腐植酸提取工藝及其肥料應(yīng)用

腐植酸提取工藝及其肥料應(yīng)用

腐植酸是指空氣和水同時存在的植物殘留物，通過微生物分解和轉(zhuǎn)化，然后通過各種化學(xué)過程積累的有機物質(zhì)。它廣泛存在于土壤、泥炭和風(fēng)化煤中,對作物的生長以及營養(yǎng)物質(zhì)的吸收具有重要作用。在現(xiàn)代的分組方法中,根據(jù)腐植酸中的活性成分,將腐植酸分為黃腐酸、棕腐酸和黑腐酸。其中黃腐酸為水溶性物質(zhì),是腐植酸中最重要的活性成分。1腐植酸提取技術(shù)的進展1.1腐植酸的提取自1786年Achard首次用堿性溶液從土壤中提取得到“酸性暗色物質(zhì)”起,人們對腐植酸的研究已有200多年的歷史。我國曾在20世紀(jì)五六十年代進行了一些早期工作,并在70年代中期以后開始推廣與政策支持。我國腐植酸資源儲量豐富,在褐煤、泥炭和風(fēng)化煤中均分布有天然腐植酸。腐植酸早期的提取方法有酸抽提法、硫酸丙酮提取法以及有機溶劑抽提法。在腐植酸提取方法優(yōu)化研究過程中,人們發(fā)現(xiàn)利用硝酸的氧化性對低階煤進行降解處理可以將原料中某些非腐植酸部分轉(zhuǎn)化為腐植酸,從而大大提高腐植酸產(chǎn)率。利用該原理,國外從風(fēng)化褐煤以及磺化煤中可以將腐植酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高到30%~46%、60.7%。我國也進行了一些研究,并達(dá)到了世界先進水平。在腐植酸提取的研究過程中,其理論也得到了一定的發(fā)展。D.Garcia等在采用堿法抽提低階煤中的腐植酸時,發(fā)現(xiàn)用Na4P2O7提取的產(chǎn)物比利用NaOH提取的產(chǎn)物具有官能團多且分子質(zhì)量小的特點;M.Estevez等認(rèn)為,由于低階煤氧化法抽提腐植酸時原料損失嚴(yán)重,高階煤比低階煤更適合用氧化法提取腐植酸;另外,在堿法提取過程中采取在純氧下高壓降解并加入活化劑的方法,也可大大提高腐植酸的產(chǎn)率。1.2生化腐植酸原生腐植酸屬于不可再生資源,而且從褐煤、泥炭等煤炭中大量提取腐植酸也會影響煤炭資源在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。因此,尋找其他腐植酸的來源便成了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的迫切需求,于是生化腐植酸應(yīng)運而生。生化腐植酸由秸稈、蔗渣、木屑等工農(nóng)業(yè)廢棄物通過化學(xué)方法或生物發(fā)酵方法提取,富含腐植酸中重要的活性成分黃腐酸,另外,還含有多種氨基酸以及有益于作物生長的微生物菌群。作為一種聚合物,生化腐植酸的縮合程度低,分子質(zhì)量小,水溶性好,活性基團多,表現(xiàn)出易被吸收以及生物活性高的特點。根據(jù)賈愛萍等的研究成果,生化腐植酸可以顯著提高作物的株高以及生物量,另一方面,經(jīng)過生化腐植酸處理的作物表現(xiàn)出發(fā)病推遲、病程度輕或不發(fā)病的現(xiàn)象。2腐植酸的功能和應(yīng)用2.1腐植酸對土壤改良的作用將腐植酸與氮、磷、鉀等元素共同制成腐植酸類肥料,其功能具體表現(xiàn)在以下方面。1)刺激作物生理代謝。腐植酸能促進種子發(fā)芽,提高出苗率和成苗率;能促進幼苗發(fā)根快,根量增加,根系伸長;腐植酸中的功能活性基團能使作物的過氧化氫酶和多酚氧化酶活性增強,促進作物生長發(fā)育。2)改良土壤結(jié)構(gòu)。腐植酸有機膠體能在土壤中形成膠狀物質(zhì),使土壤水穩(wěn)性團粒含量增加,對改良過砂、過黏等土壤的效果很好。還可以調(diào)節(jié)土壤pH,達(dá)到酸堿平衡,促進土壤微生物數(shù)量增多及活性增強。3)提高養(yǎng)分利用率。研究發(fā)現(xiàn),腐植酸肥料與相同用量的肥料相比,能減少氮素?fù)]發(fā)損失,使尿素的肥效延長,對土壤中有機氮轉(zhuǎn)化速率加快,氮的土壤自然還原能力增加30%~40%;起解磷的作用,并使土壤中的難溶磷轉(zhuǎn)化成有效磷,磷的固定減少45%左右;促進難溶性鉀的釋放,并緩解鉀肥對作物的不良影響,使鉀的流失率降低30%。另外,腐植酸對微量元素也有明顯的增效作用。4)增強植物的抗逆性。腐植酸被植物吸收后,可以縮小葉面氣孔的張開程度,因此減少水分的蒸騰作用,從而降低植物耗水量,保證植物在干旱情況下正常發(fā)育。腐植酸還可以抑制土壤中的真菌,增強作物抗病性,減輕病蟲害。另外,腐植酸與某些農(nóng)藥聯(lián)用可以提高藥效、抑制殘毒。2.2對農(nóng)業(yè)生物活性肥料的影響腐植酸對于作物生長的重要作用,近年來有多次報道。張海軍發(fā)現(xiàn),在施用常規(guī)肥的基礎(chǔ)上加入腐植酸以后,棉花增產(chǎn)率達(dá)到13.3%;姜兆福等在施用含腐植酸的水溶肥以后發(fā)現(xiàn)大豆可以早熟2d以上,667m2增產(chǎn)10.1kg,增產(chǎn)率為7.5%;畢軍等對種植冬小麥的土壤施用腐植酸生物活性肥料后發(fā)現(xiàn),冬小麥穗長增加0.4~0.5cm,產(chǎn)量增加15.2%。另外,腐植酸促進了土壤有益微生物的繁衍,提高了土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶等的活性。王秀龍等發(fā)現(xiàn),對大白菜施用腐植酸類水溶肥料,對其產(chǎn)量、單棵質(zhì)量、株高、莖粗均有顯著影響;張莉?qū)⒏菜崴芊蕬?yīng)用于西瓜,增產(chǎn)7.82%,投入產(chǎn)出比達(dá)到1∶6.14。3腐植酸肥料的開發(fā)現(xiàn)狀3.1腐植酸類葉面肥經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),含有腐植酸的液態(tài)肥噴灑在葉面以后,能使作物的葉面氣孔縮小,從而具有減少水分蒸騰、提高農(nóng)作物抗旱能力的作用。因此,腐植酸越來越成為葉面肥不可或缺的組分,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上獲得越來越廣泛的應(yīng)用。山東省金正大公司的腐植酸類葉面肥,能夠明顯促進植物對中微量元素的吸收和運轉(zhuǎn),使葉片葉綠素含量顯著增加,弱苗、黃苗能夠迅速返青;同時,作物的抗旱、抗寒、抗自然災(zāi)害能力也大幅度提高。3.2腐植酸復(fù)合布傳統(tǒng)的腐植酸復(fù)合肥生產(chǎn)是一個簡單的物理混合配制過程,并伴有少量的原料間的化學(xué)反應(yīng)。具體來說就是,將礦物腐植酸和含有氮磷鉀的化肥按照設(shè)定的比例磨碎并進行充分混合而成。近年來,在我國山西、江蘇、山東等省建起了一批生產(chǎn)腐植酸復(fù)合肥的工廠,其中腐植酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍在3%、5%、10%。在腐植酸復(fù)合肥生產(chǎn)規(guī)模擴大的同時,生產(chǎn)方法和原料選擇也有了進展,主要表現(xiàn)在:1)在氮磷鉀復(fù)合肥基礎(chǔ)上增加了有益菌類,如固氮菌,解磷、解鉀菌等,制成含有生物菌劑的復(fù)合肥;2)由于肥料中的尿素會與腐植酸形成有機復(fù)合尿素,因此可以用于制備各種含腐植酸的緩釋肥,腐植酸還會對復(fù)合物中的氮起到增效作用;3)開發(fā)出專門配合腐植酸使用的碳酸氫銨肥料。3.3生產(chǎn)推廣生物處理技術(shù)生化腐植酸肥料采用現(xiàn)代腐植酸生物工程技術(shù),合理配比腐植酸以及植物生長所需的各種元素,并吸附高效固氮菌、溶磷菌、解鉀菌等作物有益菌群。其生產(chǎn)和應(yīng)用的優(yōu)勢在于:1)投資少,能耗低,可由秸稈等廢棄物轉(zhuǎn)化,回收利用資源來源廣泛;2)減少化肥生產(chǎn)和應(yīng)用過程對環(huán)境和土壤的不利影響;3)對農(nóng)作物生長的促進效果明顯好于原生腐植酸;4)改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì);5)含有多種有益于作物生長的微生物菌群,與原生腐植酸相比活性更好。馬志軍等將腐植酸生物有機肥施用在大豆上,大豆產(chǎn)量顯著提高。生化腐植酸肥料是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要新型肥料。4生化腐植酸從目前的形勢來看,合理施用腐植酸肥料是農(nóng)作物增產(chǎn)增收的一條經(jīng)濟有效的措施。然而,目前腐植酸肥料的生產(chǎn)發(fā)展過程中仍然存在一些問題。在傳統(tǒng)腐植酸制作工藝中,褐煤、泥炭、風(fēng)化煤為重要的原料,其中褐煤和風(fēng)化煤中的非腐植酸有機質(zhì),在短時間內(nèi)很難被土壤微生物分解利用。將這類無生物活性的物質(zhì)充當(dāng)腐植酸有機質(zhì)加入肥料后,會影響腐植酸的功能以及市場效應(yīng)。另外,煤炭中原生腐植酸往往以大分子聚合物形式存在,很難在短時間內(nèi)發(fā)揮作用。因此,原生腐植酸在加入肥料之前必須進行氨化、酸解、氧化等活化處理。近年來不少企業(yè)為降低成本和增加利潤,忽略了這個重要流程。總之,在煤炭腐植酸的開發(fā)利用過程中,需要對制作工藝進行嚴(yán)格監(jiān)管,從而保證腐植酸的功能得到最大的發(fā)揮和利用。生化腐植酸可利用秸稈、木屑等有機廢棄物獲得。在生活中很多工農(nóng)業(yè)廢棄物由于不當(dāng)?shù)膩G棄而成為污染源。因此,加強對生化腐植酸制作工藝的研究以及開發(fā)利用,對我國農(nóng)業(yè)的綠色環(huán)保有重要意義。同時,生化腐植酸肥料的增產(chǎn)效果很好,可以減少化肥的用量,從而減少化肥在生產(chǎn)