登录| 注册    
收藏  点赞 

有机酸

土壤中除胡敏酸、富啡酸以外的各种有机酸的总称。包括各种低分子量的脂肪酸、芳酸、糖酸以及较高分子量的脂肪酸等。是土壤有机质组成分之一。它们主要以水溶态和吸附态存在,部分以脂键与其它有机组分相结合。20世纪初,施赖纳(O.Schreiner)等首先从一些土壤中分离出二羟基硬脂酸,并用溶液培养证明其对植物有毒害。50年代

土壤中除胡敏酸富啡酸以外的各种有机酸的总称。包括各种低分子量的脂肪酸、芳酸、糖酸以及较高分子量的脂肪酸等。是土壤有机质组成分之一。它们主要以水溶态和吸附态存在,部分以脂键与其它有机组分相结合。20世纪初,施赖纳(O.Schreiner)等首先从一些土壤中分离出二羟基硬脂酸,并用溶液培养证明其对植物有毒害。50年代,施瓦茨(S.M.Schwarts)等首先将色谱技术用于土壤有机酸的研究,并测定了甲酸和乙酸的含量。

来源

有机酸是植物和微生物代谢的中间产物,它有3个来源:

有机残体的分解

植物体内通常含C4以下游离脂肪酸以及草酸、柠檬酸、琥珀酸、苹果酸及酚酸等,它们会从各种途径进入土壤;但更主要的是土壤有机质,特别是进入土壤的动、植物残体,如紫云英、紫苜蓿等牧草,稻麦秸秆以及猪、牛、禽粪等矿化时将产生不同种类和数量有机酸

根系分泌物

各种植物,如羽扇豆、高粱、芥菜、大麦、小麦及蔬菜等,其根系均不断分泌出各种有机物,包括一元、二元羧酸、酚酸、酮酸等;松树、刺槐幼苗根系能排出较多乙酸、草酸。

微生物合成

丙酸菌通过酶作用将二氧化碳合成丙酸、乙酸及琥珀酸。一些霉菌将甲、乙酸合成草酸。塞茨吉门茨(C.Saizjimenez)等从一种变性土中分离出带刺散囊菌(Eurotium echinulatum)以葡萄糖作碳源合成p-羟基肉桂酸、苔色酸等13种酚酸。嫌气条件有利于微生物合成有机酸

含量

由于有机酸很不稳定,量低,分离鉴定较为困难,因此,精确测定土壤中各别有机酸含量及其总含量仍存在一定难度。一般来说,土壤溶液中简单脂肪酸在1×10-3~4×10-3摩尔/升间,芳酸在5×10-5~3×10-4摩尔/升间。但它们可因土壤类型、季节以及进入土壤的有机物数量、组成和分解阶段等不同而有很大变异。此外,它的空间变异性也很大。在有机物加入较多或在紧邻有机残体的渍水土壤中,有机酸浓度每百克土可高达10毫克分子以上。其中主要是乙酸和丁酸,其次为甲酸、乳酸、异丁烯二酸、琥珀酸、正戊酸、C6以上酸等。田间渍水土壤中通常有机物腐解高峰期乙酸浓度为每百克土1~2毫克分子。腐解高峰前后有机酸浓度均较低。达到高峰的时间因条件不同而不同,渍水条件下,紫云英、苕子约为3~7天,稻草15~20天。有时由于分解产物累积引起微生物群落更迭,出现前后两高峰,时间间隔10天左右至1月不等。高峰持续时间的久暂也因条件而异。在土壤粘重、长期渍水、持续低温或局部通气不良条件下,高峰可持续二周或更长。旱作条件下,有机酸尤其低级脂肪酸易被微生物利用作为碳源逐步分解成二氧化碳、氢、甲烷而消失;只有在短期或局部积水,加上低温的条件下,微域内有机酸的浓度才较高。

影响有机酸含量、组成的因素有:

土壤水分

水分多少及渗漏速度影响土壤通气及环境更新,从而影响有机物分解及分解产物在土壤中的滞留。好气条件下,有机物腐解过程中有机酸量达到高峰的时间早,数量较少,高峰期持续时间较短,随后有机酸浓度显著降低以至消失。所以当土壤内排水良好的水稻田,即使有机肥施用较多,有机酸分解迅速,不会累积到足以危害作物生长的程度。渍水嫌气条件下则相反,如中国南部有些地区的地下水位高、常年积水或有渗水的冷浸稻田,早春翻压较多绿肥或其他有机肥时,有机酸的积累常是导致水稻僵苗、死苗和稻谷减产的原因之一。

温度

影响微生物生理群及其活动强度。持续低温(20℃以下),一方面有机酸出现高峰的时间将较高温时推迟;另方面,由于低温下甲烷菌等微生物分解有机酸的速度赶不上其他微生物分解有机物时生成有机酸的速度,因而有机酸积累量多且持续时间长。10℃以下,生物活性微弱,有机酸产生缓慢。温度升高,有机酸高峰出现早,峰形低而尖。

有机物组成

碳水化合物是低级挥发性脂肪酸的来源。不同碳水化合物产生乙酸数量依次为:葡萄糖>淀粉>明胶>纤维素。木质素多产生酚酸。脂肪则分解释出长链脂肪酸,包括24~29烷酸。不同植物残体因组成不同,分解时虽均可产生各种低级脂肪酸、芳酸等,但产酸总量和酸的组成等均各异。与稻草相比,渍水条件下,黄花苜蓿分解时,不但生成的有机酸总量显著较高,而且有机酸高峰也出现早得多。与黄花苜蓿相比,含木质素较多的木材废弃物分解时生成的芳酸较多。在同样腐解条件下,几种作物秸秆生成乙酸的量依以下次序递减:油菜>燕麦>大麦>小麦。森林残落物产生的高级脂肪酸较作物秸秆等多。

土壤性质

土壤有机质、粘粒含量,胶体特性影响有机酸的吸附及其活性。同一土壤吸附有机酸的能力依次为:草酸>柠檬酸>乳酸>甲酸>乙酸>丁酸。低肥土壤生成的有机酸不易进一步转化,与其微生物类群贫乏、活性低有关。微生物类群不同,土壤中非挥发性脂肪酸及酚酸动态变化也不同。

作用

有机酸的作用是多方面的,其表现在:

对土壤形成和土壤肥力的影响

在原始土壤形成过程中,毛霉、木霉、穗霉等真菌及其他微生物或低等生物产生的多种有机酸,如α-酮葡萄糖酸,柠檬酸、草酸和地衣酸等,对各种硅酸盐矿物的风化起着重要作用。这些具有螯合能力的有机酸也是导致铁锰等元素在土壤剖面中迁移聚积从而产生剖面分异的原因之一。灰化土就是在森林残落物分解时产生的有机酸的参与下矿物质溶解下渗而形成的。有机酸还具有提高植物养分有效性的作用。这种作用的大小因有机酸种类、浓度、土壤pH、土壤胶体及养分离子特性等因素不同而异。如:①由于有机酸能和Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等络合形成稳定的络合物,因而它能溶解不溶性磷酸盐和磷酸化矿物;另外,它还可通过占据土壤矿质胶体(如高岭石、三水铝石、针铁矿等)表面的吸附位,使表面负电荷增加而阻止或减少施入土壤中的溶性磷的被固定。羧基、羟基、酚羟基功能团数目越多的有机酸,溶解不溶性磷酸盐和阻止溶性磷被固定的效力越强。②有机酸能破坏白云母、黑云母、蛭石等含钾层状硅酸盐,提高钾的有效性。③通过络合作用,有机酸能从难溶性矿物中释放出锌、铜、铁、锰等元素,提高土壤中这些养分元素的有效性。

生理作用

有机酸种类、浓度、土壤特性、气候以及作物品种和生育阶段等的不同,有机酸对作物可产生有利或有害的影响。低浓度琥珀酸、延胡索酸、某些酚酸被植物吸收后可改变其生理代谢,增强植物的抗逆能力。低浓度乙酸可促进大麦幼苗根系伸展。抗坏血酸、柠檬酸分别混合浸种或喷洒植株可增加小麦、玉米籽粒产量及蛋白质含量。秸秆或某些森林残落物分解产生的以及某些植物根系分泌的脂肪酸或酚酸能抑制一些真菌病害。但高浓度有机酸则对作物产生毒害。

有机酸的毒害作用

主要表现在:①延迟或完全抑制种子发芽;②阻碍根系伸展。主根根尖分生组织首先受害,死亡变黑,根毛减少甚至全无;③降低生理活性,高浓度有机酸阻碍根呼吸,受害植株体内过氧化氢酶、细胞色素氧化酶活性下降,氧化磷酸化作用受阻,茎秆基部淀粉蓄积受抑制,植株体内水溶性氮和还原糖增加,光合作用减弱,因而生长量降低;④影响养分吸收,有机酸可改变根细胞膜的透性,抑制根的有氧呼吸,阻碍水分、养分的吸收,各种养分受阻碍的程度依次为:磷、锌>硅>钾、锰>氮,严重时磷、钾外渗。同时还使根排Fe2+和氧化Fe2+的机能减弱,以致Fe2+大量进入根组织,加重毒害。

影响有机酸对作物毒害程度的因素有:①有机酸的种类,酚酸对小麦、水稻等初生根伸长阻害较脂肪族有机酸大,它们的最低界限浓度为1×10-4~1×10-5摩尔/升;其中以肉桂酸的毒性为最大。脂肪族有机酸中,一羧酸的最低界限浓度为1×10-4~16×10-4摩尔/升,二元酸、三元酸的最低界限浓度为3×10-3~6×10-3摩尔/升。解离度小的游离态酸的毒性大于其盐。酸的总浓度相同时,几种酸同时存在时的毒害较某单一种酸的大。②基质pH.pH越低毒害作用越强,例如,乙酸对大麦根系的抑制在pH3.5时浓度为7毫摩尔/升,pH6.5时为15毫摩尔/升。这是由于基质pH越低,未解离的酸越多,而未解离的有机酸分子易溶于植株细胞膜类脂组分中。③水、热条件,低温、渍水不仅有利于有机酸的积累,而且也可改变土壤的物理化学环境,如限制淹水后pH的上升,阻碍二氧化碳扩散,有利于Fe2+、Mn2+增加等,因而加重毒害。④植株生育状况,苗期以及弱苗的耐毒害力较弱。采取改善土壤内外排水,控制有机肥用量和腐熟度,合理配施无机肥,酸性土配施石灰或石膏或含硫肥料,培育壮苗,掌握好播种或移栽期等措施可避免有机酸的危害。