腐殖物质（HS）特异性及其产生机制研究

Humic substances (HS) is the main part of natural organic matter (NOM),which have very complicated composition and structure, the reason called a kind of substances , is based on the common structural characteristics or the "distinctiveness" of their structure, formed in the humification process. But after nearly 200 years of exploration, the "distinctiveness is still not clear. Faced with this dilemma, in recent years, some research results are deduced unreasonably, and there seems to negate "distinctiveness" of HS. This relates to the foundation of HS chemistry and must be extensively studied and answered. This research intends to use heteronuclear single quantum coherence（HSQC），total correlation spectroscopy（TOCSY），Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry ( FT- ICR-MS)，synchrotron radiation soft near-edge X-ray adsorption fine-structure spectroscopy （NEXAFS） and other modern analysis methods, compared structural characteristics of HS formed in different sources of humic acid (HA) (black soil, peat, manure, IHSS-HA) and four categories of organic substances (proteins, polysaccharides, lipids, lignin), with HS precursor material based on evolutionary tree (Cyanobacteria, mushrooms, lichens, pteridophytes, clover), according to the difference and the degree of difference, we can get conclusions that whether the HS exists "distinctiveness", and what the "distinctiveness" is, and whether this "distinctiveness" is originated from the humification process.

腐殖物质（HS）是天然有机质的主体，其组成、结构十分复杂。之所以称其为一类物质，就是基于他们不同于其形成前体的化学组成与结构特征的共性，或称“特异性”，即在腐殖化过程中形成新的化学组合，甚至是“特异的”结合方式。但经历近200年的探索，人们对这种“特异性”的认识仍然不清楚，并缺少实验上的证据。加之近几年，一些研究结果被不适当的推演，HS“特异性”更加受到质疑。HS到底有无“特异性”？这涉及到HS生物化学的根基，必须进行深入研究和回答。本研究拟用异核单量子相干谱、超高分辨FT离子回旋共振质谱、同步辐射软NEXAFS等现代分析手段，将不同来源胡敏酸（HA）（黑土、泥炭、猪粪、IHSS标样）与4大类有机物质（蛋白质、多糖、脂质、木质素）、基于生多样性的5种天然生物材料（蓝细菌、蘑菇、地衣、蕨类、三叶草）和用上述5种前体材料模拟形成HS的结构特征进行对比，便可得出有无“特异性”及其产生机制的结论。

腐殖物质（HS）具有不同于其形成前体的化学组成与结构特征的 “特异性”，但经历两百多年的探索，人们对这种“特异性”的认识仍然不清楚，也缺少实验上的证据，该项目对HS到底有无“特异性”及其是如何产生的等重要科学问题进行了初步研究，对促进土壤生物化学基础研究及土壤有机质应用具有重要意义。项目内容已按计划完成，重要进展如下：.（1）形成HA的天然生物前体材料或其短期培养产物中碱提取酸沉淀物与土壤HA在结构特征上有本质区别，远不如土壤HA缩合度高和芳香性强，主要表现为含碳量低、H/C摩尔比高，芳香性和热稳定性较低。例如，黑土HA、植物材料和其碱提取酸沉淀物的H/C摩尔比分别为1.131、1.808和1.667。说明土壤HS确实具有特异性。.（2）模拟腐殖化的实验表明，5种不同进化阶段的天然生物材料和玉米秸秆培养物中的碱提取酸不溶组分即类胡敏酸（HLA），随培养时间的延长，都是向着接近土壤HA的 H/C和O/C比值的方向发展，与土壤HS变得更为接近，说明HS“特异性”确实是由腐殖化过程产生的。.（3）在有蒙脱石参与的情况下，随腐殖化时间的延长，天然生物材料培养产物的总碳量逐渐减少，但培养产物的HLA和碱提取物中酸沉淀比例（PQ）向着接近土壤的方向发展。但蓝细菌、蘑菇、苔藓、蕨菜、苜蓿与土壤HA的接近程度和速度不同，似乎与生物材料的进化序列有一定的关系，需进一步探索。.（4）在玉米秸秆固体发酵试验中，里氏木霉、哈茨木霉对纤维素的降解能力较强，HLA数量增加明显；白腐菌对木更偏好降解纤维素，FLA数量提高更明显，暗示前者可能先形成FA，符合腐殖物质形成的多酚途径；而后者可能倾向于先形成HA，符合腐殖物质形成的木质素途径。.（5）值得注意的是，蓝细菌在5类材料中最低等的天然生物材料，既便是培养360 d后，蓝细菌培养物的HLA的H/C比值（1.441）仍远高于土壤HA的1.131。蓝细菌自身及作为其他好氧微生物唯一基质形成的菌体混合物与土壤HS在结构上存在较大差距，与土壤HS起源的关系还需要进一步研究。