全 文 ：中国生态农业学报 2013年 8月 第 21卷 第 8期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Aug. 2013, 21(8): 985−991


* 国家科技支撑计划项目(2012BAD14B05, 2013BAC09B01)和现代农业(肉牛)产业技术体系专项经费项目(CARS-38)资助
** 通讯作者: 吴景贵(1965—), 男, 博士, 教授, 研究方向为土壤生境调控与废弃物资源化。E-mail: jgwu68@sohu.com
康露(1987—), 男, 硕士研究生, 研究方向为土壤环境化学与废弃物资源化。E-mail: 96208zx@163.com
收稿日期: 2013-01-08 接受日期: 2013-04-09
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2013.00985
蜉金龟堆肥和自然堆肥类胡敏酸的表征及特性研究*
康 露 吴景贵** 赵欣宇 孟安华
(吉林农业大学资源与环境学院 长春 130118)
摘 要 分别用焦磷酸钠和氢氧化钠浸提新鲜牛粪、蜉金龟堆肥(APCM)和自然堆肥(腐熟牛粪)产物中的类胡
敏酸, 采用元素组成、红外光谱及差热分析研究了其结构特征。元素分析结果表明, 蜉金龟堆肥焦磷酸钠浸提
物——类胡敏酸(NaHLA)的芳香性低于新鲜牛粪和自然堆肥, 而碳水化合物及氮元素含量增加。蜉金龟堆肥氢
氧化钠浸提物——类胡敏酸(PAHLA)的碳水化合物和氮元素含量也高于新鲜牛粪和自然堆肥 , 而自然堆肥
PAHLA的芳香性略低于新鲜牛粪和蜉金龟堆肥。红外光谱分析结果表明, 与自然堆肥 NaHLA相比, 蜉金龟堆
肥 NaHLA中羧酸脂类化合物、酮类化合物、脂肪族化合物及碳水化合物有所增加。与新鲜牛粪 PAHLA相比,
蜉金龟堆肥和自然堆肥 PAHLA的碳水化合物、脂肪族化合物、酚类化合物及纤维素酯类减少, 同时蜉金龟堆
肥 PAHLA的酰胺化合物在蜉金龟消化过程中被其吸收。差热分析结果表明, 自然堆肥 NaHLA的热稳定性高
于新鲜牛粪和蜉金龟堆肥, 而蜉金龟堆肥 NaHLA 的脂族化合物、外围官能团和分子内部芳香结构含量较高,
分子结构较复杂。蜉金龟堆肥 PAHLA存在两个放热峰, 而新鲜牛粪和自然堆肥的中温放热峰消失。综上, 蜉
金龟堆肥和自然堆肥采用两种提取液浸提出类胡敏酸的结构特征存在差异性。
关键词 蜉金龟堆肥 自然堆肥 类胡敏酸 元素组成 红外光谱 差热分析
中图分类号: S153.622 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2013)08-0985-07
Characteristics of humic-like acid of Aphodius-processed cow manure and
natural cow manure compost
KANG Lu, WU Jing-Gui, ZHAO Xin-Yu, MENG An-Hua
(College of Resources and Environment Sciences, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)
Abstract With further increase in aquaculture industry, it is predicted that annually total emissions of livestock feces will
reach 42.44 billion tons by 2020. The pollution problems of livestock and poultry feces have become an increasing concern in
the international community. It has therefore become imperative to recycle use of livestock and poultry feces. Currently,
research has focused mainly on earthworm-processed animal manure and sporadic reports on Aphodius sp. There have also
been studies on community species, mouthparts, and morphological and gut characteristics of Aphodius sp. Although intensive
studies have been conducted on the structural characteristics of soil humus, humic-like acid has received little focus. The
carbon, nitrogen dynamics and humus characteristics of adding decomposed cow dung and Aphodius larval composting have
been reported in previous study. However, little has been done on the characteristics of humic-like acid of Aphodius-processed
cow-manure (APCM) and natural cow manure compost. To understand cow manure utilization and develop basic data for
structural characterization, humic-like acids from two different inorganic extractions were characterized in elemental analyzer,
infrared spectrometer and differential thermal analyzer. The humic-like acid samples were extracted from APCM and natural
cow manure compost with 0.1 mol·L−1 NaOH and 0.1 mol·L−1 Na4P2O7, respectively. Elemental analysis showed that the
aromaticity of humic-like acid (Na4P2O7-extracted, NaHLA) from APCM was lower than that from fresh cow manure and
natural cow manure compost. The C and N contents of humic-like acid (NaOH-extracted, PAHLA) from APCM were higher
than those from fresh cow manure and natural cow manure compost. Also the aromaticity of natural cow manure compost was
lower than those of fresh cow manure and APCM. In terms of NaHLA of natural cow manure compost, infrared spectrometry
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suggested that larger carboxylic acid lipid compounds, ketone compounds, aliphatic compounds and carbohydrates existed in
NaHLA of APCM. The carbohydrates, aliphatic compounds, phenolic compounds and cellulose esters of PAHLA from APCM
and natural cow manure compost were higher than those from fresh cow manure. Amide compounds of PAHLA from APCM
were absorbed in Aphodius digestive process. Thermal analysis suggested that NaHLA from natural cow manure compost had
larger thermal stability than that from fresh cow manure and APCM. The aliphatic compound, peripheral functional groups and
intra-molecular aromatic structures of NaHLA from APCM were higher than those from fresh cow manure and natural cow
manure compost. However, the molecular structure of NaHLA from APCM was of higher complexity than that of NaHLA.
PAHLA from APCM had two exotherm peaks whereas mid-temperature exotherm peak disappeared in fresh cow manure and
natural cow manure compost. In summary, some differences existed in humic-like acid characteristics from APCM and natural
cow manure compost.
Key words Aphodius-processed cow-manure, Natural cow manure compost, Humic-like acid, Elemental composition,
Infrared spectrometry, Differential thermal analysis
(Received Jan. 8, 2013; accepted Apr. 9, 2013)
随着养殖业规模进一步增加, 预测到 2020年我
国畜禽粪便每年排放总量将达到 42.44 亿 t[1], 畜禽
粪便带来的污染问题越来越受到人们关注。处理好
畜禽粪便所引发的粪污问题及其资源化利用是循环
农业可持续发展的当务之急[2]。东北地区主产玉米,
每年大量玉米秸秆用于规模化养牛场和农村养殖户
饲养牛, 因此产生了巨大的牛粪排便量。目前, 研究
者就蚯蚓堆肥的报道已展开详尽研究 [3−4], 而大型
土壤动物蜉金龟对禽畜粪便的分解作用只有零星报
道。国内外研究者对家畜粪中粪食性金龟子群落的
种类组成特征、口器形态学及自身肠道特点展开大
量研究 [5−6], 同时对土壤中腐殖质的结构特征展开
了大量研究, 但对堆肥中相对“稚嫩”的腐殖酸研究
还是刚刚起步[7]。有关蜉金龟在牛粪堆肥过程中碳
氮转化及腐殖质变化特征已在前文 [8]展开报道, 在
此不做过多阐述, 仅对经蜉金龟肠道作用后的产物
类胡敏酸的结构特征进行研究和分析。
不同提取剂所提取胡敏酸的性质存在一定差异,
NaOH能有效提取胡敏酸, 而Na4P2O7提取胡敏酸的提
取率比 NaOH低, 并且易提取分子量较大的胡敏酸[9]。
肖彦春等[10]指出黑土中氢氧化钠提取胡敏酸的脂族性
强于焦磷酸钠提取的胡敏酸。本研究分别用 Na4P2O7
和 NaOH碱液对新鲜牛粪、自然堆肥及蜉金龟堆肥中
的类胡敏酸进行提取和分离, 采用元素分析、红外光
谱及差热分析对其进行结构表征。比较了两种不同无
机提取剂所获得的类胡敏酸结构特征存在的差异。旨
在为牛粪肥料化利用提供一种新的处理方式, 探明蜉
金龟堆肥和自然堆肥中类胡敏酸的结构特征差异, 以
及为有机肥中类胡敏酸的结构表征提供基础资料。
1 材料与方法
1.1 试验材料
根据我国北方农田、果园、苗圃常见蜉金龟田
间检索表可知 [5], 本试验所选用的蛴螬为蜉金龟
(Aphodius spp.)。供试新鲜牛粪为堆肥前的风干样品,
取自吉林农业大学动物科学技术学院养殖场。在阴
凉通风处放置 3~5 d, 使含水率低于 60%, 堆肥前测
定其含水率, 并添加适量自来水使其含水率至 65%
左右; 挑出牛粪中的杂质, 将大块捻碎并过 2 cm孔
径的筛。
1.2 试验设计
以新鲜牛粪为对照, 设自然堆肥和蜉金龟堆肥
2个处理。各处理的基本理化性质如表 1所示。
表 1 各试验处理的理化性质
Table 1 Physical and chemical characteristics of different treatments
处理
Treatment
有机碳
Organic
carbon
(g·kg−1)
全氮
Total
nitrogen
(g·kg−1)
水分含量
Moisture
content (%)
C/N
新鲜牛粪
Fresh cow manure
391.5 17.0 64.3 23.1
自然堆肥
Natural cow manure
compost
246.2 23.7 33.2 10.4
蜉金龟堆肥
Aphodius-processed
cow manure
259.8 24.3 48.7 10.7

堆肥试验于 2011 年 5 月 25—7 月 12 日在吉林
农业大学资源与环境学院网室内进行, 通风状况良
好。蜉金龟堆肥处理方法: 根据 Lemke 等[11]的研究
结果 , 甲虫幼虫处理土壤干重为 85 mg·g−1(幼
虫)·d−1。本试验将 200条体态均匀(每条重约 2.05 g)
的蜉金龟(接种前 1 周置于土壤内预培养, 以排清蜉
金龟肠道里的内容物)均匀放入 400 kg 的新鲜牛粪
中, 接种密度(Q)为 284.91 条·m−3, 进行堆肥; 自然
堆肥处理方法: 直接将 400 kg新鲜牛粪进行堆肥。
以上两种处理均堆成长、宽、高约为 145 cm、95 cm、
50 cm的堆体, 3次重复, 在堆体上方约 1 m处搭遮
雨蓬布; 每 7 d用烘干法测定牛粪的含水率, 加入定
量自来水补充堆体水分, 采取人工翻堆处理, 分别
在 3 d、7 d、14 d、21 d、28 d、35 d 和 42 d翻堆。
第 8期 康 露等: 蜉金龟堆肥和自然堆肥类胡敏酸的表征及特性研究 987


1.3 类胡敏酸的提取与纯化
提取方法: 堆肥结束后, 取新鲜牛粪、自然堆肥
及蜉金龟堆肥样, 粉碎后, 均过 0.25 mm筛, 提取步
骤参照文献[12]。称 5.00 g样品于 600 mL塑料瓶中,
加入 500 mL蒸馏水, 此溶液为水溶性有机物(water
organic matter, WOM)。向提取水溶性有机物后的残
渣中加入 0.1 mol·L−1的焦磷酸钠溶液 500 mL, 室温
下(16.2 )℃ 振荡 30 min, 将提取液于 4 000 r·min−1离
心 10 min, 过滤, 加入 3 mol·L−1的硫酸溶液, 调节
pH至 1~2, 放置于 60 ℃的干燥箱内保温 30 min后,
静置 24 h, 沉淀为焦磷酸钠浸提类胡敏酸(Na4P2O7-
extracted humic like acid, NaHLA)。继续向残渣中加
入 0.1 mol·L−1的氢氧化钠溶液 500 mL, 操作步骤同
上 , 即为氢氧化钠浸提类胡敏酸 (NaOH-extracted
humic-like acid, PAHLA)。
纯化方法: 上述得到的粗胡敏酸, 按照肖彦春等[10]
的方法进行纯化。将纯化后的类胡敏酸样品经冷冻干燥
机干燥后, 保存于密封玻璃瓶中, 置于干燥器内备用。
1.4 分析测定
元素组成: 类胡敏酸的 C、H、N元素含量采
用德国 VARIO EL Ⅲ型元素分析仪(vario EL ana-
lyzer)进行测定, 应用 CHN 模式, 标准试剂为乙
酰苯胺, 称取样品重量约 1 mg, 并用差热分析中
的灰分和含水量数据对元素分析数据进行校正。
由于组成腐殖物质的大量元素是 C 和 O, 少量元
素是 H、N和 S, 因此, O元素的含量用 100%减去
C、H、N、S元素的百分含量而获得[13]。
红外光谱: 将样品置于红外灯下干燥后, 取 2 mg
样品粉碎研磨, 然后将样品和 400 mg KBr 粉末(光
谱纯)在玛瑙研钵中混磨后压片, 在美国 NICOLET
红外光谱仪上 4 000~400 cm−1范围内收集光谱, 并
以 KBr作空白扣除仪器背景值。
热性质: 称取样品约 5 mg, 置于差热分析仪的
小坩埚内, 静态空气室温条件下升温, 升温速度5 ℃·min−1,
至 110 ℃时恒温 2 h 以去除样品水分, 继续升温至
600 ℃保持 30 min后降温, 达到初始温度时记录灰
分含量, 并应用仪器自带软件分析样品的差热分析
(differential thermal analysis, DTA)和热重分 析
(thermo gravimetric analysis, TG或 TGA)结果。
1.5 数据统计
试验数据由工作薄WPS 2012进行整理和计算。
2 结果与分析
测定了新鲜牛粪、自然堆肥及蜉金龟堆肥中类
胡敏酸的 C、H、N、O 元素含量, 并计算了 H/C、
O/C、N/C原子个数比。一般来讲, 腐殖质的主体是
由羧基(—COOH)和羟基(—OH)取代的芳香族结构,
烷烃、脂肪酸、碳水化合物和含氮化合物结合于芳
香结构块上[14]。腐殖质的 H/C、O/C、N/C 原子个
数比在一定程度上反映了有机物结构和官能团特
征。有机质中 H/C原子个数比值越小则芳香性越强,
反之含有更多脂肪族的化合物[15]; 而 O/C原子个数比
越大, 表示有机物中含有更多羧基、酚基官能团或者
碳水化合物[16]; N/C 原子个数比越大, 表明有机物中
含有更多的含氮化合物如氨基酸、氨基糖和多肽等[17]。
2.1 元素组成分析
对新鲜牛粪、自然堆肥和蜉金龟堆肥采用焦磷
酸钠和氢氧化钠获得的浸提物——类胡敏酸进行元
素组成分析, 结果如表 2所示。从表 2可知, 与新鲜
牛粪 NaHLA 相比, 自然堆肥 NaHLA 中 C、H 含量
分别增加 0.87%、1.09%, O、N含量分别降低 0.52%、
4.46%; 蜉金龟堆肥 NaHLA 中 O 含量增加 22.90%,
C、H、N含量分别降低 22.78%、16.94%、19.43%。
蜉金龟堆肥 NaHLA中 H/C、O/C、N/C原子个数比
值均高于新鲜牛粪和自然堆肥 , 表明蜉金龟堆肥
NaHLA 的芳香性低于新鲜牛粪和自然堆肥, 而碳水
化合物及氮元素含量增加。
表 2 蜉金龟堆肥和自然堆肥的焦磷酸钠和氢氧化钠浸提物——类胡敏酸的元素组成
Table 2 Elemental analysis of Na4P2O7 extracted and NaOH extracted humic-like acids from Aphodius-processed cow manure and
natural cow manure compost
类胡敏酸元素含量
Elemental content of humic-like acid (g·kg−1)
类胡敏酸元素原子比
Atomic ratio of element in humic-like acid 处理
Treatment
浸提液
Extract
C H O N H/C O/C N/C
新鲜牛粪 Fresh cow manure 422.99 50.54 489.46 37.00 1.43 0.87 0.07
自然堆肥 Natural cow manure compost 426.65 51.09 486.91 35.35 1.44 0.86 0.07
蜉金龟堆肥 Aphodius-processed cow manure
焦磷酸钠
Na4P2O7
326.65 41.98 601.56 29.81 1.54 1.38 0.08
新鲜牛粪 Fresh cow manure 494.63 56.91 419.12 29.34 1.38 0.64 0.05
自然堆肥 Natural cow manure compost 482.33 56.16 430.00 31.51 1.40 0.67 0.06
蜉金龟堆肥 Aphodius-processed cow manure
氢氧化钠
NaOH
462.39 53.04 445.81 38.76 1.38 0.72 0.07
988 中国生态农业学报 2013 第 21卷


与新鲜牛粪 PAHLA相比, 自然堆肥 PAHLA中
C、H含量分别降低 2.49%、1.32%, O、N含量分别
增加 2.60%、7.40%; 而蜉金龟堆肥 PAHLA中 C、H、
O、N含量与之变化相同, 表现为 C、H含量分别降
低 6.52%、6.80%, O、N含量分别增加 6.37%、32.11%。
自然堆肥 PAHLA 的 H/C 原子个数比值略高于蜉金
龟堆肥和新鲜牛粪, 说明自然堆肥 PAHLA 的芳香
性略低于新鲜牛粪和蜉金龟堆肥 ; 而蜉金龟堆肥
PAHLA的 O/C、N/C原子个数比值均高于新鲜牛粪
和蜉金龟堆肥, 说明蜉金龟堆肥 PAHLA 的碳水化
合物和氮元素含量高于新鲜牛粪和自然堆肥。
2.2 红外光谱分析
蜉金龟堆肥和自然堆肥 NaHLA 具有相似的红
外光谱, 但也存在一定差异, 红外光谱(IR)归属参见
文献[18]。图 1a 中 1、2、3 分别为自然堆肥、蜉金
龟堆肥、新鲜牛粪采用焦磷酸钠浸提物类胡敏酸的
红外光谱。与新鲜牛粪 NaHLA相比, 自然堆肥和蜉
金龟堆肥 NaHLA在 3 400 cm−1、1 644 cm−1、1 015
cm−1处吸收强度增加, 在 1 511 cm−1处吸收强度减
小, 这说明自然堆肥和蜉金龟堆肥NaHLA中羟基的
伸缩振动增加, 水分子形成氢键的变形振动和有机羧
酸盐反对称伸缩振动的吸收增强, 酰胺中的 N—H 变
形振动减弱。与自然堆肥相比, 蜉金龟堆肥 NaHLA在
1 715 cm−1、1 165 cm−1、1 124 cm−1处有吸收, 这说明
蜉金龟堆肥 NaHLA中羧酸脂类化合物、酮类化合物、
脂肪族化合物及碳水化合物比自然堆肥有所增加。
图 1b 结果表明, 与新鲜牛粪 PAHLA 相比, 自
然堆肥和蜉金龟堆肥 PAHLA在 3 392 cm−1、2 930
cm−1、1 507 cm−1、1 232 cm−1、1 124 cm−1、1 040 cm−1
处吸收强度减弱 , 这说明蜉金龟堆肥和自然堆肥
PAHLA 氢键的羟基伸缩振动、—CH2基团的 C—H
反对称伸缩振动、酰胺中的 N—H 变形振动、酚类
中的 C—O伸缩振动、碳水化合物中的 C—O伸缩振
动、以及无机化合物的硅酸盐矿物和硫酸盐等形成
的吸收峰均减弱 , 说明蜉金龟堆肥和自然堆肥中
PAHLA的碳水化合物、脂肪族化合物、酚类化合物
及纤维素酯类减少。同时蜉金龟堆肥 PAHLA 在
1 598 cm−1 吸收峰消失, 说明木质素中与芳香环相
连的 C=O伸缩振动消失, 即酰胺化合物在蜉金龟消
化过程中被其所吸收。

图 1 蜉金龟堆肥和自然堆肥类胡敏酸(a: 焦磷酸钠浸提; b: 氢氧化钠浸提)的红外光谱
Fig. 1 Infrared spectrometry of humic-like acid (a: Na4P2O7 extract, b: NaOH extract) from Aphodius-processed cow manure and
natural cow manure compost
图中 1、2、3分别为自然堆肥、蜉金龟堆肥、新鲜牛粪, 图 2同。1, 2, 3 in the figure indicate natural cow manure compost, Apho-
dius-processed cow-manure compost, fresh cow manure, respectively. The same as figure 2.

2.3 热性质分析
由图 2a 和表 3 可知, 蜉金龟堆肥和自然堆肥
NaHLA 的中温放热峰温高于新鲜牛粪, 而中温反应
热的顺序却有所不同, 表现为自然堆肥>新鲜牛粪>
蜉金龟堆肥。但新鲜牛粪 NaHLA的高温放热峰温明
显高于自然堆肥和蜉金龟堆肥, 高温反应热大小的
顺序与中温反应热相同, 说明自然堆肥NaHLA的热
稳定性高于新鲜牛粪和蜉金龟堆肥。
由图 2b 和表 3 可知, 仅蜉金龟堆肥 PAHLA 存
在中温放热峰, 而新鲜牛粪和自然堆肥 PAHLA 的
中温放热峰消失, 同时新鲜牛粪和自然堆肥 PAHLA
在中温阶段也不考虑其重量变化。说明新鲜牛粪和
自然堆肥 PAHLA 的中温放热峰温向高温放热峰温
偏移, 且存在 3 个高温放热峰; 因其没有中温放热
峰, 所以无法计算其中温放热量及中温放热量与高
温放热量的比值。而蜉金龟堆肥 PAHLA却不同, 分
别存在中温放热峰和高温放热峰, 但高温放热量小
于中温放热量。
热重分析结果(表 4)表明, 新鲜牛粪和自然堆肥
NaHLA 的中温失重均大于高温失重, 而蜉金龟堆肥
NaHLA 则相反, 其高温失重大于中温失重, NaHLA
的高温失重 /中温失重的大小顺序表现为蜉金龟堆
肥>自然堆肥>新鲜牛粪。自然堆肥和新鲜牛粪
PAHLA的中温反应热的重量没有变化, 而蜉金龟堆
第 8期 康 露等: 蜉金龟堆肥和自然堆肥类胡敏酸的表征及特性研究 989



图 2 蜉金龟堆肥和自然堆肥类胡敏酸(a: 焦磷酸钠浸提; b: 氢氧化钠浸提)的差热分析
Fig. 2 Differential thermal analysis of humic-like acid (a: Na4P2O7 extract; b: NaOH extract) from Aphodius-processed cow manure
and natural cow manure compost
表 3 蜉金龟堆肥和自然堆肥焦磷酸钠浸提类胡敏酸和氢氧化钠浸提类胡敏酸的热性质
Table 3 Differential thermal analysis of Na4P2O7 extracted and NaOH extracted humic-like acids from Aphodius-processed cow
manure and natural cow manure compost
处理
Treatment
类胡敏酸类型
Type of humic-
like acid
中温放热量(H2)
Middle-temperature
exotherm (kJ·g−1)
高温放热量(H3)
High-temperature
exotherm (kJ·g−1)
中温放热峰温
Middle-temperature
exotherm peak (℃)
高温放热峰温
High-temperature
exotherm peak (℃)
H3/H2
自然堆肥
Natural cow manure compost
7.45 1.64 323 409 0.22
蜉金龟堆肥
Aphodius-processed cow manure
0.83 0.36 327 425 0.43
新鲜牛粪 Fresh cow manure
焦磷酸钠浸提
Na4P2O7
extracted
(NaHLA)
4.67 0.43 306 494 0.09
自然堆肥
Natural cow manure compost
— 1.38 — 321~503 —
蜉金龟堆肥
Aphodius-processed cow manure
3.47 0.79 308 430~485 0.23
新鲜牛粪 Fresh cow manure
氢氧化钠浸提
NaOH
extracted
(PAHLA)
— 2.99 — 333~468 —
表 4 蜉金龟堆肥和自然堆肥焦磷酸钠浸提物类胡敏酸和氢氧化钠浸提物类胡敏酸的热重分析
Table 4 Thermogravimetric analysis of Na4P2O7 extracted and NaOH extracted humic-like acids from Aphodius-processed cow
manure and natural cow manure compost
处理
Treatment
类胡敏酸类型
Type of
humic-like acid
低温(0~110 ℃)失重(W1)
Low-temperature
weightlessness (%)
中温(110~320 ℃)失重(W2)
Middle-temperature
weightlessness (%)
高温(320~600 ℃)失重(W3)
High-temperature
weightlessness (%)
W3/W2
自然堆肥
Natural cow manure compost
2.85 28.44 19.06 0.67
蜉金龟堆肥
Aphodius-processed cow manure
1.34 10.15 13.82 1.36
新鲜牛粪 Fresh cow manure
焦磷酸钠浸提
Na4P2O7 extracted
(NaHLA)
2.67 26.35 5.62 0.21
自然堆肥
Natural cow manure compost
0.49 — 31.18 —
蜉金龟堆肥
Aphodius-processed cow manure
1.22 20.83 18.47 0.89
新鲜牛粪 Fresh cow manure
氢氧化钠浸提
NaOH extracted
(PAHLA)
0.52 — 47.88 —

肥 PAHLA则不同, 表现为蜉金龟堆肥 PAHLA在中
温反应和高温反应处重量均有变化, 其中中温失重
略高于高温失重, 说明两种提取剂所浸提出类胡敏
酸的热性质存在较大差异性。
比较蜉金龟堆肥和自然堆肥 NaHLA 和 PAHLA
的差热分析和热重分析差异性, 由表 3 差热分析可
知, 蜉金龟堆肥和自然堆肥 NaHLA的 H3/H2均高于
新鲜牛粪, 说明与新鲜牛粪相比, 蜉金龟堆肥和自
然堆肥 NaHLA 的芳香性较强, 脂族性较弱。蜉金
龟堆肥 NaHLA 的 W3/W2高于新鲜牛粪和自然堆肥
(表 4), 这与 H3/H2 的结果相符 , 说明蜉金龟堆肥
NaHLA的脂族化合物、外围官能团和分子内部芳香
990 中国生态农业学报 2013 第 21卷


结构含量较高, 分子结构较复杂。
3 讨论
堆肥腐殖质的生成有两个途径[19]; 一是在微生
物作用下, 木质素的侧链氧化生成木质素类衍生物,
构成了腐殖质的核心和骨架, 这是腐殖质形成的重
要途径之一 ; 二是由微生物代谢后的单体聚合而
成。蜉金龟堆肥和自然堆肥类胡敏酸的结构差异一
方面与试验处理有关, 另一方面与提取剂的类型有
关。Schnitzer等[20]研究表明, Na4P2O7和 NaOH两种
提取剂提取的胡敏酸在性质上很相似, 但也存在一
些差异。研究结果表明, 与 NaHLA相比, 新鲜牛粪、
自然堆肥及蜉金龟堆肥 PAHLA的 C、H、N含量均
有所增加, O含量有所减少; NaHLA的 H/C、O/C、
N/C 原子个数比值均高于 PAHLA。由此可以看出,
NaHLA 的芳香性低于 PAHLA, 而碳水化合物和氮
元素含量增加, 进一步说明氢氧化钠提取胡敏酸的效
率高于焦磷酸钠, 这与梁重山等[9]的研究结果一致。
张水花等[21]对云南寻甸褐煤和褐煤氧化降解制
备黄腐酸后残煤中的腐植酸进行研究, 结果表明随
着沉淀溶液酸度的增强, 总酸性基团、羧基、酚羟
基含量增大; O元素含量、C/H原子比增加, C、H元
素含量、C/O 原子比减少。Ngo 等[22]对土壤中施用
堆肥、蚯蚓堆肥和化学肥料并进行 1年的室内试验,
结果表明与对照相比, 施用化学肥料后土壤有机质
中 C、N元素含量降低, 蚯蚓堆肥施入后有机碳含量
没有变化 , 而堆肥能增加土壤有机碳的含量。
Federico 等[23]的研究表明, 西红柿移栽 85 d 后施用
蚯蚓堆肥能显著增加植株干重, 但西红柿叶片的数
量和产量没有显著变化; 羊粪堆肥施入土壤后能增
加西红柿的产量、可溶性和不溶性固体数量以及碳
水化合物的浓度。
本文比较了用焦磷酸钠和氢氧化钠浸提新鲜牛
粪、自然堆肥及蜉金龟堆肥获得类胡敏酸的红外光
谱。研究表明两种提取剂所提取出的类胡敏酸结构
具有相似性, 但在某些特征吸收峰处表现出一定差
异性。与 NaHLA相比, PAHLA在 1 232 cm−1、1 332
cm−1、1 598 cm−1处呈现吸收峰, 进一步证实了氢氧
化钠的提取率比焦磷酸钠高。其中焦磷酸钠提取
的类胡敏酸比对应在氢氧化钠提取的类胡敏酸在
2 930 cm−1处的峰弱, 在 1 710 cm−1处的吸收峰比
NaOH浸提物类胡敏酸的吸收峰强, 说明Na4P2O7浸
提物类胡敏酸比 NaOH浸提物类胡敏酸的芳化度高。
对焦磷酸钠和氢氧化钠浸提新鲜牛粪、自然堆
肥及蜉金龟堆肥获得类胡敏酸差热分析的差异性进
行比较。与 NaHLA相比, 蜉金龟处理 PAHLA使其
H3/H2、W3/W2 均有所下降, 且新鲜牛粪和自然堆肥
PAHLA 的中温放热峰消失。新鲜牛粪 PAHLA 的高
温放热量及高温失重均高于 NaFLA; 而自然堆肥
PAHLA 的高温放热量低于 NaHLA, 因高温放热峰
升高也使得高温失重大于 NaHLA。由此说明焦磷酸
钠浸提物类胡敏酸的芳香性较强, 脂族性较弱, 而
氢氧化钠浸提物类胡敏酸与此相反。
4 结论
综上, 蜉金龟堆肥和自然堆肥产物分别用焦磷
酸钠和氢氧化钠提取和分离了类胡敏酸, 采用元素
分析、红外光谱及差热分析对其进行结构表征。元
素分析表明, 蜉金龟堆肥焦磷酸钠浸提物类胡敏酸
(NaHLA)的芳香性低于新鲜牛粪和自然堆肥, 而碳
水化合物及氮元素含量增加。蜉金龟堆肥氢氧化钠
浸提物类胡敏酸(PAHLA)的碳水化合物和氮元素含
量也高于新鲜牛粪和自然堆肥, 而自然堆肥 PAHLA
的芳香性略低于新鲜牛粪和蜉金龟堆肥。红外光谱
分析表明与自然堆肥 NaHLA 相比 , 蜉金龟堆肥
NaHLA中羧酸脂类化合物、酮类化合物、脂肪族化
合物及碳水化合物有所增加。与新鲜牛粪 PAHLA相
比, 蜉金龟堆肥和自然堆肥 PAHLA的碳水化合物、
脂肪族化合物、酚类化合物及纤维素酯类减少, 同
时蜉金龟堆肥 PAHLA 的酰胺化合物在蜉金龟消化
过程中被其所吸收。差热分析表明自然堆肥 NaHLA
的热稳定性高于新鲜牛粪和蜉金龟堆肥, 而蜉金龟
堆肥 NaHLA的脂族化合物、外围官能团和分子内部
芳香结构含量较高, 分子结构较复杂。
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