土壤溶解性有機(jī)質(zhì)的提取與特性分析研究進(jìn)展

吳東明　鄧曉　李怡　陳耀華　武春媛

摘要：溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）在土壤中具有重要的生態(tài)環(huán)境意義，對DOM的正確提取、表征是認(rèn)識DOM生態(tài)環(huán)境意義的重要基礎(chǔ)。因此，本文介紹了水提法、鹽提法、酸提法、堿提法提取土壤DOM的優(yōu)缺點(diǎn)，分析了離子類型、離子濃度、pH值、浸提時間與溫度、水土比、土壤含水量等因素對DOM提取效率和物質(zhì)組成的影響。綜述了元素分析技術(shù)、光譜技術(shù)、色譜技術(shù)、質(zhì)譜技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)、顯微鏡技術(shù)在DOM極性、分子量、疏水性、芳香性、官能團(tuán)、氧化還原性、物質(zhì)組成、微觀形態(tài)等方面的表征應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)，并指出了將土壤DOM提取技術(shù)與表征技術(shù)有機(jī)統(tǒng)一起來，大力發(fā)展新技術(shù)、原位表征技術(shù)、多技術(shù)聯(lián)用以及技術(shù)與數(shù)學(xué)模型、計(jì)量化學(xué)聯(lián)用是增強(qiáng)對土壤DOM認(rèn)識的重要發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：土壤溶解性有機(jī)質(zhì);提取;表征;化學(xué)性質(zhì);物質(zhì)組成

中圖分類號： S153.6? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）03-0006-05

溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）泛指能溶于酸、堿、水，過0.45 μm濾膜的有機(jī)質(zhì)，是一類既含有糖類、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)等親水性物質(zhì)，也含有腐殖酸、脂類等疏水性物質(zhì)的混合物[1-3]。DOM生物化學(xué)活性較強(qiáng)，具有重要的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，是土壤有機(jī)質(zhì)中最活躍、最重要的部分。近年來，已成為環(huán)境學(xué)、土壤學(xué)的研究熱點(diǎn)。土壤DOM不僅影響土壤礦物風(fēng)化等成土過程，參與碳、氮、磷循環(huán)以及溫室氣體排放等地球化學(xué)過程，更直接影響著污染物在土壤中的溶解與沉淀、吸附與解吸、絡(luò)合與解離、氧化與還原等環(huán)境行為[2-4]。DOM的環(huán)境效應(yīng)與其性質(zhì)/組成密切相關(guān)。小分子、親水性DOM更具生物有效性，能為微生物的生長代謝提供營養(yǎng)物質(zhì)[5-7];大分子、疏水性DOM與疏水性有機(jī)污染物的結(jié)合能力更強(qiáng)[2];親水官能團(tuán)（如羧基、氨基）豐富的DOM對重金屬的絡(luò)合能力較強(qiáng)[8-9]。因此，理解DOM的物質(zhì)特性、結(jié)構(gòu)組成，是認(rèn)識DOM生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的重要前提。目前，關(guān)于DOM性質(zhì)、組分的表征已經(jīng)逐漸發(fā)展出了光譜、色譜、能譜、質(zhì)譜等多種表征技術(shù)[10-11]。然而表征的正確與否除了與技術(shù)或技術(shù)參數(shù)的選擇有關(guān)之外，還與DOM的基質(zhì)環(huán)境有關(guān)，如DOM中的無機(jī)雜質(zhì)、pH值均能影響DOM表征的準(zhǔn)確性[12-13]。而提取出來DOM的基質(zhì)環(huán)境又取決于提取方法的選擇。土壤DOM提取方法不同，DOM中的雜質(zhì)含量、基質(zhì)環(huán)境皆不同。此外，DOM提取方法的選擇還直接決定了DOM是否能被完全提取、是否能反映DOM在土壤中的原本性狀[14-16]。因此，DOM的提取與表征十分重要，關(guān)系到對土壤DOM的正確認(rèn)識。本文就DOM的提取與表征技術(shù)進(jìn)行綜述。

1 DOM的提取

土壤DOM的正確提取是反映DOM真實(shí)性狀和后續(xù)表征研究的基礎(chǔ)。理想的DOM提取方法應(yīng)具有操作簡單、不改變原本性狀、無機(jī)雜質(zhì)少、不影響后續(xù)表征、適用性廣等優(yōu)點(diǎn)。

1.1 提取方法

按照提取設(shè)備劃分，土壤DOM的提取多采用振蕩提取法，攪拌提取法、超聲提取法使用較少。振蕩提取法雖然提取時間較長（需0.5～24.0 h），但因設(shè)備普及度高、操作簡便、一次性制備量大而廣受歡迎。

按照浸提溶劑劃分，土壤DOM的提取主要以水為基質(zhì)，根據(jù)添加的不同物質(zhì)（鹽、酸、堿）或不添加任何物質(zhì)，劃分為水提法（蒸餾水浸提法）、鹽提法、酸提法、堿提法[17]。DOM既包含腐殖酸、富里酸等腐殖質(zhì)類物質(zhì)，也包含氨基酸、糖類、脂類、芳香酸、烴類等其他有機(jī)質(zhì)[3，6-7，17]。酸提法、堿提法主要用于腐殖酸、富里酸等部分DOM組分的提取，因其提取過程通常伴隨著中和反應(yīng)、礦物溶解等副反應(yīng)的發(fā)生，被認(rèn)為不能反映DOM的真實(shí)性狀[3，17]。同時，酸、堿的介入，也會使DOM溶液發(fā)生絮凝、熒光淬滅等物理化學(xué)性質(zhì)變化[12-13]，進(jìn)而影響后續(xù)的表征研究。鹽提法和水提法主要用于DOM總組分的提取，能較全面反映DOM的物質(zhì)組成，然而它們也各有缺點(diǎn)。水提法容易導(dǎo)致土壤黏粒分散而難獲得可供分析的清澈溶液[18];鹽提法由于引入了外來離子而不利于以DOM作為試驗(yàn)材料的后續(xù)試驗(yàn)開展。因此，在研究DOM的碳、氮、硫循環(huán)等生物地球化學(xué)過程時，大多使用鹽提法;在研究DOM參與污染物環(huán)境行為過程時，大多采用水提法。盡管如此，因土壤理化性質(zhì)不同、研究者目的不同，DOM提取所采用的浸提劑、提取時間、離子強(qiáng)度、水土比、土壤粒徑、浸提溫度等有較大不同，這使得不同數(shù)據(jù)間可能缺乏可比性（將在以下影響因素中詳細(xì)論述這一點(diǎn)）。因此，針對不同類型土壤，建立統(tǒng)一的DOM提取方法十分必要。

1.2 影響因素

1.2.1 浸提劑的離子類型和離子濃度 土壤DOM的提取量、組分與浸提溶劑的離子類型和濃度密切相關(guān)。鹽提法的本質(zhì)是通過添加外源離子，增強(qiáng)溶液中電解質(zhì)與土壤中DOM的配體交換作用，減少DOM與土壤礦物吸附作用力而使DOM解離出來。通常使用的溶劑有K2SO4、KCl、CaCl2，濃度在0.01～2.00 mol/L之間。大多研究表明，在相同的離子濃度下，對土壤DOM的提取量為K2SO4>KCl>CaCl2>H2O[15，18-20]，而隨著離子濃度升高，DOM提取量呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，主要是由于當(dāng)離子濃度過高時，會使土壤膠體發(fā)生絮凝而使DOM被再吸附。也有研究表明，對于地中海變性土、德國森林礦物層土壤，蒸餾水提取得到的DOM量比K2SO4、CaCl2高[14，16]，這可能是由于不同離子對DOM的提取量因土壤類型而異。

浸提溶劑對DOM物質(zhì)組成也有較大的影響[14]。王貴胤等認(rèn)為，KCl能浸提出更多微生物源DOM，CaCl2難以浸提出高縮合的DOM組分[18]。Zheng等發(fā)現(xiàn)，采用K2SO4浸提法從亞熱帶農(nóng)業(yè)土壤提取得到的DOM含量更高、組分更復(fù)雜、疏水性更大、芳香性更低，水提法則相反[15]。Provenzano等研究表明，鹽提DOM含有更多的O—H、酰胺物質(zhì)的CO、芳香性的 C—O和CC;水提DOM的含量更高、無機(jī)雜質(zhì)多，并含有更多的多糖C—O和硅酸鹽Si—O[16]。不同浸提劑提取的DOM組分有較大差異，是否可用多種浸提劑聯(lián)合浸提或分級浸提，互相補(bǔ)充，值得思考。

1.2.2 浸提劑的pH值 浸提劑的pH值對土壤DOM的提取也有較大影響。用于調(diào)節(jié)浸提劑pH值的物質(zhì)主要有HCl、NaOH、Ca（OH）2等[21]。通常浸提劑pH值在2～8范圍內(nèi)，隨pH值增加，DOM提取量呈現(xiàn)出快速增加的指數(shù)函數(shù)趨勢，并且DOM所含的疏水組分比例也增加[3，19]，這是因?yàn)橥寥乐械母乘犷愇镔|(zhì)溶于堿而不溶于酸，當(dāng)浸提劑pH值升高時，將有更多的腐殖酸類物質(zhì)溶出。此外，相同pH值條件下，NaOH對DOM的提取效率遠(yuǎn)大于Ca（OH）2，因?yàn)橥寥乐械乃嵝杂袡C(jī)組分在一價(jià)陽離子的堿性溶液中更容易轉(zhuǎn)化成離子或溶解態(tài)形式而提高DOM的溶出量;而多價(jià)的陽離子則易與DOM形成絡(luò)合物或發(fā)生離子橋架作用，導(dǎo)致DOM在土壤中發(fā)生再吸附現(xiàn)象，最終減少了DOM的提取量[21]。

1.2.3 浸提時間與溫度 浸提時間也是影響土壤DOM提取的一個重要因素。土壤DOM的提取量隨浸提時間的增加而增加，最后趨于平衡，符合一級動力學(xué)模型[22]。不同學(xué)者在提取DOM時采用的浸提時間有較大的差異，短的只有30 s，長的可達(dá)24 h，這一方面與研究者的研究目的有關(guān)，另一方面與土壤的理化性質(zhì)有關(guān)。不同土壤中的DOM量和對DOM的吸附作用差別大，這導(dǎo)致DOM的釋放速度存在差異。有機(jī)質(zhì)可與鐵氧化物、鋁氧化物等土壤礦物發(fā)生不會可逆的化學(xué)吸附而難以解吸出來。研究表明，中國棕壤、褐壤需5 h才能浸出平衡，紅壤水稻土、紫色土的最佳浸提時間是 30 min[18-19]。因浸提時間過長會導(dǎo)致DOM被內(nèi)源微生物降解，研究中的浸提時間大多不超過24 h。

浸提時間與浸提溫度也密切相關(guān)[22]。Chantigny等研究表明，DOM在20 ℃條件下浸提1 h即達(dá)到浸提平衡，而在 80 ℃ 條件下浸提4 h時還在緩慢釋放。隨著浸提的進(jìn)行，80 ℃ 條件下DOM中的有機(jī)碳、有機(jī)氮、糖類、酚類、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等物質(zhì)含量呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，相反，20 ℃條件下的糖類物質(zhì)、無機(jī)氮含量在浸提1 h后逐漸被微生物分解利用而減少[7]。Jones等發(fā)現(xiàn)，溫度對DOM的提取組分有一定的影響，20 ℃條件下DOM（KCl浸提）中的有機(jī)氮、游離氨基酸含量明顯比2 ℃條件下的多[20]。

1.2.4 其他因素

1.2.4.1 水土比 李忠佩等研究表明，在水土比為0.5～100之間，隨著水土比的增大，DOM的浸出量逐漸增加，并符合一元一次線性方程[19]。但也有研究表明，DOM的浸出量隨著水土比的增加而呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，其中最佳水土比為5 ∶ 1[20]。

1.2.4.2 土壤含水量 DOM的提取量隨著土壤含水量的降低而顯著降低，特別是完全風(fēng)干的土樣，甚至比鮮樣中DOM提取量低60.2%[19，23]。但也有一些研究表明，土壤經(jīng)風(fēng)干后，DOM的提取量增加[21]。原因是風(fēng)干會打斷有機(jī)質(zhì)間的氫鍵結(jié)合，可殺死土壤中的微生物而提高DOM的浸出量;并且風(fēng)干土壤會使有機(jī)質(zhì)發(fā)生凝聚收縮，破壞土壤礦物對有機(jī)質(zhì)的吸附作用而使一些低分子的富里酸類物質(zhì)溶出[21]。目前，關(guān)于土壤含水量對DOM提取的影響還沒形成統(tǒng)一的看法。

1.2.4.3 浸提液含氧狀況 厭氧與好氧條件下提取的DOM也有較大差別。厭氧條件下提取出的DOM含更多的乙酸、甲酸、乳酸等低分子親水性物質(zhì)，而好氧條件下浸提的DOM則有一些揮發(fā)性有機(jī)酸損失[17]。

1.2.4.4 土壤過篩粒徑 土壤過篩粒徑越小，則DOM提取量越大。但當(dāng)土壤過篩粒徑>5 mm時，與原狀土壤差別不大[20]。

2 DOM的性質(zhì)表征

DOM的性質(zhì)決定著DOM的環(huán)境效應(yīng)[1-2，5，21-22，24-25]。理解DOM與地球化學(xué)元素、污染物相互作用關(guān)系的關(guān)鍵在于認(rèn)識DOM性質(zhì)特征和結(jié)構(gòu)組成[10]。疏水性、芳香性、分子量、官能團(tuán)、極性、物質(zhì)組成、氧化還原性、微觀形態(tài)特性等都是DOM重要的性質(zhì)[2，10，26-27]。與水中DOM的表征方法發(fā)展歷程相似，圍繞這些性質(zhì)，土壤DOM的表征經(jīng)歷了化學(xué)分析、光譜、色譜、能譜、質(zhì)譜等多種表征技術(shù)，并逐漸發(fā)展出表征技術(shù)與數(shù)學(xué)模型、計(jì)量化學(xué)聯(lián)合分析以及多技術(shù)串聯(lián)使用等多種應(yīng)用方案，如三維熒光光譜與平行因子法的聯(lián)合應(yīng)用、傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜（FT-ICR-MS）或凝膠色譜與二維相關(guān)分析方法的聯(lián)合應(yīng)用、FT-ICR-MS與核磁共振的技術(shù)串聯(lián)分析，這些都有助于對DOM組分的深度解析[10-11，28-30]。其中，光譜技術(shù)因操作簡便以及可獲知DOM芳香性、分子量、腐殖化指數(shù)、熒光組分、分子空間構(gòu)型等多種信息而被廣泛使用;質(zhì)譜技術(shù)因?qū)OM的分子結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成解析能力較強(qiáng)而備受關(guān)注。

2.1 極性

極性是DOM極為重要的一個性質(zhì)，常用于揭示DOM與污染物的結(jié)合機(jī)制[29]。DOM極性分析的方法主要3種：（1）元素分析法，主要通過DOM中的元素比來分析DOM的極性，（O+C）/N越大，極性越大。該方法因操作簡單、計(jì)算簡便而被廣泛使用。但DOM是一個復(fù)雜的混合物，該方法將DOM看作一個整體，求得的只是DOM中各組分極性的平均值，而得不到DOM中不同組分的極性大小。（2）樹脂分離法，該方法利用不同pH值條件下DOM組分在XAD樹脂柱上的保留情況，分離獲得DOM中親水性與疏水性組分的百分比[31]。通常疏水性越大，極性越小。然而，并不是所有親水性物質(zhì)都不能吸附于XAD柱上，一些過渡性親水性物質(zhì)也有可能吸附于柱上，這使得獲得的疏水性組分偏大[32]。該方法耗時耗力，很少用于極性分析，更多用于DOM極性、電荷特性組分的分離與制備，以作試驗(yàn)材料使用。（3）反相色譜法，該方法通過液相色譜連接二極管（PDA）或熒光檢測器（FLD）捕獲DOM中的物質(zhì)信號，根據(jù)DOM各組分在C18反相柱上的保留時間比較物質(zhì)的極性[29，32]，通常保留時間越短，極性越大。與元素分析法、樹脂分離法相比，該方法一個突出的優(yōu)點(diǎn)是可更詳細(xì)獲得DOM中各物質(zhì)組分的極性特征。但即便如此，因DOM組分復(fù)雜，DOM中的個別組分難免會出現(xiàn)峰圖重疊的現(xiàn)象，有時還須結(jié)合二維相關(guān)分析技術(shù)的同步映射、異步映射圖譜聯(lián)合分析[11，29，33]。

2.2 分子量

分子量也是DOM的一個重要性質(zhì)。分子量小的物質(zhì)主要包括氨基酸、脂肪酸、芳香酸等;分子量大的物質(zhì)包括富里酸、胡敏酸等[29]。分子量的表征方法主要有膜分離法、紫外光譜法、凝膠色譜法。（1）膜分離法主要包括超濾和膜透析2種技術(shù)，通過使DOM穿過不同孔徑大小的膜而獲得DOM在不同分子范圍的分布情況。常用的2種膜孔規(guī)格有100、1 000 Da，劃分低、中、高3個分子量尺度。該方法操作簡單、成本低，并可制得大量不同分子質(zhì)量的DOM組分用于后續(xù)的試驗(yàn)。但回收率低，結(jié)果有偏差，并且可獲知分子量信息有限[1，10]。（2）紫外光譜法操作簡單，紫外光譜中的SUV A280、SUV A260、A250/A365、S（275～295）/S（350～400）等特征參數(shù)常被用來定性比較DOM的分子量大小。但該方法易受DOM的無機(jī)組分干擾，準(zhǔn)確度不高[12，34]。（3）凝膠色譜法以尺寸排阻色譜系統(tǒng)（HPLC-SEC）作為DOM復(fù)合組分的分離技術(shù)，通過PDA、有機(jī)碳（TOC）、FLD捕獲信號，再用聚磺苯乙烯（PSS）、聚環(huán)氧乙烷等標(biāo)準(zhǔn)物進(jìn)行校正，進(jìn)而獲得DOM的分子量分布圖[12]。PSS因其洗脫譜圖與DOM相似、紫外吸收強(qiáng)，是目前最常用的分子量校正物[11]。與其他2種方法相比，凝膠色譜法精密度高、可獲知分子量信息詳盡，但儀器昂貴，普及度不高。

2.3 疏水性、芳香性

疏水性、芳香性是定性描述DOM極其重要的表征指標(biāo)[1-2，5，35]。通常DOM疏水性越大、芳香性越強(qiáng)，意味著其與疏水性有機(jī)污染物的結(jié)合能力越強(qiáng)[2，35]。DOM的疏水性、芳香性表征方法有3種。（1）光譜法。包括紫外光譜、紅外光譜、核磁共振。紅外光譜、核磁共振主要通過其芳香性特征峰判斷芳香性，如1 670～1 500 cm-1（紅外光譜，IR）、110～165 ppm（碳譜核磁共振，13C-NMR）、6.3～10.0 ppm（氫譜核磁共振，1H-NMR）。紫外光譜則通過其特征參數(shù)SUV A245、SUV A280、A465/A665示征DOM的疏水性、芳香性[7，9-10]，常用于定性分析。但此方法的表征結(jié)果不一定準(zhǔn)確，如一些烷類物質(zhì)及其衍生物也是芳香性物質(zhì)，但在280 nm處沒有紫外吸收，這時用紫外光譜就不能準(zhǔn)確表征DOM的芳香性了[32]。（2）XAD樹脂分離法。與DOM的極性分析類似，該方法通過XAD樹脂分離親水性、疏水性物質(zhì)，獲得DOM的疏水性物質(zhì)比例，并制得不同親水性、疏水性、電荷特性的DOM組分[35]。（3）辛醇-水系數(shù)法。這是物質(zhì)疏水性測定的標(biāo)準(zhǔn)方法，通過評估平衡時DOM在辛醇相和水相中分配比例而獲得物質(zhì)的疏水性[32]。此外，元素分析中的C/H也能描述DOM的芳香性。

2.4 官能團(tuán)組成

DOM的官能團(tuán)表征方法主要有酸堿滴定法和光譜法。酸堿滴定法是先用酸將DOM溶液調(diào)pH值至3，再用堿滴定DOM溶液至pH值為10。滴定過程中pH值由3增加至8所消耗的堿被認(rèn)為等當(dāng)量于DOM中的羧基量;pH值由8到10消耗的堿被認(rèn)為等當(dāng)量于DOM中酚羥基量[33]。光譜技術(shù)是DOM官能團(tuán)表征最常用的方法，具有可獲知信息量大、操作簡單等特點(diǎn)。紫外光譜中特征參數(shù)A253/A203大，表明DOM芳香環(huán)上取代基中羧基、酯類、羰基、羥基等含量多，否則為脂肪烷烴[6，9]。紅外光譜也是DOM的常用官能團(tuán)表征方法，如 3 500～3 200、3 000～2 850、2 260～2 100、1 900～1 670、1 670～1 500 cm-1分別為羧基、甲基（或亞甲基）、羰基、酰胺基、芳香基的特征吸收峰波數(shù)[8]。碳譜或氫譜核磁共振技術(shù)也能反映DOM官能團(tuán)組成（表1、表2）[11]，2種核磁共振技術(shù)示征的官能團(tuán)類別差別較大，有較強(qiáng)的互補(bǔ)性。不同的是碳譜的靈敏度更高、可解析的官能團(tuán)更多[10]。

2.5 物質(zhì)組成

DOM是一種非常復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)混合物，對DOM組分的全面解析一直是人們努力的方向[10-11，36]。傳統(tǒng)的DOM物質(zhì)表征方法主要是滴定法、比色法等，并且主要針對小分子物質(zhì)，如采用磷鉬酸-磷鎢酸鹽比色法測定酚酸類物質(zhì)、蒽酮比色法測定糖類物質(zhì)。后來逐漸發(fā)展到光譜技術(shù)、色譜技術(shù)、質(zhì)譜技術(shù)、技術(shù)聯(lián)用。如紫外光譜中的A250/A365或A300/A400<35，說明DOM腐殖酸組分中以胡敏酸類物質(zhì)為主，否則為富里酸類物質(zhì)[6]。三維熒光光譜可通過不同激發(fā)波長、發(fā)射波長下的特征熒光峰示征DOM中類腐殖酸物質(zhì)、類富里酸物質(zhì)、類蛋白物質(zhì)[37]?？筛鶕?jù)DOM紅外光譜圖上的各個紅外吸收峰聯(lián)合推斷DOM組分[9-11]。核磁共振技術(shù)可通過DOM在碳譜、氫譜上的化學(xué)位移等參數(shù)獲取DOM的碳組分、氫組分信息[10-11]。光譜技術(shù)是目前較為常用的一種手段，并在水體DOM的研究中發(fā)展出了原位/實(shí)時表征技術(shù)[10]，然而因DOM組分復(fù)雜，光譜技術(shù)存在著光譜重疊的問題，這時需通過反相（RP）或正相（HILIC）固相萃取技術(shù)將DOM組分進(jìn)行預(yù)分離才能有效表征[10，29]。

質(zhì)譜也是DOM組成分析的重要方法，通常與色譜分離技術(shù)聯(lián)用。利用得到的色譜信息（如保留時間）、質(zhì)譜信息（如質(zhì)荷比），匹配對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫則可得到大量的物質(zhì)組分信息。常用的質(zhì)譜技術(shù)有氣-質(zhì)、液-質(zhì)、飛行質(zhì)譜、傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜[10-11]。氣-質(zhì)主要針對分子量小、沸點(diǎn)低、易氣化的DOM組分，如烷烴、酯類、有機(jī)酸、有機(jī)胺等，而與熱裂解器串聯(lián)也可用于分子量大、難揮發(fā)物質(zhì)的分析[33]。液-質(zhì)則更適合高沸點(diǎn)、不易氣化、熱不穩(wěn)定的DOM組分[36]。FT-ICR-MS則是當(dāng)前最高端的高分辨質(zhì)譜，分辨率可達(dá)10-6，能觀察到DOM的大部分個體組分[10]。利用Van Krevelen圖、Kendrick質(zhì)量虧損圖、雙鍵等價(jià)值圖更能直觀反映DOM的化學(xué)組成[11]。此外，為解析DOM中的某一類組分，通常質(zhì)譜技術(shù)也會結(jié)合DOM衍生化預(yù)處理進(jìn)行。如硼氫化物衍生化結(jié)合FT-ICR可探究DOM中的醛類、酮類物質(zhì)[38]。盡管質(zhì)譜技術(shù)對DOM組分的解析擁有其他技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢，然而它的結(jié)果是基于離子碎片的經(jīng)驗(yàn)式推導(dǎo)而得到的組分信息，不一定準(zhǔn)確，還需要結(jié)合其他技術(shù)（如NMR）聯(lián)合驗(yàn)證。此外，DOM的各組分間也可能存在著信號抑制作用，影響質(zhì)譜的自我解析[39]。

2.6 氧化還原性

氧化還原性也是土壤DOM一個重要的性質(zhì)[40-41]，其檢測方法通常有微生物法、化學(xué)法、電化學(xué)法3種。微生物法是在DOM存在條件下，以鐵還原菌作為微生物穿梭體，加入電子供體（如蔗糖）或電子受體（如鐵氧化物），評價(jià)整個過程的物質(zhì)轉(zhuǎn)化、電子轉(zhuǎn)移情況，從而獲得DOM的氧化還原性信息。化學(xué)法以還原劑作為電子供體，氧化劑作為電子受體研究DOM的氧化還原性。如Na2S2O4、Zn常用來研究DOM的電子接受能力，鐵氰化物用于研究DOM的電子供給能力[42]。因傳統(tǒng)的化學(xué)法、微生物法操作繁瑣、精確度低、反應(yīng)時間長、有副反應(yīng)發(fā)生，近年來逐漸發(fā)展出了電化學(xué)分析方法。它以電化學(xué)工作站為依托，以庫侖安倍法（CA）、循環(huán)伏安法（CVs）、電位躍階法為研究方法，可全面獲知DOM的電子供、受能力以及氧化還原可逆性、電子循環(huán)能力等信息，深受廣大學(xué)者的喜愛[40-43]。研究表明，DOM電子供、受能力的最佳電位為 -0.6、0.5 V[24]，最佳溶劑為有機(jī)相[27]。電化學(xué)分析法的發(fā)展拓寬了DOM的研究內(nèi)容，然而它反映的只是理論的氧化還原特性，脫離實(shí)際，且信號易受環(huán)境干擾[44]。在DOM氧化還原特性研究中將電化學(xué)分析法和微生物方法聯(lián)合分析，可使結(jié)果更準(zhǔn)確。

2.7 微觀形態(tài)

DOM微觀形態(tài)表征主要包括微觀形貌特征和結(jié)構(gòu)特征2個方面。微觀形貌特征主要通過高分辨率顯微鏡技術(shù)如原子力顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、透射電鏡、熒光電鏡等進(jìn)行直接觀測;比表面積、粒徑、孔體積等微觀結(jié)構(gòu)特性主要通過比表面積儀、激光光散射儀等儀器進(jìn)行檢測[11，35，45]。如Yu等以原子力顯微鏡研究小興安嶺海松土壤中的富里酸（FAs）微觀形態(tài)，結(jié)果表明，不同土壤FAs異質(zhì)性大，呈現(xiàn)出圓形、薄片形、橢圓形、錐形等多種形狀的扁平顆粒狀，直徑在50～500 nm 之間，并且FAs的直徑隨土壤深度增加而增加，但親水性、疏水性FAs之間的直徑差別不大[45]。DOM微觀表征技術(shù)還可用于DOM與污染物、地球元素的作用機(jī)理解析，為DOM的環(huán)境效應(yīng)提供更直觀的證據(jù)。如Alivio等用高分辨透射電鏡和掃描電鏡觀察到，相對于富里酸，腐殖酸（HA）作為還原劑能使Ag-Au納米晶體的凝聚度更高[46]。

3 結(jié)語

土壤DOM具有重要的環(huán)境效應(yīng)。對DOM的正確提取與表征是理解DOM與地球化學(xué)元素、污染物相互作用關(guān)系的關(guān)鍵。當(dāng)前，DOM的提取方法是以水為基質(zhì)，加入酸、堿、鹽作為浸提溶劑。提取介質(zhì)條件、土壤類型均是影響DOM提取的重要因素，針對不同類型土壤，建立統(tǒng)一的DOM提取方法仍十分必要。此外，目前DOM的提取方法均為一次提取法，不一定能將土壤DOM充分提取，是否需要發(fā)展多次浸提或多種浸提劑聯(lián)合浸提、分級浸提有待進(jìn)一步研究。DOM的表征方法發(fā)展至今，已有光譜、色譜、質(zhì)譜、顯微鏡技術(shù)、多技術(shù)聯(lián)用、技術(shù)-模型聯(lián)用等多種技術(shù)，基本上能滿足DOM分子量、芳香性、官能團(tuán)、氧化還原性、微觀形態(tài)等性質(zhì)的表征。但DOM組分復(fù)雜，各個體組分的表征信息可能存在相互干擾的現(xiàn)象。解決這個問題的關(guān)鍵在于：一是要發(fā)展出比固相萃取更優(yōu)良的DOM組分分離技術(shù);二是大力發(fā)展表征技術(shù)與數(shù)學(xué)模型、計(jì)量化學(xué)聯(lián)合分析的方法，增強(qiáng)DOM組分的解析能力;三是要開發(fā)新技術(shù)，并進(jìn)行多種技術(shù)串聯(lián)分析。

DOM的提取與表征是一個關(guān)聯(lián)的體系，DOM的正確提取與否直接關(guān)系到DOM的有效表征。然而目前DOM的提取技術(shù)與表征技術(shù)還處于割裂狀態(tài)，沒建立起DOM提取-表征的統(tǒng)一有機(jī)體系。因此，針對研究目的，建立起土壤DOM提取-表征的一體化技術(shù)十分必要。此外，發(fā)展原位表征技術(shù)也是解決這個問題的重要方向。目前，DOM的原位表征技術(shù)僅在水體中得到一定的發(fā)展，在土壤領(lǐng)域還十分缺乏。

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