1、 1 毕业论文 开题报告 环境工程 土壤不同有机质组分的提取方法研究 一、选题的背景、意义 人类的农业生产活动主要在土壤上进行 , 人类所需要的农产品均直接或间接从土壤中生产 , 土壤性质在很大程度上制约着植物的生长发育和农业生产措施的效果 , 所以土壤是农业的基础 , 是人类不可或缺的自然资源。 土壤 是指 陆地 表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，其厚度一般在 2m左右。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力，并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素。 当今我国土壤的基本状况 : (1)人均数量偏少。 (2)整体质量偏低。 (3)土壤退化现象仍较严重。其中整体质量偏低主要原因为
2、土壤肥力低下。土壤肥力现尚无直接度量的指标 , 但一般认为土壤有机质能大体反映土壤的肥力水平 , 人们还常常辅以土壤养分含量和障碍因素状况来进行综合判断。根据 20世纪 80年代第二次土壤普查的数据 ,我国耕地土壤有机质含量 1% 2%和低于 1%的面积分别占 38.125%和 25.195%。 土壤有机质由一系列存在于土壤中、组成和结构不均一、主要成分为 C和 N的有机化合物组成。土壤有机质的成分中既有化学结构单一，也有结构复杂、存在时问可达几百到几千年的腐殖质类物质，既包括主要成分为纤维素、半纤维素的正在腐解的植物残体，也包括与土壤矿质颗粒和团聚体结合的植物残体降解产物、根系分泌物和菌丝体
3、。 从 18世纪 80年代开始土壤中的一类黑色物质引起了人们的广泛关注，随着对其化学组成和结构研究的深入，最后被定名为土壤腐殖 质。土壤腐殖质是动、植物残体在微生物作用下分解并再合成的一类深色、难分解、大分子有机化合物。 土壤腐殖质可分为 2类一类是与已知的有机化合物具有相同结构的单一物质，被称作非腐殖质类物质。另一类是腐殖质类物质。腐殖质类物质是土壤中所特有的，根据颜色和溶解性一般被分为： (1)富里酸。 (2)胡敏酸。 (3)胡敏素。腐殖质类物质占腐殖质总量的 85一 95。 由于土壤有机质在 C、 N、 P、 S等营养元素的生物地球化学过程、成土过程、微生物的生2 长代谢过程、土壤有机质
4、分解和转化过程以及土壤污染物的迁移过程有着重要的作用，特别是腐殖质的一些环境行为优势和对环境修复的功能。因此已成为土壤科学、生态科学和环境科学交叉领域的研究热点。 此次研究中，我们提取的目的有机质组分为富里酸和胡敏酸。希望通过研究可以对我国土壤研究和农业发展产生积极作用。同时此次研究对我国环境保护事业具有现实意义。 二、相关研究的最新成果及动态 土壤中的腐殖物质大多数是同无机成分相结合以复合体形式存在 ,大部分不溶于水。为了研究腐殖物质的本质和特征 ,需要将腐殖物质同无机成分分离开来。目前最常用的提取剂是 NaOH和 Na4P2O7或 其混合液。含强碱的提取剂虽具有提取效率 高等优点 ,但也存
5、在提取过程中腐殖物质被氧化 。 非离子性有机溶剂二甲基亚砜 (DMSO)在酸性条件下可溶解很多种天然高分子有机物质。土壤中的腐殖物质也能被溶解。 一般采用 NaOH和 Na4P2O7或其混合液 和非离子性有机溶剂二甲基亚砜 (DMSO)提取土壤胡敏酸，下面就二甲基亚砜 (DMSO)提取土壤胡敏酸方法的叙述如下。 酸性 DMSO的提取方法如下：称取一定量的土壤，然后用稀盐酸洗涤土壤 3次，加入 0.2 mol L的 DOSM盐酸溶液 (W土 ： W液 =l： 25)， 25恒温振荡 16h，离心分离，重复操作直至上清液无色为止 。向收集的上清液中加人 10mol L的 NaOH至 pH为 8 1
6、0之间，沉淀用甲醇洗去残余的DMSO并真空干燥除去过剩的甲醇，即为 DMSO提取的土壤腐殖质。 有人已经对酸性二甲基亚砜和碱混液提取土壤胡敏酸效率及其特性进行研究比较，研究结果表明，对于供试土壤，用两种溶剂提取腐殖物质、胡敏酸的提取率、 1吸光度、元素组成、官能基组成和非腐殖性成分含量等，可以认为，与碱混液相比，酸性 DMSO提取出来的胡敏酸具有暗色化程度高、不饱和度高、羧基含量多以及非腐殖性成分少等特征。即具有腐殖化程度高的特征，因此，这种提取法在研 究有机质在土壤中的腐殖化过程以及形成的稳定胡敏酸的化学性质时，可能是一种取代碱性溶液的较好的腐殖质提取剂。 此外，胡敏酸和富里酸的提取还可采用
7、国际腐殖酸协会的制备方法，具体方法参见文献Chemical Studies on Soil Humin Acid .I.Elemen.Compositiom of Humic Acids ，由Kuwatsuka S与 Tsutsuki K 于 1978年发表。 最新的相关研究成果为由 中国科学院东北地理与农业生态研究所 于 2004年 07月 23日 申请专利的 土壤中胡敏酸及胡敏素分 级连续提取方法 。此 发明属于农业生产技术领域中土壤有3 机质的一种提取方法，具体说就是一种提取土壤有机质中的胡敏酸和胡敏素的新方法。本发明改进了传统提取混合液的组成成分，减少了被提取物发生碱解的几率；另一关键
8、点是在提取的过程中对被提取物进行分离，将提取的过程与样品分级融为一体，最终获得多个分级样品而不是一个，从而更好的满足科研需要。 土壤有机质一直是土壤学研究领域的重点，在过去的 50年里，对土壤质量可持续性观念的增强和寻找快速判断人为因素对土壤质量影响方向指标的强烈愿望导致了土壤有机质的研究重点发生了急剧变化；对 农业措施反映慢的土壤腐殖质类物质的研究正在退出土壤有机质研究领域，而侧重点逐渐转向了土壤中未受微生物作用或正在受微生物降解的有机残体；也出现了新的土壤有机质研究概念和对应测试手段：土壤有机质的比重分组、与有机质结合的土壤颗粒大小分组、土壤团聚体中的 POM和 iPOM以及土壤水溶性有机
9、质和微生物体 C等概念和测试手段被相继提了出来。 不管将来研究土壤有机质的方向往何处发展，有机质研究在土壤研究中的地位不会改变，现阶段仍以胡敏酸和富里酸为代表的腐殖质研究为主。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）及预期 达到的目标 1、研究内容 以嘉兴市中环路表层土壤为研究对象，在其路周边实地采集多个土壤样品，根据土壤有机质在酸、碱液中溶解性的差别，分别提取土壤胡敏酸和富里酸，并且不断优化提取时间和提取条件，建立起土壤中有机质组分的提取方法，并且探讨不同提取条件及周围环境对实验结果产生的影响。 2、拟采取的研究方法 胡敏酸和富里酸的提取还可采用国际腐殖酸协会的制备方法。 3、预期
10、达到的目标 （ 1）熟悉并掌握野外采集土壤样品的基本流程和方法，包括采样仪器的准备、采样方案设计和采样的具体过程。 （ 2）熟悉并掌握实际土壤样品的运 输和保存方法。 （ 3）探索土壤有机质组分的提取方法。 4 （ 4）探索过程中不同周围环境条件、提取条件对实验结果的影响。 此外通过本课程实验并完成毕业论文的撰写，为学生顺利走向工作岗位、开展科研实验和后续研究生阶段学习打下较为坚实的理论基础。 四、论文详细工作进度和安排 10月下旬：完成选题审批表和毕业论文任务书的制定。 11月 12月上旬：学生完成文献综述、开题报告和外文翻译。 12月中旬 3月下旬：毕业论文实验阶段，完成样品采集、分级提取
11、土壤有机质不同组分。 4月上旬 5月上旬：完成数据整理和毕业论文初 稿的撰写。 5月上旬 5月中旬：论文修改，准备答辩。 五、主要参考文献 1 朱燕 , 李 爱 民 , 李超 , 等 . 土 壤 有 机 质 级 份 的 红 外 和 热 重 特 性 J . 环 境 化学 , 2005 , 24 (3) : 288 292. 2 燕启社 , 孙红文 .Fenton 氧化对土壤有机质及其吸附性能的影响 J .农业环境科学学报 , 2006, 25(2):412 417. 3 武天云 , J J Schoenau , 李凤民 , 等土壤有机质概念和分组技术研究进展 J .应用生态学报 , 2004,1
12、5(4):717-722. 4 赵劲松 , 张旭东 , 袁 星 土壤溶解性有机质的特性与环境意义 J . 应用生态学报 , 2003 , 14 (1) : 126 130. 5 王晶 , 张旭东 , 解宏图 , 等现代土壤有机质研究中新的量化指标概述 J .应用生态学报 , 2003,14(10):1809 1812. 6 袁可能 .土壤有机矿质复合体的研究 : I. 土壤有机矿质复合体中腐殖质氧化稳定性的初步研究 J .土壤学报 ,1963 , (2) : 286 293. 7 Catroux G, M Schnitzer1Chemical , spectroscopic , and bio
13、logical characterization of the organic matter in particle size fractions separated from an Aquoll J .Soil Science Society of AmericaJournal ,1987 , (51) : 1200 1207. 8 Gregorich E G, M H Beare , U Stoklas , et al.Biodegradability of soluble organic matter in maize - cropped soils J .Geoderma ,2003 , (113) : 237 252.
