全 文 ：紫云英和稻草在分解过程
中水溶性有机物质的变化
丁 昌璞 * B。 C e e e a n t i
(中国科学 院南京土壤 研究所 ) (意大利 国家研究委员会土维化学研究所 )
M a r i a D e N o b i l i R
。
T a r s i t a n o
(意大利 Uid n e大学 ) (意大利家国研究委员 会上 壤化学研究所 )
摘 要
借 助气相色谱 、 阴极溶出伏 安法、 循环伏安 法及凝胶 分离等手段 , 研究了紫云英和稻草 在培 养 分 解过 程
中水溶性有机物质的变化 。 结果 表明 , 挥发 性有机酸及水溶性有机 物质 中的碳 、 氮 、 二价 硫 、 阶 类 物质 的 数
量 、 种类及其变化因植物的种类及分解阶段而异 。
关于植物物料对土壤有机质影响的研究 , 过去一直偏重于土壤腐殖物质性质方面 , 而忽
视新鲜植物物料在分解过程中水溶性有机物质变化的研究 。 众所周知 , 水溶性有机物质是一
类组成相当复杂 , 性质甚为活泼的物质 , 它不仅对土壤的一系列性质 、 土壤环境产生深刻的
影响 ,而且它们还是作物养分的重要给源之一 。 因此 , 研究植物物料分解过程中水溶性有机物
质的变化 , 具有重要的理论和实践意义 。
近年来 , 我们根据有机还原性物质可在碳电极上产生阳极波及具有特征性的半波 电 位 ,
用伏安法测定水溶性有机物质的伏安曲线 , 借以区分土壤中包括水溶性有机物质在内的强还
原性物质和弱还原性物质 ; 观察了水溶性有机物质的还原能力 、 功能团 、 分子量范围 、 等电
聚焦性质及其动态变化 ; 用示差脉冲极谱法研究了水溶性有机物质的伏安行为及其影响因素 。
本文研究了淹水条件下 , 紫云类和稻草在分解过程中挥发性有机酸 、 水溶性有机物质中碳 、
氮 、 二价硫 、 酚类和非酚类物质的变化 。
一 、 供试材料和方法
( 一 )供试材料及培养分解方法
供试土样为中国广东省的砖红壤 、 江西省的红壤及意大利 T us a n y地区的砂壤土 。 土壤经
磨细后 , 通过 20 孔筛 , 备用。
供试植物物料为紫云英和稻草。 磨成干粉 , 待用。
分别称供试土壤 10 克于三角瓶中 , 分别加入 5 克紫云英或稻草干粉 , 拌匀 , 加入 4 0 毫
升水 , 置恒温箱 ( 28 ℃ 士 。 . 5) 中培养 。 分别在培养后的第 2 、 5 、 15 和 3 0天取出 , 测定其水溶
性物质 。
另取紫云英和稻草干粉 2 份 ( 每份 5 克 )于三角瓶中 , 其中 1 份加 10 毫升水 ;另 1 份加入
1 0 克高岭土及 4 0 毫升水 , 一起置于恒温箱中 ( 28 ℃ 土 0 . 5℃ )培养 , 于培养后的第 2 、 5 、巧
和 30 天取出 , 测定其水溶性有机物质 。
* 作者在意大利期间与意方合作研究的部分内容 。
(二 )测定方法
1
.有机酸 :用气相 色谱仪 ( C a rlo E R B A T y p e2 4 0 0)进行测定 。 取澄清培养液 1毫升
于微型离心管中 , 离心 , 然后吸取 20 微升进样 。 层析柱系用 15 % s p 一 12 2 0 /% H 3 P 涂渍担体
( C h r o m o t o s o r o W
一
A W )
, 柱温 z 3 0 0C , 以N Z为载气 , 流速 40毫升 /分 , 使用氢焰离子化检测
器 。 以已知挥发性有机酸作标样 ( V 匕l a t i l e a e i d s t a n d a r d 4 一 6 9 7 5 , s u p e l e o , I n e . ) , 钡叮定
和结果计算均 由计算机控制 。
2
. 碳 : 采用湿氧化法 , 滴定在 自动滴定仪 ( M e t t e r 1 4 0 , M e m o t r i七r a t o r川二进行 。
3
. 氮 : 用蒸馏装置 ( T e e a t o r S y s t e m 10 0 2 ) 、 凯氏自动分析仪 ( T e e a t o r K ja l t e e A u t ( ,
1 0 3 0 A n a l y z e r )测定 。
4
. 硫 : 用阴极溶出伏安法 。 以悬汞电极为工作电极 , 饱和银一氯化银电极为参比 电 极 ,
在一 0 . 3伏预电解 , 沉积时间为 60 秒 , 以 O . l m o1 L 一 ` N a O H + 。 . l m o1 L 一 ` N “ lC 为支持电解质 ,
仪器为 ( P r i n 。 e t o n A p p l i e d R e s e a r e h M o d e l 2 6 4 A )外接 X 一 Y记录仪 ( M o d e l R E o 0 8 9 ) 。
5
. 亚铁 : 用循环伏安法 。 以悬汞 电极为工作 电极 , 饱和银 一氯化银 电极为参比电极 。 通
氮 。 在起始 电压 + 。 . 0 伏 , 终止电压一 1 。 5伏区间扫描 。 O . s o o1 L 一 ’ N H 4 A C为支持电解质 。
6
. 酚类和非酚物质 : 乙烯毗咯烷酮 ( P o l y v i n i l一 P y r r o l id o n e , A ld r i e h , U . 5 . ) 用甲醇
洗涤后 , 再用水冲洗数次 , 装入玻管 ( 1 6 X I 。 3厘米 ) , 然后通入 O . 02 m o1 L 一硫酸溶液 , 直至流
出液的 p H达 2 为止 。 加培养液 5 毫升入管 , 酚类物质即吸附在柱上 , 非酚物质则随 酸 液流
出 , 通过紫外吸收仪检测 , 波长为 2 04 n m 。 之后 , 用 0 . s m ol L 一 ’ N a O H 洗脱 , 柱上的酚类物
质即随碱液流 出 , 流出液用同法检测 。 将记录的峰剪下称重 , 以作相对 比较 。
二、 结果与讨论
(一 )挥发性有机酸的变化
由表 1可 以看出 , 稻草和紫云英经巧天培养分解后 , 前者所产生的挥发性有机酸的总量
是后者的 2 一 4 倍 , 而且各培养期所出现的酸的种类也较紫云英多 。 稻草先后 出现 乙酸 、 丙
酸 、 n 一丁酸 、 异丁酸 、 n 一戌酸 、 n 一乙酸和异 己酸等 , 其中 乙酸和 n 一丁酸在培养分解的第 2 天
即已大量出现 , 第 5天 乙酸达最高量 , 可占总量的 60 % 。 紫云英在分解过程中先后 出现乙酸 、
n 一丁酸 、 n 一戌酸 、 异戌酸和 n 一 己酸 。 其中 乙酸和 n 一丁酸也在培养分解的第 2 天大量出现 , 但
第 5 天则以 n 一丁酸量为最高 , 占总量的 46 一 72 % 。
表 1 还表明 , 紫云英在培养分解的 2 一 15 天内 , 产生的挥发性有机酸为最多 , 至 30 天后
即行消失 。 稻草在 5 一 15 天内产生的挥发性有机酸也最多 , 但 30 天后仍残留一定数量的 乙酸
和丙酸 。 可见 , 不同的植物物料在分解过程中所产生的挥发性有机酸的数量 , 种类及其持续
的时间是不同的 。
根据结果计算 , 紫云英和稻草的分解液中挥发性有机酸总量与其氧化还原 电位及 p H之间
并无明显的相关性 (相关系数分别为 一 0 . 10 4 ; 一 o . 08 2 n 二 21 ) 。 据此 , 似乎可以认为 , 紫云
英和稻草在分解过程中所产生的挥发性有机酸的数量尚不足以改变其所处体 系 的 p H 和 E h
值 。
但是 , 当紫云英和稻草与土壤相混后进行培养分解时 , 所得结果则有所不同 。 表 2 表明 ,
紫云英加土培养所产生的挥发性有机酸的数量明显高于未加土培养的 , 即使分解到第 30 天 , 仍
留存相当数量的有机酸 , 其 中以加砖红壤和红壤处理的达最大值 , 而加意大利砂壤土的则降
表 1 紫云英 、 稻草在分解过程中未加土培养挥发性有机酸种类及数量变化
( 2 天 ) 5 (天 ) 1 5 ( 天 ) 30(天 )
( %)占总量种类
占 ~
总 %量 ~
总量
· 种类
(峰 面积 )
占 ~总量 {总 %种类
量 ~(峰面积 )
总量
种类
( 峰面积 )
占八
总 %
量 岁
总 量
( 峰面积 )
仁 U月ù勺自O八1任司1弓11 .1一hn
一 丁酸
乙 酸
n 一戍酸
::
n 一 丁酸
乙 酸
n 一 戍酸 ::
1 4 8 0 0 0
n 一丁酸
乙 酸
异戍酸
n 一 己酸
7 7 1 0无
肥英
一石
绿一紫
酸乙丙酸乙丙乙 酸
n 一 丁 酸
n 一 戍酸
其 它酸
2 7
2 8 6 8 4 0 3 兮酸乙丙
稻 草 ;;
n 一丁 酸
异丁酸
n 一 己酸
:;
其它酸
2 6 8 0 0n
一 丁酸
异丁酸
n 一 己 酸
异 己酸
} 其 它酸
1 9 9 1 0 0 3
3
2 一
2
8
至最低值 。 分解期间出现的有机酸有 乙酸 、 丙酸 、 n 一丁酸 、 异丁酸 、 n 一戌酸 、 异戌酸 、 n 一 己
酸和己酸 , 其中丙酸是未加土培养中所未曾发现的 。
稻草加土培养分解 , 其所形成的酸量均低于未加土培养分解的 , 也低于紫云英加土培养
分解的 。
可见 , 紫云英和稻草与土壤一起培养分解 , 将影响其所形成的有机酸的数量及种类 , 并
因土而异 。
表 3 紫云英 、 稻草在培养分解过程 (未加土培养 )中水溶性有机物中的 C 、 N 、 S 、 含量的变化
植 物物料
培养时间 } ’ 。 , _ , 、 。 。 _ 、 ’ · 、 甲 , _派。 _ 、 … 。 , 、 、 卜 _ _二 _ 一 、
一ó介曰内b口舀冲`内七心胜ù,lùnonù0
.…0nU八
0odùaǐ匕勺自n甘…O口n匕月了0厅Iù”丫一Q山11nJA任`滋紫 云 英 1 9 . 515 . 15 6 2 0 . 2 4 40 . 3 6 00 . 7 50 0 0 5 7
7
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6
.
7 0
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.
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0 64
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4025
草稻
…!叫 .七J,曰j马勺口,占八ó0.1八U0no
(二 )水溶性有机物质中碳 、 氮 、 二价硫 、
珊类和非醉类物质的变化
表 3 表明 ,紫云英在培养分解过程中 ,其
腐解液中有机碳 、 氮 、硫量始终高于稻草 , 其
中尤以碳在培养分解的最初 5 天 内 最 为 明
显 , 说明紫云英在培养分解过程中形成的水
溶性有机物质高于稻草 。 但随培养分解 时间
的推移 , 这种差异则逐步减小 。
但是 , 紫云英和稻草与土壤一起培养分
解时 , 则它们水溶性有机物质中的碳 、 氮和
硫的含量较未加土培养分解的低得多 (表 4 ) 。
表 4 紫云英 、 稻草在培养分解过程中
加土培养水溶物质中的含最的变化
C ( g /
10 0 9 )
N ( g /
1 0 0 9 )
紫云 英 + 砖红壤
紫云英 + 红坡
紫云英 十 砂壤土
紫云英
稻草 + 砖红侧
稻草 十 红城
稻草 + 砂城土
稻草
未洲出
未侧出
未测出
9
.
1 0
}一_一, 0 . 12 5
0
.
0 15
0
.
0 18
0
.
0 2 6
0
.
0 7 9
} 。
.
1 5
}
2
·
1 0
{
1 8 7 …:
}
.
{
0
未侧出
未洲出
未侧 出
紫云英 、 秤草在分解过程中 ( .与土壤一 起培养 )有机酸的种类和数量变介
5 (天 ), 5 (天 ) 」 (天 )
处 邢 总 倍 种类
(峰而积 )
总盈 种类
(峰面积 )
总 } ;毛 刊 类
(峰而积 )
ǎ叼à占只一从炎
服酸乙丙n汀O]八曰nJ,1闷.J月任紫云英 +
砖红壤
乙 酸 } n 一 J一酸
7 3 90
, 异戌酸
n 一戍 酸
{ 共它酸
n 一丁 酸
1 6 9 3 0 异 戍翻
n 一戌酸
其它酸
异丁 酸
n 一丁酸
异戍酸
紫云 英 」
红 壤
乙 酸 5 9
n 一 丁酸 们
n 一丁 酸
6 2 30 11一戍酸
1J 一 己酸
;
J L它酸
7 G
1 1
3
1 0
6 3
1 1
3
3
2 0
乙 酸 10 0
2 0 4 9 0
乙 酸
〕了5 6 O n 一丁 酸
欢欣乙丙吸酸乙丙紫云英 十
砂壤土
n 一丁酸
::
5 e 0 3 0
n 一戌 酸
其 它酸
n 一丁酸
n 一戎酸
1 2
2 } 5 0 0 8 0
8 4
2
异丁酸
n 一丁酸
己 f决
酸乙丙
酸乙丙稻草 + 不 , 份
砖红 壤 ::
n 一 丁酸 , : 2
n 一戍酸 文L 4 4
其 它酸 !梦3 4
草
27 90
’ 未测出 {:
酸乙戊
n 一丁酸 1 3
酸乙丙乙 酉交
n 一丁 酸 ::
1 2选S Q
稠
竺4 3 0
2 工9 0
6 3 9 0
梦 4 3 5 O n 一丁酸 1 9 J 0 :卜 一 T 酸 2 0 0
;:
酸乙丙乙 酸
n 一 J’ 酸
n 一 戍酸
:{
总 贷
(峰面积 )
下了飞今2 6自
4 5 4 1 0
1 0 8 1 0
7 0 4 0
7 GO
] 8 6 1 0
n 一丁酸
n 一戍酸
其 它酸
2 1
1 4 5 70 未测出
2 5
2 0
3 3
表明有相当数量的水溶性物质为土壤胶体部分所吸附 , 吸附是因土而异 , 大致顺序是 : 砖红
壤 > 红壤 > 砂壤上 。 这个顺序似又与各个土壤的氧化铁含量有一定的联系 , 从而可 以设想 ,
土壤中带正 电荷的氧化铁能吸附带负电荷的水溶性有机物质 , 但 同时又能有效地聚凝有机含
氮化合物 。
表 5 是紫云英和稻草在培养分解过程中酚类和非酚类物质变化的材料 。 由表可见 , 紫云
英在培养分解过程 中形成非酚物质高于稻草 , 而酚类物质二者相差无几 ; 它们的非酚 /酚的比
值 , 紫云英变动在 5 一犯之间 ; 稻草则在 1 一 1 . 4左右 。这似乎表明 ,稻草在培养分解过程 中 ,
酚类与非酚类物质的分解速度是相近的 。
同碳 、 氮 、 硫一样 , 当紫云英 、 稻草与土壤一起进行培养分解时 , 水溶性有机物质中酚
类及非酚类物质均明显减少 (表 6 ) 。 这可能由于非酚类物质被土壤所吸附 , 而阶类物质则为
表 ` 紫云英 、 稻黄左培养分解过程中
水溶有机物中的酚类和非酚类物
质的变化
表 1 紫云英和稻草在培养分解过程中
勃日土培养 )水溶性有机物质中酚
类及非酚类物质变化
培养时问
(夭 )
非酚物 质
( g八 0 0绪
酚类物质
(劣 / 1 0 0 ) 非酚 /酚 非酚物质(g / 10 0 9 ) 酚类物质( g八 0 09 )
物料植物
.
0 1
0
0
0 6 2
。O乃月`ō b,l攻声八n勺自O一b行`O曰
紫号英 :;
「
40 1
.
7 9 0
.肠 5 . 。
2 0
.
4 8 0
. 选7 1 . 0 1
稻 草 一 5 0 . 4 2 0 . 3 6 1 . 2 0
4 0 0
.
3 6 0
.
2 5 1
.
4 0
紫云 英 十 砖红壤
紫云 英 + 红壤
紫云英 十 砂 壤土
稻草 + 砖红 壤
稻草 十 红壤
稻草 千 砂壤土
* 记录的昨而积 称重 , 比较相对最 。 * 记录的峰面积称重 , 比较相对 量 。
土壤中的氧化铁所氧化 。
关于植物物料在培养分解过程中 , 水溶性有机物质中二价硫的含量均为痕迹问题 , 经循
环伏安法测定证实 : 在扫描 电压区间内出现亚铁还原峰 , 表明由氧化铁还原而进入水溶液中
的亚铁足以与二价硫形成 F e S 。 诊为在强还原性条件下 , 土壤中 H 2 5 不会过多的积累提供了
论据 。
(上接 第 7 页 )
际意义 。
关于肥沃稻田的培育及其调节 , 归纳起来不外乎治水改土 、 有机肥改土和轮作改土等等 。
治水改土主要内容包括区域治水防涝 、 田间沟渠设施排渍 , 进而发展到水稻湿润灌溉 。 鉴于
目前绿肥面积缩小 , 有机肥料归还量减少 , 土壤有机质含量在某些地区有下降趋势 , 有机肥
改土应研究各种土壤应归还多少有机物料方可维持其分解积累平衡 。 多熟制 (包括轮作套种
和复种 )是增产的主要途径之一 ,试验表明 ,两熟制与三熟制的合理运筹应以土壤肥力为依据 ,
在爽水 、 滞水与涌水水稻土三熟制比两熟制可增产增收 。
总之 , 通过各种改土培育措施提高中 、 低田基础肥力水平 ,是消除地力级差的基础工作 ,
在消除地力级差基础上以发挥稻田增产潜力 , 从而方可实现稳产高产与优质低耗的农业生产
体系 。
参 考 文 献
〔 1〕徐琪 等 , 大湖地 区水稻土 , 上海科技出版社 , 1 9 80 。
〔幻苏州市 土普办 , 苏州地 区上壤志 , 省土普办 , 1 9 8 5。
〔3 〕中国农科院主编 , 水稻栽培学 , 农业 出版社 , 1 9 8 6。
〔 4〕伍期途等 , 太湖地 区主要类型土壤的反硝化势 , 土壤 , 2 。卷 6 期 , 19 88 。