木质素于农林业领域的综合利用_廖艳芳

Abstract: The recent application of lignin in agriculture and forestry was reviewed，and the application in fertilizer， pesticide，feed，plant growth regulator，liquid plastic film，soil improvement agent and antiseptic were introduced indetail． The problems concerned in agriculture and forestry were analyzed，meanwhile，outlook of the application was summarized．
身因具有较强的 缓 释 特 性，可 做 为 控 释 材 料 用 于 研 制 各 种 缓 释 肥。木质素本身因生物降解迟缓和其结构特性可被用作肥料的 控释载体( 基质) ，相对承载力为 70% ，缓释效果好且廉价易得， 可用于承载维 生 素、微 量 矿 物 质 和 其 他 微 量 组 分［8］。目 前 在 有 机类基 质 中，木 质 素 的 最 大 累 积 释 放 率 ( k) 、释 放 拐 点 速 率 ( kb /4) 及释放拐点出现时间( lna / b) 都比较适宜，与风化煤、淀 粉、氧化淀粉、交联 淀 粉 等 基 质 相 比 无 论 是 混 合 均 匀 度、下 落 分 级状况及振动分级状况都较佳。
3 饲料添加剂
木质素中含碳约 60% ，含有少量粗蛋白、粗脂肪和丰富的微 量元素如 Ca、Zn、Fe、Mn 等动物代谢必须的营养元素［19］，是可食 用的纤维。已有报 道 在 动 物 实 验 中 发 现，于 蛋 鸡 饲 料 中 添 加 木 质素 1% 即可使产蛋量提高 20． 9% ，此外，牛饲料中加入硫酸盐 木质素后可使牛在青春生长期的增重率得到提高。木质素也可 作为其他饲料添 加 剂 如 氯 化 胆 碱 的 稳 定 剂 和 载 体，可 以 有 效 减 低氯化胆碱的吸水速率、防止吸湿返潮状况，同时可以保持饲料 中所含维生素，减 少 贮 藏 中 维 生 素 的 损 失。工 业 上 可 得 到 的 木 质素中性能最接 近 天 然 木 质 素 的 是 高 纯 度 的 碱 木 素，碱 木 素 的 产品可用于治疗包括反刍动物和单胃动物的肠胃失调［20］，另外 碱木素也是抗生素的天然替代品。
关键词: 木质素; 农业; 林业; 综述
Application of Lignin in Agriculture and Forestry*
LIAO Yan － fang，YU Hui － qun，ZHOU Hai，WEI Zhi － ming，MO You － bin ( Guangxi Reserch Institute of Chemical Industry，Guangxi Nanning 530001，China)
木质素结构中有 众 多 的 活 性 基 团，可 在 不 发 生 化 学 反 应 情 况下，与农药分子产生多种次级键结合，从而对很多杀虫剂表现 出吸附作用［14］，Riggle 等人研究了碱性木质素对 2 种杀虫剂的 吸附作用，木质 素 吸 附“草 不 绿 ”是 通 过 氢 键 的 形 式 进 行，而 对 “杀虫除螨剂”则是通过其芳香胺基与木质素的羧基和酚基形成
1． 4 控释肥
近年来，以木质素 为 原 料 通 过 化 学 改 性 和 物 理 包 膜 二 种 方 法制得控释肥，可使肥效缓慢释放，肥效增长［6］。
物理包膜法以木 质 素 包 膜 尿 素 法 为 例，利 用 木 质 素 和 各 种 松香的混合物对 颗 粒 尿 素 进 行 包 膜 处 理，再 用 亚 麻 籽 油 做 密 封 剂，使其控释能力大大加强［7］，能控制氮溶出速度以减少氮素淋 溶损失和反硝化 损 失，可 保 持 养 分 的 持 续、均 衡 供 给，提 高 氮 肥
2． 2 农药添加剂
木质素磺酸盐是具有苯丙烷基( C3 ～ C6 ) 疏水骨架和以磺 酸基为主要亲水基团的高分子化合物，具有一定的润湿、分散和 降低表面张力特性，是一种廉价的阴离子型高分子表面活性剂， 不同工艺制得的木质素磺酸盐因结构和分子量的不同而分为不 同种类，可作为分散剂添加到农药中［12］。如采用原位聚合法将 木质素磺酸 钠 作 为 分 散 剂 制 备 二 甲 戊 乐 灵 微 胶 囊，包 封 率 达 94% 以上［13］。
离子键，通过离子 交 换 的 机 理，使 碱 木 质 素 吸 附 杀 虫 除 螨 剂，且 药物的解析速度也很快。Zuman 等［15］研究了 2 种 1，2，4 － 三嗪 类杀虫剂在木质素上的吸附，结果表明木质素对其吸附强烈，能 与三嗪和氯的衍生物反应制备低毒农药制剂。
此外木质素还有很强的吸收紫外线的性能［16］，能对光敏、氧 敏的农药起稳定作用［17］，干燥粉碎的碱木质素还可与农药混匀、 造粒，有效防止重金属使农药失效，有报道称该法田间试验效果 理想［18］。
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广州化工
Байду номын сангаас
2011 年 39 卷第 6 期
木质素于农林业领域的综合利用*
廖艳芳，余慧群，周 海，韦志明，莫友彬
( 广西化工研究院，广西 南宁 530001)
摘 要: 综述了木质素在农业和林业中的应用现状，详细介绍木质素在肥料，农药，饲料，植物生长调节剂，液体地膜，土壤改良
剂，杀菌防腐剂等方面的应用概况，同时分析了木质素在农林业应用方面存在的问题，探讨了木质素的应用前景。
1肥料
1． 1 氮肥及磷肥改性剂
木质素是可被微 生 物 降 解 的 天 然 高 分 子 物 质，分 子 中 的 多 种活性基团可进 行 改 性 固 氮，从 而 得 到 含 氨 木 质 素 和 氨 化 木 质 素，作为农业氮肥比硝酸铵肥更有效，有着用量少，消化慢，泄露 少的优点。
以碱性木质素与磷酸二氨等为原料制得的木质素增效磷肥 能减少土壤组分 对 磷 酸 根 的 化 学 沉 淀 和 固 定 作 用，使 其 利 用 率 比普通磷 肥 提 高 了 10% ～ 20% ，土 地 出 产 量 也 比 普 通 磷 肥
1． 5 改土肥
木质素被应用在农肥上总体而言是一种良好的粘合剂和改 良剂。Flaig 等人认为木质素在土壤中降解时，甲氧基含量减少 而酚羟基的含量逐渐增加，并能与氨基酸或肽缩合生成腐殖酸。 将含有大量木质 素 的 秸 秆 还 田 是 生 成 腐 殖 酸 最 有 效 的 途 径，秸 秆还田有以下方法: 秸秆堆沤快速腐熟还田，是采用生物菌剂将 秸秆制成优质生 物 有 机 肥 还 田 的 高 效 快 速 方 法，不 受 季 节 和 地 点的限制，能大 规 模 高 效 率 生 产 有 机 肥 料。秸 秆 机 械 化 切 碎 还 田可增加土壤养分，不同程度的增加微量元素的含量，改善土壤 结构，使土壤孔隙度增加，土壤容量降低，提高粮食产量和品质， 增长幅度都在 10% 以上。秸秆发酵生产沼气的残留物还田后属 于优质肥料，可 改 良 土 壤 的 物 理 性 状。秸 秆 和 各 种 木 质 素 来 源 如麦草、稻壳、木屑 等 还 田 还 可 作 为 蚯 蚓 的 饵 料，富 含 腐 殖 质 的 蚓粪是极好的肥 料，蚯 蚓 的 活 动 不 仅 可 改 良 土 壤 和 加 速 分 解 有 机物以保持生 态 平 衡，还 可 降 解 环 境 中 的 污 染 物［9］。木 质 素 用 做改土肥对于治 理 砾 石 含 量 高、持 水 性 低、物 理 性 质 恶 化、有 机 质和养分含量少的贫瘠土地十分有利。
Key words: ligni; agriculture; forestry; review
木质素是构成植 物 骨 架 的 天 然 高 分 子 有 机 化 合 物，是 一 种 数量巨大、廉价易 得、环 境 友 好 可 再 生、唯 一 可 提 供 芳 基 化 合 物 的非石油资源，目 前 全 球 产 量 以 千 亿 吨 计。其 基 本 结 构 单 元 是 苯丙烷，基本结构有三种: 愈创木基丙烷、紫丁香基丙烷和对羟 基丙烷。因其结构中具有相对反应活性大的醚键、共轭双键、芳 香基、酚羟基、羧基、羰基等基团［1］，可进行包括缩聚和接枝反应 在内的多种化学反应，从而得到物理、化学性质差异很大的改性 产物，并能应 用 在 工 业、农 业、林 业、建 筑 业、染 整 业、饲 料 制 造 业、油田化学、高分子材料等多个领域。为应对日趋严重的环境 问题和资源短缺，科研工作者广泛展开了对木质素的研究工作， 近几年来改性木 质 素 的 研 究 与 应 用 越 来 越 引 起 重 视，开 发 运 用 木质素产品以减少污染和代替不可再生资源已被多国提高到战 略高度考虑。由于我国农、林产品产量基数大，近年来一直呈增 长趋势，2009 年增长分别达到 6% 、13． 9% ，但增长带来的环境问 题日益突出，因此，作者就国内外木质素改性后在农林业领域的 应用情况作一概述，并对其潜在的应用前景进行了展望。
2农药
2． 1 农药缓释剂
木质素的网状结构易使杀虫剂、除草剂、灭菌剂等通过物理 或化学方法引入 木 质 素 结 构 中，从 而 起 到 缓 慢 释 放 的 作 用。 目 前干燥粉碎的碱性木质素与农药杀虫双制得的颗粒缓释农药经 过多次田间实验，结 果 表 明 具 有 药 效 高、药 效 期 长、节 省 劳 动 力 和减少农药流失的优点，经济效益显著［10］。该缓释性农药制备 原理: 农药杀虫双与带有羟基的木质素反应，生成带有农药侧链 的木质素，随着木质素的自然降解，侧链上的农药被逐渐释放显 效，从而减少农药用量和残留［11］。有报道称经过碱木质素处理 的敌草隆除草剂的释放速度可得到控制，而牛皮纸木质素与 2，4 － 二氯苯氧乙酰基氯所形成的可控释系统的有效作用期限可达 170 天。
1． 3 螯合微肥
在复混肥中添加的中微量元素往往利用率不高，易受 pH 值 及其他因素影响而失效，针对土壤缺素情况，将中微量元素转为 螯合态可保持其活性并供植物迅速有效地吸收。木质素磺酸盐 相对其他螯合剂具有成本低质量好，无植物毒性，施用安全肥效 高的特点，适宜推广应用。其中含锌、铁的木质素磺酸螯合微肥 的施用已较广泛，木质素铁在花生种植上的应用结果表明，其对 花生开花、结瘤、荚果数、双粒果比例有促进作用，产量也明显提 高。而木质素磺酸铜、木质素磺酸锰的使用范围较小，适量的木 质素磺酸钼、钴、钙也可用于制备微量元素肥料［5］。
4 植物生长调节剂
有关木质素用来制备植物生长调节剂的文献报道和研究都 很少，主要有邻 醌 类 和 类 吲 哚 环 类 植 物 激 素。 邻 醌 类 植 物 激 素 是木质素与硝酸 反 应 后 以 石 灰 乳 中 和 后 再 用 氨 水 中 和 得 到，稀 释后可直接使用，能 促 进 植 物 幼 苗 根 系 生 长，提 高 移 栽 成 活 率， 提高叶面面积和增绿，使水稻提早成熟，对小麦、棉花、茶叶等作 物有增产效果。类吲哚环类植物激素是木质素与大量 6% 的氨 水在一定条件下 反 应 先 得 到 羧 酸 的 铵 盐、低 级 脂 肪 酸 的 酰 胺 和 吲哚环、吡咯 环 等 杂 环 化 合 物，后 缩 合 使 得 吲 哚 环 上 含 氮 量 增 高，得到具有与吲哚环植物激素类似的结构，从而可能实现调节 植物生育、促进生根、调节果实和改善果实品质的功效［21］。
* 基金项目: 广西青年科学基金( No: 0991048) 。 作者简介: 廖艳芳( 1980 － ) ，女，工程师，硕士，研究方向为色谱分析及有机合成。E － mail: ff8015@ 163． com
2011 年 39 卷第 6 期
广州化工
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利用率，减少了氮肥对环境的污染。 化学改性是以碱 性 木 质 素 通 过 氨 解 反 应 得 到 产 物，产 物 本
高［2 － 3］。另有文献报道 氧 化 木 质 素 对 磷 酸 钙 有 促 进 溶 解 的 作 用，为磷肥的改良提供了依据。
1． 2 复合肥
将普通化学肥料磷肥、氮肥、钾肥等粉碎处理后与木质素按 比例配比物理混 合 均 匀，得 到 不 同 养 分 配 比 和 含 量 的 木 质 素 复 合肥料，经盆栽实 验 表 明 木 质 素 复 合 肥 与 同 等 养 分 的 普 通 肥 料 更有利于提高 肥 料 的 利 用 率，实 现 了 节 肥 增 产 效 益［4］。用 化 学 方法以镁离子将 木 质 素 钠 中 的 钠 离 子 置 换 出 来，得 到 的 木 质 素 镁可添加生产出经济效益好的复合肥。