土壤中大分子有機質相關研究進展及應用

張思杰 孫孝龍

摘要：富里酸具有較為復雜的官能團結構，使其可以發生光解及絡合反應，從而能夠去除水體和土壤中重金屬離子污染或高分子有機污染物，其特殊的地域差異性使學者們不易對其結構和組成進行研究，但是可以采用模型化合物手段模擬富里酸進行研究，希望通過本文的研究可以為相關試驗提供思路和方法。

關鍵詞：有機質;富里酸;化學結構

中圖分類號：X53? 文獻標識碼：A ? ?文章編號：2095-672X（2019）04-0-01

Abstract：Fulvic acid has a complex functional structure， which can cause photolysis and complexation reactions， which can remove heavy metal ion pollution or high molecular organic pollutants in water and soil. Its special geographical differences make it difficult for scholars to Its structure and composition are studied， but the model compound method can be used to simulate fulvic acid. It is hoped that the research in this paper can provide ideas and methods for related experiments.

Key words：Organic matter;Fulvic acid;Chemical structure

1 研究背景及意義

自然界中，一切有機物終將被土壤中富含的微生物所降解，在降解過程中，產生多種多樣的土壤有機質或是可溶性有機物，已經有許多學者對其進行分類歸納，并研究其性質及在實際生產生活中的應用，如土壤修復、生物制藥[1]等方面具有較為成熟的研究成果，但又有學者認為，在自然界中，可溶性有機物如腐殖酸為污染物質，是造成水體污染和土壤肥力下降等不利于生產生活的主要因素。對于腐殖酸的優劣眾說紛紜，但個人認為腐殖酸，尤其是富里酸對于環境起到了較為積極的作用，如富里酸可以降解水體中較為難降解的大分子有機物，還可以通過絡合原理祛除土壤體系中有毒有害的重金屬離子。

對于水體中大分子有機污染物并沒有較高效的方法，廣泛應用于實際生活中的大部分還停留在實驗室階段，如高壓脈沖[2]。目前，在去除水體大分子有機污染物反面，較為廣泛的是以生物降解方式去除水體中的污染物質，但效率較低;而且對于不同水系，污染物質不同，污染源不同，生物降解技術并不能滿足所有受到污染的水系，所以有學者研究通過富里酸的光解反應達到去除水體中有機污染物的目的[3]。

2 研究現狀

2.1 水體可溶性有機物光解反應

在一些前人研究的成果中，對于富里酸光解反應研究較為透徹，如馮偉瑩[4]基于太湖水體中天然有機質的研究中，得出水體天然可溶性有機質的化學結構及組成對于水體富營養化具有重要作用。在其研究中，著重提出了水體天然有機質中發生光解反應的主要為腐殖酸或類腐殖酸物質，其共同特點為在化學結構上具有芳香基團和雙鍵結構。且太湖水體中天然有機物種類豐富，因此在自然降解中，大量類蛋白物質和類富里酸物質向水體中釋放，造成水體及湖泊生態系統的污染。傅劍鋒等人[5]對于水體中富里酸與氯反應得到的三氯甲烷去除問題進行討論，得出預防三氯甲烷的產生要控制水體中富里酸的含量。但富里酸本身難以被生物降解，所他們經過試驗后發現，可以采用光催化光解的方式分解水中的富里酸，從而達到去除的目的。

多環芳烴作為廣為人知的致癌化合物，怎樣在去除污染物質的同時不會對水體造成新的污染是一項重要課題。在李恭臣[6]對于多環芳烴的降解研究中發現，富里酸對于多環芳烴的光降解具有較為突出的貢獻，他通過設置不同濃度梯度和不同種類的富里酸將其加入到含多環芳烴的溶液中發現，在較低濃度時對于熒菎和芘的光解起到促進作用。李恭臣得出在濃度體系中，對于吸收較強的日光輻射，富里酸分子吸收光子較多而產生的大量的羥基光能團對于熒菎和芘的分解起到促進作用，而對日光輻射區具有較弱的二氫苊、芴、菲等多環芳烴起到抑制作用。

2.2 土壤修復及有機質與重金屬離子絡合

土壤的修復，即去除土壤中的有毒有害物質，本文著重總結土壤有機質與土壤肥力的相關聯系及富里酸與土壤重金屬污染研究。

進一步研究中，土壤有機質對于土壤微生物的影響，上文已經提到土壤有機質的增加可有效增加微生物的活性，但是不同種類和含量的有機質對于微生物所產生的效果也不盡相同。將不同氣候條件下不同有機質含量的農田土壤置于種氣候條件下，通過化學手段測定其中的有機質含量及微生物種類和活性，得出除真菌外，其他各種累微生物均隨土壤有機質的含量增加而增加，并且有機質含量高的土壤，微生物活性較高。

土壤有機質吸附重金屬離子收到較多影響因素，上文已提到土壤有機質在吸附重金屬過程中，重金屬離子的種類和有機質種類的不同會影響吸附效果。但不同的pH和濃度同樣會影響到重金屬離子的吸附效果。隨著濃度的升高，鉛及銅離子在溶液中的吸附量同樣在不斷增加，直至達到峰值;不同pH對于有機質吸附重金屬離子的影響主要體現在，處于較低的pH值時，會加強金屬離子的活性，使其易于與有機質進行交換，從而提高吸附效果。

2.3 富里酸結構-模型化合物研究

富里酸作為土壤有機質的重要組成部分，其特點為易光解，易與重金屬離子發生絡合反應，上文中，重金屬利于土壤有機質的反應中，大部分是與富里酸反應的，但是富里酸為大分子有機聚合體，無固定化學分子式，對于研究停留在不同地域中提取后再進行相關實驗。對于其組分內結構，及各個官能團在自然界中的作用研究較少。

有學者提出，可以采用電腦手段模擬富里酸的結構模型，早在20世紀末期，已有學者對于富里酸的研究，并建立經典模型，隨著電腦技術及化學學科的發展，將二維富里酸及胡敏素的模型轉化為三維模型。

還有學者通過模型化合物的手段，將富里酸中各個光能團分離開來進行研究，如郭惠瑩等人用沒食子酸等化學藥品模擬出于富里酸具有相似化學性質的混合物，并與無機金屬離子進行反應，研究結果表明，大分子模型化合物的吸附效果明顯高于小分子模型化合物，且不同性質的富里酸模型化合物以范德華力等形式包裹在無機金屬表面。

3 發展趨勢及問題

不同地域的富里酸其特性差距不大，都會發生光解及與重金屬離子絡合反應，但不同地區的富里酸性能差距較大，又因其化學結構的復雜多變，雖然富里酸早就廣泛引起學者們的關注，但對其結構的研究與分析仍然比較困難。對于富里酸對于各個行業的應用尤其是土壤修復過程中的重要性是毋庸置疑的，但是對于其在各個行業中所啟用的官能團的研究較少，并且對于重金屬離子絡合反應及富里酸本身發生的光解反應具體機理尚不明確。未來對于富里酸的研究會更多集中在富里酸的結構以及官能團方面。

參考文獻

[1]曾憲成，成紹鑫.富里酸的主要類別[J].富里酸，2002（2）：4-6.

[2]北京市富里酸綜合利用辦公室.富里酸在農業中的應用[J].北京農業，2005（2）：37-38.

[3]Ch Hliao，Lu M Ch，Su Sh H.Role of cupric ions in theH2O2/U V oxidation of humic acid.[J].Chemop Here， 2001，44（5）：913-919.

[4]馮偉瑩，朱元榮，吳豐昌，張旭，張琛.太湖水體溶解性有機質熒光特征及其來源解析[J].環境科學學報，2016，36（02）：475-482.

[5]傅劍鋒，季民，金洛楠.水中天然有機物富里酸的光催化氧化研究[J].化學通報，2005（11）：871-875.

[6]李恭臣，夏星輝，周追，陳玉敏，李亦然.富里酸在水體多環芳烴光化學降解中的作用[J].環境科學學報，2008（08）：1604-1611.