腐殖质的分布和分类

腐殖质的分布和分类

1关于腐败问题和历史背景1.1分离的组成和性质在最初的理论中，不同类型的材料在酸性溶液和碱性溶液中是溶解的，因此腐殖质可以通过分馏得到。分离得到的第一批腐殖质是能共溶于碱性溶液、酸性溶液和水的混合物,由瑞典的Berzelius(1839)提取得到,并称为克连酸和阿朴白腐酸,即现在的黄腐酸。此后,Berzelius的一个学生Mulder(1840)继续进行了这项研究,并在接下来的几年中分离出腐殖质的其他组成部分。根据颜色和溶解性的不同,Mulder(1862)把这些物质分为以下3类:(1)克连酸和阿朴白腐酸,即颜色介于淡黄色和棕色且能溶于水的那部分;(2)棕腐酸和腐植酸,溶于碱但不溶于酸的棕褐色的部分;(3)棕腐质和腐黑物,在碱、酸和水中均不溶解的部分。Mulder的成就在27年后获得了新的突破:Hoppe-Syeler(1889)发现并分离出了能溶于乙醇的部分腐植酸——喜马多美朗酸。但此后很长一段时间内,在腐殖质的研究和分离方面都没有什么新进展,直到20世纪初Oden(1914,1919)关于腐殖质的概念浮出水面,这方面的重大成就才重新受到关注。许多科学家认为,Oden的观点具有更加坚实的科学基础,并且从本质上来说是对于Mulder分类的一种修订。其具体分类如下:(1)黄腐酸,代替术语“克连酸”和“阿朴白腐酸”;(2)腐植酸,溶于碱不溶于酸的部分;(3)喜马多美朗酸,Hoppe-Syeler(1889)用以指代能溶于乙醇的部分腐植酸;(4)腐植煤,用以代替腐黑物和棕腐质。1.22腐植酸盐的性质Oden的理论,起初虽然受到多次挑战,然而却为腐植酸概念和种类的发展搭建了一个平台,一时掀起了人们研究的热潮,也就是在这个时期,Fuchs(1930,1931),Hobson(1930),Page(1930)和Waksman(1938)又提出了木质-蛋白质的理论,直到现在,木质-蛋白质理论仍然在腐植酸化学和形成方面占据着主导地位。该理论认为腐殖质主要是木质素和蛋白质(植物组织的两种主要组成成分)之间相互反应的产物。虽然从Flaig(1975)以其作为腐植酸概念基础理论的角度来说,该理论是可行的,然而在20世纪末,当更多的关于腐植酸的知识被揭晓后,其他理论也相继开始崭露头角。这种研究活动的又一轮爆发进而导致了一些新名词的出现,在腐植酸的命名法上产生一定的分歧:Simon和Speichermann(1938)提出了一些名称,如腐解物、真实腐植酸。有报道称通过控制腐植酸的分馏过程,腐植酸可细分为α-腐植酸和β-腐植酸(Russell,1950)。α-腐植酸指在用酒精提取分离之前的原始腐植酸,而用酒精提取后剩余的腐植酸残渣,称为简单腐植酸。Waksman(1936)认为β-腐植酸是指用氢氧化钠把黄腐酸的pH值调到4.8时产生的沉淀。据Stevenson(1994)所说,这种β结构的腐植酸是一种腐植酸铝盐,其性质与Hobson和Page(1932)发现的一种有机物质相似。这种命名法不仅难以理解,而且认为黄腐酸是腐植酸盐也是充满疑虑的。另外,称为腐植酸铝盐也是不合理的,因为它在酸性条件下不溶解。由此看来唯一的可能性是从土壤中提取到黄腐酸,再经分离得到腐植酸的整个过程中出现了错误操作,即分馏程序是不可行的。虽然有些人同意上述对α-腐植酸的定义,但是如果用这个词来指用乙醇提取后留下的不溶解物似乎更有道理:残渣在组成上发生了改变,注以符号α表示,看起来更为合理,而继续沿用腐植酸来指用乙醇处理之前的原始的物质。因此,通过乙醇可把腐植酸分馏成α部分和喜马多美朗酸两部分。把腐植酸分成棕色部分和灰色部分的说法在德国同样引起了极大的关注。用中性的盐溶液,Springer(1938)成功地把腐植酸分成溶于NaCl的棕色部分和不溶于NaCl的灰色部分。其中棕色部分具有很高的分散性,含碳量低,Stevenson(1994)研究表明,它具有泥炭和棕煤中腐殖质所具有的特性。然而,Kononova(1966)对此表示高度质疑,因为这两种原料是在绝氧条件下形成的,与腐殖质在土壤中形成需要氧的环境恰恰相反。Springer说,灰色的腐植酸分散性很低,容易凝结;而在Stevenson看来,它与软土中的腐植酸很相似。1.3腐植酸pge在20世纪晚期腐植酸方面存在明显的定义危机,面对这种现状,土壤学家的研究兴趣下降,而从事其他方面研究的科学家们在脱离种种束缚之后开始在腐植酸研究领域占据领先地位。化学家、地球化学家、水文学者和环境学家对生态圈中普遍存在的腐殖质大感兴趣。和多数土壤学家相反的是,他们认可腐植酸在环境问题上以及它对工业污染物、核污染物及其他污染物在迁移和固定方面的影响。在工业、医学、药学领域,腐殖质被认可为是生产有价值的化学药品的潜在原料,而在石油开采中用它作为表面活性剂和钻孔的液体,就像药品能维持人类身体健康一样,使开采变得更容易。这就使得对腐殖质的研究出现了个急转弯:从土壤科学到河流、湖泊、海洋,成为开发和研究的中心,结果导致了那些被冠以外来名称的腐殖物的发现,而这也拓宽了腐殖质的概念。Swain(1963)和Stevenson(1994)用名词“粪泥”来表示一种腐殖质,该物质是由生长在富营养的湖泊和湿地中的微小植物经分解形成的。而位于湖泊和海湾中更深层的滞水带区域的大量的黑色腐殖质被称为腐泥,而一种水池草类型的腐泥(被认为是来源于富含纤维素的植物),被作者称为腐植酸钠;浮游生物的残体被分解成的破碎的颗粒状有机物质形成的海上泥渣被称为浮游生物淤泥;在泥煤下面或者内部富集的无定形的含树脂的腐殖质被称为弹性沥青。最近,很少用外来词来表示存在于水体中的腐殖质,因为用以表示水体中腐殖质的那些名词和土壤腐殖物的含义恰好相反,这一点是地球化学家所了解的(Chrisman和Gjessing,1983)。一直从事腐植酸研究的少数土壤学家同样有所收获。一种据称是新的被鉴定为绿色腐植酸的物质,已经被Kumada和Sato(1962)分离出。采用色谱法,用一个纤维素柱把从灰土中提取的腐植酸分成绿色和棕色两部分。绿色部分,称为绿色腐植酸,是从真菌的代谢物中提取得到的(Kumada和Hurst,1967),这引起了相当大的关注,特别是在日本和新西兰。在日本,研究重点是可见光谱在腐植酸鉴定方面的应用,根据吸光度和ΔlgK的不同,可以把腐植酸分成以下4种类型:α、β、Rp、P(Kumada,1965;Kumada,1987;Miyara,1973;Yoshida等,1978)。通过凝胶过滤和以纤维素粉末或葡萄糖凝胶为固定相的色谱柱法分离P型腐植酸后获得了Pb和Pg部分,Pg部分即上述讨论的绿色腐植酸。然而,绿色腐植酸的存在后来被Kumada(1987)所推翻,他认为这个名称是错误的,因为定义中腐植酸的颜色是从棕色到黑色。在他看来,Pg只是提取Pb时得到的一种杂质。在美国,许多权威专家也认同腐植酸是复杂混合物,近些年在这方面也没什么新发现。虽然不是重大突破,但从公平的角度出发,Stevenson(1994)区分腐植酸的建议应该被提到,尽管这个建议在早期就被Kononova(1966)和Kumada(1987)所认可。Stevenson把通常所指的黄腐酸定义为经过XAD-树脂纯化得到的黄腐酸。与此同时,他认为黄腐酸可分为通过XAD-离子交换树脂纯化得到的黄腐酸和用传统的离子交换器和渗析过程纯化得到的黄腐酸。然而,Stevenson的分类法和MacCarthy等人(1979)对腐植酸的细分法类似,这使得一个普通的概念变成了令人摸不着头脑的问题。事实上,泥煤腐植酸早已被MacCarthy(1979)和他的工作人员用pH值梯度洗脱技术细分成两部分,而Stevenson所指的一般的或者真正的黄腐酸仅仅是用XAD-树脂纯化的黄腐酸,根本不涉及细分。结果导致使用术语“普通的”正确性仍然存在疑惑。然而如上所述,能否把腐植酸细分还值得怀疑,仍然需要许多令人信服的研究数据来明确区分一般的黄腐酸和传统类型的黄腐酸。目前还没有数据来支持Stevenson的观点,即一般的黄腐酸和传统的黄腐酸相比,碳水化合物和缩氨酸含量低。总而言之,在新世纪到来之际,关于腐殖质的几个新理论和已经发现的一系列新的腐殖物质已浮出水面,这无疑拓宽了腐殖质的概念。其中一些理论在今天仍然会偶尔用到,尽管有几位科学家倾向于认为它们只是在学术上有一定的重要性。然而,Waksman(1938)取消所有的名称并且用腐殖质来取代的提议,目前为止还没有获得广泛的认可度。另外,Oden的关于腐植酸、黄腐酸和喜马多美朗酸的概念和Mulder的关于腐黑物的思想则经受住了这些评论的考验。尽管有些人不情愿用那些名称,但是现在大多数科学家还是广泛使用它们。有时候根据研究的目的和兴趣,也有人使用绿色腐植酸、灰色腐植酸和棕色腐植酸这样的名称。2植物基质细胞腐殖质的分布不受土壤生态系统和气候条件的影响。一开始以为仅存在于土壤中,现在发现腐殖质广泛存在于地表含有机碳的物质中,土壤、河流、湖泊和海洋,以及它们的泡沫和沉淀中,都含有腐殖质,分布区域从热带区域到寒冷区域。腐殖质是泥炭、褐煤、风化煤等大型沉积物的主要组成部分,煤和油页岩的存在使人们发现了更多的腐殖质。地球化学家甚至认为腐殖质的最大储藏室是油页岩(Swain,1975)。尽管大多数腐殖质是在环境中通过化学反应形成的天然产物,但也有一些是人为的,例如存在于污染的水道里、排水沟、污水池,或者污水湖里,特别是在所谓的“旧世界”里,比如在欧洲,人为原因形成的腐殖质,像海港和城市堆积物中的腐殖土,已经开始被认可(Ciéslewicz等,1996)。毫无疑问,此类腐殖质在世界的其他地方也很丰富,有特定的社会文明存在的地方,就有可能在数世纪的时间内积累大量的有机废弃物。2.1热土中的总黄腐酸盐腐殖质是土壤腐殖土的主要成分,所以存在于各种各样的土壤中。尽管由于气候和排水量各异,不同的土壤其腐殖质含量不同,但是从低地到高山,从温暖的热带到寒冷的北极地带,从湿热地域到干燥地区,其土壤中都含有腐殖质。半湿热地区的草本植物覆盖下的土壤和软土以其高含量的有机质而出名。据报道,有机碳的含量高达5%~6%(Stevenson,1994)。这大约相当于9%~10%的有机质,估计其中一半是腐殖质。腐殖质的组成特征是,腐植酸的含量比黄腐酸稍微多点,黄腐酸与腐植酸含量比的范围是0.6~0.9(Tan,1978)。另一种腐殖质含量与此相当的土壤是火山灰土,它是一种分布于湿热地带和寒冷地区的土壤(Arnalds等,1995;Tan,1984;Theng,1980)。这种土壤中腐殖质的组成和类型明显区别于软土:其腐殖质中一半以上是黄腐酸——这和软土的组成形成了鲜明对比。湿热地带的火山灰土中黄腐酸与腐植酸的含量比在1.0~4.0(Tan,1965,1964),另一个明显的不同之处是火山灰土中腐殖质的存在与铝和水合铝英石有紧密联系,而软土中的腐殖质通常是以腐植酸钙盐和黄腐酸钙盐的形式存在。在灰土中也含有大量腐殖质,存在于暗色腐殖质淀积层中,而软土和火山灰土中是暗色带棕灰色腐殖质层。暗色腐殖质淀积层的沉积物很厚,是商业化生产腐植酸盐的重要资源,佛罗里达州就是如此(Lobartini等,1992;Burdick,1965)。灰土中的腐殖质在加拿大已经成为了一种备受青睐的研究物质,那里的分析结果也适用于其他土壤中的腐殖质(Schnitzer和Khan,1972;Schnitzer,1972,1976)。从形成的角度出发,一般认为灰土腐殖质是由大量的黄腐酸组成的。但是,最近对美国佐治亚州和佛罗里达州交界处的灰土进行的研究表明,其腐殖质中黄腐酸与腐植酸的比值为0.13,和上述结论相比出入较大。这一观点表明灰土腐殖质中腐植酸的含量在黄腐酸含量的10倍以上(Lobartini等,1991)。这一发现支持了佛罗里达州Unicamp公司的一份早期报告,该报告指出佛罗里达生产腐植酸盐的原料中含有91.3%的腐植酸和8.7%的黄腐酸(Tan等,1988)。因为灰土是酸性土壤,适合于大量的铁盐和铝盐的分解,因此大部分腐殖质是以铁和铝的腐植酸盐及黄腐酸盐的形式存在的。老成土和氧化土中也含有腐殖质,但是由于快速的分解过程使这些土壤中有机质的含量通常很低。湿热地带的氧化土因其有机质含量低而臭名昭著,据报道其中有机碳的含量仅为1%。这些土壤中的腐殖质,黄腐酸的含量比腐植酸高,这些物质通常以黄腐酸的铁盐和铝盐及腐植酸盐的形式存在(Tan,1978)。有机质含量最低的土壤是旱成土、干旱地区的土壤及沙漠中的沙土。由于缺乏水分,这些干旱地区生物的形成和物质的分解是非常有限的。2.2泥煤中的有机碳以上讨论的土壤通常是排水性好,并且具备有氧条件,有助于有机物质进行分解。而排水性不好的沼泽和湿地,其土壤中厌氧条件下的分解作用占优势(Tan,2000)。由于缺氧,分解速度很慢,如果分解不彻底,就会造成大量有机质的积累。许多湿地,还有一些湖泊都是富营养的,有利于水草和其他植物的大量繁殖,这就提供了充足的有机残渣来填充湿地,部分分解的有机质最后演变成了泥塘、泥炭和粪泥,通常认为这些物质是形成煤和石油燃料的前提(Hatcher等,1985)。如果条件适合,腐殖泥、粪泥以及诸如此类的物质也可能演变成泥煤和泥塘。唯一的条件是缺氧的环境,有利于此类物质的积累并演变成泥炭,最终转化成煤。泥炭沉积物同样不受气候条件的限制,在有大量生物群的地方和有机残渣分解作用受约束的地方都能找到泥炭,其分布的区域从热带巴西的亚马逊流域、苏门答腊岛、印度尼西亚的海岸地区到欧洲的波罗的海、阿拉斯加的苔原和其他寒冷地区。除了过量的水分外,苔原地区的严寒气候也是抑制有机残渣分解的另一原因。1972年,在Nieuwersluis召开的国际腐殖质会议的公开演说中,荷兰的Golterman(1975)强调了泥煤作为影响荷兰人民生活环境的腐殖质的生产的重要性。这种物质在欧洲和加拿大有时候被称为泥炭地或者矿泥,在美国被称为有机土。这些有机沉积物占据了全世界5亿公顷的区域,这表明有机碳的存储量为1012吨(Mathur和Farmham,1985),仅仅油页岩中有机碳的储量就超过了这个数值。Swain(1975)的统计数据表明,地球表层有机碳储量为19×1015吨,其中约有18×1015吨储存在油页岩中。矿质土壤系统中,有机质与矿物质相比含量很低。与此相反的是,泥炭和有机土中的有机质却是不可或缺的组成部分。有机土壤的定义中规定其含有80%以上的有机质和20%以下的矿物质(Brady和Weil,1996)。大量信息表明,泥炭含有大量腐植酸(Zelazny和Carlisle,1974;Kononova,1966),尽管偶尔有报道说泥炭中的腐殖质主要是由黄腐酸组成的(Schnitzer,1967)。从泥煤到粪泥,腐植酸的含量似乎是增加的,因为粪泥中的腐殖质大多是腐植酸(Preston等,1981)。泥炭腐植酸的元素组成、光谱性质和其他化学性质与矿质土壤中腐植酸的性质是相似的(Mathur和Farnham,1985)。可是,和前面所说的一样,Kononova(1966)还是高度怀疑来源于泥炭中的腐殖质的性质,因为泥炭是在绝氧条件下形成的,这与土壤中的有氧系统完全相反。2.3含有机质的水腐殖质的分布范围并不局限于土壤,在河流、湖泊、海洋和它们的沉淀中都有腐殖质,这已是一个确立的事实。这些腐殖质可能影响地下水的性质,并且在水圈有机碳的地球化学循环中发挥着重要的作用。它们分布在可溶性有机质(DOM)或可溶性有机碳(DOC)中,在Aiken(1985)的观点中,DOM或DOC可分为两类:疏水基和亲水基,这两类物质还可分别再细分为酸性基、碱性基和中性基。腐殖质是DOC中疏水酸性基的主要组成成分:在地下水中浓度可达20μg/L,在表面水中大于等于30μg/L(Thurman和Malcolm,1981)。据Steinberg和Muenster(1985)称,美国不同湖泊水中的DOC含有80%的腐殖质。自然界河流、湖泊和海洋的天然水体泡沫中DOC浓度是水自身浓度的10~20倍,并且泡沫中90%的DOC是腐殖质(Mills等,1996)。DOC或DOM的存在常常使水体呈现出黄色或者黑色。全世界有大量棕黑色富含有机质的水从湿地和排水性不好的地方流到小溪、河流中,特别是在一场降雨后。Tan(1990)称为黑水,其流进巴西亚马逊河的支流。苏门答腊和巴布亚的沿海溪流带着泥炭沉积物流经中非的河流、湖泊、湿地,斯堪的纳维亚半岛和北极苔原。美国东南部的许多沿海溪流和湿地都有黑水的痕迹——这有利地证明了溶液中有机质的存在。最初被Kalle(1938)鉴定为黄色物质,被Shapiro(1975)和Dawson等(1981)鉴定为黄色有机酸的可溶性有机质已经引起了许多人的关注,特别是在氯化饮用水中含有的有色物质带来的健康危机所引起的恐慌之时,它已成为很多化学家和水文学者进行大规模研究的中心课题(Bellar等,1974;Aiken等,1985)。通过分析阿拉斯加、佐治亚州-佛罗里达州边界、华盛顿和加利福尼亚溪流的水样,Lamar(1968)确信黄色有机质是复杂的聚合羟基羧基酸。据Beck等人(1974)所述,这些复杂酸的光谱性质与黄腐酸很相似。Tan等人(1990)的最新研究确认了腐殖质的存在是使其呈现黑色的原因。通过对奥克弗诺基的黑水及美国佐治亚海岸平原的萨蒂拉河和奥胡皮河的水样做进一步研究,Tan等人(1991)表明腐殖质的组成为:黄腐酸与腐植酸的含量比为2.6,也就是说水体腐殖质中黄腐酸的浓度是腐植酸的两倍还多。关于这些水体中腐殖质的性质存在着各种不同的观点。许多专家认为溪流中的腐殖质在本质上与土壤中的腐殖质相似(Stevenson,1985;Beck等,1974;Shapiro,1975;Black和Christman,1963)。它们的化学性质与土壤中的腐殖质相似(Mayer,1985;Steinberg和Muenster,1985)。也有其他科学家认为溪流中的腐殖质是不同于土壤中的腐殖质的(Malcolm,1985)。另一种可能性是有些溪流中的腐植酸本来来源于地表,但是当流进河流湖泊中后在厌氧环境下发生了明显的变化(Jackson,1975)。这种观点把多种多样的水体腐殖质分为本土的和外来的,本土腐殖质是由水体中固有的有机体形成的,而外来腐殖质来源于土壤。这种区分对污水池、海湾以及其他湖泊和海洋环境中的腐殖质是非常重要的,因为在这些地方生长有大量的浮游生物、海藻和海草。分布在大型湖泊和海洋中的腐殖质大部分是本土的,只有在海滩或者沿海地区、泻湖或者三口湾处才会混有土壤腐殖质。在一些远离地球影响的海洋中,上述提到的黄色有机质被认为是由死亡的浮游植物形成的(Kalle,1966)。Ishiwatari(1985)表明,浮游植物细胞形成的腐殖质,当沉积在湖底的时候将会经历成岩变化。随着时间的推移,它们被湖底沉积物埋得越来越深,腐植酸和黄腐酸含量会逐渐减少,同时腐黑物含量增加。在不同的水体系统可形成不同种类的水体腐殖质,在缺营养环境中形成的腐殖质比在含高营养和中营养环境中形成的腐殖质更具有芳香性(Klavins和Apsite,1997)。2.4煤化过程中腐植酸的变化在巨大的地质矿床中同样含有腐殖质,像褐煤、油页岩及化石燃料等。美国的褐煤主要分布在犹他州、北达科他州、爱达荷州、新墨西哥州和得克萨斯州。位于北达科他州的褐煤通常称为风化褐煤。高阶褐煤或高阶风化煤中腐殖质的含量可高达80%~90%。商用褐煤平均腐殖质含量为60%~70%,但也有报道说这个值应为30%~60%(Stevenson,1986)。这些富含腐殖质的地质矿床是在特定时期由沼泽、泥炭和污泥形成的。地球化学家把这个转化过程叫做成岩作用(Hatch等,1985)。但在土壤学中这个转变过程叫做变质作用,因为高温高压的环境导致物质被压实,进而发生显著的化学变化(Miller和Gardiner,1998;Tan,2000)。在泥炭向煤的转化过程中,腐植酸经历着显著的变化。VanKrevelen(1963)和Stach(1975)提出的理论认为,泥炭向褐煤和亚烟煤转化的过程中,其中的腐植酸由于缩合作用转化为腐殖质。在土壤学中,该反应叫做聚合。在进一步煤化形成沥青、无烟煤再到石墨的过程中,腐殖质的含量逐渐增加。Breger(1963)和Hatcher等人(1985)从泥炭和泥沼中得到两类煤:(1)由含茂盛植物的腐殖质的泥炭形成的腐植煤;(2)从由藻类残体组成的腐泥中得到的泥炭形成的腐泥煤。地球化学上的缩合煤化理论很好地解释了褐煤和其他煤矿中富含腐殖质的原因,虽然Hatcher等人(1985)认为这个理论有待用更多的数据考证。这些专家认为,随着煤化作用的加强,物质在稀碱溶液中的溶解性下降。他们认为从泥炭到褐煤再到成煤,用稀碱溶液提取到的腐植酸和黄腐酸会越来越少,但是最新的研究却无法证实这个观点。Lobartini等人(1992)对北达科他州的商用煤进行的分析结果表明其含有大量的腐植酸,腐植酸含量为99.0%,黄腐酸含量仅为1.0%。早前的研究结果与此类似。来自犹他州和北达科他州8个不同地区的褐煤或风化煤样,经分析鉴定,其平均组成为99.5%的腐植酸和0.5%的黄腐酸(Tan和Rema,1992;1993)。就目前的知识水平,尚不清楚为什么黄腐酸的含量如此之低。在等待更多信息的同时,我们猜测大部分黄腐酸在沉积的过程中已聚合为腐植酸,剩余的那些是过滤过程的残余物。为了完善地球化学家所拥护的理论,在这里我们要提到,在各种各样的史前沉积岩中也发现了腐殖质。前寒武纪(约47亿年前),上下古生代和中生代至新生代岩石中都含有腐植酸(Swain,1975)。Swain认为,在史前时期,大量具有繁茂根系的陆生植物的出现,使得有机土壤随处可见。在上古生代时期,煤和石油的不断出现成为过去有机质生产和沉积的开拓者或者先行者。Stevenson(1994)建议把这类腐殖质叫做地质学腐殖质,或者古生物腐殖质更合适。2.5畜禽粪肥的产出在现代社会中,农业、工业和其他活动导致了大量废弃物的产生,有无机废弃物也有有机废弃物。通常,土壤就是放这些废弃物的地方。人们在史前时期就已经在丢垃圾,但在古代,这种行为对环境的污染和破坏程度很小,以致并没有引起人们的关注。因为那时候人类造成的污染仍然很少,地球上有足够的空间放置这些废弃物。然而,随着人口的增加和工农业革命,产生了大量的废弃物和各种各样的污染物。20世纪70年代以来,人们开始关注污染问题,尤其是对环境质量的破坏,许多废弃物处理方法应运而生。现在,垃圾通常用掩埋法处理或投入海中,其中的有机质则被焚化或投入农田进行再利用。当垃圾被用作土壤改良剂或其他有用目的时,它就不会再被认为是垃圾,而是一种有用的资源(Tan,2000),如对家禽的粪便、下水道的污泥和堆肥的使用就是这种情况。美国东南部的家禽业估计每年会产出1亿1千吨的家禽粪便(Tan等,1975),1975年的官方评估数量中,仅在佐治亚一个州,在肉鸡生产点迁移的时段,就产出72万吨有价值的粪便。此外,还有45万吨商用母鸡的粪肥,7.92万吨种畜粪肥和10万吨火鸡粪肥(Muller,1975)。不断膨胀的家禽业,导致粪肥不断增加,虽然部分用作土壤改良剂(Campbell,1973),但还是引起了清洁处理问题。除用作有机肥之外,家禽粪肥也是一种腐殖质资源,通过鉴定得知其中的水溶部分具有和黄腐酸类似的性质(Tan等,1975,1971)。目前,有效家禽粪肥产出量很大,它作为腐植酸原料的潜能甚至能与褐煤、泥炭相比,但对这类物质还没有太多的可靠信息。另一类含腐殖质的废弃物是下水道中的污泥,这比家禽粪肥的量还要多。Larson和Schuman(1977)提供的数据是,从伊利诺伊州芝加哥到投放地点,每天有5680m3的污泥,通过开放的沟渠到达墨尔本、澳大利亚的填埋地点,由重力作用可产生5450m3的原生污泥,足见生产线长度之长。污泥作为腐殖质的储藏室,在1970-1980年引起了极大的关注。其氢氧化钠提取物具有和黄腐酸及腐植酸相似的性质(Tan等,1971)。黄腐酸由于有金属螯合能力成为Sposito等人(1978,1981)的中心研究课题。Senesi和Sposito(1984)认为污泥中的黄腐酸具有和土壤黄腐酸相同的络合能力。其他含有腐殖质的人造废料是饲养场的堆肥和牛粪沉积物。所谓的CAFOS,即限于动物喂养方式。在得克萨斯州,这种喂养方式由于生产出了太多的动物粪肥而臭名远扬,每年要产出1.2亿吨粪肥(Ivins,2001)。这不只是牛粪,还包括猪粪和鸡粪。这些粪肥是可溶性黄腐酸的储藏室,它们污染了高原地区和得克萨斯州的韦科湖、普拉亚湖。坐落在Paluxy、Trinity和Ogallala这些地下蓄水层的补给区,这些粪肥发出难闻的气味。食品加工厂的废料是腐殖质的另一来源,特别是啤酒厂,要产出大量的残渣,这些残渣经过发酵并分解后就变成腐植酸和黄腐酸的潜在来源。罐头工业的废料不是重要的腐殖质来源,因为这里的大部分废料可以动物饲料或肥料的形式实现循环利用。厚厚的黑色物质严重污染了排水渠、河流和湖泊,这在发展中国家和发达国家比较严重。遗憾的是,这种难闻的黑色物质通常是被人们遗忘的腐殖质来源,目前人们对人造废弃物中的腐殖质了解的并不多。3对腐殖质的分类腐殖质一般分成五类,依次是土壤腐殖质、水体腐殖质、湿地中的腐殖质、地质学腐殖质和人造腐殖质。3.1硬木或竹木质素土壤腐殖质的主要组成成分是腐植酸和黄腐酸。根据木质-蛋白理论,腐殖质主要是木质-蛋白复合物。木质素,作为这类腐殖质的基本组成成分,根据单体不同可分为三大类:(1)软木木质素,特征单体是松柏醇——从软木材或针叶植物中得到;(2)硬木木质素,特征单体是芥子醇——在硬木植被中很常见;(3)草或竹木质素,特征单体是香豆醇——在草和竹子中很常见。结果有人提出,可以把土壤腐殖质分成3个子群(Tan,1998)。软木土壤腐殖质,由软木木质素单体形成,结构以松柏醇为特征。硬木土壤腐殖质,主要由硬木木质素单体组成,结构以芥子醇为特征。草或竹土壤腐殖质,由草或者竹木质素形成,结构以香豆醇为特征。可以看出,以上3个子群之间的明显区别是建立在被单一环境影响的土壤腐殖质的基础上的。在自然界,混有针叶林并且以草和竹子为