腐植酸在土壤修复中的作用_陈静

土壤是人类赖以生存和发展的物质基础，土 壤质量的好坏直接决定着农产品质量的好坏，也 间接影响着地下水的品质。
目前，我国耕地土壤质量日趋恶化，主要表 现在：土壤有机质含量总体水平降低，土壤养分 失调，水土流失、土壤沙化、酸化、盐渍化等面 积不断扩大，土壤污染尤其是重金属含量超标极
为严重。土壤中的污染物可经由食物链进入人体， 直接危害人体健康。因此，土壤质量至关重要， 关乎人类的发展大计。
腐植酸是一种带有负电荷、呈弱酸性的胶体， 但腐植酸边棱是带正电荷的，土壤中粘土晶体表 面带有负电荷，所以土壤能够吸附腐植酸胶体。 由于大部分金属离子带有正电荷，腐植酸与土壤 胶体结合，能够增强对土壤中重金属的吸附。腐 植酸具有很大的比表面积，约为 2000 m2/g，比粘 土和金属氧化物的比表面积都大。腐殖质与金属 离子的作用有：离子相互作用、疏水作用、电子 供体 - 受体相互作用 [10]，一般碱金属离子和碱土 金属离子与表面带负电荷的有机质形成离子键 。 [11] 腐植酸是土壤有机质的主要成分，呈弱酸性，且 含有多种功能基团，能够与土壤溶液中的重金属 离子发生离子交换反应，降低土壤溶液中重金属 离子的含量 。 [12，13] 3.2 腐植酸对重金属离子的氧化还原作用
1 腐植酸的来源及其结构特点
腐植酸的来源可以分为两类：一类是天然腐 植酸；一类是人工腐植酸。有机物在自然条件下， 经过微生物的分解和转化作用形成的腐植酸统称 为天然腐植酸。天然腐植酸主要包括土壤腐植酸、 水体腐植酸和矿物腐植酸，其中土壤和水体中的 腐植酸主要是有机物经过好氧微生物生物化学分 解作用形成的，而矿物腐植酸主要是厌氧微生物 经几千年到几万年作用下形成的。随着科技的发 展，人工腐植酸产量越来越大。人工腐植酸原料 来源十分广泛，可以农作物秸秆、工业生产的各 种有机废弃物等为原料，经过可调控的微生物发 酵以及物理化学作用而制得。
腐植酸是动植物遗骸，主要是植物遗骸经过 微生物的分解和转化，以及地球化学的一系列过 程形成和积累起来的一类有机物 [1]。腐植酸广泛分 布于土壤中，不仅能为土壤中的植物提供营养，
[基金项目]国家十二五“支撑计划”课题(2012BAC09B03)。 [收稿日期] 2013-11-11 [作者简介]陈静，女，1985年生，中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院在读硕士研究生。主要从事环境工程与环境材料
腐植酸对土壤的改良作用主要包括改良土壤结构、改良盐碱地以及提高土壤肥力等；腐植酸对重金属和有毒有
机污wk.baidu.com物污染土壤的修复作用主要包括腐植酸对重金属和有机物的吸附沉淀作用、氧化还原作用以及腐植酸能
够促进土壤微生物对有机污染物的降解等。最后，讨论了腐植酸在土壤修复中需要进一步加强研究的方面，为
腐植酸在土壤修复中的应用提供重要参考。
腐植酸是一种带有负电的胶体，与土壤结合 后 , 能够增加阳离子的吸附量，起到隔盐、吸盐 作用，抑制盐分上升，降低表土盐分含量。
腐植酸是一种弱酸，能够与土壤中的各种阳 离子结合，生成腐植酸盐，形成腐植酸 - 腐植酸 盐相互转化的缓冲系统，对土壤的酸碱度起到很 好的调节作用。
腐植酸还可与土壤中的碱性物质发生中和 反 应， 降 低 土 壤 的 碱 度。 腐 植 酸 的 盐 基 交 换 量 为 200 ～ 300 cmol/kg， 是 土 壤 中 粘 土 矿 物 的 10 ～ 20 倍，使得土壤溶液中的有害离子能够与腐 植酸发生交换反应，降低土壤盐基含量 [5]。因此， 腐植酸对盐碱地改良具有很好的作用。 2.3 腐植酸提高土壤肥力
humic acid on the toxic organic pollutants contaminated in soil mainly includes adsorption, precipitation, oxidation and
promoting microbial degradation of organic pollutants. Finally, the paper discussed the application of humic acid on soil
heavy metal contaminated soil and the restoration of toxic-organic pollutants contaminated soil in soil improvement
were discussed. Soil improvement of humic acid includes soil structure, saline-alkali and fertility. The restoration of
2 腐植酸对土壤的改良作用
2.1 腐植酸改良土壤结构 腐植酸类物质具有胶体性质，通过絮凝作用
能够与土壤中团聚体、微团聚体形成团粒，降低 土壤容重，增加孔隙度，使土壤具有良好的通透性， 有利于土壤中水、肥、气、热状况的调节，形成 适合植物根系生长发育的良好土壤环境，提高作 物产量 [3]。有研究表明，施用有机肥料、绿肥压青 等能够产生腐植酸物质，可改善土壤结构、增加 作物产量 [4]。 2.2 腐植酸改良盐碱地
restoration and further study of humic acid, that providing important reference for the application of humic acid on soil
restoration.
Key words: humic acid; soil restoration; heavy metal; toxic-organic pollutants
土壤中游离态的腐植酸很少，大部分腐植酸 通过范德华力、氢键、静电吸附等作用形成土壤 有机 - 无机复合体，这种腐植酸有机 - 无机复合 体能够很好地与金属离子发生络合反应。腐植酸
中的羧基、羟基、羰基和氨基等均能与重金属发 生络合、螯合反应，使土壤中水溶态和交换态的 重金属含量降低；腐植酸还能与一些重金属形成 难溶性的盐类，抑制重金属的迁移，使重金属在 土壤中的稳定性增强 [6]。
专题评述
腐植酸
2014 年第 4 期
腐植酸在土壤修复中的作用
陈 静 黄占斌* (中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院 北京 100083)
摘 要：目前，腐植酸对污染土壤的修复作用已经引起了人们的广泛关注。本文在介绍了腐植酸来源及其结构
特点的基础上，论述了腐植酸在土壤改良、重金属污染及有毒有机污染物污染土壤修复等方面的作用。其中，
腐植酸是一类有机高分子弱酸，有碳、氢、氧、 氮、硫等元素组成，以芳香核为中心，具有脂肪 族环状结构，并连有多种功能基：主要有含氧的 酸性功能基，包括芳香族和脂肪族化合物上的羧 基和芳香环上的酚羟基，还有羧基、羰基、醇羟 基、甲氧基、醌基等多种功能基团。腐植酸本身 是一种亲水胶体，是带有负电荷的高分子混合物。 腐植酸的结构组成决定了它具有弱酸性、亲水性、 胶体性、吸附性、离子交换性、络合性、氧化还 原性及生理活性等，能够与许多有机、无机物发 生相互作用 [2]。许多研究表明，腐植酸可以改良土 壤，提高作物产量和品质，在农业应用上有巨大 的潜力。
土 壤 中 的 Ca3(PO4)2 是 一 种 很 难 溶 于 水 的 物 质，在腐植酸存在的条件下，能够形成溶于水的
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磷酸氢盐和磷酸二氢盐，被作物吸收，减少土壤 对可溶性磷的固定，使磷肥能够缓慢释放出来， 提高磷肥利用率。
腐植酸具有活化钾的功能，可使钾肥缓慢分 解，增加钾释放量，促进作物对钾的吸收，提高 钾肥利用率。
随着工业的迅速发展，电镀、采矿、冶金、 化工等过程中会产生大量含镍、铜、钴等重金属 的废水。废水进入江河湖泊，不仅对水体产生污染， 而且用这些污水灌溉农田，会造成农田中重金属 的含量严重超标。有关统计数字显示，截至 20 世 纪末，我国受污染的耕地面积达 2000 多万公顷， 约占耕地总面积的 1/5[9]。根据环保部和国土资源 部 2014 年 4 月联合发布的《全国土壤污染状况调 查公报》，全国土壤中的点位超标率最高的是耕地， 达到 19.4%。其中，南方土壤污染重于北方，西南、 中南地区土壤重金属超标范围较大，镉、汞、砷、 铜、铅、铬、锌、镍 8 种无机污染物点位超标率 分 别 为 7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、 0.9%、4.8%。土壤重金属污染一方面会导致土壤 退化，农作物品质降低，进一步降低农作物产量， 甚至导致绝产；另一方面，土壤中的重金属通过 植物的富集和食物链的作用进入人体，危害人体 健康。 3.1 腐植酸对重金属离子的吸附和稳定化作用
Beijing, 100083)
Abstract: Nowadays, the effect of humic acid on soil restoration has been concerned widely. In this paper, based on
briefly introducing the sources of humic acid and its structural characteristics, the role of humic acid, the restoration of
方面的研究。*通讯作者：黄占斌，男，教授。E-mail：zbhuang2003@163.com。
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腐植酸
专题评述
还能改良土壤结构，提高土壤肥力，改造盐碱地等。 另外，腐植酸特定的组成结构，决定了其在重金 属以及有毒有机污染物污染的土壤修复方面发挥 重要作用。因此，腐植酸改善土壤环境，尤其在 污染土壤修复和改良方面具有广阔的发展前景和 空间。
关键词：腐植酸 土壤修复 重金属 有毒有机污染物
中图分类号：TQ314.1，S156
文献标识码：A
文章编号：1671-9212(2014)04-0030-05
Effect of Humic Acid on Soil Restoration
Chen Jing, Huang Zhanbin*
(School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology-Beijing,
腐植酸可与土壤中难溶性的中微量元素发生 螯合反应，使其从不可利用态变为可利用态，溶 于水，利于作物吸收。
此外，腐植酸分子具有多种活性功能基团， 可增强作物体内过氧化氢酶活性，加快作物生理 代谢，促进植物的生长。因此，腐植酸能够提高 肥料利用率，促进作物生长，增加作物产量。
3 腐植酸对重金属污染土壤的修复作用
土壤对可溶态的重金属离子吸附量很小，即 使有吸附，其稳定性也很差。腐植酸能够改变土 壤中重金属的存在形态，在土壤中加入腐植酸可 以降低可溶态重金属含量，增加碳酸盐结合态、 氧 化 物 结 合 态 的 含 量， 使 有 机 结 合 态 的 Cu2+、 Cd2+、Zn2+、Pb2+ 含 量 降 低， 从 而 降 低 Cu2+、 Cd2+、Zn2+、Pb2+ 等在土壤中的活性、毒性以及 生物可利用性。
腐植酸中的羧基、羰基、醇羟基、酚羟基等 官能团，有较强离子交换和吸附能力，能减少铵 态氮损失，提高氮肥利用率 [6]。研究表明，尿素被 水解成 NH3，NH3 经水合反应成 NH4+。由于腐植 酸巨大的内表面积和较强吸附能力，NH4+ 很快被 腐植酸吸附，并与其发生氨化反应，生成解离度 很低的腐植酸铵盐，既可为作物提供 NH4+，又减 少氨的挥发 [7]。此外，土壤中的腐植酸能够加剧土 壤中微生物活动，尤其能使土壤自生固氮菌的数 量显著增加，生物固氮作用得到加强，土壤中硝 酸盐含量增加，为作物提供丰富的氮素营养。有 研究表明，土壤施用腐植酸能够使土壤碱解氮含 量比对照提高 9.0%，腐植酸和硫酸铁配施使土壤 中有机质、碱解氮含量分别比对照提高 19.6%、 10.5%[8]。