腐植酸在植物生长过程中的应用

腐植酸是天然形成的一种有机高分子混合物,其成分较为复杂,由微生物细胞以及动植物残体分解转化,在自然界化学作用下累积形成。自然界中腐植酸的来源与分布极为广泛,并在农业领域有重要的应用价值。腐植酸可以促进植物生产和高产,改善作物品质,并能够提高氮磷钾等肥料利用率,改善土壤结构,降低植株发病率。下面一起来看看关于腐植酸在植物生长的应用吧。

一、腐植酸对植物根系生长产生刺激,可促进养分吸收

在植物生长过程中,腐植酸的刺激是促进植物根系生长的源动力,这一效应集中表现在根数量和长度明显增加上。研究发现,经过腐植酸处理的番茄植株侧根数量较普通植株更多,增幅约为150%~264%,长度增幅更是高达405%~2280%。腐植酸对植株的影响主要是与大量使用或低剂量添加的外援生长素相类似的一种刺激反应,与细胞激肽酶类等一些生物刺激素存在密切关联。使用腐植酸后植物生物化学活性进一步提升,根系受到类似生长素刺激的影响,植物生长素以及内生细胞激肽类物质生成量增加,从而改变细胞质膜渗透性能植物蛋白合成加快,细胞生长加快,植物根系生长速度较普通植株更为显著,产量也大大增加。

腐植酸能够促进植物根系养分吸收,这通常以硝酸盐吸收为主要表现。腐植酸不仅可促进植物根系中与硝酸盐吸收同化相关基因的表达,同时也可改善根系内环境,加快硝酸盐吸收速度。研究指出,腐植酸可对硝酸盐的吸收转移和同化加以调控,进而加快植物根系对硝态氮的吸收利用。此外,腐植酸自身也是一种营养物质,同样可以为植株根系吸收利用。以小分子量物质为主的腐植酸到达高等植物细胞质膜的几率更高,更易于为植物吸收利用。

二、腐植酸可提高植物抗逆性,加快植物生长

植物生长很容易受到生物或者非生物胁迫的影响,而腐植酸则可有效缓解这一进程,通过改善外部生理形态特征为逆境胁迫下的植株生长提供必要保护,而且可发挥预防氧化应激的效果,对植物生态安全性而言意义重大。诸多研究发现,当植物受到逆境胁迫时(譬如水分、重金属、温度或者盐分等),腐植酸可对植物器官内酶与蛋白质合成产生刺激,增强各类与活性氧代谢相关酶(如超氧化物歧化酶、过氧化物酶以及过氧化氢酶等)的活性,同时降低质膜透性以及丙二醛水平,降低活性氧含量,缓解膜脂过氧化程度。在此情况下,植物生长速度受到外部不良环境的影响减小,细胞膜渗透性得以保持,植株对抗灾害的性能提升。

在改变植株抗逆性方面,腐植酸的作用不仅仅在于改变其生理特征和外部形态,同时亦可通过调节植物生长环境来提高植物抗逆性。例如在盐分胁迫的环境下,腐植酸可改善土壤电导率,促进银杏以及挪威枫幼苗生长,增加植株内部叶绿素表达水平;干旱环境下腐植酸胶体容易受根系释放有机酸的影响,分解出足够小的个体生长调节分子,经由细胞壁基质抵达细胞膜,对植株基因表达以及酶活性产生良性干预。

三、腐植酸可促进肥料和土壤养分转化,加快植株生长

文献研究指出,腐植酸可直接与肥料或土壤养分发生化学反应,从而转化养分形态,使之利用效率提升,更易于为植株吸收利用,最终促进植物生长。腐植酸能够调控土壤养分形态,在土壤养分表面吸附位点上与磷酸盐形成竞争关系,减少磷酸盐在矿物表面的吸附;腐植酸可与土壤钙离子相结合,降低Ca-P沉淀生成,强化肥料或者土壤磷素作用。研究发现,腐植酸可与土壤钾离子相结合,提高抗土壤吸附特性,因此认为腐植酸对土壤钾素的有效性有相当的调控效果。除此之外,腐植酸内部酸性基团很多,可改善土壤酸碱值,增强Zn、Mn、Cu和Fe等土壤微量元素的有效性。

腐植酸在自身酚羟基、羧基和尿酸酰胺基的反应下分泌腐植酸-脲络合物,其稳定性较高,对尿素分解有较好的抑制作用,可提高氮素利用率,调节尿素性能,使其变得长效缓效。此外,肥料中铵态氮可被腐植酸固定,进而形成包含吲哚、酰胺-缩氨酸以及吡咯在内的化学物或者结合形式。腐植酸对肥料中的钾素有固定与吸附作用,或者直接与之反应,生成腐植酸钾,这是一种胶体化合物,随水流失的几率较小,钾肥缓释性得到提升。

四、腐植酸对土壤中酶与微生物活性产生调控效应,加快植物生长

土壤腐殖质成分中,腐植酸是非常重要的一部分,其碳形态相对稳定,对微生物活性有重要意义。腐植酸可激发土壤中酶物质与微生物活性,保蓄肥料养分,促进植株生长。以脲酶为例,腐植酸的影响集中体现在土壤酶活性上。有观点认为,初期加入腐植酸既可对土壤脲酶活性产生抑制,迟滞尿素水解,降低氨挥发;后期则可维持脲酶活性的稳定,在相对稳定速度下促进尿素向氨转化,加快植物生长。腐植酸抑制脲酶活性的原因主要是其中不饱和键含量较高,能预防巯基,-SH等活性官能团发生氧化。同时,腐植酸亦可螯合Cu与Hg2种脲酶巯基抑制剂。土壤中有机质含量丰富的情况下,腐植酸对脲酶、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶以及酸性磷酸酶活性亦有强力抑制效果。

腐植酸对土壤中微生物以及数量有较大影响。有研究证实褐煤腐植酸可迟滞尿素水解速度,对土壤pH值亦有缓冲作用,进而改变微生物群落数量与成分组成。此种情况下施用尿素对土壤细胞总量以及多样性的干扰得到缓冲,氨向硝酸以及亚硝酸氧化的速度减慢,反硝化转化引起的氮气损失也得到控制,植物生长过程中得到更充足的氮元素支持,这显然更有利于作物生长和增产。值得注意的是,不同种类的腐植酸对土壤微生物产生的影响也存在差异,例如胡敏酸以及富里酸对固氮菌生长均有比较明显促进作用,可增强固氮能力,但是富里酸的应用效果则更为突出,同时对固氮菌数量的影响较其对固氮能力的影响更为显著。

五、小结

近年来学者们对于腐植酸的研究不断深入,其研究技术与方法逐步完善,也取得了诸多成果。相信随着关于腐植酸基本特征、影响腐植酸效果的主控因子、腐植酸推动植物生长的主控因子、对功能性微生物影响等研究课题的不断突破,腐植酸将被更广泛的应用于农业生产,推动国民经济发展。