腐殖质——在作物碳循环中的作用
腐殖质对土壤肥力和作物产量有十分重要的作用。这里对腐殖质的定义、产生和作用机理进行了基本阐述，并讨论了如何向种植土壤中添加腐殖质，其中包含如何使用商业产品。
什么是腐殖质？
当作物结束生命周期，残体在矿化作用和微生物作用下被分解，回归土壤，形成有机质。土壤中约70%的有机质为腐殖土，一种从棕色到黑色的成分复杂的含碳化合物。这种物质在自然条件下分解缓慢，可在土壤中存在数百年。形成腐殖土的腐殖质是相对大型的有机碳链化合物，由碳、氧、氢、氮和硫元素组成。
这些腐殖质最终成为棕色或者黑色的表层土壤的组分，可以分为三个主要大类：胡敏素，腐殖酸（HAs）和黄腐酸（FAs）。
这种功能性分类主要基于分子量大小和在不同PH水溶液中溶解度的差异。
胡敏素具有非常大的分子量（分子量为100000至10000000道尔顿），在任何PH水溶液中都不可溶，所以分解速度非常缓慢。在土壤中，它可以改善土壤结构，增加土壤持水性和持水量。不仅如此，胡敏素作为一种阳离子交换体系，可以有效帮助土壤贮存养分。
腐殖酸的分子量小于胡敏素（50000至100000道尔顿，约1000个碳环），在碱性条件下可溶于水。因为腐殖酸能和其他元素结合，形成易被作物和微生物吸收利用的形态，所以腐殖酸是一种重要的离子交换和离子螯合体系。
黄腐酸的分子量小于腐殖酸（5000至10000道尔顿，约100个碳环），在所有PH条件下均可溶于水，其组成成分中氧的含量高于腐殖酸。因为黄腐酸分子量相对较小，所以黄腐酸更容易进入植物细胞内的新陈代谢位置。
如上所述，这三种腐殖质类型在自然界中具有十分广泛的作用。科学家很难按照物理结构（化学式）将它们归类，因为这三种类型的结构总是随着原始有机物质来源、分解条件和分解阶段的情况变化而发生变化。同样被定义为腐殖酸的不同物质样本，在土壤中可能具有完全不同的功能。
腐殖质的作用
腐殖质产品贸易协会发表了一篇文献综述，赞成了腐殖质在农业应用中的三个主要作用：
1. 提高根系质量、促进根系生长；
2. 提高土壤养分有效性和吸收效率；
3. 提高作物产量和品质。
腐殖质是如何实现上述作用的呢？其作用机理有以下几点：
1. 含碳的腐殖质在土壤中产生静电作用，促进土壤表层的微粒相互吸引形成团粒结构，使土壤的表层具有开放空间，有条件和大气层进行气体交换，形成更好的土壤渗透条件。由此形成的土壤结构提高了持水性，能在干旱季节保护作物。
2. 腐殖质中碳键含有的能量是土壤微生物优质的食物能量来源，而土壤微生物能够产生多种有益效应，带给土壤和植物健康。同时，任何固定在土壤中的矿物质溶解都伴随着抗生素的释放，从而提高植物的抗虫能力。
3. 腐殖质具有绝缘能力，有助于稳定土壤温度，降低水分蒸发速率，从而在冷热变化期间保护作物。
4. 腐殖质也平衡和钝化植物病原菌释放的特定土壤酶类，减少植物病原菌对植物的侵害。
5. 腐殖质可以缓冲土壤PH值，使土壤酸性减弱或碱性减弱。结果是帮助因土壤过酸或过碱而被固定的微量元素成为被作物利用的营养。
6. 更多的土壤受益还表现在腐殖酸能降解或者钝化土壤中残留的除草剂毒素；加入土壤中的腐殖质能吸收过量的盐分，降低盐分浓度，使土壤更适合作物生长。
7. 腐殖质可以调节植物养分的持留和释放。腐殖质存在于土壤中时可以增加土壤的阳离子交换能力（CEC，促进土壤吸附带正电荷的植物养分（例如NH4+、Mg2+、Ca2+、Na+），减少阳离子养分的流失。土壤CEC还会影响达到最大效力下需要的石灰和除草剂的使用量。
8. 土壤在含有充足腐殖质的条件下，能够增强植物对氮磷钾的吸收，减少氮磷钾的总使用量。
9. 腐殖酸和黄腐酸能够刺激种子萌发，促进根系生长，提高秧苗生长点的活性。
10. 腐殖质可以调节植物生长内源荷尔蒙的变化，给植物细胞提供自由基，从总体上促进种子萌发、根系发育和植物生长。
11. 腐殖酸和黄腐酸本身不是肥料，但是能够作为肥料的优质载体和有效激活剂。演示试验表明，使用含腐殖酸或黄腐酸的叶面肥和将类似肥料使用于土壤相比，有效性可以提高100%至500%。
如何将腐殖质使用于土壤
合理农耕操作效应最大化
据估算，美国中西部地区土壤从自然状态转变成农耕状态的过程中，大部分已经损失30%至50%的土壤原始有机碳。通过合理的农耕操作可以维持或提高土壤有机质含量，而不同的耕作方式则会极大影响土壤中碳的损失量。耕作程度越高越密集，土壤中以二氧化碳形式损失的碳就越多。例如，据估算条状耕作下碳的损失量只有传统犁板耕作下的18%。
采用轮作方式包括种植覆盖植物、多年生牧草、豆类等作物，能对土壤中碳元素的含量和土壤生物多样性有积极作用，特别是前述这些作为绿肥被犁入或者混合进土壤的时候。
引进商品化产品
目前市面上有很多农用腐殖酸和黄腐酸产品，具有固体颗粒，水剂和粉剂等形态。其原料通常来源于腐殖酸盐、氧化褐煤和风化褐煤。然而，研究表明，不同产品的效果根据矿源的不同和生产工艺的区别在有效性上有差异。目前，一般认为风化褐煤是生产腐殖质产品较好的矿源之一。接下来，更多的研究极需聚焦于改善方法，精准可靠地量化腐殖酸原料和产品。
故事始于碳，终于碳
尽管文献中讨论的较少，但是碳依然是作物生长所需物质中仅次于水的元素。如果土壤中的碳缺乏，即使增加肥料和农药的使用量，作物产量也将遭受考验。从长期看，土壤健康可以通过合理的耕作方式、土壤管理、作物管理和添加能够自然产生腐殖质的有机质实现。从短期的解决方案看，在土壤中使用腐殖酸和黄腐酸能促进土壤和微生物的生长增殖。对于已经存在于田里的作物，即时改善方案，在作物特定的生长时期叶喷含碳液体肥料，可以精准调控作物产量和品质。
閱讀更多 農人講堂 的文章
