有機物
編輯有機物、有機材料或天然有機物是指在自然和工程、陸地和??水生環境中發現的大量碳基化合物來源。它是由來自植物和動物等生物體的糞便和殘骸的有機化合物組成的物質。有機分子也可以通過不涉及生命的化學反應制成。基本結構由纖維素、單寧、角質和木質素以及其他各種蛋白質、脂質和碳水化合物組成。有機物在營養物質在環境中的運動中非常重要,并在地球表面的水分保持中發揮作用。
有機物的形成
編輯生物體由有機化合物組成。在生活中,它們將有機物質分泌或排泄到環境中,脫落葉子和根部等身體部位,在有機體死亡后,它們的身體被細菌和真菌的作用分解。更大分子的有機物質可以由已經分解的物質的不同部分聚合形成。天然有機物的組成取決于其來源、轉化方式、年齡和存在環境,因此其生物理化功能因環境而異。
自然生態系統功能
編輯有機物在整個生態系統中很常見,并且通過土壤微生物群落的分解過程循環,這對養分的可用性至關重要。經過降解和反應后,它可以通過水流進入土壤和主流水中。有機物為生物體提供營養。有機物在水溶液中充當緩沖劑,以維持環境中的中性pH值。已經提出緩沖作用組分與中和酸雨有關。
源循環
編輯一些尚未在土壤中的有機物來自地下水。當地下水飽和土壤或周圍的沉積物時,有機物可以在相間自由移動。地下水有自己的天然有機物來源,包括:
有機體分解成有機物??,然后被運輸和回收。并非所有的生物質都會遷移,有些是相當靜止的,僅在數百萬年的過程中才會轉動。
土壤有機質
編輯土壤中的有機質來源于植物、動物和微生物。例如,在森林中,落葉和木質材料會落到森林地面上。這有時被稱為有機材料。當它腐爛到無法辨認的程度時,它被稱為土壤有機質。當有機物分解成穩定的物質,抵抗進一步分解時,它被稱為腐殖質。因此,土壤有機質包括土壤中的所有有機質,不包括未腐爛的物質。土壤有機質的一個重要特性是它提高了土壤保持水分和養分的能力,并允許它們緩慢釋放,從而改善植物生長的條件。腐殖質的另一個優點是它有助于土壤粘在一起,從而使線蟲或微觀細菌很容易腐爛土壤中的養分。有幾種方法可以快速增加腐殖質的量。將堆肥、植物或動物材料/廢物或綠肥與土壤混合會增加土壤中腐殖質的含量。<pclass="mw-empty-elt">
這三種材料為線蟲和細菌提供營養,讓它們茁壯成長并產生更多的腐殖質,這將為植物提供足夠的營養來生存和生長。
啟動效應
啟動效應的特點是土壤有機質(SOM)周轉的自然過程發生劇烈變化,這是由于對土壤的相對適度干預所致。這種現象通常是由新鮮有機物(FOM)輸入的脈沖或連續變化引起的。由于諸如FOM輸入之類的觸發因素,引發效應通常會導致礦化加速。這種分解增加的原因通常歸因于由FOM釋放的更高能量和養分可用性導致的微生物活性增加。在輸入FOM后,相信特殊的微生物會迅速生長,并且只會分解這種新添加的有機物。這些地區的SOM周轉率至少比大塊土壤高一個數量級。其他土壤處理,除了有機物質投入外,會導致周轉率的這種短期變化,包括礦物肥料的投入、有機物質的根系滲出、土壤的單純機械處理或其干燥和再潤濕。啟動效應可以是積極的也可以是消極的,這取決于土壤與添加物質的反應。正啟動效應導致礦化加速,而負啟動效應導致固定化,導致N不可用。盡管大多數變化都記錄在C和N池中,但在磷和硫以及其他營養物質中也可以找到啟動效應。L?hnis于1926年通過對綠肥分解及其對土壤中豆科植物的影響的研究,首次發現了引發效應現象。他注意到,當向土壤中添加新鮮的有機殘留物時,會導致腐殖質N的礦化加劇。但直到1953年,Bingeman在他的題為“添加有機物質對有機土壤的分解。在創造啟動效應之前,已經使用了其他幾個術語,包括啟動作用、添加的氮相互作用(ANI)、額外的N和額外的N。盡管有這些早期貢獻,但直到1980年代至1990年代,啟動效應的概念仍被廣泛忽視。啟動效應已在許多不同的研究中發現,并被認為是一種常見現象,出現在大多數植物土壤系統中。然而,導致啟動效應的機制比最初想象的要復雜得多,并且仍然普遍被誤解。盡管關于啟動效應的原因存在很多不確定性,但從最近的研究中得出了一些無可爭議的事實:<pclass="mw-empty-elt">
- 在向土壤中添加物質后,啟動效應可以立即或非常短時間(可能數天或數周)出現。
- 與缺乏這些養分的土壤相比,富含C和N的土壤的啟動效應更大。
- 在無菌環境中沒有觀察到真正的啟動效應。
- 隨著對土壤添加處理量的增加,啟動效應的大小也會增加。
最近的研究結果表明,在土壤系統中起作用的相同啟動效應機制也可能存在于水生環境中,這表明未來需要對這種現象進行更廣泛的考慮。
有機物的分解
編輯有機物的一種合適的定義是腐爛或分解過程中的生物材料,例如腐殖質。仔細觀察腐爛過程中的生物材料會發現所謂的有機化合物(生物分子)在分解(分解)過程中。土壤分子分解的主要過程是通過細菌或真菌的酶催化。如果地球上不存在細菌或真菌,分解過程會進行得慢得多。
有機化學
編輯有機物的測量通常只測量有機化合物或碳,因此只是對曾經存在或分解的物質水平的近似值。有機物的一些定義同樣只考慮有機物,僅指碳含量或有機化合物,而不考慮物質的來源或分解。從這個意義上說,并不是所有的有機化合物都是由生物體創造的,生物體不僅會留下有機物質。例如,蛤殼雖然是生物,但不含太多有機碳,因此在這個意義上可能不被視為有機物質。相反,尿素是可以在沒有任何生物活性的情況下合成的許多有機化合物之一。有機物是異質的并且非常復雜。一般來說,有機物的重量是:
這些化合物的分子量可以在200到20,000amu之間劇烈變化,具體取決于它們是否重新聚合。多達三分之一的碳存在于芳族化合物中,其中碳原子通常形成六元環。由于共振穩定,這些環非常穩定,因此很難分解。芳香環也容易受到來自其他給電子或受電子材料的親電和親核攻擊,這解釋了可能聚合以產生更大的有機物質分子。土壤中的有機物和其他物質也會發生反應,產生前所未有的化合物。不幸的是,很難描述這些特征,因為首先對天然有機物質知之甚少。目前正在進行研究,以了解有關這些新化合物的更多信息以及其中有多少正在形成。
水
編輯水生有機物可進一步分為兩部分:(1)溶解有機物(DOM),以有色溶解有機物(CDOM)或溶解有機碳(DOC)計量,以及(2)顆粒有機物(POM)。它們通常通過可以通過0.45微米過濾器(DOM)和不能通過(POM)的過濾器來區分。
檢測
有機物在飲用水和廢水處理和循環利用、自然水生生態系統、水產養殖和環境恢復方面發揮著重要作用。因此,對于短期和長期監測而言,擁有可靠的檢測和表征方法非常重要。用于描述和表征有機物的各種有機物分析檢測方法已經存在了數十年。這些包括但不限于:總有機碳和溶解有機碳、質譜、核磁共振(NMR)光譜、紅外(IR)光譜、紫外-可見光譜和熒光光譜。這些方法中的每一種都有其自身的優點和局限性。
凈水
有助于土壤保水的天然有機物的相同能力給當前的水凈化方法帶來了問題。在水中,有機物仍然可以與金屬離子和礦物質結合。這些結合的分子不一定會被凈化過程阻止,但不會對任何人類、動物或植物造成傷害。然而,由于有機物的高反應性,會產生不含營養物質的副產品。這些副產物會導致生物污染,這基本上會堵塞水凈化設施中的水過濾系統,因為副產物大于膜孔徑。這種堵塞問題可以通過氯消毒(氯化)來處理,它可以分解堵塞系統的殘留物質。然而,氯化會形成消毒副產物。含有有機物的水可以通過臭氧引發的自由基反應進行消毒。臭氧(三氧)具有很強的氧化特性。它在分解時會形成羥基自由基(OH),它會與有機物發生反應,從而解決生物污染問題。
活力論
編輯有機體與活的有機體的等式來自于現在已經被拋棄的生命主義觀念,這種觀念認為生命有一種特殊的力量,只有這種力量才能創造有機物質。1828年弗里德里希·沃勒(FriedrichW?hler)人工合成尿素后,這一想法首次受到質疑。
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