黄腐酸作用机理

黄腐酸作用机理黄腐酸的诸多特征决定了其在物理、化学、生物三方面的作用，下面以黄腐酸在农业领域对土壤、肥料以及植物体的作用为话题展开论述。一、黄腐酸改良土壤1、黄腐酸对土壤团粒结构的影响（1）土壤团粒结构是由若干土壤单粒粘结在一起形成为团聚体的一种土壤结构。团粒是由多种微生物分泌的多糖醛酸甙、粘粒矿物以及铁、铅的氢氧化物和腐殖质等胶结而成的。黄腐酸属于腐殖质类螯合络合离子交换吸附作用渗透作用分子量小可形成胶体、多孔结构活性官能团多黄腐酸特征物理作用化学作用生物作用促生根生长增产提质提高抗逆性表面作用物质，黄腐酸的施入影响粘土的性质，能促使土壤形成更稳定的团粒结构，使土壤中≥0.25mm的团粒含量增加10-20%，有机质含量增加10%，可使土壤保持水份、增加通气，有利于农作物的生长；可使土壤悬浮液保持稳定或增加流变性。（2）粘土也能防止黄腐酸的生物学降解、催化吸附在黄腐酸表面上有机化合物的反应。2、黄腐酸增强土壤的保水性、保肥性（1）保水性黄腐酸属于有机胶体物质，是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，最大吸水量可超过500%，从饱和大气中吸收的水分重量可达自身重的一倍以上，比一般的矿质胶体大的多；黄腐酸抑制作物蒸腾作用，使土壤水分消耗速度减慢，土壤含水量相应提高，另外黄腐酸能改良土壤团粒结构，起到省水保墒的作用。1979年河南科学院生物所许旭旦等研究发现小麦喷施黄腐酸后，气孔宽度缩小72.7%，总蒸腾量比对照减少13.7%，土壤含水率提高1.5%；孟远平等试验测定小麦喷施黄腐酸10-20天内土壤水分消耗降低4.3-5.1%；另报道玉米喷施黄腐酸后，不同土壤深层含水量增加7.0-35.7%。(Nelson,2004)（2）保肥性黄腐酸本身是有机酸，既增加了土壤中矿质部分的溶解，提供土壤养分，又通过络合作用增加养分的有效性。黄腐酸是有机胶体，具有巨大的比表面和表面能，同时带有大量负电荷，能提高土壤的吸附性能，使养分能保存在土壤中，不致于随水流失，提高肥料的利用率，增强养土和保肥能力，在沙土地上意义尤为重大。(王天立,1981)3、盐碱地改造黄腐酸和黄腐酸盐还具有较强的缓冲能力，通过离子交换作用可降低土壤的酸性或碱性。所以，黄腐酸和黄腐酸盐可通过调节土壤的酸碱度(pH)，优化土壤环境，达到治理盐碱地的效果。（1）黄腐酸和黄腐酸盐互相转化，形成一个缓冲系统，从而起到调节土壤溶液PH的作用。R-COOH+Na+→R-COONa+H+（调节H+浓度）（2）由于黄腐酸含羧基、酚羟基，所以具有弱酸性，其水溶液pH值在3~5范围，可中和碱性土壤。4、降低盐分（1）隔盐：在黄腐酸及植物根系的作用下形成的团粒结构可疏松土壤耕层，破坏盐分沿土壤毛管孔隙随水分上升的条件，降低土壤表层盐分积累。（2）吸附：黄腐酸络合、螯合土壤中的金属阳离子形成的胶体结构以及其多孔性（比表面大）可吸附土壤溶液中的离子或分子，降低土壤溶液盐的浓度。（韩文志,1997)5、土壤重金属污染防治与修复黄腐酸本身具备的结构框架及其丰富的官能团，如：芳香环、共轭双键、羟基、羰基、羧基等，可以有效地与重金属发生吸附、络(螯)合、氧化还原等反应。黄腐酸的活性基团之间以氢键结合成网络状，使得分子表面具有孔状结构，提供了良好吸附表面。由于它的特殊结构使其与金属离子能够发生离子交换、表面吸附、配位和凝结等作用发生结合，在土壤中黄腐酸几乎全部是以结合态（有机-无机复合体）存在。黄腐酸作为化学改良剂，可以转变土壤中重金属离子的存在形态，减少植物对重金属的吸收利用或降低其生物活性等。土壤胶体结构中的有机-无机复合体黄腐酸吸附重金属改良土壤反应机理图黄腐酸也具有有机聚电解质的特性，表现在能提高胶体粒子的ζ-电位（ζ-电位越高胶体性能越好）和双电层厚度、增强胶体体系稳定性方面。当黄腐酸水溶液中的金属离子达到一定浓度时，或者H+离子浓度极高（pH很低）时，黄腐酸会凝聚沉淀，这一性质主要用“凝聚极限”（n）来表示，n越大，黄腐酸抵抗电解质絮凝的能力越强。6、土壤有机污染物修复与净化黄腐酸具有的吸附和解吸正是决定土壤中有机污染物环境行为的一对关键过程，它控制着有机污染物的活动性、生物可利用性、毒性及归宿。通过分子的极性大小，功能基团的类型、数量、排布，氧化还原等几种不同途径实现对污染物的吸附、解吸、降解，最终实现对土壤有机污染物的修复与净化。7、生物作用黄腐酸含有多种含氧官能团，决定了其生理活性，从而对生命活动起到调控作用，促进有益细菌生长繁殖，抑制有害微生物的数量；黄腐酸中的羧基、酚羟基有一定抑制病毒的作用。(周霞萍，2005)二、提高肥料利用率黄腐酸含有羧基、酚羟基等官能团，有较强的络合、螯合和表面吸附能力，能减少铵态氮的损失；增加磷在土壤中移动距离，抑制土壤对水溶性磷的固定，使无效磷转化为有效磷，促进根系对磷的吸收；黄腐酸可以吸收存储钾离子，提高有效钾的含量特别是对钾肥的增效尤为明显。试验表明，黄腐酸能提高肥料中氮、磷、钾养分的利用率20%以上。1、对氮肥的增效作用碳铵中添加黄腐酸，可使碳铵在6天中氮素挥发率从13.1％降为2.04％。在农田试验中碳铵肥效维持20多天，黄腐酸铵可达60多天。尿素中添加黄腐酸特别是硝基黄腐酸，可以生成尿素络合物，使尿素分解减缓，肥效延长，损失降低，使尿素的利用率相对提高30％，后效增加15％以上。氮肥利用率测定结果，添加黄腐酸后利用率从30.1％提高到34.1％，吸氮量增加10％。黄腐酸的活性基团（包括羧基、羟基以及某些含P、O、N、S的基团）一般都是电子给予体，很容易与许多电子接受体（多价金属离子、有机基团或离子）构成配位化合物，称作络合物或螯合物。比如黄腐酸-尿素等，实际是络合（螯合）物，能使碳铵减少铵态氮的损失，提高氮肥的利用率。经氧化降解的硝基黄腐酸，可抑制尿酶活动，减少尿素挥发。黄腐酸配合氮素对植物生长发育的影响是十分明显的。当氮素、黄腐酸充足时，植物可合成较多的蛋白质，促进细胞的分裂和增长，因此植物叶面积增长快，能有更多的叶面积用来进行光合作用。对促进植物生长健壮有明显的作用。往往施用后，叶色很快转绿，生长量增加。2、对磷肥的增效作用降解的硝基黄腐酸可增加磷在土壤中移动的距离，抑制土壤对水溶性磷的固定，使无效磷转化为有效磷，促进根系对磷的吸收。利用黄腐酸保护水溶性磷肥或以磷为主的复合肥，减少磷的固定；促进磷的吸收，提高磷肥利用率。肥效试验表明，普钙、重钙或磷铵中添加10～20％的黄腐酸，可使肥效相对提高10～20％，吸磷量增加28～39％。放射性磷示踪试验测定磷肥利用率，添加黄腐酸后，磷肥当季利用率从15.4％提高到19.3％，即磷肥利用率相对增加四分之一。黄腐酸配合磷肥在植物体内参与光合作用、呼吸作用、能量储存和传递、细胞分裂、细胞增大和其他一些过程。3、对钾肥的增效作用黄腐酸的酸性官能团可吸收、贮存钾离子，减少钾在沙土及淋溶强的土壤中随水流失数量。黄腐酸可以防止粘性土壤对钾的固定，增加可交换性钾的数量。黄腐酸对含钾矿物有溶蚀作用，缓慢增加钾的释放，提高土壤速效钾含量。黄腐酸还可以利用它的生物活性，刺激和调节作物生理代谢过程，使吸钾量增加30％以上。黄腐酸与钾配合使用能够促进光合作用，能明显地提高植物对氮的吸收和利用，并很快转化为蛋白质，还能促进植物经济用水。4、促进微肥吸收，有效解决缺素症黄腐酸螯合中微量元素形成移动性强、易被作物吸收的黄腐酸螯合物，传递到作物中的缺素部位，有效解决缺素症。作物生长发育除需要氮、磷、钾等大量元素外，还需要铁、硼、锰、锌、钼、铜等微量元素，它们是作物体内多种酶的组成成分，对促进作物正常生长发育，提高抗病能力，增加产量改善品质都有重要影响。土壤中的微量元素多数处于植物难以吸收的无效状态，向土壤中施入微量元素肥料也很容易被土壤固定。经研究指出：黄腐酸与铁、锌等微量元素可以发生螯合反应，生成溶解度好，易被植物吸收的黄腐酸微量元素螯合物，如黄腐酸-Zn、黄腐酸-Mn、黄腐酸-Fe等，有利于根部或叶面吸收，并能促进微量元素从根部向地上部运转。示踪试验表明，黄腐酸铁从根部进入植株数量，比硫酸亚铁多32％，在叶片中移动数量比硫酸亚铁多一倍，使叶绿素含量增加15～45%，有效地解决了因缺铁造成叶片黄化。(Cronan,1992)5、黄腐酸与个别中微量元素配合使用的效果（1）水稻是喜硅作物，水稻使用黄腐酸硅肥穗粒重，并能提早成熟，还能提高抗病能力。可增强作物对病虫害的抵抗力，减少病虫危害；可提高作物抗倒伏，可使作物体内通气性增强，提高作物抗逆性；能减少磷在土壤中的稳定性；有改善农产品品质，并利于贮存和运输。（2）黄腐酸配合钙肥可以降低果实呼吸作用，增加果实硬度，使果实耐贮，减少腐烂，提高Vc含量。（3）黄腐酸配合镁肥可以促进植物的光合作用，促进蛋白质的合成，提高农作物的产量和改善农产品的品质。（4）黄腐酸配合硫可以提高蛋白质含量，改善谷类作物的质量，增加维生素A含量及油类作物的油含量，同时可以改善水果、蔬菜、甜菜等品种的质量，并能增强作物的御寒和抗旱能力。（5）黄腐酸配合锌以Zn2+的形式被植物吸收，在氮素代谢中，能很好地改变植物体内有机氮和无机氮的比例，大大提高抗干旱、抗低温的能力，促进枝叶健康生长；参与叶绿素生成、防止叶绿素的降解和形成碳水化合物。(贺婧,2003)6、缓释增效农药机制（1）黄腐酸是表面活性物质，能降低水的表面张力、减小接触角和提高发泡性，对农药起乳化分散作用；（2）黄腐酸与多种农药复合施用，或者配制成黄腐酸-农药合剂，多数都有缓释增效、降低毒性、安全稳定和减少农药用量的功效。因为绝大多数农药是酸性的，而黄腐酸的水溶液也是弱酸性的，二者复配不仅互溶性好，而且相互发生离子交换、络合配位、氢键缔合、物理化学吸附等作用，形成新的有机复合体系；（3）黄腐酸作为一种粘性与表面积很大的胶体性物质对农药可能产生较强的物理吸咐作用；（4）黄腐酸自身有抑菌抗病作用，与杀菌剂的复配相当于两种农药的复配。三、对植物生长刺激作用1、刺激作用机理研究俄罗斯化学家那乌莫娃认为黄腐酸的多共轭芳香结构、给-受电子性质的离子交换结构、官能团的氢键缔合体系，都对生物效应有重要影响。它为作物提供部分有机营养，调节作物体内养分平衡状态，在化学上被归结成氢醌的氧化还原反应，甾体等生物活性化合物。但由于黄腐酸结构比较复杂，其能作为生长调节剂类似物及对抗氧化酶作用的分子机理尚不清楚，还需进一步研究。（那乌莫娃，2002）2、黄腐酸具有植物生长激素的作用典型的例子是通过黄腐酸钠与吲哚乙酸等已知作用机理的植物激素进行比较研究得出的。试验表明，用量适当的黄腐酸钠能促进小麦、棉花、番茄、萝卜的生长，有类似生长素的作用，也有细胞分裂素的作用。由于对体外吲哚乙酸氧化酶的抑制作用，使得植物体在体内生长素的作用下茁壮成长。黄腐酸具有类似植物生长激素的作用，是一种天然植物荷尔蒙，能够有效促进植物生长。黄腐酸通过刺激和提高植物体内一些酶的活性，通过酶活性提高植物的呼吸强度和根系作用，达到刺激植物生长的效果：下图表示的氢醌、醌结构形成半氢醌、半醌的自由基反应历程。可以看出，黄腐酸在过氧化氢酶等的作用下，其氢醌-醌互相转化的速度变快，使植物的新陈代谢能力增加。黄腐酸氧化还原结构的互相转化黄腐酸类似植物体内源激素，能够促进种子萌发、根生长、果实着色早熟。具体表现在：1、促进根的生长和活性，类似生长素效果。2、促进种子萌发、出苗整齐和幼苗生长，类似赤霉素的效果。3、使叶片增大、增厚、保绿，下部叶片衰老推迟，类似细胞分裂素的作用。4、使气孔缩小、蒸腾作用降低，类似脱落酸的作用。5、使果实提前着色、成熟，类似乙烯催熟作用。6、促进细胞分裂和细胞伸长、分化等方面的作用，类似两种以上植物激素的作用。四、改善农产品品质1、调控酶促反应，增强植物生命活动酶是植物生命活动的生物催化剂，酶的作用大小以酶的活性来表现。黄腐酸能够刺激多糖酶的活性，使年幼细胞壁果胶质水解，细胞壁软化，使细胞易于伸长分裂，纵向横向生长，因而对促进新生组织幼嫩细胞的生长有明显作用，对根的生长点的作用尤为显著。黄腐酸含大量羧基可抑