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关于环境腐殖质及腐殖化过程第1页,讲稿共31页,2023年5月2日,星期三第一节环境腐殖质的来源与特性有机物质的腐殖化,是在微生物的直接参与下,重新合成一类新的物质,这种新物质称为腐殖质。即:腐殖化过程就是使简单的有机化合物形成新的、较稳定的有机化合物,使有机质及其养分保蓄起来的过程。一、环境腐殖质的来源:土壤、河流、湖泊以及海洋(在土壤中腐殖质约占有机质总量的85-90%)第2页,讲稿共31页,2023年5月2日,星期三腐殖质形成的机理:(1)30年代:木质素和微生物原生质中的蛋白质相互作用形成木质素-蛋白质复合体。(2)60年代:木质素不能参与腐殖质的形成,而是通过降解产生酚、醌型化合物,再与氨基酸缩合而成。(3)80年代及以后:●细胞自溶假说:死亡细胞释放自溶酶,使细胞成分(糖、氨基酸、酚和其他芳香族化合物)形成自由基而迅速缩合成腐殖质。●微生物合成学说:微生物利用植物物质作碳源和能源,在细胞内合成各种腐殖质的高分子化合物,微生物死亡后再释放到土壤中,在细胞外降解为腐殖质。第3页,讲稿共31页,2023年5月2日,星期三eg:土壤腐殖质的形成是一个复杂的过程,大致可分为两个阶段。第一阶段:有机残体在微生物分解作用下,其中一部分被彻底矿化,最终生成CO2、H2O、NH3、H2S等无机化合物。另一部分转化为较简单的有机化合物(多元酚)和含氮化合物(氨基酸、肽等),提供了形成腐殖质的材料。第二阶段:上述土壤腐殖质的组成部分,在微生物的作用下经缩合形成腐殖质的基本单元。先是多元酚在微生物的作用下氧化为醌,然后醌再与含氮化合物缩合成原始腐殖质。第4页,讲稿共31页,2023年5月2日,星期三土壤腐殖质形成过程中的转化途径第5页,讲稿共31页,2023年5月2日,星期三腐殖质是由多种混合物混合组成的,这些化合物无单一固定的结构式。每一种成分(胡敏酸、富啡酸以及胡敏素)都被认为是由一系列不同结构的分子所组成,很少有完全相同的结构式或反应基。一般分子量较大,为无定形的、褐色或者黑色的、亲水的、酸性的、高分散的物质,这些物质大部分是胶体微垃,部分是溶液状态,部分是悬浮物状态。二、腐殖质的组成和特性1、腐殖质的组成第6页,讲稿共31页,2023年5月2日,星期三土壤NaOH处理不溶解部分胡敏素(黑腐素)褐色沉淀浅黄色溶解部分胡敏酸(褐腐酸)富啡酸(黄腐酸)HCl或H2SO4处理溶解部分按照它们在碱和酸中的溶解度,通常可以分为以下几种主要成分:(1)胡敏素;(2)胡敏酸;(3)富啡酸。eg:土壤腐殖质的组成第7页,讲稿共31页,2023年5月2日,星期三腐殖质在土壤中存在的形态:(1)游离态的腐殖质,在一般土壤中占极少部分。(2)与矿物中强盐基化合成稳定的盐类,主要为腐殖酸钙镁。(3)与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体。(4)与粘粒结合成有机无机复合体。在上述四种形态中,以第四种最为重要,它常占土壤腐殖质中的大部分。其结合方式可能是:第一:通过钙离子结合。农业重要,与团粒结构形成有关。第二:通过铁、锰、铝离子结合。结合紧密,不具水稳性。第8页,讲稿共31页,2023年5月2日,星期三2、腐殖质的分子结构包括芳香族化合物、含氮化合物、和碳水化合物。官能团(功能团):羧基、酚羟基、醇羟基、甲氧基、甲基、醌基等这些官能团使得腐殖质具有:离子吸附性、对金属离子的络合性、氧化还原性及生理活性。胡敏酸有较高的碳含量(50-60%),氧(含量为30-35%)多作为胡敏酸结构的连结点而存在。富啡酸碳含量较低(40%-50%),但氧含量较高(44%-50%),氢、氮和硫的含量分别在4%-6%、2%-6%和0%-2%之间变化。富啡酸由部分酚羟基和苯羧酸靠氢键结合在一起,形成相当稳定的多聚结构体。第9页,讲稿共31页,2023年5月2日,星期三有机质分子的主要官能团第10页,讲稿共31页,2023年5月2日,星期三3、腐殖质的元素组成C、H、N、O、P、S,其次Fe、Ca、Mg、Si。C%H%O+S%N%胡敏酸50--622.8--6.631--402.0--6.0富啡酸
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