【专家视角】山东农业大学刘之广团队JHM｜腐植酸通过光-暗协同作用加速控释肥残膜降解

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（来源：生态修复网）

文章信息

第一作者：张梓鑫 博士研究生

通讯作者：刘之广 教授，陈琪 实验师

通讯单位：山东农业大学

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.140260

亮点

• 田间应用：控释肥和腐植酸的共同应用显著提高作物产量。

• 光机制：HA经光激发积累ROS，通过亲电反应攻击聚氨酯碳主链。

• 暗机制：HA诱导残膜C−H键断裂，结合亲电反应进一步加速降解。

• 降解效率：由HA的酚羟基与羧基官能团丰度和H/O相对含量决定。

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图文摘要

近日，山东农业大学刘之广教授团队在Journal of Hazardous Materials上发表了题为“Humic acid accelerates polyurethane microplastic degradation via light-dark synergy, shortening degradation cycle over one-third”的研究论文，研究发现：控释肥料与腐植酸（HA）的联合使用不仅提高作物产量12.3%-22.4%，还加速了控释肥料源聚氨酯的降解速度34.3%-43.9%；黑暗条件下，HA诱导聚氨酯大分子中C-H键的断裂和异构化促进自由基的形成；光照条件下，HA分子中的酚羟基和羧基通过光激发介导活性氧物质的生成，引发聚氨酯碳骨架的氧化断裂。这项研究为解决农田长期施用缓控释肥料带来的聚氨酯微塑料残留问题提供了新思路。

研究进展

图1 田间试验连续两年的玉米产量（A）、玉米收获后土壤中CRF-RC的照片（B）、CRF-RC的SEM（C）和EDS（D）扫描图。

团队在田间试验中发现腐植酸不仅能促进作物增产，还会与控释肥的残膜发生相互作用。与单施控释尿素（CU）相比，控释尿素配施腐植酸（CUH）显著提高了玉米产量。在氮磷钾施用量一致的条件下，添加腐植酸的处理组（CUH1、CUH2、CUH3）两年平均产量较CU增加12.3%-22.4%，且增幅随腐植酸用量的增加呈显著上升趋势。施肥65天后，腐植酸添加处理（CUH）显著改变了控释肥残膜的外观形貌。未添加腐植酸的控释肥残膜保持完整空心囊状结构，表面分布均匀孔洞及浅表褶皱；相比之下，腐植酸添加组控释肥残膜囊壁发生破裂，出现深度裂痕和锐角断口，且内部可见大面积棕褐色斑块。此外，腐植酸的加入使控释肥残膜表面的碳元素含量由69.3%降低到44.2%，氧元素含量从29.5%增加到40.4%。

图2 腐植酸在光照、黑暗环境中对RPU的降解机理（A）。腐植酸的各项理化性质与其降解性能之间的相关性以及两种腐植酸的分子结构模型（B）。图中黄色线和蓝色线分别代表正相关和负相关关系，线条粗细代表变量之间关系的大小。关系的标准化路径系数用箭头表示（* p < 0.05, ** p < 0.01, ** p < 0.001）。

在腐植酸（HA）作用下，PuM的降解通过光/暗双重机制实现：黑暗条件下，HA通过引发PuM分子中C-H键的断裂或异构化生成自由基位点，并间接产生活性氧（ROS，如•OH、•O₂⁻和¹O₂），ROS进一步促使C-O键断裂或重排，或通过亲核/亲电反应改变-CH₂-结构，中间体经电子转移转化为-OH/OOH；结构方程模型（SEM）表明，C=O/C-O-H、表面-OH及ROS与降解率显著正相关，而C-C键和晶格羟基（lattice-OH）虽抑制降解，但HA可削弱其负面影响并增强表面-OH的促进作用。光照条件下，HA的酚羟基、羧基等官能团吸光后引发电子跃迁，累积了大量•OH、•O₂⁻、¹O₂，ROS（如•OH）作为亲电试剂攻击PuM碳骨架生成CO₂•-，破坏C-H和C-O键；SEM显示ROS对降解率呈强正相关，C-C键呈负相关，而HA通过促进ROS生成提升降解效率。腐植酸（HA）结构中酚羟基与羧基的含量、氧元素和氢元素的占比，是其能够有效促进聚氨酯微塑料（PuM）降解的关键特征。

研究基于一级动力学方程，解析了PuM降解的动态归趋过程。在单次施入条件下，PuM半衰期为117.8天，降解至90%投入量需耗时393天。HA显著加速了PuM的降解进程，OHA（常规腐植酸）和AHA（活性腐植酸）分别将PuM的半衰期由117.8天降低到了77.2天和66.1天；降解至初始投入量的90%时OHA和AHA所需时间分别为258天和221天，较对照组CK的半衰期和降解周期缩短了34.3%~43.8%。

致谢

研究在山东农业大学张民教授的悉心指导下进行，获得国家重点研发计划项目（2023YFD1500505）、山东省自然科学基金ZR2023MD035）和中国科学院技术支撑人才计划（2023-134）项目的资助。

作者介绍

刘之广，土壤学博士，山东农业大学 教授，博士生导师，全国肥料和土壤调理剂标准化技术委员会委员。主持国家自然青年基金、国家重点研发计划子课题、山东省重点研发计划等省部级以上课题8项，横向课题4项。研发出缓控释肥料膜材多元改性技术，明确了长期施用缓控释肥料的作物增产增效机制。以第一或通讯作者于Environmental Science & Technology、Water Research、Chemical Engineering Journal、Field Crops Research、Soil & Tillage Research、土壤学报、植物营养与肥料学报等期刊发表科研论文55篇，授权发明专利34件，主持制定山东省农业主推技术1项。

通讯邮箱：liuzhiguang8235126@126.com

陈琪，农业资源与环境博士，山东农业大学 实验师。主持国家重点研发计划子课题、山东省自然科学基金青年项目等省部级以上课题2项。创新了促生型和改土型功能型缓控释肥，明确了长期施用缓控释肥的作物增产增效机理。以第一作者或通讯作者在Field Crops Research、Soil & Tillage Research、Agricultural water management、Agriculture, Ecosystems and Environment、土壤学报等期刊发表科研论文16篇，授权发明专利6件。

通讯邮箱：chenqi2016@sdau.edu.cn

文章来源：生态环境科学

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