土壤溶解性有机质的生态环境效应-生态环境学报.docVIP

土壤溶解性有机质的生态环境效应 李 睿，屈 明 西南农业大学资源环境学院，重庆 400716 摘要：土壤生态环境是一个复杂的多介质多界面体系。现有的研究表明，DOM作为环境中重要的天然配位体和吸着载体，是一种非常活跃的化学物质，它将土壤中的矿物质、有机质与生物成分联系在一起，通过物理或化学作用改变金属与外源性化合物的环境行为，促进温室气体的排放，调节土壤养分流失，指示土壤质量，并对成土过程、微生物的生长代谢过程、土壤有机质分解和转化过程有着重要作用，已经成为土壤科学、生态科学和环境科学交叉领域的研究热点。文章系统地评述了DOM的组成特点及其环境效应，同时介绍了未来的研究方向及一些有待于进一步研究的问题。 关键词：溶解性有机质；生态环境；效应 中图分类号：X14 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2004）02-0271-05 溶解性有机质（DOM）作为土壤生态环境中最为活跃的化学成分之一，不仅可以影响污染物（重金属、多环芳烃、农药）的迁移能力[1, 2]和C、N、S和P等营养元素的生物有效性[3]，而且还是矿物风化[4]、成土过程[5]以及微生物的生长代谢、土壤有机质分解和转化过程的重要影响因素，已经成为土壤科学、生态科学和环境科学交叉领域的研究热点。国外于20世纪70年代提出DOM这一概念，并已开展对土壤中DOM提取方法、来源、组成和结构、生物有效性，以及DOM的环境意义等方面的研究探索[6]。尽管土壤DOM的含量很低，通常不超过百分之几，如在土壤溶液、湿地土壤溶液和森林土壤剖面淋滤水中DOM含量通常在0～80 mg/L之间[7]。但是由于它在土壤中普遍存在，而且其分子量较小，水溶性很强，因此被认为是陆地生态系统和水生生态系统中一种很活跃的组分，日益引起人们的关注。 1 土壤溶解性有机质的基本概念 土壤溶液中含有结构不同、分子量各异、数量变化不定的溶解性有机质（Dissolved Organic Matter, DOM），其中只有很小一部分低分子量的物质可以用化学方法鉴别[8]，如有机酸、糖类以及氨基酸等；大部分DOM是具有高分子量的络合物质，也就是溶解性的腐殖质。DOM通常定义为可以通过0.45 μm孔径滤膜的大小和结构不同的有机分子的连续统一体[9]。这仅是一个操作上的定义，没有一定的化学内涵[10]。DOM是由很多有机化合物组成的复杂的混合物，它包括土壤溶解有机碳（DOC）、溶解有机氮（DON）、溶解有机磷(DOP)和溶解有机硫（DOS）等，而且DOM的组分以DOC为主，DOM的研究对象也主要是DOC。 本文中所述的土壤DOM包括两类[8]：（1）水溶性有机质（Water-Soluble Organic Matter, WSOM） μm滤膜的土壤有机质，通常用作土壤DOM的替代物；（2）土壤溶解性有机质，即存在于土壤溶液和渗出液中的可以通过0.45 μm滤膜的溶解性有机质。由此，广义而言，腐殖酸也属于特殊的可溶性有机质，或碱溶性有机质。Grasso等[11]认为，DOM组分中大约25％～50%由腐殖酸和富里酸组成，其余的组分主要是蛋白质、多糖和亲水性有机酸。Homann等[12]认为，DOM中分子量小于几千道儿顿的成分主要包括脂肪酸、芳香酸、氨基酸、单糖、低聚糖和低分子量的富里酸，而高分子量的DOM主要包括结构复杂的物质，如高分子量的富里酸和胡敏酸。 2 土壤溶解性有机质的组成 多数研究者在研究DOM时，实际操作中还不可能对所有的DOM组分进行逐一分离和测定，往往只能根据它们的某些特性，将其分成不同组分，然后分别加以研究。DOM的组分可按元素和官能团进行划分，也可按特殊化合物和化学基团进行划分，还可按分子量进行划分，或者按疏水-亲水性、酸-碱性质进行划分[13]。 许多研究者采用了红外光谱（IR））[13][14]IR分析的结果表明，土壤中的DOM主要含有羟基、芳香基、羧基。Baham等[15]采用IR分析污泥DOM发现，在污泥DOM中酸水解产物的成分占55％，其中α-氨基占26％，氨基己糖占9％，中性糖残渣占12％，脂肪族占8％。Leenheer[16]及其合作者们按化合物的极性和电荷特性，于1976年率先采用XAD树脂和阴、阳离子交换树脂，将水中的DOM分离为6个组分： （1）亲水的酸性有机质（HPIA）））））））[17, 18] DOM组分 结构组成 化学性质 w/% 疏水性： 酸性化合物 5~9碳原子的脂肪羧酸，1~2个环的芳香羧酸，1~2个环的酚、棕黄酸、腐殖酸、与腐殖质键合的氨基酸、肽和糖 酸交换量为8.5~11.8 mol·kg-1C，pH取决于电荷密度 30~70 中性化合物 烃，＞5个碳原子的脂肪酸、胺、酯酮和醛，＞9个碳原