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为探究腐殖化有机物（OM）对土壤健康的作用，研究人员开展相关研究，发现其在多方面意义重大，有助于可持续农业发展。
在广袤的土地之下，土壤犹如一个神秘的生态系统，默默地支撑着地球上的生命。近年来，土壤健康的概念不断拓展，它不再仅仅关乎土壤肥力和可持续的初级生产力，还与水循环控制、土壤碳储存紧密相连。土壤腐殖质（Soil Humus）作为土壤的重要组成部分，虽然在农业土壤中的含量仅为 1 - 5%，却在土壤的化学、生物学和物理肥力，以及农作物的生产力和品质方面发挥着关键作用。然而，由于其分子结构复杂，人们对它的了解长期以来十分有限，这也限制了对土壤的有效管理。为了深入揭开土壤腐殖质的神秘面纱，探寻其在土壤健康中的关键作用，来自那不勒斯费德里科二世大学（Dipartimento di Agraria, Università di Napoli Federico II）和巴西利卡塔大学（Dipartimento di Scienze Agrarie, Forestali, Alimentari e Ambientali (DAFE), Università della Basilicata）的研究人员 Alessandro Piccolo 和 Marios Drosos 展开了一系列研究。他们的研究成果发表在《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》上，为我们理解土壤腐殖质、推动可持续农业发展提供了重要依据。
研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。在探究腐殖质分子结构时，采用了高压尺寸排阻色谱法（HPSEC），通过观察腐殖质在不同条件下分子尺寸的变化，来推断其结构特征。在分析腐殖质的分子组成方面，运用了 humeomics 技术，该技术先对腐殖质进行温和化学分级，再通过质谱对分离出的分子进行鉴定 。此外，还利用核磁共振光谱（NMR spectroscopy）、热化学解聚 - 气相色谱 / 质谱联用（thermochemolytic pyrolysis coupled to gas chromatography/mass spectrometry）等技术，对腐殖质的结构和成分进行深入研究。
研究结果主要体现在以下几个方面：
- 腐殖质的起源和分子组成：传统观点认为土壤 OM 由小部分可识别生物分子结构的非腐殖物质和大部分通过微生物从头合成的交联大分子聚合物组成，但这一观点无法解释一些实验现象。通过 HPSEC 实验发现，腐殖质在单羧酸或二羧酸存在时，分子尺寸会发生变化，这表明腐殖质是由许多小的异质两亲分子通过弱相互作用和氢键自缔合形成的超分子结构。基于此，提出了 “Humeome” 的概念，将土壤中各类有机分子视为一个整体。
- 腐殖化的意义：腐殖化是一个复杂且定义模糊的概念。超分子理论认为，腐殖化是有机化合物在土壤水溶液中自发缔合形成疏水和两亲区域，然后被排到土壤颗粒表面的热力学过程。在这个过程中，疏水性化合物在土壤颗粒表面积累，形成稳定的有机 - 矿物复合物，同时保护生物分子不被微生物降解。
- 腐殖质对土壤物理特性的影响：腐殖质是土壤团聚过程的重要参与者，从纳米和微米尺度的有机 - 矿物复合物形成，到宏观团聚体的稳定，都离不开它的作用。研究表明，土壤物理稳定性主要由腐殖质的疏水成分维持，增加土壤腐殖质的疏水性可以提高土壤的长期物理肥力。此外，腐殖化有机物还能有效减少土壤表面侵蚀，通过田间实验和模拟降雨实验发现，添加成熟的腐殖化堆肥或高疏水性的腐殖酸能显著改善土壤结构稳定性，减少土壤流失。
- 腐殖质对植物生长的影响：腐殖质对植物生长具有多方面的促进作用。它能增加土壤中养分的有效性，例如通过稳定土壤结构，促进有机物质的生物矿化，使氮、磷、硫等养分更易被植物吸收；还能溶解土壤矿物上固定的磷酸盐，提高磷的利用率。此外，腐殖质还能刺激植物的生化和生理过程，影响植物激素的调节，促进根系生长和植物新陈代谢。研究发现，不同来源的腐殖质对植物生长的影响不同，其生物活性与分子组成和构象稳定性密切相关。
- 腐殖质对土壤微生物学特性的影响：腐殖质与土壤微生物群落之间存在着复杂的相互作用。腐殖质影响根际分泌物的组成，进而选择特定的微生物群落，影响腐殖质 - 根 - 微生物群落的三相相互作用。同时，土壤微生物群落负责腐殖质的转化和养分的矿化，而腐殖质的分子组成也会影响土壤微生物群落的增殖和生物活性。例如，不同成熟度的堆肥添加到土壤中，会对土壤微生物群落和植物生长产生不同的影响。
- 腐殖质在不同农业模式中的应用：在传统农业中，腐殖质作为植物生物刺激剂，常与微生物生物效应剂结合使用，以减少工业农用化学品的使用。有机农业通过限制但不消除工业农用化学品的使用，结合作物轮作和土壤改良，维持了可接受的产量，并减少了温室气体排放。而生物动力农业则更进一步，农民利用自然生物技术将绿色生物质或粪便转化为腐殖化物质，这些物质显著改善了土壤健康和农产品质量。其中，最著名的生物动力制剂 “horn - manure”（制剂 500），是一种高度腐殖化的产品，能有效促进土壤微生物过程和土壤有机质的腐殖化。
研究结论表明，腐殖质在维持土壤健康和支持农业初级生产质量方面具有核心作用。近年来，新的超分子范式和先进的化学 - 物理仪器使人们对腐殖质的结构和作用机制有了更深入的了解，这有助于更准确地定义腐殖化过程。同时，研究还发现，农业生物质的好氧绿色堆肥是一种可再生且低成本的可提取腐殖质来源，可作为生物刺激剂应用于传统农业，与微生物生物效应剂结合使用，能增加土壤根际活性和植物对养分的吸收。腐殖化堆肥也是有机或生物农业的重要组成部分，有助于减少工业农用化学品的使用和土壤有机质的降解。生物动力农业中厌氧腐殖化的 “horn - manure” 能有效刺激根际土壤微生物群落和植物生长，其他生物转化制剂则能增强好氧堆肥的腐殖化，提高土壤的整体健康和肥力。尽管人们对腐殖质的作用有了更深入的认识，但腐殖质 - 土壤 - 植物 - 微生物群落系统的复杂性仍需要进一步的化学和生物学研究，以揭示其生理和生化机制，为可持续作物生产和保护土壤健康提供更坚实的技术支持。
