甘蔗栽培地沉積物中分離出的腐殖質的光譜表征

G. Pantano A.，Santos，M. C. Bisinoti，A. B. Moreira 著 劉毓芳 李 敏 吳云彬 張彩鳳* 譯

(1 巴西埃斯塔杜阿爾保利斯塔大學國家生物科學研究所 圣保羅 01049-010 2 巴西埃斯塔杜阿爾保利斯塔大學阿拉拉夸拉化工研究所 阿拉拉夸拉 14801 3 晉中學院化學化工學院 晉中 030002 4 太原師范學院化學系 太原 030006)

腐殖質有很重要的環境屬性，并且可以與金屬絡合。因此，腐殖質能夠干擾環境中金屬物質的運輸、吸收和積累，而且對金屬物質的毒性也有一定的影響。所以，對腐殖質性質的研究就顯得尤為重要。

事實上，從格蘭德流域的圖爾武河沉積物中提取出腐殖質進而研究其性質是很不切實際的。因為這里的流域面積為15.925平方千米，水體有供給、灌溉和發電等諸多用途。農村地區受農業活動的影響很大，而這些農業活動確實也帶來了一些問題，例如土地流失，甘蔗、柑橘種植區使用的殺蟲劑對環境的污染。圣保羅州是巴西最大的甘蔗生產地(其產量約占巴西全國甘蔗總產量的60%)，而格蘭德流域圖爾武河附近則是圣保羅的第三大甘蔗栽培區，甘蔗種植面積達370.342公頃，每季節能產生18百萬立方米的殘渣。自從有關報道稱這些殘渣的不恰當使用會導致土壤鹽堿化，并且像鉀、鐵、鈣這樣的金屬殘留會使地下水和地表水受到污染，此后，該地帶的甘蔗種植便受到了廣泛關注。因此，了解腐殖質的性質及其作用機理是十分重要的。

1 材料和方法

這項研究是在格蘭德流域圖爾武河進行的。用范德維恩式挖泥船從4個采樣點收集表面沉積物。樣品1取自農業地區(甘蔗和牧草)，并將其作為參考點。樣品2取自為市區供水的水庫，樣品3取自有代表性的甘蔗種植區，樣品4則取自收集所有污染物的大壩(水力發電)處。然后根據國際腐殖質學會所提出的方法來提取沉積物中的腐殖質。以氫氧化鈉為提取劑，在充滿氮氣的杯罐實驗裝置中加入150 g的沉積物和1.5 L 0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液并機械攪拌4 h，然后通過紅外光譜、紫外可見光譜和分子熒光光譜對其進行表征。

2 結果與討論

由圖1知：樣品1和樣品3中的腐殖質在450 nm處熒光信號強度峰最大，這一現象與腐殖質的內部結構有關。而樣品2和樣品4中提取的腐殖質在430 nm和480 nm處出現兩個最強度大的熒光峰，第一個最大值是由于黃腐酸的存在，第二個最大值則是由于腐植酸的存在。Peuravuori等(2002)的研究顯示，黃腐酸激發峰的最大值在250～260 nm之間，腐植酸激發峰的最大值在300～340 nm之間，而黃腐酸的最大發射峰在380～460 nm之間，腐植酸的最大發射峰則在410～480 nm之間。

圖2是同步分子熒光光譜圖，腐殖質在400 nm附近出現最大熒光強度信號峰，這說明在腐殖質中存在含有5個芳環的多環芳香碳氫化合物。

圖3是紅外光譜圖，圖中出現了一些在其他研究中出現過的腐殖質特征譜帶。

所有的光譜在頻率為3400 cm-1附近都出現了寬而強的譜帶，這是由于羧基、苯酚和乙醇結構中的O-H鍵的伸縮而造成的。頻率為1660～1630 cm-1之間的譜帶則可能與芳環中ν(C=C)鍵的伸縮振動有關。而頻率為1400 cm-1處的譜帶則與δ(OH)化學位移的彎曲以及苯酚和羧基中ν(C-O)鍵的伸縮有關，這個譜帶同時也是腐植酸分子的特征帶。最后，在頻率為950～670 cm-1處的譜帶與芳環上C-H鍵在面內和面外的彎曲有關。最重要的是，在2850 cm-1和2920 cm-1處圖譜中并沒有分別出現-CH-和-CH2-的對稱伸縮振動和不對稱伸縮振動的特征峰，這說明脂肪族基團在腐殖質中的含量是很低的。

文獻廣泛使用E4/E6的比值來推測腐殖質中的芳香結構。表1的分析結果顯示，如果比值小于5，則表明腐殖質分子的聚合度很高，并且所含的芳香結構多于脂肪結構。E4/E6的值越大，表明腐殖質的芳香性越低，因此，樣品3中的腐殖質的芳香性最差。

表1 腐殖質在紫外/可見區域的光譜特征Tab.1 Spectroscopic characteristics of HS in the UV/VIS region

3 結論

通過紅外光譜、紫外可見光譜和分子熒光光譜表征，可以得出如下結論：可能因腐殖化程度較高以及區域未受太多農業活動的影響，一個具有甘蔗種植優勢地區沉積物中的腐殖質是一種具有高芳香性和高聚合度的物質。

致謝和參考文獻(略)

譯自：Function of Natural Organic Matter in Changing Environment，2011，114～116。