 Cu、Zn、Fe、Mn 等微量营养元素的吸收和积累；随 Cd 污染程度加重，腐植酸对植株Cd 吸收的抑制能力减弱，并对 Cu、Zn、Fe、Mn 等微量营养元素吸收产生不同影响，因此，逆境条件下，植物受逆境胁迫的程度影响腐植酸的作用效果。腐植酸对植物抗逆性的影响还受其添加浓度高低的影响。用浓度为 0～500 μg/mL 的腐植酸对干旱胁迫下玉米浸种，发现浸种后的玉米幼苗活性氧系统增强，膜脂过氧化程度降低，且对玉米抗旱性的促进效应随浸种腐植酸浓度的增加而愈加显著。腐植酸所具有的烷基、羧基和羰基等官能团也是其抵抗逆境胁迫的关键作用因素。Loffredo 等研究表明，腐植酸对植物枯萎病致病菌尖孢镰刀菌 Fusarium oxysporum 的抑制效应与其羧基官能团性质和含量相关。
3 腐植酸通过调控土壤与肥料中的养分转化促进植物生长
3.1 腐植酸调控土壤与肥料中的养分转化，提高其有效性以腐植酸(humicacid，HA)与主要肥料养分(nitrogen/phosphorus/potassium，N/P/K) 为检索词，对 1996～2015 年间 Web of Science 数据库收录的发文量进行统计(检索时间2016年4月19日)，得到如图 2 所示雷达图。由图2可知，近 20 年发文量逐渐增加，可见研究人员对腐植酸与养分尤其是氮素的交互作用的关注度逐年增加。大量研究证实，腐植酸因具有较多的酸性功能基团和较大的阳离子交换量，能够作为土壤调理剂改善土壤理化性质，增强土壤保蓄养分离子的能力；且能够通过与氮素、磷素和钾素的结合效应、与磷酸盐的竞争效应和对钾离子的吸附作用固持与活化肥料中的养分，提高肥料有效性和缓释性能，从而提高肥料利用率。因此，腐植酸能够与土壤与肥料中的养分发生作用，调控土壤与肥料中养分形态转化，提高其利用效率，进而促进植物生长。
3.1.1 腐植酸对土壤与肥料中养分形态的调控
腐植酸对土壤中的养分形态具有调控效应。腐植酸能够与磷酸盐竞争土壤矿物表面的吸附位点，降低土壤矿物对磷酸盐的吸附；与土壤中的钙离子发生结合作用及与 Ca-P 发生作用，减少 Ca-P 沉淀的生成，提高土壤与肥料中磷素的有效性。腐植酸具有结合土壤中钾离子、增强其抗土壤吸附的能力，从而认为其具有调控土壤钾素有效性和防固定的潜力。此外，腐植酸因具有较多的酸性基团，施用后可降低土壤 pH，从而提高土壤中微量元素 (Zn、Mn、Fe、Cu) 的有效性。腐植酸对肥料中的养分形态具有调控效应。腐植酸能够通过自身的羧基和酚羟基与尿素的酰胺基作用生成腐植酸-脲络合物，该物质具有较高的稳定性，能够抑制尿素分解、提高氮素利用效率，实现尿素的长效缓效。同时，腐植酸能够通过非生物作用固定肥料中的铵态氮，并形成以吲哚和吡咯、酰胺-缩氨酸结构等为代表的化学物质与结合形式。腐植酸中所含的羟基官能团能够与磷酸一铵通过阳离子的桥接作用发生复合反应，生成水溶性的腐植酸磷和腐铵磷，提高了磷肥的有效性。腐植酸还能够吸附与固定肥料中的钾素或与肥料中的钾素反应，生成以胶体化合物形式存在的腐植酸钾，它不易随水流失，提高了钾肥的缓释性能。
3.1.2 腐植酸能够提高土壤与肥料中养分的有效性
腐植酸能够提高肥料养分的有效性。施用添加胡敏酸和富里酸的尿素后，土壤中 NH4+-N 和 NO3–-N 的累积量明显高于普通尿素处理；而 Suntari 等则通过开展土壤培养试验，进一步研究发现，腐植酸尿素肥料能够在水稻种植后第 28 和 42 天分别提高土壤中 NH4+-N 和 NO3–-N的含量。腐植酸与磷肥一起施用后土壤中速效磷含量显著高于普通磷肥处理，且土壤对磷的固定率比普通磷肥降低 7.32%。腐植酸能够降低肥料施用后土壤与肥料中养分的损失。腐植酸主要组分胡敏酸和富里酸的 pH 分别为 1.89～2.27 和 1.14～1.20，施用于土壤后，造成土壤 pH 短暂降低，从而缓解甚至抑制了施肥区域尿素的水解，进而降低了尿素的氨挥发损失。同时，腐植酸还通过短暂降低土壤 pH，降低土壤中氨的挥发损失。
3.2 腐植酸调控土壤与肥料养分的影响因素
腐植酸对土壤与肥料养分的调控效应受腐植酸种类、官能团和添加量等因素的影响。腐植酸的种类和来源不同，导致其对土壤与肥料养分的调控效应存在差异。不同产地的腐植酸对小白菜各生育期土壤氮磷钾含量的影响存在显著的差异；腐植酸的组分胡敏酸和富里酸对氨均有一定的固定作用，且与氨结合的位点基本一致，但富里酸对氨的固定量大于胡敏酸，这是由于腐植酸的羧基和羟基在固定氨方面起着最主要的作用，而这些基团在富里酸中具有更广泛的分布。腐植酸某些特定的官能团与尿素、铵根离子、磷酸盐和钾离子均能够发生结合反应，因此，腐植酸结合位点数量的多少影响腐植酸对土壤和肥料养分的调控效果。
腐植酸的添加量对土壤养分的调控效果也不相同。一方面，腐植酸添加量影响土壤中养分的释放率。土壤中N、P 和 K 的释放与腐植酸的添加量呈线性相关关系。另一方面，腐植酸的添加量对肥料施用后养分的转化影响存在差异，腐植酸施用量达到一定水平后，对土壤固定态磷才具有激活效应。腐植酸添加量越大，其对尿素氨挥发的抑制效果越强。此外，环境pH影响腐植酸与磷酸盐的竞争吸附效应。低 pH 条件下，腐植酸与磷酸盐对针铁矿、三水铝矿和土壤上的吸附位点具有更强的竞争效应。综上，腐植酸对肥料及土壤养分有效性的调控是其降低土壤pH、活化与固持土壤与肥料养分、减少土壤与肥料养分损失和结合土壤肥料等作用的综合结果，且具体效果因腐植酸种类、官能团数量和添加量等因素而异。
4.1 腐植酸对土壤酶活性的影响
腐植酸是土壤腐殖质的重要组成成分，具有稳定的碳形态，对土壤微生物的生物活性具有重要的作用；同时，腐植酸还能够通过调控土壤微生物及酶活性，为植物根系的生长和肥料养分的保蓄提供良好的生长环境来实现其促进作物生长的作用。腐植酸施用能够影响土壤酶的活性。腐植酸对脲酶的作用是其影响土壤酶的重要方面。腐植酸能够在加入初期抑制土壤脲酶活性，降低尿素水解速度，从而减少水解产物氨的挥发；而加入后期却能够稳定脲酶活性，使尿素继续以相对稳定的速度转化成氨，供给植物生长，而腐植酸之所以能够抑制脲酶活性，一方面是因为腐植酸中大量不饱和键可以有效防止脲酶中的活性官能团(硫基，–SH)氧化，另一方面腐植酸还能螯合土壤中脲酶巯基的抑制剂(Cu2+和 Hg2+)。此外，腐植酸对其他酶类的影响有：在含大量有机质的土壤中，腐植酸能够强烈抑制脲酶、酸性磷酸酶和 N-乙酰氨基葡萄糖苷酶等的活性；腐植酸和肥料配合施用对土壤中过氧化氢酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性具有提高效果，且随着腐植酸添加量(10～40kg/hm2) 的增加，效果先增强后减弱。
4.2 腐植酸对土壤微生物结构和数量的影响
腐植酸还能够影响土壤中微生物的数量和多样性。肥料和腐植酸配合施用增加了甘蔗种植条件下根际土壤中细菌、真菌和放线菌数量，且随着腐植酸添加量(10～40 kg/hm2) 的增加，各种微生物数量均呈现先增加后降低的趋势，30 kg/hm2 的腐植酸与肥料配合施用条件下，微生物的数量最多；其中，对细菌的影响最大，真菌次之，对放线菌的影响最小；褐煤腐植酸能够通过降低土壤中尿素向氨的水解速度和缓冲土壤 pH 等作用来抑制氨化细菌、氨化古菌等微生物群落组成和数量的改变，缓冲尿素施用对土壤中细胞多样性和总量的影响，从而降低氨被氧化成亚硝酸和硝酸的速度，以及降低通过反硝化转化成氮气造成的损失，最终能够使更多的氮为植物所吸收利用，对于植物生长和作物增产均具有重要的意义。腐植酸对土壤微生物的影响会受腐植酸种类的影响。胡敏酸和富里酸均能明显促进固氮菌生长，提高固氮菌的固氮能力，且以富里酸的提高效果更为显著，对固氮菌数量的影响大于其对固氮能力的影响。此外，腐植酸含有能够提高土壤肥力和增加土壤养分有效性的大多数元素，能够促进作物生长、增加作物产量；腐植酸还能够通过增加细胞呼吸和细胞膜对养分的吸收，提高作物二磷酸核酮氧合酶/羧化酶活性，增加植物光合活性，提高豆科作物的生物固氮等，从而促进作物生长、增加作物产量。
5 结语
腐植酸可通过直接刺激植物根系生长和养分吸收、增强植物抗逆性、间接调控土壤与肥料中养分的有效性和影响土壤微生物数量结构和酶活性等调控养分转化促进植物生长；同时，腐植酸对植物生长的促进作用受腐植酸来源、组成、结构、浓度、植物种类等影响，因此，对腐植酸促进植物生长主要途径的研究和影响腐植酸作用发挥主控因子的研究显得十分有必要。要更加深入地了解腐植酸的作用，必须要先对其结构进行彻底的解析。近些年来，人们对于腐植酸的研究，无论是在研究技术、研究方法上都在逐步发展。
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