腐植酸是动、植物残体在微生物的作用下，先分解为比较简单的有机化合物，然后再经缩合作用而形成的一种无定型、高分子化合物，大量存在于河、湖、海沉积物以及土壤、风化煤、褐煤、泥炭中。天然水体中有机物的主要成分之一就是腐植酸类物质，占水中总有机物的50%～90%。大多数淡水中腐植酸的含量为1～12 mg/L。此外，工业造纸废液、酒精废液中也含有一定量的腐植酸。腐植酸以其特有的理化和生物学特性而受到广泛的研究与应用。但有关腐植酸的概念内涵，环境行为学特征，及其与微生物在环境中的交互作用等问题尚缺乏系统明确的论述。
腐植酸的概念
目前，各种文献和产品中提到的腐植酸概念都不一致，不仅不同的文章所指的概念不同，甚至同一篇文章中腐植酸的内涵都不同。从化学结构分析，腐植酸类物质是含酚羟基、羧基、醇羟基等多种官能团的大分子芳香化合物，主要元素为C、H、O、N和S。一般意义的腐植酸是广义的概念，其内涵等同于腐殖质，内容包括具有木质纤维结构的植物残体、腐生的真菌和细菌等微生物代谢产物、不同程度腐化和聚合的有机质。国外文献报道的humic acid涵盖了具有高分子结构的木质素分解聚合物和多糖、多肽、脂肪酸等有机物。从狭义的概念来讲，根据其溶解性的不同，可将腐植酸类物质细分为胡敏酸、富里酸和胡敏素三类。其中，溶于碱的部分称为胡敏酸(黑腐酸)，溶于酒精或丙酮的部分呈棕色胡敏酸(吉马多美朗酸)，只溶于水的部分呈草黄色，为富里酸(黄腐酸)。对于腐植酸的化学结构仍然存在争论，一种观点认为芳香族结构的物质占主导地位，另一种观点则认为脂肪族结构的物质占主导地位。引起争议的原因是多方面的，比如腐植酸的来源、提取方法、纯化和分析方法等众多的因素。如有人从3种有机物料草炭、褐煤、风化煤中提取腐植酸，对其组成和性质进行测定的结果表明，褐煤胡敏酸氧化度和芳香度最高，其次为风化煤胡敏酸，最后是草炭胡敏酸；风化煤富里酸的氧化度和芳香度最高，其次为褐煤富里酸和草炭富里酸。回收率以风化煤胡敏酸最高，依次为褐煤胡敏酸、草炭胡敏酸。比较准确全面的概念应该是：腐植酸是一类多相不均一结构的高分子物质集合体。
由于腐植酸结构的复杂性，目前对腐植酸的降解特性仍然存在争议。Sudha Goel等的研究表明，腐植酸中仅有少部分是可生物降解的，大部分具有生物抑制基团。但黄廷林等的进一步研究指出，腐植酸具有一定的可生物降解能力，只因受到生物反应器的各种因素的影响，其速度一般较慢。
腐植酸的环境行为优势
从风化煤、褐煤、泥炭中提取的天然腐植酸，具有原料丰富、价格低廉、环境友好的性质，因此受到了研究和应用者的青睐。
腐植酸具有弱酸性、亲水性、阳离子交换性、络合能力及较高的吸附能力等，腐植酸所具有的这些高分子特性在环境技术中得到了极大的关注和应用。作为防垢缓蚀剂和杀菌剂的腐植酸产品在工业水处理上已经得到开发利用，并且取得了较好的效果。目前，国内外冷却水系统中常用的水处理缓蚀剂大多采用磷酸盐系列(简称磷系)产品。由于磷的排放将引起周围水域的富营养化，因此，开发低磷或无磷绿色水处理剂已成为当今水处理剂研究的主要方向。腐植酸钠由于分子中含有羟基、羧基等活性基团，这些基团带有较多的负电荷，可以向金属离子的外层轨道提供电子，或使金属表面覆盖的Fe3O4，SiO2和CaCO3与腐植酸钠络合，而在金属表面形成稳定致密的化学吸附保护膜——电中性绝缘层，从而使金属表面与腐蚀介质隔开，减缓了金属表面的化学腐蚀，表现出良好的阻垢、溶垢和缓蚀性能，因此腐植酸类水处理剂成为开发绿色水处理剂的一个新方向。由于腐植酸钻井液添加剂产品具有降滤失、降粘、防塌功能，且具有较好的耐盐和耐高温能力，因而在油田上得到广泛应用。
腐植酸由于具有大的比表面积，所以可以吸附大量的固体和气体物质，在工业、农业生产中都表现了良好的应用前景。在磷铵生产中加入腐植酸钠可以减少氨逸出，从而降低料浆法磷酸二铵的生产成本。腐植酸作为高效、低成本超滤技术的表面活性剂可以降低生产成本，近几年受到了国外研究者的关注。石油污染土壤修复的研究结果认为，腐植酸具有强大的有机物增溶作用，柴油的解吸量随腐植酸钠的浓度增大呈线性增加关系，腐植酸在油污染土壤中的应用减小了表面活性剂的用量，从而降低了对环境的污染。风化褐煤中腐植酸作为保水剂的主要原料，可以使保水剂产品成本降低10%左右。
腐植酸对重金属的吸附虽然取得了比较一致的认同，但对不同金属离子的作用特性的认识还存在一定的异议。一些研究者对污灌土壤中重金属的研究结果认为，腐植酸可以改变土壤对重金属离子各形态的吸持能力，使具有直接毒性的重金属可溶态急剧减少，同时使重金属氧化物结合态、碳酸盐结合态及有机结合态增加，降低重金属在土壤中的流动性、活性和生物可利用性。而其他室内的研究结果则认为，腐植酸对Cu和Zn在萃取剂中的溶解有促进作用，而对Pb和Cd有阻碍作用，所以可以提高Cu和Zn的化学萃取修复的效率。定量化的研究表明，腐植酸对土壤中各形态Cd含量的影响是：随其投人比的加大，可溶态Cd下降，有机态Cd上升，铁铝（锰）氧化态Cd与有机态Cd雷同，以可溶态Cd和有机态Cd与之的相关性最明显。
腐植酸类物质可用于处理工业重金属废水。用作吸附剂的腐植酸类物质有两大类，一类是天然的富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤、塘(沟)泥等，价格低廉，对于重金属废水的吸附处理具有一定实用价值，尤其是关于褐煤腐植酸对电镀重金属废水治理的应用研究已有报道；另一类是把富含腐植酸的物质做成腐植酸系列树脂，其在处理电镀工业废水方面已有成功经验和设备，如应用腐植酸树脂处理镀镉钝化废水、镀铬废水、镀镍废水等。中国科学院山西煤炭化学研究所采用具有自身创新特色的分段化学降解法，从各种煤炭如褐煤、泥炭和风化煤中提取水溶性煤炭腐植酸(简称煤基酸，学名黄腐酸)，并对水溶煤基酸的组成、性质和结构特征进行研究，说明煤基酸作为农药增效剂在各种农用产品使用中都取得了很好的效果。
虽然腐植酸（腐殖质）作为植物生长调节剂、饲料添加剂和有机肥料等生物活性物质已有大量的报道，但这些报道仅仅停留在作用结果的阐述上，对其中的功效成分和作用机理描述得并不十分清楚，有待于进一步深入的研究。
活性腐植酸的环境修复功能
活性腐植酸与腐植酸既有联系又有区别，笔者就自己的研究领域对活性腐植酸有一些理解。本文所指活性腐植酸包括生物活性腐植酸(BFA)和改性腐植酸。生物活性腐植酸是由作物秸秆、木屑、蔗渣等农业废弃物通过化学或微生物发酵方法制取。其主要成分为腐植酸中最具活性的黄腐酸。研究表明，BFA还含有多种氨基酸和有益微生物种群，是一种混合物，其缩合程度和碳含量较低，分子量较小，活性基团较多，具有色泽较浅、水溶性较好、生物活性较高及易于被动、植物组织吸收等特点。但必须表明，发酵腐植酸是可以纯化的。生物活性腐植酸的环境行为学既包括了腐植酸和微生物的理化和生物学特性，同时又表现出了二者独立不具备的特殊性。
自20世纪20年代以来，随着工农业的发展，由于工业废弃物的排放和农用化学品的不合理使用而产生的环境污染问题也随之出现。在许多发展中国家和发达国家都面临着土壤和水体污染严重阻碍生态环境和农业生产的问题。因此环境修复问题成为近年来的研究热点，腐植酸以其特有的高分子环境特性而受到了该领域研究者的关注。
腐植酸在油田钻井中的应用研究结果表明，改性腐植酸不论在淡水泥浆中还是饱和盐水泥浆中的稀释效果都比铁铬木质素磺酸和磺甲基褐煤要好，在聚合物泥浆中改性腐植酸也有很好的稀释效果。最近，国外对引起水体富营养化的藻青菌的腐植酸修复初步研究结果认为，当水体中铁离子和腐植酸的浓度超过一定的阈值(铁离子10-7～10-8 M，HA>0.1 mg/CL)时，就可延迟或减少藻青菌的生长，在一定程度上缓解了富营养化对水体造成的污染。
近年来，活性腐植酸在水体环境中得到了广泛的应用。作为饲料添加剂，腐植酸可以激活多酚氧化酶、过氧化物酶、抗坏血酸酶，促进细胞吸收及代谢，增强动物的免疫功能，提高抗病力。利用蔗糖厂废渣生产出的生物活性腐植酸，可以净化水质、改善水产养殖的水环境、促进水体健康及微生态体系的建立，通过络合作用降低水中氨氮和亚硝酸盐含量，有助于绿藻和蓝藻生长，增加水中溶氧量，为对虾的生长创造良好的环境，提高对虾产量、降低饵料系数、并能提高养殖主体的免疫力，提高经济效益。活性腐植酸在改善环境的同时，提高了机体内在的免疫力。生物活性腐植酸中的核酸、氨基酸、维生素、肌醇、多糖等可直接参与机体新陈代谢，特别是其中所含的核酸可提高细胞生命活力，修复生物膜。生物活性腐植酸能使饲料中各种大分子营养物质充分转化成小分子营养物质，同时提高动物细胞膜的通透性，从而促进营养物质的吸收，改善畜禽生产性能。生物活性腐植酸含有醌基，参与机体的氧化还原反应，保持旺盛的新陈代谢，促进细胞分裂增殖。生物活性腐植酸作用于动、植物神经系统，能直接兴奋M样和N样胆碱受体，具有M样作用，抑制交感神经兴奋，使心脏跳动减慢，胃肠活动增强，消化液分泌增多，体温降低，消耗减少，畜禽处于安静状态，睡眠时间延长，各器官系统(特别是消化吸收系统)的功能及时恢复，从而提高饲料的利用率。生物活性腐植酸由多种微生物菌株发酵而成，其中含有多种活性酶类，可有效促进畜禽消化代谢，改善饲料报酬。
活性腐植酸在土壤中的修复行为与微生物的作用密不可分，但目前的研究相对比较孤立。土壤微生物及其代谢产物都能吸附和转化重金属。微生物对重金属的生物积累机理主要表现在胞外络合作用、胞外沉淀作用以及胞内积累3种形式。微生物可通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子，或通过摄取必要的营养元素主动吸收重金属离子，将重金属离子富集在细胞表面或内部。Beveridge认为，重金属首先被吸附于细菌表面的活性位点上，这个过程符合化学计量规律，并且形成一个重金属的“核”，重金属不断在“核”周围累积，直到填满核周围的空隙为止。微生物能氧化土壤中多种重金属元素，某些自养细菌如硫-铁杆菌类(Thiobacillus ferrobacillus)能氧化As3+、Cu2+、Mo4+和Fe2+等，假单胞杆菌(Pseudomonas)能使As3+、Fe2+和Mn2+等发生氧化，微生物的氧化作用能使这些重金属元素的活性降低。硫还原细菌可通过两种途径将硫酸盐还原成硫化物，一种是在呼吸过程中硫酸盐作为电子受体被还原，另一种是在同化过程中利用硫酸盐合成氨基酸，如胱氨酸和蛋氨酸，再通过脱硫作用使S2-分泌于体外。S2-可以和重金属Cd2+形成沉淀，降低Cd2+的可溶性和环境毒性。可溶的汞(Hg2+)在环境中可以被好氧细菌还原为可挥发的Hg，并释放到空气中，可使用汞还原菌促使汞(Hg2+)还原和挥发，以达到对汞污染土壤生物修复的目的。就Cr元素而言，Cr6+毒性和水溶性都很强，Cr3+毒性和水溶性都低，在土壤中移动性差。所以通过还原作用可以使Cr的生态毒性及在土壤中的移动性降低，达到污染治理的目的。青霉菌能还原Cr6+为Cr3+，其还原是非诱导性的，但在Hg2+、Cu2+、Co2+、Cd2+和Ni2+离子的存在下，对Cr6+还原有明显的抑制作用。在土壤中分布有多种可以使铬酸盐和重铬酸盐还原的细菌，如产碱菌属(Az-caligenes)、芽孢杆菌属、棒杆菌属(Corynebacteri-izm)、肠杆菌属、假单胞菌属和微球菌属(Microco-Cl,S)等，这些菌能将高毒性的Cr6+还原为低毒性的Cr3+。因此，如何将腐植酸与微生物结合达到更好的环境修复功效，还需要进一步研究。
利用糖厂酒精废液生产的生物活性腐植酸液，不仅解决了酒精厂废液处理问题，降低了生产成本，而且生产出的活性腐植酸具备了肥料、农药和激素的多重性能，可以直接作为农作物种子发芽、生根的促进剂使用，也可以进一步加工后作为环保型的水产药、农用微量元素肥料、蔬菜液肥、水体液肥、果树液肥使用。
目前，活性腐植酸在农业可持续发展和环境治理方面的研究和应用都取得了很大的进展。活性腐植酸不仅可以达到农业增产增收的效果，而且可以有效地利用工业生产的废弃物，从而净化环境。
活性腐植酸的开发和应用前景
目前，活性腐植酸作为绿色无污染的生物制品的开发和应用范围还比较窄，主要应用于农业生产领域，与环境净化领域的结合研究刚刚起步。因为，环境污染生物修复的研究还是一门十分年轻的学科，研究的深度和广度与国外还存在一定的差距。工业生产产生大量的有机废弃物未被人们重视而变成了污染源；在大量的工业废渣、废水中可以回收数量极为可观的活性腐植酸，如造纸废液含有大量的木质纤维素，经过特定微生物的发酵可以提取大量的活性腐植酸。目前，利用糖厂酒精废液生产活性腐植酸的技术已经在活性腐植酸应用于环境净化方面迈出了开拓性的一步
