土壤胡敏酸和富里酸提取方法研究[开题报告]

毕业论文开题报告

环境工程

土壤胡敏酸和富里酸提取方法研究

一、选题的背景、意义

土壤是人类赖以生存的物质基础，是人类不可缺少、不可再生的自然资源。随着工业化进程的加速和人类对化学品依赖程度的提高，同时化肥及农药的大量施用、污水灌溉、大气沉降、有毒有害危险废物的事故性泄露等多种途径进人土壤系统，因此有机物对环境的污染也越来越严重。目前，土壤污染呈全球化的趋势，污染程度不断加剧，据UNEP(联合国环境署)1990年的报告(IRRTC)，每年约有3~4亿吨有机物进入环境，其中大部分进入了土壤环境。更为严重的是将进一步导致地表水、地下水次生污染以及通过土壤——作物——人这条食物链对人类健康造成不可估量的影响。防治和修复土壤有机污染，保护土壤环境安全，以实现土壤资源的可持续利用已成为全社会关注的焦点[1]。

土壤有机质(Soil Organic Matter，SOM)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、存在时问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。

土壤有机质与养分供给、土壤物理性质的改善及防止土壤侵蚀有重要关系。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，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。土壤有机质在土壤质量的构成因索中占首要位置，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。土壤有机质含量极易受环境条件和农业措施的影响气候和地貌在较大范围内影响着土壤有机质宙量，可以说起主导作用。土壤耕作和轮作也会引起土壤有机质古量变化，如自然土壤开垦后，土壤有机质宙量会迅速减少，且种植历史越久，土壤中有机质的变化越大。施肥虽然会减缓这一过程的速率。但无法阻止土壤有机质减少的进程。土壤有机质含量的减少将直接导致土壤质量降低。表现为土壤供给作物养分的能力、土壤的耕性、通气性和透水性迅速降低，从而影响了农业生态系统的生产力。而后者正是目益增长的人口的食物和纤维的重要保障。

故土壤有机质台量降低将危及农业生态系统的可持续发展并将最终影响到食物安全和社会的可持续发展。另外，土壤中以有机质形式存在的C是大气中的3倍，土壤巾有机质的分解将在极大程度上影响大气CO2浓度，与全球气温上升有直接关系。因此，土壤中的有机质动态不但影响到农业生态系统的可持续发展，也影响到了大气圈、生物圈的可持续发展[2]。

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，指动、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、大分子有机化台物，动植物残体及根系分泌物在微生物作用下生成土壤有机质的过程被称作腐殖化过程。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：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[3]，腐殖质类物质占腐殖质总量的85%~95%，是指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[2]。

土壤有机质是土壤的重要组成部分，在土壤肥力、环境保护、农业可持续发展等方面都具有重要作用[3]。土壤有机质、粘土矿物、pH值、温度和有机物的化学结构会影响土壤对有机污染物的吸附，其中腐殖物质作为土壤有机质的主体，更是其主要影响因素，土壤中有机质的含量越高，有机污染物被吸附的越多[4]。由于腐殖物质本身是结构十分复杂的高分子聚合物，对其进行分组研究十分必要[3]。

二、相关研究的最新成果及动态

胡敏酸和富里酸不属于有机化学中现有的任何一类。其特点是化学组成复杂，分子量从几百到几十万，很难被降解。胡敏酸溶于碱溶液，而不溶于酸；富里酸溶于酸和碱溶液[4]。

1．超临界萃取技术

近年发展起来的超临界萃取技术，广泛应用于食品、制药、化工和环保等领域中。超临界二氧化碳具有以下优点：①f晦界点较低(n=31.1℃，Pc=7.4PMa)；②呈化学惰性。它不会和基体发生化学反应，因此不改变样本组成；③萃取范围广，在适当的萃取条件下可萃取出环境样本中的许多有机污染物。[5]在加入改性剂后能有效的萃取非极性或极性有机物，将其用来萃取土壤有机质，能有效避免化学提取法常有的缺点[4]。因此超临界二氧化碳萃取法是一种很好的样本前处理方法。可用超临界二氧化碳提取土壤有机质，了解萃取土壤有机质的效能，并对萃取物做了定性分析[5]。

2．重铬酸钾容量法+外加热法

结合态腐殖质分级。傅积平改进法。用比重2.0的重液和超声分散的方法反复4~5次去除悬浮有

机质，烘干后的土壤即重组土样。用0.1mol/LNaOH反复处理土样得到松结态腐殖质(再用0.1mol/LNaOH+0.1mol/LNa4P2O7混合液重复处理得到稳结态腐殖质)残留部分即紧结态腐殖质。提取液用0.5mol/LH2SO4调节PH值为1~1.5出现絮状胡敏酸沉淀，溶液中为富里酸。腐殖质总量采用0.5mol/LH2SO4中和提取液到pH为7，浑浊后在80℃水浴上蒸干，按重铬酸钾氧化法测定[6]。

土壤胡敏酸采用酸性DMSO及0.1mol/L-1NaOH-Na4P2O7混液提取。酸性DMSO的提取方法如下:称取一定量的土壤，用稀盐酸洗涤土壤3次,加入0.2mol/L-1的DMSO盐酸溶液(W土W液=1.25)，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入1mol/L-1NaOH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。胡敏酸和富里酸的分离、纯化与用NaOH-Na4P2O7混液的提取方法相同。胡敏酸的元素分析用元素分析仪进行分析。官能团的分析采用米林改进法[7]。糖类及氨基酸的分析用酸分解，采用比色法定量[8]。胡敏酸中的木质素用氧化铜还原分解，分解液经纯化后用高效液相色谱定量[9]。

3．红外光谱法

红外光谱法作为有机质结构研究的一种重要手段，自五十年代中期，就作为环境化学和土壤化学研究的一个手段，开始在土壤有机质的研究中得到应用[10]。近年来，随着傅里叶变换红外光谱的应用，更使得红外光谱法在生态学[11]和土壤学[12,13,14]上的研究获得较大的进展。土壤有机质的红外光谱测定大多采用溴化钾压片法。根据腐殖质在酸碱溶液中的溶解度分为胡敏酸、富里酸和胡敏素三部分。由于腐殖酸是多组分复杂化合物，为了获得单一的组分，必须对其进行分级。红外光谱主要是测定腐殖酸分组后的各级分的组成。卓苏能等[15,16,17]利用酒精分级沉淀法将胡敏酸分成几个级分，并用红外光谱法和紫外光谱法测定了各级分的组成和结构。红外光谱用于土壤有机质的研究可以大致反映土壤腐殖酸的结构以及不同腐殖物质在土壤中的分布状况。虽然它可以得到腐殖酸的组分和结构，但这些组分仍然是很复杂的非单一组分物质。就目前有机质的研究状况而言，怎样提取和分离出单一组分的土壤腐殖质，依旧是土壤有机质研究中急待解决的一大难题[18]。

4．核磁共振(NMR)法

核磁共振技术作为一种非破坏性的研究方法，特别是固体核磁共振技术可在固体状态下直接检测碳、氮、磷等的形态及分布，是研究土壤有机磷形态、分布、转化的一种简单而有效的手段。自被引入土壤有机质研究领域以来，已使这方面的研究取得了一些引人注目的进展，特别是在大面积的土壤和腐殖质提取物的结构特征以及有机碳、氮的转化上应用比较广泛。大量酸解的研究结果表明有机质中约有一半氮素以何种形态存在尚不清楚，其中约40％存在于酸解残渣中，后一部分由于极耐酸解，更增加了用化学方法进行研究的困难。15N NMR提供了研究土壤有机质氮素的另一途径。1982年，Preston[18]首次利用溶液，15N NMR技术研究了由对一苯醌与15N标记氯化铵反应形成的合成