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1、专业： 农资1202 姓名： 平帆 学号： 3120100152 日期： 2014.5.6 地点： 农生环B255 装 订 线实验报告课程名称： 土壤学实验 指导老师： 谢晓梅 成绩：_实验名称： 土壤腐殖质分离及性状观察 同组学生姓名： 边淑萍 一、实验目的和要求 二、实验内容和原理三、实验材料与试剂 四、实验器材与仪器五、操作方法和实验步骤 六、实验数据记录和处理七、实验结果与分析 八、讨论、心得一、 实验目的和要求1. 了解土壤有机质的组成及其对土壤理化性质和土壤肥力的意义；2. 学习土壤腐殖质的提取原则和分离方法；3. 通过实验，观察并了解腐殖质的主要成分及其盐类的性状。二、 实验内容
2、和原理腐殖质是动植物残体经微生物作用在土壤中重新合成的高分子有机化合物，性质非常稳定不易分解。土壤腐殖质同矿物质部分相当紧密地结合着，要对它们进行研究往往先要将他们分离出来。本实验采用国际腐殖酸协会（IHSS）推荐的方法1，在实验室条件下做适当修改:用NaOH作为提取液提取腐殖质2，经酸化和分离后分离富里酸和胡敏酸，然后制成各种腐殖酸盐，对其颜色、溶解度等性状进行观察比较。1. 胡敏素胡敏素是土壤腐殖质的成分之一，为腐殖质中与土壤矿物质结合最紧密的组分，酸、碱或有机溶剂都无法提取。黑色，分子量小，性质不活泼，惰性的腐殖质，最难分解。2. 腐植酸腐植酸（胡敏酸和富里酸）的结构复杂，均为高分子聚合
3、物，其单体中有芳核，芳核上有多种取代基，以及脂肪族侧链。腐植酸的分子量和组分不仅因土壤种类不同而异，而且同一组分也不均一。2.1 胡敏酸胡敏酸本身不溶于水，它的钾、钠、铵等一价盐则溶于水，而钙、镁、铁、铝等多价离子盐类的溶解度大大降低，胡敏酸及其盐类通常呈棕色至黑色。2.2 富里酸土壤腐殖质的组成成分之一。颜色较浅，多呈黄色。分子结构方面芳香核的聚合度较小，官能团中酚羟基和甲氧基的数目比较多。富里酸有相当大的水溶性，且呈溶胶状态，强酸性，其一价及二价金属离子盐均溶于水；富里酸能与锌、铝等形成络合物，在在中性和碱性条件下则产生沉淀。三、 实验器材与仪器土样一（取于余杭塘路施工旁，风干研磨细后过1
4、8目筛）、土样二（取于湿地底泥）三角瓶 ，漏斗，玻璃搅拌棒，滤纸，试管，移液管，分析天平，振荡器，离心机等；0.1mol/L NaOH溶液，0.5 mol/L Na2SO4溶液，0.5 mol/L H2SO4溶液，0.1 mol/L H2SO4溶液，1mol/L NaCl溶液，1/2mol/L CaCl2溶液，1/3mol/L AlCl3溶液。四、 操作方法和实验步骤(一) 腐植酸的提取及性状观察1. 称取土样一（m1=4.0158g）、土样二，置于100mL离心管中，加入20mL 0.1M NaOH溶液，在振荡器上震摇5min；加入0.5M Na2SO4溶液20mL，继续震摇2min；2.
5、5000r/min敞盖（下同）离心5min，观察沉淀和清夜颜色、状态；清液倒入洁净三角瓶中。(二) 富里酸及胡敏酸的提取及性状观察1. 移液管移取8mL上清液于离心管中，加入1.5mL 0.5M H2SO4溶液（使之呈酸性反应），摇匀，离心分离，观察沉淀和清夜的颜色、状态；2. 移液管分别移取2.0mL上清液，置于三支洁净的小试管中，分别编号为、；3. 弃去剩余的清夜，保留沉淀，加入8mL蒸馏水，摇匀，滴加0.1M NaOH溶液，使沉淀完全溶解，再分别移取2.0mL于三支洁净的小试管中，分别编号、；4. 在、试管中分别加入1M NaCl溶液、1/2M CaCl2溶液，1/3M AlCl3溶液各
6、2.0mL，充分摇匀，观察所发生的现象；、试管做同样的处理，并观察；5. 将、试管中的清液倾倒法除去，保留沉淀物，分别加蒸馏水2.0mL，充分摇匀，静置几分钟，观察所发生的现象。五 实验结果与分析腐殖质各组分(清液和沉淀)盐类的颜色、溶解度等性状进行比较（见表1）：表1 土壤腐殖质各组分的性状观察（土样一）不同处理加稀碱处理提取液颜色和状态 加稀碱处理提取液淡黄色 碱提取液加酸处理上清液浅黄色，趋于无色沉淀无加1mol/L NaCl溶液加1/2mol/L CaCl2溶液加1/3mol/L AlCl3溶液。试管无色透明溶液试管无色透明溶液试管无色透明溶液试管无色透明溶液试管无色透明溶液试管无色透
7、明溶液由于紫金港地区土壤有机质含量偏低，土样一腐殖质含量过低。在实验操作步骤正确前提下，加酸后无法提取得到沉淀，因此土样一不能对含胡敏酸沉淀的进行实验。故取富含腐殖质的土样二作为对比（见表2）：表2 土壤腐殖质各组分的性状观察（土样二）不同处理加稀碱处理提取液颜色和状态加稀碱处理提取液上清液浅黄色（上清液）沉淀深黑色（沉淀）碱提取液加酸处理上清液浅黄色（上清液）沉淀棕褐色（沉淀）加1mol/L NaCl溶液加1/2mol/L CaCl2溶液加1/3mol/L AlCl3溶液试管近乎白色透明的溶液试管棕褐色溶液试管白色沉淀试管灰棕色溶液伴有少量棕色絮状沉淀试管近乎白色透明的溶液试管浅棕色溶液伴有
8、大量透明胶状沉淀分析表1、表2可知，加稀NaOH处理后的离心管中，由于胡敏素为腐殖质中与土壤矿物质结合最紧密的组分，酸、碱或有机溶剂都无法将其提取出来，因而它与成为不容部分沉淀下来（沉淀），其中土样一沉淀呈淡黄色，说明腐殖质含量过低。土样中的腐殖质含量微乎甚微，对作物的生长发育是不利的；而这一点也可以从采样地点的植被中得到应证：大部分长满杂草甚至裸露，只有小片的土地上种植了青菜，并且矮小叶蔫，发育不良。而土样二沉淀呈深黑色，说明腐殖质和胡敏素含量极高。上清液中保留了大部分的腐植酸和可溶性杂质；上清液加酸处理后，土样一上清液呈现淡黄色趋近于无色，而无沉淀，说明富里酸几乎无，且胡敏酸含量极低。土样
9、二中上清液呈浅黄色，棕褐色沉淀析出，说明不溶于酸的胡敏酸较高，而既溶于酸又溶于碱的富里酸与可溶性杂质留在上清液中；加入NaCl溶液、CaCl2溶液和AlCl3溶液后静置一段时间，土样一的试管均为无色透明，只有在隐约看到有附着在试管闭上的白色颗粒，据推测是加入过量CaCl2溶液产生的CaOH沉淀，因无法得到含胡敏素的沉淀，故试管仅起到对照作用，与试管相近。土样二的试管实验结果较好（结果见表2），由于胡敏酸和富里酸可以和Ca2+离子络合，加之pH的影响，降低了二者的溶解度、电离度和可吸附性以及分子量分布，使其相较于和Al3+更易于使腐殖酸沉淀。而Na+在任何条件下都不会出现沉淀。Al3+的络合沉淀
10、需要微酸性环境，故试管出现大量胶状沉淀。七. 讨论、心得1. 为什么加入NaOH后加入Na2SO4溶液？加入Na2SO4 的目的是以Na+代替土样中的Ca2+，使之变成CaSO4，避免Ca2+对后续加入钙盐测定的干扰。2. NaOH作提取剂存在的哪些弊端？在碱性溶液中腐殖质会与溶解氧气发生反应，从而改变腐殖质的原始结构与化学组成。腐殖质在碱性溶液中长期与氧气接触后，腐殖质分子量降低，分子中羰基与羧基含量增加，从而含氧量增加3.22，腐殖质的自氧化。若想避免氧化可向碱溶液中添加氧化剂SnCl2，降低溶液中自由氧含量，减少腐殖质氧化4。IHSS推荐采用氮气来减少氧化3。3. 腐殖酸与铝离子反应情况
11、?根据文献资料5，荧光检测法分析铝离子与腐殖酸分子的情况表明，pH= 5时90 %的铝离子与腐殖酸发生结合，且该比例不随铝离子加入量而变。而当pH = 7时，铝离子起初几乎不与腐殖酸发生反应,仅在铝离子含量较高时才与腐殖酸结合。原因是，pH = 5的弱酸性条件有利于腐殖酸与铝离子发生共聚络合反应，在较小铝盐投量下即实现铝盐与腐殖酸分子结合而pH = 7中性条件下铝盐主要发生自身水解反应，生成不溶性无定形氢氧化物，只有在水解产物浓度较高时才发生对腐殖酸的网扫絮凝6。4. 腐殖质对于土壤结构、化学机制的影响？腐殖质是自然环境中广泛存在的一类大分子有机混合物，约占水环境溶解有机质的50，土壤有机质的
12、80。其结构复杂，单体中有芳香环结构，芳环上有多种取代基(如含氧功能团和氨基酸功能团等)，并连接着多肽或脂肪族侧链，此外，也可能存在杂环态氮的结构。研究表明，腐殖质的主要元素有碳、氢、氧、氮、硫和磷。对于赋存于同一介质中的腐殖酸，胡敏酸碳含量略高于富里酸，氧含量略低于富里酸，但元素组成没有太大差别。Schulten基于多学科交叉，采用热解分析，电子显微镜，镜氧化和还原降解等方法，结合计算机软件设计得腐殖酸能量最小化及集合优化的三维结构，如图1所示7。图1：某种腐殖酸的结构图 土壤的形成与有机质腐殖化过程密切相关，岩石经过物理化学风化后。风化残积物中的Fe、Al元素的溶解迁移与沉淀固定受腐殖质的
13、控制。腐殖质在土壤中可呈游离的酸和盐类状态存在，但大部分呈凝胶状与矿质粘粒紧密结合，成为重要的矿物胶体物质，从而增加土壤团粒的水稳性和持水性。腐殖质还可通过增加植物根部细胞膜的渗透性、激活土壤呼吸、促进ATP的合成与三羧酸循环以及光和作用等途径来增加作物的生产。腐殖质能够提高化肥的利用效率，同时减轻化肥对土壤理化性状产生的不良影响7。腐殖质分子结构中含有大量的活性官能团，如羧基、醇羟基、酚羟基等，因而具有很高的反应活性，能与环境中的有毒金属离子发生络合作用，对金属元素在环境中的迁移、转化和生物效应起着十分重要的调控作用。腐殖质络合金属离子的能力受腐殖质的本质属性的影响，即与其所含的官能团的类型
14、和比例有关。参考文献：1 Li L, Huang W, Peng P, et al. Chemical and molecular heterogeneity of humic acids repetitively extracted from a peatJ. Soil Science Society of America Journal, 2003, 67(3): 740-746.2 马连刚, 肖保华. 土壤腐殖质提取和分组综述J. 矿物岩石地球化学通报, 2011, 4: 017.3 Sparks D L, Page A L, Helmke P A, et al. Organic mat
15、ter characterizationJ. 1996.4 Eloff J N, Pauli F W. The extraction and electrophoretic fractionation of soil humic substancesJ. Plant and Soil, 1975, 42(2): 413-422.5 金鹏康, 王晓昌. 腐殖酸铝盐共聚络合反应特性J. 中国给水排水, 2004, 20(1): 40-43.6 金鹏康, 佘静静, 刘岚, 等. 典型 pH 条件下腐殖酸混凝特性研究J. 西安建筑科技大学学报: 自然科学版, 2011, 43(2): 215-219.7 李会杰. 腐殖酸和富里酸的提取与表征研究D. 华中科技大学, 2012.8 黄昌勇，徐建明. 2010. 土壤学M. 北京：中国农业出版社. 7 / 7