农户在种植作物过程中会使用大量化肥，但是农户对尿素等部分肥料的使用效率却非常低。在施用这些肥料时，高达 50% 的氮会通过氨的挥发和硝酸盐的浸出而损失到水道中。
为了解决尿素等部分肥料使用效率低的问题，农户开始使用一种腐殖质，这种物质是由一类被称为生物刺激素的有机化合物组成。生物刺激素，可以有效提高植物的养分利用效率、生长率以及对干旱和其他非生物和生物胁迫的抗性。
当包含生物刺激素的腐殖质被施用于植物或农业土壤时，可以刺激植物生长并提高生产力，从而帮助农户减少肥料施用量。生物刺激素组合物使用多种原料，除腐殖质外，还使用藻提取物、蛋白水解物和植物促生细菌。
我们知道植物的生长需要以氮、磷、钾和微量营养素为基础，所以农户给作物施肥以提供养分。但生物刺激素不属于养分，而是一种刺激素，实际作用是在植物生长过程中施加轻度胁迫，促进植物的代谢重编程。这种重编程为植物生产的关键过程带来有益变化，如光合作用、养分摄取和植物抗氧化系统的产生。在生长季节后期，如果植物面临干旱、养分缺失或病原体攻击等胁迫，就会以更强的生理特性来应对这些胁迫。这就是它的工作原理。
优马生物技术有限公司（BHN） 可以提供各种基于矿源腐植酸的腐殖质产品，总部位于美国亚利桑那州吉尔伯特市。BHN参与过多项腐殖质相关研究，包括腐殖质的化学表征，腐殖质作为生物刺激素对植物和微生物的作用方式，以及探索腐殖质在人类健康方面的应用等。
BHN 着重开发源材料中腐殖质的量化方法，例如腐植酸矿、泥炭和堆肥，以及含有腐殖质产品中腐殖质的量化方法。基于操作来定义，腐殖质包含3个组分，即腐植酸、富里酸和胡敏素。商业应用主要集中在腐植酸和富里酸。虽然腐植酸相对容易定量，但富里酸组分的定量方法一直令人困扰。
Rich Lamar, Ph.D.
农户从供应商处购买的溶液，测定其中富里酸浓度经常采用的湿法测定方法，繁琐、耗时且昂贵；而且该方法仅可对一部分富里酸组分进行定量分析。
“农户们在购买产品时，总想知道产品中有效成分的含量”BHN 高级研发主管 Rich Lamar 博士说。部分卖家声称他们的产品含有 100% 的富里酸。然而要获得 100% 含量富里酸，产品必须是干燥的，因此这种说法涉嫌虚假宣传。
“还有一个问题，” Lamar 博士说，“富里酸并非单一化学物质，它可能由一万种不同的分子组成，因此对富里酸组分进行定量分析就变得困难。”
鉴于富里酸组分的复杂性和缺乏浓度测定行业标准，解决这些问题为市场提供了新的需求。“因此，开发一种可以快速准确地定量这些富里酸组分的技术非常必要，” Lamar 博士说。
Lamar 博士告诉我们：“这些腐殖质是成千上万种不同化合物的复杂混合物，它们来自死亡植物材料的微生物分解。BHN 正是从烟煤中提取腐殖质，烟煤由白垩纪产生的泥炭生成，距今已有 6000 万至 1.5 亿年。现在我们把它挖出来用于提取并获得腐殖质。”
“目前使用的富里酸测量方法既费力又耗时，测量需要几天时间。” Lamar 博士说。
通常先从烟煤材料的碱提取物中提取这些腐殖质，并将碱提取物酸化至极低的 pH 值，使得腐植酸从富里酸组分中分离，沉淀下去。然后对酸化过的碱提取物进行离心分离，将沉淀下去的腐植酸和可溶富里酸组分分离。
富里酸组分包含“疏水性富里酸”组分和“亲水性富里酸”组分。疏水性富里酸组分是富里酸组分中能与 DAX-8 树脂相结合的一部分，因此它可以被吸附到树脂上以将其与亲水性组分分离，之后通过解吸、干燥并称重以确定其浓度。 但这仅测定了疏水性富里酸组分的含量。售卖给农户的产品含有完整的富里酸组分，而不仅只是疏水组分。到目前为止，还没有一种方法可以真正量化完整的富里酸组分。
“你现在测定一种产品的碳浓度和该产品疏水部分的碳浓度，实际两者并不相符。” Lamar 博士强调。“我所做的研究表明，这两种组分都有助于促进植物生长，这也是我想测量完整富里酸组分的原因。”
每一种富里酸组分都包含数以千计的化合物，它们各不相同。这些化合物像雪花一样，没有两种是完全相同的。所以科学家们还不能单独定量这些物质。
Linxi Chen, Ph.D.
HORIBA 荧光应用专家 Linxi Chen 博士利用 HORIBA专利A-TEEM™ 技术（同时采集吸光度、透射率和荧光激发发射矩阵[EMM]），成功地量化了这些组分中富里酸的浓度。在 Chen 和 Lamar 两位博士共同撰写的名为《A-TEEM™ 荧光用于鉴定和量化商业腐殖酸产品中的富里酸掺杂》的技术报告中，两人指出 A-TEEM™ 分子指纹图谱技术可以轻松区分混合物中的不同成分，如富里酸组分和被视为掺杂物的其它成分，包括木质素磺酸盐、有机酸、糖蜜等，并提供对混合物中掺杂物的定量评估。
Chen 博士使用 HORIBA Aqualog 荧光光谱仪，对纯富里酸组分和 Lamar 博士提供的含有各种掺杂混合物的相同组分进行了分析。Aqualog 荧光光谱仪采用 A-TEEM™ 分子指纹图谱技术，由于吸光度和透射率数据与荧光 EEM 同时采集，且化学计量学被统一应用以解决内滤效应，因此可以快速获得校正的 EEM。
在这项研究中，每个 A-TEEM™ 指纹在 40 秒至 3 分钟内采集，可以快速准确的识别和定量富里酸组分混合物中的掺杂物。
Lamar 博士说：“这一程序将彻底改变整个行业。”“我想说，我已经迫不及待了。”
Lamar 博士从世界各地采集了富里酸样本，并在 Aqualog 上进行分析。接下来Chen 和 Lamar 两位博士将使用这些样本开发一个既可以定量富里酸组分，也可以识别和定量掺杂物的标准化程序。
“我们将实现对完整的富里酸组分进行定量分析，这将彻底改变整个行业格局。同时也有望阻止商家就产品中富里酸浓度进行虚假宣传。它将为监管者提供一种用于准确定量富里酸的标准化方法，并为市场监管提供依据”Lamar 说。
Rich Lamar's Lab
作为一名单板滑雪爱好者，Lamar 博士谦虚地表示：“我对荧光光谱技术完全陌生。”
然而在 Chen 博士的指导下，Lamar 博士和Chen 博士将根据取得的研究成果撰写三篇论文。
[1] United Nations, Department of Economic and Social Affairs, Population Division. World Population Prospects: The 2019 Revision
[2] Carolina, A., de Vasconcelos, F., Helena Garófalo Chaves, L. Biostimulants and Their Role in Improving Plant Growth under Abiotic Stresses. Biostimulants in Plant Science. November 7, 2019.
[3] Lamar, R. T., D. C. Olk, L. Mayhew, and P. R. Bloom. 2014. A new standardized method for quantification of humic and fulvic acids in humic ores and commercial products. J. AOAC International 97(3): 721 – 730.
[4] Chen, L., Lamar, R., A-TEEM Fluorescence for Identification and Quantification of Fulvic Acid Adulteration in Commercial Humic Products, www.horiba.com/en_en/applications/food-and-beverage/agriculture-crop-science/a-teem-fluorescence-for-identification-and-quantification-of-fulvic-acid-adulteration-in-commercial-humic-products/
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