腐殖物質(zhì)的形成探究

土壤中除有機(jī)體中已知的各類有機(jī)化合物（非腐殖物質(zhì)）以外，還有各種淡棕色至暗褐色的天然高分子化合物，這些就是腐殖物質(zhì)。腐殖物質(zhì)既是天然有機(jī)質(zhì)的主體，也是土壤有機(jī)質(zhì)的主體，分為胡敏酸、富里酸和胡敏素。腐殖物質(zhì)對(duì)土壤肥力和環(huán)境保護(hù)具有重要作用，既是釋放二氧化碳的重要來源，也是截獲二氧化碳的重要載體，在全球碳循環(huán)中具有舉足輕重的作用。

腐殖物質(zhì)是經(jīng)腐殖化作用而形成的、多相分布的類高分子化合物。在微生物參與下的腐殖化作用是使原本結(jié)構(gòu)明確的四大類生物分子單體（蛋白質(zhì)、多糖、脂質(zhì)和木質(zhì)素）經(jīng)縮合，形成了具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)屬性的系列高分子化合物或混合物。

不同環(huán)境條件所形成的腐殖物質(zhì)之間存在著結(jié)構(gòu)上的差異。與陸地環(huán)境相比，海洋環(huán)境形成的腐殖物質(zhì)，其分子中含有更多支鏈脂肪族結(jié)構(gòu)和相對(duì)少量的芳香族結(jié)構(gòu)。不同地理和氣候區(qū)對(duì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)亦會(huì)產(chǎn)生影響。此外，在堆肥過程及植物凋落物腐解的不同階段，腐殖物質(zhì)組分間也在不斷轉(zhuǎn)化。木質(zhì)素、糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是植物和微生物體內(nèi)能量和物質(zhì)積累的重要代表物，也是各類生命活動(dòng)的主要代謝物。它們均能以原料形式參與形成腐殖物質(zhì)，在微生物作用下相互轉(zhuǎn)化或以分子形式直接進(jìn)入腐殖物質(zhì)結(jié)構(gòu)中。

木質(zhì)素、多糖和脂族化合物（包括膜脂和植物角質(zhì)層）是構(gòu)成細(xì)胞壁及細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)材料，而蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)重要的貯藏物質(zhì)。這些生物聚合物很有可能以特殊形式存在于腐殖物質(zhì)中。

木質(zhì)素對(duì)腐殖物質(zhì)的形成影響頗大，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為陸地上腐殖物質(zhì)是由木質(zhì)素轉(zhuǎn)化而來的，且土壤中真菌在這個(gè)過程中發(fā)揮一定的作用。但檢測手段顯示腐殖物質(zhì)和木質(zhì)素的分子結(jié)構(gòu)相似程度并不高，腐殖物質(zhì)的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。

糖類的生物可降解性較好，在植物殘?bào)w中最先被微生物同化，那些未被降解的部分可能直接進(jìn)入腐殖物質(zhì)結(jié)構(gòu)中，成為腐殖物質(zhì)的一部分。此外有學(xué)者研究不同來源腐殖物質(zhì)的水解產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)獲得的糖類物質(zhì)種類大同小異，說明大多腐殖物質(zhì)中均含有糖類。

脂類是脂肪酸和醇所形成的酯及其衍生物，包括磷脂、角質(zhì)、蠟質(zhì)等。放線菌可利用甘油合成類腐殖酸物質(zhì)。大量研究表明，土壤和其他來源的腐殖酸中均含有脂類成分，通過化學(xué)熱解可將脂類組分從腐殖酸中脫離出來進(jìn)行檢測。但人們對(duì)脂類組分在腐殖物質(zhì)中的比重大小觀點(diǎn)不一。有學(xué)者認(rèn)為，脂類并非腐殖物質(zhì)分子的主要組分，它可能是以非共價(jià)鍵或者氫鍵等較弱的力與主體結(jié)構(gòu)相連接的，對(duì)腐殖物質(zhì)的化學(xué)和光譜學(xué)結(jié)構(gòu)分析造成干擾。但另有學(xué)者在研究污泥來源的腐殖酸中，二元羧酸和脂肪酸較芳香環(huán)類有機(jī)物含量豐富。

蛋白質(zhì)的氨基酸分子可以作為原料，在微生物作用下合成類腐殖物質(zhì)。但新的研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)或多肽可能通過共價(jià)交聯(lián)的方式進(jìn)入腐殖物質(zhì)結(jié)構(gòu)中，使土壤中氮素得以保存，也使腐殖物質(zhì)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。

研究表明，真菌、真核藻類等物質(zhì)作為原料參與了腐殖物質(zhì)的合成與土壤肥力的進(jìn)化。

真菌可產(chǎn)生多種酶類物質(zhì)，如漆酶、酪氨酸酶等，通過降解木質(zhì)素、纖維素，轉(zhuǎn)化酚及醌類物質(zhì)，參與土壤有機(jī)質(zhì)的循環(huán)和腐殖物質(zhì)的合成。真菌中的擔(dān)子菌在其中發(fā)揮作用最大、研究最多。雙孢蘑菇是自然界分布廣泛且可人工種植的一類大型擔(dān)子菌真菌，近來其基因組序列被破解，從中發(fā)現(xiàn)一系列多糖和木質(zhì)素降解基因，為其可在木質(zhì)原料上生長繁殖的行為提供了強(qiáng)有力的理論解釋。

真核藻類依靠光合作用自養(yǎng)而廣泛存在于海洋中。海洋懸浮物及海底沉積物中的腐殖類物質(zhì)極有可能是它們的殘骸轉(zhuǎn)化來的。在歷史變遷中，這些沉積物經(jīng)由海洋轉(zhuǎn)移到陸地，為土壤的形成與增肥提供物質(zhì)基礎(chǔ)。從結(jié)構(gòu)上看，海洋與陸地起源的腐殖物質(zhì)有某些共同特征；從物質(zhì)組成上看，這種可能性也是存在的。藻類的細(xì)胞壁含肽聚糖而沒有纖維素，并且藻類缺乏維管組織，幾乎不含木質(zhì)素；但它們的分泌液中均存在類蛋白化合物及類腐殖物質(zhì)。

地衣是子囊真菌與藍(lán)細(xì)菌的復(fù)合共生體，一直以來均被認(rèn)為是土壤形成的開路先鋒，特別是荒漠地區(qū)，對(duì)原始腐殖物質(zhì)的形成起重要作用。近期發(fā)現(xiàn)，地衣可分泌漆酶、纖維素酶等多種酶類，對(duì)木質(zhì)纖維素及腐殖物質(zhì)的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生直接或間接影響。更有學(xué)者認(rèn)為，地衣所形成的腐殖物質(zhì)并非酶類直接催化降解植物殘?bào)w而成，而是在礦物及酶的催化作用下由低分子前體物質(zhì)如酚類縮合而成，這與地衣所生長的環(huán)境極為契合。苔蘚因沒有維管組織而被界定為低等植物，生物學(xué)家認(rèn)為它是水生藻類登陸演化的先驅(qū)。苔蘚多生長于沼澤，其殘?bào)w因特殊的多酚結(jié)構(gòu)難以被微生物降解，經(jīng)腐殖化過程可轉(zhuǎn)化為泥炭。

蕨類植物是進(jìn)化水平最高的孢子植物，與種子植物一起總稱為維管植物，體內(nèi)幾乎均含有木質(zhì)素。在研究白堊紀(jì)早期蕨類植物的化石時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中的酚類組分如木質(zhì)素、蠟質(zhì)等發(fā)生了重新排列，通過芳構(gòu)化和交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)入干酪根結(jié)構(gòu)中。蕨類植物含有大量脂族葉蠟、木質(zhì)素和單寧，與此類物質(zhì)含量同樣高的被子植物一起對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的形成與轉(zhuǎn)化起著至關(guān)重要的作用。

（本刊整理）