腐殖质(腐殖质分类及特点)

1.腐殖质分类

根据腐殖质的形成，将其分为两大类：

（1）原生腐殖质

指在土壤、泥炭和褐煤等天然物质中含有的腐殖质。土壤腐殖质是土壤中的植物残体经过土壤微生物的分解形成的。泥炭腐殖质是植物在成煤过程中第一阶段形成的产物。泥炭被埋藏于地下之后，经地质成岩作用转变成褐煤，在褐煤中曾发现有微生物的存在，因此微生物有可能参与形成腐殖质的作用。

（2）再生腐殖质

是指煤通过自然风化或人工氧化后生成的腐殖质。主要有：

风化煤再生腐殖质 指煤在地表经风化作用而形成的腐殖质。含量的多少与煤所经受的风化程度及煤中灰分高低有关。我国风化煤中腐殖酸含量一般在35%左右。

硝酸氧化再生腐殖质 指褐煤通过硝酸氧化所生成的腐殖质。

人工空气氧化再生腐殖质 是将褐煤经流化床氧化所形成腐殖质。一般褐煤经空气氧化后，腐殖质含量可以得到提高。

此外，目前还有从造纸废液和木材水解的副产品中提取腐殖质，以及通过人工合成腐殖质。

吐哈盆地西南部腐殖质一般属原生腐殖质，是存在于褐煤或煤屑中的腐殖质。

2.吐哈盆地西南部腐殖质的结构组成特征

（1）腐殖质元素组成

根据对腐殖质的化学元素分析，其主要元素组成为碳、氢、氧、氮和硫。

对于不同来源的腐殖质（如土壤腐殖质、煤腐殖质和地下水中腐殖质），不同地点的泥炭、褐煤、风化煤中的腐殖质，其主要元素的含量是不相同的，但变化范围不是很大，而且无论是何种来源的腐殖酸或黄腐酸都是以碳和氧为主要元素的，而氮、氢和硫是少量的。不同来源的腐殖酸元素组成见表4—4，不同地点的煤中腐殖酸元素组成见表4—5。

表4—4 从土壤和其他来源得到的腐殖酸的元素组成质量百分数（wB/%）

（据何立千，2000）

表4—5 吐哈盆地腐殖质元素组成及与其他地区对比（wB/%）

注：吐哈盆地褐煤黄腐酸元素组成为平均含量，部分资料引自何立千。

从表4-4中不同来源煤炭腐殖酸的元素组成的测定值看，各元素含量的基本范围是碳为42%～61%，氧28%～47%，氢为2%～6%，氮为1%～3.6%，硫为0～1.7%。不同来源的腐殖酸、黄腐酸主要组成元素的含量各不相同。

为了更好地了解吐哈盆地腐殖质的结构特征，我们利用不同地区的来源不同的腐殖质做对比（表4—5）。对于煤炭腐殖酸，碳的含量主要与原料煤的煤化程度有关。煤化过程的次序是植物、泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤。风化煤是褐煤、烟煤和无烟煤的风化产物。碳应是物质缩合程度的指标。从植物及各种煤的组成成分看，随着煤化程度的增高，煤中碳含量增高，在氢、氧含量方面，不同产地的腐殖酸类物质表现出的差异比不同煤种的差异更大（表4—5），腐殖酸中碳含量最高的是北京门头沟的风化煤，为66.09%；最低的是吐哈盆地黄腐酸，为48.11%。泥炭与褐煤之间并没有表现出明确的碳含量的差异，而同是褐煤腐殖酸，产地之间的差异却是较明显的。黄腐酸的碳含量普遍低于腐殖酸。其中吐哈盆地褐煤黄腐酸碳含量最低。

在氢的含量上，一般的规律是泥炭腐殖酸高于褐煤腐殖酸，褐煤腐殖酸又高于风化煤腐殖酸。由表4—5 可见氢含量是在2.32%～5.15%之间，褐煤腐殖酸的氢含量在4.21%～4.25%之间，吐哈盆地腐殖质氢含量与其他地区相比偏高。氢的含量明显地随煤种不同而异，且随着煤化程度的增加而减小。

氮含量与氢含量有着相同的变化趋势。但不论产地、原料煤种如何，氮含量一般都在1%～3%范围之内。

腐殖酸的氧含量随不同煤种之间的变化不明显，但黄腐酸的氧含量普遍高于腐殖酸。表4-5中黄腐酸的氧含量基本在40%左右，明显高于各种煤腐殖酸。吐哈盆地褐煤黄腐酸中氧含量明显高于其他地区，说明吐哈盆地黄腐酸中含有相对多的含氧官能团，具有更大活性。而腐殖酸中氧含量最低，其中含氧官能团较少，化学活动性相对较差。C/H（原子数比）一般认为可指示腐殖质的芳构化程度，芳构化程度越高，表示其化学稳定性越高。吐哈盆地褐煤黄腐酸C/H（原子数比）比值为1.23，相对较低。

由此可见，与其他盆地相比，吐哈盆地褐煤黄腐酸在与铀迁移和富集过程中可起到更大的作用。

（2）分子量

腐殖酸不是一种纯物质，它不像一般纯净有机化合物那样有着确定的原子个数、固定的分子量，对各元素的原子在空间的相对位置和空间排列也不能描述得很清楚。实际上，腐殖酸是一类结构组成复杂的大分子混合物。由于生成腐殖物质时经历了数不清的反应，并且没有严格控制，所以在任何一种样品中几乎没有两个样品的分子量是完全相同的。其组成成分的大小尺寸和组成结构都很不均一，分子量各不相同，分布在一个比较宽的范围内。一般说到腐殖酸的分子量，指的是其平均分子量。关于腐殖酸的平均分子量，虽然国内外腐殖酸的研究做了很多工作，但各研究报告中所给出的数据是非常分散的，差别十分悬殊。文献报道中腐殖酸的分子量小到几百、几千，大到几万。甚至同一样品，用不同方法测得的结果可相差一到二个数量级。造成这种混乱情况的原因很多，一个主要原因是腐殖酸来源不同，腐殖酸的提取、制备方法不一致，客观上难以统一对比。另外，腐殖酸制备中的杂质很难除尽，而残余杂质对平均分子量的测定会带来很大的影响；又由于腐殖酸是含有多种官能团的大分子物质，在水溶液中一方面会解离，另一方面又能通过氢键、桥键等形成聚合体，致使测定结果偏离腐殖酸的分子量。

腐殖质平均分子量的测定方法有许多，如：冰点降低、沸点升高、气相渗透压、黏度、凝胶过滤、X-射线衍射、电子显微镜、表面压测定等等。以冰点降低法为例，此法是较适用的一种经典物理化学方法。根据Raoult 定律，不挥发物质溶入溶剂，使溶液的蒸汽压比纯溶剂低。这种蒸汽压的降低移动三相平衡点，导致冰点的降低。对理想溶液来说，降低值与溶质分子数有下列关系：Δtf=kfc/Mr。Δtf（℃）代表冰点降低值；kf为冰点降低常数，取决于溶剂；c是溶液的浓度，以1kg溶剂中溶质的克数来表示；Mr则为溶质的分子量。但真实的溶液都是非理想溶液，只有在无限稀释时，才接近理想溶液。所以测定时要测几个（4～5个）浓度相应的Δtf/c，将Δtf/c对c作图并外推到c=0时的纵坐标截距，即（Δtf/c）→0，并以此计算试样的分子量：

吐哈盆地铀有机地球化学研究及侏罗系划分

用冰点降低法测得的腐殖酸的平均分子量是数均分子量 。

由于腐殖酸不能直接溶在水里，所以测定时常用它们的钠或钾盐。但腐殖酸盐在水溶液中会解离。因此，要测溶质的质点数，不仅要计算腐殖酸分子本身，还要计算解离出来的阴离子。现在有钠和钾的离子选择电极，用离子计可以直接测定溶液中的ρNa（或ρK），从而算出相应的钠（或钾）离子浓度 ，此时：

吐哈盆地铀有机地球化学研究及侏罗系划分

式中kf=1.858℃·mol-1·kg-1，因为用的是水溶剂。为了尽可能避免杂质的影响，样品最好先经电渗纯化。

据最新资料，Geoffrey（1998）的测定，腐殖酸的分子组成是C308H328O90N5，分子量为5540 daltons，其中C为66.8%，H为60%，O为26%，N为1.30。

在腐殖质的三个组成中，以腐黑物（humin）的分子量最大，其次是腐殖酸，分子量最小的是黄腐酸。

吐哈盆地腐殖酸未作分量测定。这里只介绍一下研究方法。

（3）官能团分析

由官能团的测定可知，腐殖酸含有酚羟基、羧基、醇烃基、烯醇基、磺酸基、氨基、醌基、羰基、甲氧基等多种基团。这些活性基团的存在，决定了腐殖酸具有酸性、亲水性、离子交换性、络合能力及较高的吸附能力。表4-6列出了吐哈盆地腐殖质与不同来源煤炭腐殖酸官能团分析数据对比情况。

表4—6 吐哈盆地腐殖质与不同来源腐殖酸的官能团分析数据对比（meq/g）

注：部分资料引自何立千。

从表4—6可见，总酸基以及羧基的含量，大体上是风化煤腐殖酸高于褐煤和泥炭腐殖酸，黄腐酸高于腐殖酸。吐哈盆地褐煤黄腐酸的总酸基和羧基含量都是最高的，这说明其水溶性和化学活动性都相对较强。这一点在后面分析实验中也得到了证实。在吐哈盆地西南部层间氧化带砂岩型铀矿形成中起主要作用的是黄腐酸。而酚羟基则与此相反。总酸基、羧基以及酚羟基在各来源的腐殖酸中均为主要的含氧官能团。醌基在煤炭腐殖酸中大体是风化煤高于褐煤、泥炭，而黄腐酸中醌基的含量很低，所以在腐殖质的三个级分中，黄腐酸的颜色最浅。羰基广泛存在于各种来源的腐殖酸中。

相对于一般的腐殖酸，黄腐酸的分子量较小，含有较多的氧和较少的碳，结构上含有更多的羧基、羟基等活性基团。因此，在与铀酰离子络合能力上，黄腐酸表现出了更高的活性。

简述土壤腐殖质的形成过程

腐殖质有一个特点，黑色或深棕色的颜色，这是由於大量的有机碳（organic carbon）。

腐植质（Humus）是一种棕色或黑色的胶体物质，由微生物分解生物残体（如植物组织（枯枝落叶）和动物的排泄物，皮毛和屍体等）来进行腐殖化过程（humification）的产物。在养分生物循环中,生物死亡後,生物残体会进行矿物化过程转化成矿质养分的。但是生物残体也会不完全被矿物化。生物残体会进行腐殖化过程,以腐殖质形式保留下来。即是在养分生物循环中,生物残体转化成矿质养分的一个养分储藏室,腐殖质最终会进行矿物化过程转化成矿质养分的。腐殖质的重要是当雨水冲走泥土上的矿质养分时，而微生物未能及时分解生物残体来补充(微生物分解生物残体时间很慢)，腐殖质可以根据土壤养分浓度来释出养分来补充，对肥力有积极作用。

腐殖质对土壤的作用

1.养份储存(保存肥力能力)

土壤除了保存生物残体被腐殖化的养分外,还可以以胶体物质的特色去吸收阳离子,如钾、钙、镁,是植物不可缺少的.

2.土壤颜色

阳离子中铁离子及腐殖质是土壤颜色的主要染色物质，我们可以通过土壤颜色去分析土壤阳离子的成分。

3.土壤结构

以团粒结构形式有利植物生长,因为团粒结构,毛管孔隙和非毛管孔隙也存在, 对土壤水份及土壤空气有适当协调.

所以你的选项全对

土壤腐殖质的形成主要经历以下过程：

1. 植物腐烂：当植物死亡后，其残体在土壤微生物的参与下开始分解。植物腐烂以植物细胞壁（纤维素）、细胞质（胞浆、液泡、蛋白质、酶、植物激素、DNA等）和水的形式进行，这个过程是有机物分解的基础。

2. 微生物分解：微生物对植物腐烂物质的变化起着重要作用。这一变化的过程可分为三个阶段：溶解、酯交换和水解。溶解是指微生物利用其有机物的脂肪酸或糖苷化合物，利用酶将物质分解成小分子；酯交换是指利用酶将植物腐烂物质中的酯类物质分解为有效成份；而水解是指微生物利用水将固态有机物转化为水溶性有机物，如糖、脂肪酸等。

3. 土壤腐殖质形成：经过植物腐烂和微生物分解的过程，土壤中会形成腐殖质。这些腐殖质是土壤的重要组成部分，可以作为营养物质被土壤中的微生物和植物吸收和利用。

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