1、 1 文献综述 土壤不同有机质组分的提取方法研究 一、前言 土壤作为独立的表生自然体，被定义为：“位于地球陆地的、具有肥力的、能够生长植物的疏松表层”。 人类很早就将其作为主要生产资料 农业劳动的工作对象。 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。 而土壤中维持污染肥力的关键便是土壤有机质。 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
2、。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、存在时间 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。 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。 由于土壤有机质
3、主要成分 富里酸和胡敏酸在 C、 N、 P、 S等营养元素的生物地球化学过程、成土过程、微生物的生长代谢过程、土壤有机质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、主题 1、 腐殖质的定义 1786年， Achard用碱提取泥炭时得到了暗色的有机质。 1804年， Saussare将土壤中的暗2 色有机物质命名为“腐殖
4、质酸”。 腐殖物质是土壤腐殖质的主体，约占土壤腐殖质总量的 70% 80%，土壤 腐殖物质主要 是胡敏酸和富里酸 。腐殖质是有机物在微生物的作用下发生分解转化成简单的化合物。腐殖质呈黑色或黑褐色，是一种胶体物质，有巨大的表面能，所含羧酸、羟基，在分离时带有负电荷，可以吸收并保持大量阳离子成份。它和土壤中的无机粘土矿物质一道，对 水中的一些离子状态物质发生吸收作用并能与其它离子代换而达到相对的动态平衡。 目前，各种文献和产品中提到腐殖质概念都不一致，不仅不同的文章所指的概念不同，甚至同一篇文章中腐殖质的内涵都不同。 从化学结构分析，腐殖质类物质是含酚羟基、羧基、醇羟基等多种官能团的大分子芳香化合
5、物，主要元素为 C、 H、 O、 N和 S。一般意义的腐殖质是广义的概念，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，可将腐殖质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 )。对于腐殖质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
6、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，比如腐殖酸的来源、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、风化煤中提取腐殖 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：腐殖质是一类多相不均一结构的高分子物质集合体。 自 1786年 Achard从泥炭中提取出腐殖质以来，许多科学家对其形成、特性、作用等进行了研究，发表了大量的研究资料
7、和论著。但由于腐殖物质本身的复杂性及测试技术难度的限制，研究困难较大，因此，土壤腐殖物质 仍是土壤有 机质研究的重点。 2、 富里酸和胡敏酸的提取 方法 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。 3 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
8、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 10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，此 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
9、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
10、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。 3、展望 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
11、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质和微生物体 C等概念和测试手段被相继提了出来。 希望未来研究方向的侧重点的变化会带来土壤有机质研究 领域的重大突破。 4 三、总结 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 ,但也存在提取过程中腐殖物质被氧化 ，以及一部分胡敏酸因分解而造成低分子化现象 。有研究发现利用 NaOH提取腐殖物质在加热至沸腾后胡敏酸量减少，黑色化程度上升，然而在溶液中通入氮气能够有效抑制上述反应。 Na4P2O7的 提取率要比用 NaOH溶液提取低一些，并且较易提取分
12、子量较大的胡敏酸。 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 。 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
13、。 土壤是一个国家的重要自然资源，是农业发展的 物质基础。没有上壤就没有农业，也就没有人们赖以生存的衣、食、住、行等基本原料。“民以食为灭，农业以土为本”道出了土壤对国民经济的重大作用。此外，土壤对环境保护有重要意义，土壤固碳与温室效应有密切关系。因此人们必须更深入的厂解土壤、利用和保护好土壤。 有机质是土壤肥力及环境质量状况的重要特征，是土壤具有结构性和生物性的基本物质，既是生命活动的条件，也是生命活动的产物，在农田生态系统中有机质不仅是营养物质的源和库，而且为微生物活动提供能量和底物。 土壤有机质影响着许多功能和过程，它影响污染物在土壤中的迁移和转化 ， 影响土壤团聚化过程和团聚稳定性，也
14、影响某些土壤的物理过程，如紧实性、松散性，因此保证土壤中丰富的有机质是土地持续利用和作物高产稳产的先决条件。 碳在土壤的多种因素控制下进行一系列的生物化学演化，形成个非线性的复杂系统，土壤有机碳是地球表层系统中最大且最具有活动性的生态系统碳库之一，土壤有机碳库是大气碳库的 2.2倍，约是陆地生物量的 2.8倍。土壤有机碳在生态环境变化和全球变化下的稳定性是研究认识土壤碳库对令球变化的长期效应的基本问题，是土壤碳研究的热点。 土壤退化的主要表现是土壤有机质的损失，目前全球在农 业土壤中的有机碳损失已从5 209 222Pg下降到 168Pg，土壤有机碳具有不同的更新和周转速率，其碳转移方向与强度
15、在不同尺度上决定大气二氧化碳的浓度，土壤有机质的变化对说明区域土壤固碳潜力有重要意义，长期农业生产实践已经证明提高土壤有机质含量并保持其平衡是维持农业可持续发展的重要措施和保障。 关于土壤有机质国内外学者从不同角度进行了广泛研究，尤其深入研究了有机质组成中的可溶组分胡敏酸和富里酸，并发表了大量论文，为提高土壤肥力和确保农业可持续发展提供了理论依据。 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 希望通过此次研究对我国土壤环境保护事业方面做出贡献产生影响 。 四、参考文献 1 朱燕 , 李爱民 , 李超 , 等 .土壤有机质级
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