1、 本科 毕业论文 （ 20_ _届） 土壤不同有机质组分的提取方法研究 所在学院 专业班级 环境工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘要 :本次实验采集了嘉兴市二环路周边表层土壤 （ 0-20cm） 样品，测定不同土壤样品的 pH值，有机质含量，最后对土壤中胡敏酸进 行提取。从实验中，我们得出结论：根据土壤有机质在酸碱溶液中溶解性的差别，对土壤样品中胡敏酸进行提取；提取时间和不同提取条件对实验结果产生影响； 有机质含量与 pH值之间几乎不存在一定线性关系，土壤有机质含量和提取出的胡敏酸量成正比； 该法是一种简单有效的方法。此次研究帮助我更好的了解了土壤有机质的提取方法，
2、有利于其他研究的进一步开展，这对土壤学研究具有非常积极的意义。 关键词 :土壤； 有机质； 胡敏酸 ； 提取 ；酸碱 II Abstract: Surface soil samples were collected from the sites near the Second Ring Road of Jiaxing, and the different soil samples are determined of pH and organic matter content, at last, the soil humic acid is extracted from the soil.Fro
3、m the experiments,we conclude that: according to the difference that the soil organic matter solubility in acid solution, humic acid were extracted from soil samples. Extraction time and extraction conditions on the experimental result of different impact. There is almost not a relationship between
4、organic matter and pH. Extracted humic acids and soil organic matter content are proportional. The method is simple and effective.The research helped me better understand the method of extracting soil organic matter, is conducive to the further development of other studies, which is beneficial to th
5、e further development of other studies. Keywords: Soil; Soil organic matter; Humic acid; Extraction; Acid and alkali 目 录 摘要 : .I 关键词 : .I Abstract. Keywords. 1 绪论 . 1 1.1 土壤有机质的概念及分类 .2 1.2 土壤有机质的来源 .3 1.2.1 凋落物的分解 .3 1.2.2 根系分泌物 .4 1.2.3 其他代谢产物 . 4 1.3 土壤有机质与土壤肥力 . 4 1.3.1 对土壤物理性质的影响 . 4 1.3.2 对土壤
6、化学性质的影响 . 5 1.3.3 对土壤生物学性质的影响 . 5 1.4 土壤有机质的研究现状 .6 1.4.1 腐殖物质对有机污染物吸附行为的影响 .6 1.4.2 腐殖物质对有机污染物解吸行为的影响 .7 1.5 土壤胡敏酸的研究现状 .8 1.5.1 胡敏酸的作用 .9 1.6 土壤腐殖质提取的相关研究动态及最新成果 .9 1.6.1 土壤腐殖质提取方法 10 1.6.2 土壤腐殖质提取研究的最新成果 12 2 实验部分 .13 2.1 采样区概况 .13 2.2 供试土壤样品采集 .13 2.3 土壤样品采集与基本理化性质分析 .14 2.3.1 土壤 pH 值 .15 2.3.2
7、土壤有机质（ SOM） .15 2.4 土壤有机质（胡敏酸）提取 .16 2.4.1 实验试剂及仪器 .16 2.4.2 样品预处理 .16 2.4.3 胡敏酸提取原理及实验步骤 .18 3 结果分析 .20 3.1 各土样实验结果 .20 3.2 pH 值、有机质含量、胡敏酸量三者间关系 .21 3.3 相关问题分析 .23 3.4 土壤有机质来源分析 .23 4 土壤中矿物质和胡敏酸电镜扫描图及其分析 .26 4.1 土壤中矿物质电镜扫描图及其分析 .26 4.1.1 各土壤样品中矿物质电镜扫描图 26 4.1.2 矿物质电镜扫描图分析 28 4.2 土壤中胡敏酸电镜扫描图及其分析 .28
8、 4.2.1 各土壤样品中胡敏酸电镜扫描图 29 4.2.2 胡敏酸电镜扫描图分析 31 5 结论 .32 参考文献 .33 致 谢 .35 1 1 绪论 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
9、 综合判断。 土壤有机质 (Soil Organic Matter， SOM)是土壤的重要组成部分，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、存在时间只有几分钟的单糖或多糖，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(Humic Substance)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，土壤有机质中所含的 C为土壤有机 C(Soil Organic Carbon， SOC)1。土壤有机质与养分供给、土壤物理性质的改善及防止土壤
10、侵蚀有重要关系 。 首先 ， 土壤有机质是农业生态系统中作物速效养分的来源，作物吸收的大部分N、 P、 S和一些微量元素来源于土壤有机质的矿化，有机质也对团聚体的构成有作用，从而可改善土壤的耕性、透气性和透水性土壤有机质的吸水能力可达自身重量的几十倍，因此，它对保持土壤水分有积极作用，土壤矿质颗粒与有机质形成团聚体后可增强土壤的抗风蚀和水蚀能力，一部分水溶性有机质可影响施入土壤中农药的效果和存留时间，因此 ， 土壤有机质在土壤质量的构成因素中占 首要位置，而且一般认为土壤有机质含量与土壤质量存在正相关关系。土壤有机质是土壤的重要组成部分，土壤的物理、化学、生物等许多属性都直接或间接地与有机质的
11、存在有关。同时，土壤有机质作为土壤肥力的重要标志之一，在土壤的发生、分类和农业土壤肥力等方面的研究中，土壤有机质的组成、性质和有机碳、氮的转化一直受到人们的重视 1。 土壤有机质是一个多组分体系，成分复杂，结合形态各异，因此土壤有机质提取过程中的不完全性和提取时使用的化学试剂可能会破坏有机质组分是土壤有机质研究中存在的主要问题。土壤有机质一直是土壤学研究领域 的重点，人们一直很关注发展新的提取和分离土壤有机质的方法。 国外对土壤有机质的研究极为活跃，主要集中在有机质的性质、生化分析、有机质稳定性等方面的研究。本文通过对土壤有机质的概念、组成及来源、与土壤肥力的关系及土壤有机质（胡敏酸）提取方法
12、的研究进展进行综述和讨论，探索土壤有机质组分的提取方法。 2 1.1 土壤有机质的概念及分类 土壤有机质只占土壤总量的很小部分，但它在土壤肥力、环境保护、农业可持续发展等方面都有着很重要的作用与意义。一方面它含有植物生长所需要的各种营养元素，是土壤微生物生命活动的能源，对土 壤物理、化学和生物学性质都有着深刻的影响。另一方面，它对重金属、农药等各种有机、无机污染物的环境行为均有显著影响，而且对全球碳平衡起着及其重要的作用。特别是现在对环境治理的重视程度加大，土壤有机质研究显得由为重要。 土壤有机质主要可以分为两大类：一类是与有机残体的有机组成相似的普遍有机化合物，它包含于正在分解着的有机残体中
13、，是这些有机残体的分解产物或利用这些残体的微生物的代谢产物和合成产物。这一类物质属于有机化学中已知的各种物质 (蛋白及其分解产物、碳水化台物、碳氢化合物如石蜡、脂肪族有机酸和酯类、醇类、酯 类、醛类、树脂类、含氮化台物等 )。在矿质土壤中这些物质的总含量约占有机质总量的 30 40；另一类是不能列为有机化学中现有任何一类的殊性物质，它普遍存在于土壤和江湖河海底部淤泥中的特殊化合物 。 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。 腐殖物质，是土壤所特有的。其含量约占有机质总量的 60 70。腐殖质是土壤固相中最
14、活跃的部分，它是土壤有机质的重要组成部分，是有机质经微生物分解合成的黑色或黑褐色的胶体物质 2。 按照传统的 分组方法 3，土壤腐殖物质包括胡敏酸 (humic acid， HA)、富里酸 (fulvic acid， FA)和胡敏素 (humin， HM)3个组分，其中 HA溶于碱，但不溶于水和酸； FA既溶于碱，也溶于水和酸；而 HM既不溶于碱，同时也不溶于水和酸。 土壤中未分解的动植物残体和活的有机体被称作有机残体，在国内被称作土壤有机物活的有机体一部分是土壤动物和作物根系，另一部分是土壤微生物体占土壤有机质总量的 2%12%在现行的大部分研究工作中，通过微生物作用所形成的腐殖质、动植物残
15、体和微生物体被合称为土壤有机质 (SOM)，对土壤中的有机残体和微生物体是否应该被包含在土壤有机质中一直存在争议在 20世纪 80年代以前，有些研究者认为它们应该被包含在土壤有机质概念之内，将其排除在土壤有机质范围之外的提法依然占了上风，如 Stevenson在研究了那一时期阻前的大部分土壤有机质概念之后就明确指出土壤有机质 (SOM)等同于腐殖质类物质，甚至非腐殖质类物质也被他划在了土壤有机质 (SOM)之外 3这种对土壤有机质的界定在某种程度上限制了土壤有机质研究进展 。 导致占土壤有机质总量 20左右的有机残体和微生物体在构成土壤质量的作用方面一 直无法定位 。 幸好有些研究者打破了这一
16、桎梏，将有机残体和微生物体也纳入了土壤有机质的范围之内正是这一3 概念上的突破推动了土壤有机质研究的快速发展 。 并出现了一系列新概念和新研究方法 。 土壤有机质 (SOM)概念既包括腐殖质类物质和非腐殖质类物质，也包括有机残体和土壤微生物体 。 这也是目前国际上通用的土壤有机质概念 3。 1.2 土壤有机质的来源 1.2.1 凋落物的分解 凋落物是指森林生态系统内，由生物组分产生的并归还到林表地面，作为分解者的物质和能量的来源，借以维持生态系统功能的所有有机物质总称。它不仅具有水源 涵养能力、养分供应能力、促进土壤生物活动强度、保护森林土壤等重要作用，而且还能起到减小雨滴功能，增强渗透能力，
17、提高地表粗糙程度，降低地表径流等。此外，在提高森林生产力、能量转化、物质循环和水量平衡等方面，凋落物及枯枝落叶层也具有重要的意义。森林凋落物每年有大量的有机质归还土壤，是土壤有机质的主要来源。因此，在国外对森林凋落物的研究相当活跃。凋落物的质和量，加上温度、雨量等外界环境因素共同决定了相应土壤中有机质的含量。凋落物在分解过程中，其所含的营养物质逐渐释放到土壤中，对土壤有机质含量的提高有明显的作用。胡 承彪等在对杉木林和常绿落叶阔叶混交林凋落物分解对相应土层的土壤有机质含量贡献的研究表明，两类森林凋落物分解对相应土层的土壤有机质含量都有增加。陈立新等对落叶松人工林凋落物研究，对同一落叶松林分在不
18、同年龄阶段时土壤肥力的分析表明， 15年间，土壤有机质、全 N和全 P平均值均有提高，尤其是土壤表层增加更为明显，凋落物在微生物分解过程中，气态 C素不断消失，但是 N素仍保持在凋落物残体中，使 N的相对含量逐渐增高， C比值日趋缩小。梁宏温等报道，广西宜山县不同林型人工林凋落物与灌木草坡相比，桉、松混交林和麻栎林土壤中有机质、 全 N和可给态养分元素的平均含量都较高。林波等的研究结果表明，不同森林群落的凋落量、贮量、养分归还量，及凋落物分解速率，对林下土壤肥力状况的影响不尽相同。就土壤有机质含量与凋落物而言，凋落物层贮量、失重率对土壤有机质含量影响较大，而年凋落量、养分归还量对其影响较小。陈
19、堆全在对木荷凋落物对土壤有机质影响的研究中表明，木荷凋落物对土壤有机质含量的影响较为明显。因此，凋落物分解的快慢对于土壤有机质的积累以及土壤肥力的维持和改善具有非常重要的意义 4。 4 1.2.2 根系分泌物 根系作为植物与土壤的接触面，从土壤中 吸收水分、养分的同时，也对土壤产生影响。除根系穿插的影响外，更主要的是根系在其生育期间不断以根产物的形式，释放到土壤中去，影响土壤的物理、化学以及生物学性状，直接或间接地影响土壤的养分有效性、腐殖质及微生物活动，进而影响土壤有机质的含量。根系分泌物的种类繁多，不同植物的种类和数量也有一定的差异。根系分泌物中的低分子物质种类繁多，主要包括低分子量的糖、
20、氨基酸、有机酸及某些酚类物质。目前至少有 10种低分子量糖和 20种氨基酸在根系分泌物中发现，糖类中以葡萄糖和果糖较普遍。氨基酸除蛋白类氨基酸外，还有非蛋白类氨基酸 存在。有机酸研究较晚，它们大部分是三羧酸循环的中间体，有机酸对根际 pH、根际微生物活性影响很大。根系分泌物中另一类物质是维生素类物质。此外，酶也是根系分泌物的成分之一。 1.2.3 其他代谢产物 土壤中的动物和微生物残体以及进入土壤的各种有机体的代谢产物，也是土壤有机质的一个主要来源。尽管进人土壤的这些有机残体有的来自野生的，有的来自栽培的，有的来自木本植物的，有的来自草本植物的，有的来自根、茎、叶，有的来自花、果实。但是，从化
21、学角度来看，它们都是由有机组分：苯一醇溶性物质、热水溶性物质、半纤维素、纤维素 、木质素、粗蛋白质组成。进入土壤中的各种有机残体和代谢产物在土壤微生物和酶的作用下将经历着一系列的生物和化学变化，并将不断与土壤矿质部分发生各种反应进而影响土壤有机质的构成和含量。 1.3 土壤有机质与土壤肥力 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。 1.3.1 对土壤物理性质的影响 土壤结构、土壤水分和土壤温度是土壤物理性质的三个重要方面。土壤 结
22、构的形成过程主要与土壤中团聚体有关，团聚体的大小、形状和特性直接影响土体的松板和孔隙状况以及水、气、热和根系活动。而在团聚体形成过程中，作为胶结剂的 3种重要胶体物质是有机胶体、粘粒和铁锰5 氧化物胶体，其中以有机胶体最重要。机质对土壤松紧度有着极其显著的影响心，由于根系的分割挤压、土壤微生物和动物的活动使水稳性团聚体和较大的微团粒大量产生，土壤容重下降，形成了良好的土壤结构，使土壤的抗冲性和抗蚀性增强。对于同一土类不同林型的土壤容重，有报道显示阔叶林或针阔混交林土壤容重小于纯针叶林，这是由于阔叶林或针阔混交林 凋落量大，土壤有机质含量丰富，土壤结构得到不断的改善。土壤水分是构成土壤肥力的重要
23、因素之一，也是土壤物理性质的一个重要方面。据研究，有机质含量高的林地，土壤总孔隙度、持水量和渗透速度均比较高。土壤温度与植物生长有密切的关系，土温过高或过低都不利于土壤生物的活动和土壤中各种生化反应的进行。土壤有机质通过对土壤颜色的影响，进而影响土壤的吸热、散热能力，从而对土壤温度起间接作用。据张秉刚等报道，土壤温度的动态变化，主要原因是太阳辐射和环球性气候的周期性变化所引起的，但在同期内土壤温度的变化，无疑受到具体条件包括地 形、地势、植被覆盖度、地表凋落物厚度、大气湿度、作物种类、土壤耕作和水分管理等诸多因素的影响。 1.3.2 对土壤化学性质的影响 土壤有机质是土壤化学性质的一个重要方面
24、，也是衡量土壤肥力的重要指标之一。从总的趋势看，土壤有机质和全氮含量是不断增加的，这主要是植被演替过程中，凋落物不断积累和分解而对土壤长期作用的结果。此外，土壤有机质是土壤动物、微生物的主要食物，而土壤中这些生物的活动又可加速有机质的分解，并产生各种酸性物质及络合物，加速养分富积，提高土壤养分的有效性。对同一树种根际土壤的 pH值与非根际土壤 比较得出，其总的趋势是根际土壤 pH值低于非根际土壤。根际 pH值的变化是由于根系呼吸作用释放 CO2以及在离子的主动吸收和根尖细胞伸长过程中分泌质子和有机酸所致。土壤有机质含有大量的活性基因，对土壤阳离子交换量有较大的贡献。 1.3.3 对土壤生物学性质的影响 生活在土壤中的生物 (包括土壤动物和土壤微生物 )以及酶对土壤腐殖质的形成起重要作用，是土 壤有机质新陈代谢的内在动力。而土壤生物的最终物质、能量来源是包括凋落物在内的植物残体以及由其降解而来的土壤有机质，可见，土壤生物、酶与土壤有机质互为因果关系。土壤动物 的绝大部分生活在有落叶覆盖的表土层，因为这里土壤有机质含量高，为各种土壤动物 提供 了大小不同的生存空间和丰富的食物 5。
