寻找腐殖物质

作者: 徐基胜

来源: 中国科学院南京土壤研究所

发布日期: 2019-09-10 07:30:00

本文探讨了腐殖物质在土壤中的重要性及其在多个领域的应用,介绍了腐殖物质的分类及其复杂的形成过程,并讨论了高级核磁共振技术在研究腐殖物质结构中的应用。

提到腐殖物质,人们首先会想到腐殖物质家族的一员——腐殖(植)酸。腐殖酸及其相关产品不仅在农业领域发挥重要力量,在环境、工业和医药等多个领域也有一席之地。

腐殖物质是土壤、沉积物和天然水体中的植物和微生物残留物在腐烂和转化过程中形成的一系列复杂且多相的混合物。在腐殖物质大家庭中,根据其溶解性特征可分为三类成员:溶于任意酸碱溶液的富里酸、只溶于酸性溶液的胡敏酸和酸碱都不溶的胡敏素。

科学家一直在探索腐殖物质。研究早就发现施肥尤其是有机物料可以提高土壤中的腐殖物质含量,可是如果你再追问腐殖物质这位大神到底长啥样,科学家们就不淡定了。元素分析仪、傅里叶红外光谱、核磁共振波谱技术等等十八般武器上阵也没能完全揭开这位大神的真面目——这物质不是黑洞胜似黑洞!

光有技术还不行。由于腐殖物质不是一天两天就能形成的,室内实验一般拿它没辙。这时候,拥有多年历史的国家级重点野外科学观测实验站——封丘站、桃源站闪亮登场。封丘站的潮土代表了北方小麦-玉米轮作制度下的旱地土壤;桃源站的水稻土代表了南方丘陵区早稻-晚稻种植制度下的水田土壤。

研究发现,不管哪种腐殖物质都含有相对易分解和相对顽固的碳结构。富里酸中含有一种多糖类或多肽类成分,这种结构奈何不了微生物,微生物一高兴就能“吃掉”它。胡敏酸中含有相对较多的芳香族结构,这种结构就好比一块难啃的骨头,微生物不好消化。胡敏素中也有很多糖类结构,但是这些碳穿上了“战衣”(无机物等形成的包裹物),微生物也只能嗟叹而返。

通过高级核磁共振技术,我们得以一窥腐殖物质巧妙的变化规律。当然,高级核磁共振技术不是万能的,腐殖物质的神秘面目还有待进一步探索。

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