腐殖質——在作物碳循環中的作用
腐殖質對土壤肥力和作物產量有十分重要的作用。這裡對腐殖質的定義、產生和作用機理進行了基本闡述，並討論瞭如何向種植土壤中添加腐殖質，其中包含如何使用商業產品。
什麼是腐殖質？
當作物結束生命週期，殘體在礦化作用和微生物作用下被分解，迴歸土壤，形成有機質。土壤中約70%的有機質為腐殖土，一種從棕色到黑色的成分複雜的含碳化合物。這種物質在自然條件下分解緩慢，可在土壤中存在數百年。形成腐殖土的腐殖質是相對大型的有機碳鏈化合物，由碳、氧、氫、氮和硫元素組成。
這些腐殖質最終成為棕色或者黑色的表層土壤的組分，可以分為三個主要大類：胡敏素，腐殖酸（HAs）和黃腐酸（FAs）。
這種功能性分類主要基於分子量大小和在不同PH水溶液中溶解度的差異。
胡敏素具有非常大的分子量（分子量為100000至10000000道爾頓），在任何PH水溶液中都不可溶，所以分解速度非常緩慢。在土壤中，它可以改善土壤結構，增加土壤持水性和持水量。不僅如此，胡敏素作為一種陽離子交換體系，可以有效幫助土壤貯存養分。
腐殖酸的分子量小於胡敏素（50000至100000道爾頓，約1000個碳環），在鹼性條件下可溶於水。因為腐殖酸能和其他元素結合，形成易被作物和微生物吸收利用的形態，所以腐殖酸是一種重要的離子交換和離子螯合體系。
黃腐酸的分子量小於腐殖酸（5000至10000道爾頓，約100個碳環），在所有PH條件下均可溶於水，其組成成分中氧的含量高於腐殖酸。因為黃腐酸分子量相對較小，所以黃腐酸更容易進入植物細胞內的新陳代謝位置。
如上所述，這三種腐殖質類型在自然界中具有十分廣泛的作用。科學家很難按照物理結構（化學式）將它們歸類，因為這三種類型的結構總是隨著原始有機物質來源、分解條件和分解階段的情況變化而發生變化。同樣被定義為腐殖酸的不同物質樣本，在土壤中可能具有完全不同的功能。
腐殖質的作用
腐殖質產品貿易協會發表了一篇文獻綜述，贊成了腐殖質在農業應用中的三個主要作用：
1. 提高根系質量、促進根系生長；
2. 提高土壤養分有效性和吸收效率；
3. 提高作物產量和品質。
腐殖質是如何實現上述作用的呢？其作用機理有以下幾點：
1. 含碳的腐殖質在土壤中產生靜電作用，促進土壤表層的微粒相互吸引形成團粒結構，使土壤的表層具有開放空間，有條件和大氣層進行氣體交換，形成更好的土壤滲透條件。由此形成的土壤結構提高了持水性，能在乾旱季節保護作物。
2. 腐殖質中碳鍵含有的能量是土壤微生物優質的食物能量來源，而土壤微生物能夠產生多種有益效應，帶給土壤和植物健康。同時，任何固定在土壤中的礦物質溶解都伴隨著抗生素的釋放，從而提高植物的抗蟲能力。
3. 腐殖質具有絕緣能力，有助於穩定土壤溫度，降低水分蒸發速率，從而在冷熱變化期間保護作物。
4. 腐殖質也平衡和鈍化植物病原菌釋放的特定土壤酶類，減少植物病原菌對植物的侵害。
5. 腐殖質可以緩衝土壤PH值，使土壤酸性減弱或鹼性減弱。結果是幫助因土壤過酸或過鹼而被固定的微量元素成為被作物利用的營養。
6. 更多的土壤受益還表現在腐殖酸能降解或者鈍化土壤中殘留的除草劑毒素；加入土壤中的腐殖質能吸收過量的鹽分，降低鹽分濃度，使土壤更適合作物生長。
7. 腐殖質可以調節植物養分的持留和釋放。腐殖質存在於土壤中時可以增加土壤的陽離子交換能力（CEC，促進土壤吸附帶正電荷的植物養分（例如NH4+、Mg2+、Ca2+、Na+），減少陽離子養分的流失。土壤CEC還會影響達到最大效力下需要的石灰和除草劑的使用量。
8. 土壤在含有充足腐殖質的條件下，能夠增強植物對氮磷鉀的吸收，減少氮磷鉀的總使用量。
9. 腐殖酸和黃腐酸能夠刺激種子萌發，促進根系生長，提高秧苗生長點的活性。
10. 腐殖質可以調節植物生長內源荷爾蒙的變化，給植物細胞提供自由基，從總體上促進種子萌發、根系發育和植物生長。
11. 腐殖酸和黃腐酸本身不是肥料，但是能夠作為肥料的優質載體和有效激活劑。演示試驗表明，使用含腐殖酸或黃腐酸的葉面肥和將類似肥料使用於土壤相比，有效性可以提高100%至500%。
如何將腐殖質使用於土壤
合理農耕操作效應最大化
據估算，美國中西部地區土壤從自然狀態轉變成農耕狀態的過程中，大部分已經損失30%至50%的土壤原始有機碳。通過合理的農耕操作可以維持或提高土壤有機質含量，而不同的耕作方式則會極大影響土壤中碳的損失量。耕作程度越高越密集，土壤中以二氧化碳形式損失的碳就越多。例如，據估算條狀耕作下碳的損失量只有傳統犁板耕作下的18%。
採用輪作方式包括種植覆蓋植物、多年生牧草、豆類等作物，能對土壤中碳元素的含量和土壤生物多樣性有積極作用，特別是前述這些作為綠肥被犁入或者混合進土壤的時候。
引進商品化產品
目前市面上有很多農用腐殖酸和黃腐酸產品，具有固體顆粒，水劑和粉劑等形態。其原料通常來源於腐殖酸鹽、氧化褐煤和風化褐煤。然而，研究表明，不同產品的效果根據礦源的不同和生產工藝的區別在有效性上有差異。目前，一般認為風化褐煤是生產腐殖質產品較好的礦源之一。接下來，更多的研究極需聚焦於改善方法，精準可靠地量化腐殖酸原料和產品。
故事始於碳，終於碳
儘管文獻中討論的較少，但是碳依然是作物生長所需物質中僅次於水的元素。如果土壤中的碳缺乏，即使增加肥料和農藥的使用量，作物產量也將遭受考驗。從長期看，土壤健康可以通過合理的耕作方式、土壤管理、作物管理和添加能夠自然產生腐殖質的有機質實現。從短期的解決方案看，在土壤中使用腐殖酸和黃腐酸能促進土壤和微生物的生長增殖。對於已經存在於田裡的作物，即時改善方案，在作物特定的生長時期葉噴含碳液體肥料，可以精準調控作物產量和品質。
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