土壤中大分子有机质相关研究进展及应用

张思杰 孙孝龙

摘要：富里酸具有较为复杂的官能团结构，使其可以发生光解及络合反应，从而能够去除水体和土壤中重金属离子污染或高分子有机污染物，其特殊的地域差异性使学者们不易对其结构和组成进行研究，但是可以采用模型化合物手段模拟富里酸进行研究，希望通过本文的研究可以为相关试验提供思路和方法。

关键词：有机质;富里酸;化学结构

中图分类号：X53  文献标识码：A    文章编号：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 研究背景及意义

自然界中，一切有机物终将被土壤中富含的微生物所降解，在降解过程中，产生多种多样的土壤有机质或是可溶性有机物，已经有许多学者对其进行分类归纳，并研究其性质及在实际生产生活中的应用，如土壤修复、生物制药[1]等方面具有较为成熟的研究成果，但又有学者认为，在自然界中，可溶性有机物如腐殖酸为污染物质，是造成水体污染和土壤肥力下降等不利于生产生活的主要因素。对于腐殖酸的优劣众说纷纭，但个人认为腐殖酸，尤其是富里酸对于环境起到了较为积极的作用，如富里酸可以降解水体中较为难降解的大分子有机物，还可以通过络合原理祛除土壤体系中有毒有害的重金属离子。

对于水体中大分子有机污染物并没有较高效的方法，广泛应用于实际生活中的大部分还停留在实验室阶段，如高压脉冲[2]。目前，在去除水体大分子有机污染物反面，较为广泛的是以生物降解方式去除水体中的污染物质，但效率较低;而且对于不同水系，污染物质不同，污染源不同，生物降解技术并不能满足所有受到污染的水系，所以有学者研究通过富里酸的光解反应达到去除水体中有机污染物的目的[3]。

2 研究现状

2.1 水体可溶性有机物光解反应

在一些前人研究的成果中，对于富里酸光解反应研究较为透彻，如冯伟莹[4]基于太湖水体中天然有机质的研究中，得出水体天然可溶性有机质的化学结构及组成对于水体富营养化具有重要作用。在其研究中，着重提出了水体天然有机质中发生光解反应的主要为腐殖酸或类腐殖酸物质，其共同特点为在化学结构上具有芳香基团和双键结构。且太湖水体中天然有机物种类丰富，因此在自然降解中，大量类蛋白物质和类富里酸物质向水体中释放，造成水体及湖泊生态系统的污染。傅剑锋等人[5]对于水体中富里酸与氯反应得到的三氯甲烷去除问题进行讨论，得出预防三氯甲烷的产生要控制水体中富里酸的含量。但富里酸本身难以被生物降解，所他们经过试验后发现，可以采用光催化光解的方式分解水中的富里酸，从而达到去除的目的。

多环芳烃作为广为人知的致癌化合物，怎样在去除污染物质的同时不会对水体造成新的污染是一项重要课题。在李恭臣[6]对于多环芳烃的降解研究中发现，富里酸对于多环芳烃的光降解具有较为突出的贡献，他通过设置不同浓度梯度和不同种类的富里酸将其加入到含多环芳烃的溶液中发现，在较低浓度时对于荧菎和芘的光解起到促进作用。李恭臣得出在浓度体系中，对于吸收较强的日光辐射，富里酸分子吸收光子较多而产生的大量的羟基光能团对于荧菎和芘的分解起到促进作用，而对日光辐射区具有较弱的二氢苊、芴、菲等多环芳烃起到抑制作用。

2.2 土壤修复及有机质与重金属离子络合

土壤的修复，即去除土壤中的有毒有害物质，本文着重总结土壤有机质与土壤肥力的相关联系及富里酸与土壤重金属污染研究。

进一步研究中，土壤有机质对于土壤微生物的影响，上文已经提到土壤有机质的增加可有效增加微生物的活性，但是不同种类和含量的有机质对于微生物所产生的效果也不尽相同。将不同气候条件下不同有机质含量的农田土壤置于种气候条件下，通过化学手段测定其中的有机质含量及微生物种类和活性，得出除真菌外，其他各种累微生物均随土壤有机质的含量增加而增加，并且有机质含量高的土壤，微生物活性较高。

土壤有机质吸附重金属离子收到较多影响因素，上文已提到土壤有机质在吸附重金属过程中，重金属离子的种类和有机质种类的不同会影响吸附效果。但不同的pH和浓度同样会影响到重金属离子的吸附效果。随着浓度的升高，铅及铜离子在溶液中的吸附量同样在不断增加，直至达到峰值;不同pH对于有机质吸附重金属离子的影响主要体现在，处于较低的pH值时，会加强金属离子的活性，使其易于与有机质进行交换，从而提高吸附效果。

2.3 富里酸结构-模型化合物研究

富里酸作为土壤有机质的重要组成部分，其特点为易光解，易与重金属离子发生络合反应，上文中，重金属利于土壤有机质的反应中，大部分是与富里酸反应的，但是富里酸为大分子有机聚合体，无固定化学分子式，对于研究停留在不同地域中提取后再进行相关实验。对于其组分内结构，及各个官能团在自然界中的作用研究较少。

有学者提出，可以采用电脑手段模拟富里酸的结构模型，早在20世纪末期，已有学者对于富里酸的研究，并建立经典模型，随着电脑技术及化学学科的发展，将二维富里酸及胡敏素的模型转化为三维模型。

还有学者通过模型化合物的手段，将富里酸中各个光能团分离开来进行研究，如郭惠莹等人用没食子酸等化学药品模拟出于富里酸具有相似化学性质的混合物，并与无机金属离子进行反应，研究结果表明，大分子模型化合物的吸附效果明显高于小分子模型化合物，且不同性质的富里酸模型化合物以范德华力等形式包裹在无机金属表面。

3 发展趋势及问题

不同地域的富里酸其特性差距不大，都会发生光解及与重金属离子络合反应，但不同地区的富里酸性能差距较大，又因其化学结构的复杂多变，虽然富里酸早就广泛引起学者们的关注，但对其结构的研究与分析仍然比较困难。对于富里酸对于各个行业的应用尤其是土壤修复过程中的重要性是毋庸置疑的，但是对于其在各个行业中所启用的官能团的研究较少，并且对于重金属离子络合反应及富里酸本身发生的光解反应具体机理尚不明确。未来对于富里酸的研究会更多集中在富里酸的结构以及官能团方面。

参考文献

[1]曾宪成，成绍鑫.富里酸的主要類别[J].富里酸，2002（2）：4-6.

[2]北京市富里酸综合利用办公室.富里酸在农业中的应用[J].北京农业，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]冯伟莹，朱元荣，吴丰昌，张旭，张琛.太湖水体溶解性有机质荧光特征及其来源解析[J].环境科学学报，2016，36（02）：475-482.

[5]傅剑锋，季民，金洛楠.水中天然有机物富里酸的光催化氧化研究[J].化学通报，2005（11）：871-875.

[6]李恭臣，夏星辉，周追，陈玉敏，李亦然.富里酸在水体多环芳烃光化学降解中的作用[J].环境科学学报，2008（08）：1604-1611.