1.3　堆肥過程腐植酸形成影響因素

1.3.1　特定有機組分對腐植酸及其組分形成的影響

研究表明，多酚化合物、羧基、氨基酸、還原糖及多糖作為腐植酸的前體物質，在胡敏酸與富里酸形成過程中發揮重要作用^［8］。如表1-3所列，多酚與腐植酸、胡敏酸及富里酸含量呈顯著負相關（P<0.05），說明多酚化合物對腐植酸的形成起到了至關重要的作用。多酚化合物是形成酚羥基的重要前體物質^［40］，因此，酚基是胡敏酸與富里酸的重要功能基團。Amir等^［41］的研究結果也可證實這一推論，在堆肥過程中胡敏酸與富里酸中酚羥基含量的增加伴隨著多酚化合物的減少，充分說明在胡敏酸與富里酸形成的過程中，酚基作為逐漸形成腐植酸的基本單元聚合到其結構中，從而增加了堆肥中腐植酸的芳香性。

由表1-3可知，羧基與腐植酸含量沒有顯著相關性，然而與胡敏酸呈顯著的負相關（P<0.01），說明在堆肥過程中羧基對胡敏酸的形成起到重要作用。羧基在堆肥過程中可被還原為羥基結合到腐植酸結構中^［42］。而羧基與富里酸呈顯著的正相關（P<0.05），富里酸中含氧官能團較多，酸性較強，因此隨著堆肥的進行，富里酸中羧基含量也隨之增多。

氨基酸與腐植酸呈顯著的負相關（P<0.05），但與胡敏酸無顯著相關性（表1-3）。研究表明，在堆肥過程中形成的醌基、酚基及羧基之間會發生縮合，生成分子量更高、結構更為復雜的芳香性化合物，而這個縮合過程在存在氨基化合物時表現更為明顯^［43］。而胡敏酸結構中主要以芳香性化合物為主，氨基酸對胡敏酸的形成存在一定的促進作用，但并不是形成其芳香化結構的重要基團。根據Kononova^［39］提出的生物化學聚合假說，氨基酸可以與醌基反應引起氨基乙酸的降解及芳基胺的形成，因此氨基酸中的N就被整合到腐植酸聚合體中，這對腐植酸的穩定性起到明顯作用。

還原糖、多糖與堆肥中的腐植酸與胡敏酸均無顯著的相關性，但與富里酸呈顯著負相關（P<0.05），說明還原糖、多糖與富里酸的形成關系密切。還原糖中含有游離的醛基或酮基，均具有一定的還原性^{［43，44］}。多糖的作用與還原糖類似，在堆肥升溫期，多糖與還原糖作為主要碳源被微生物降解利用，尤其在纖維素物料中^［45］，單糖是多酚形成的重要前體物質，對腐植酸碳骨架的形成起重要作用。這一結果與前文一致，充分說明富里酸的結構較胡敏酸相對簡單。

從以上數據可以看出，不同有機組分對胡敏酸與富里酸的形成作用各不相同，多酚化合物、羧基、氨基酸、還原糖及多糖的不同作用會引起胡敏酸與富里酸中的化學結構變化，從而改變其電子轉移能力。

1.3.2　有機組分與官能團對胡敏酸和富里酸結構形成的影響

堆肥過程中不同有機組分對胡敏酸、富里酸及腐植酸的形成存在不同的影響，致使胡敏酸與富里酸化學結構不同，為進一步研究胡敏酸與富里酸中化學結構形成規律，分別對堆肥中特定有機組分與胡敏酸、富里酸化學結構表征指標進行了相關性分析，結果見表1-3與表1-4。

從表1-3中可以看出，多酚化合物與類胡敏酸物質（C3）、¹³C-NMR3、SUVA₂₅₄呈顯著負相關（P=0.006；P=0.02；P=0.003），與E₄/E₆呈顯著正相關（P=0.03），說明多酚化合物參與了胡敏酸中芳香碳、酚類碳及芳香性結構的合成，證實多酚化合物是胡敏酸芳構化過程中的重要組分^［46］。多酚化合物與富里酸結構中的¹H-NMR2顯著相關（P=0.002）（表1-4）。說明多糖、有機氨等化合物與多酚化合物在堆肥過程中的變化規律相同^［30］。多酚化合物與SUVA₂₉₀、¹H-HMR3呈顯著負相關（P=0.002），與E₄/E₆呈正相關（P=0.003），說明多酚化合物參與了富里酸結構中醌基、苯酚及含氧、含氮雜環芳香化合物的形成，因此，對富里酸芳香化也同樣起到重要作用^［47］。

羧基在胡敏酸中僅與類胡敏酸物質（C3）呈負相關（P=0.017）（表1-3），說明羧基可能是形成類胡敏酸物質（C3）組分的前體物質，然而對芳香化結構的形成無明顯作用。然而羧基與富里酸中多種化學結構指標呈顯著相關，包括¹H-NMR1（P=0.001）、¹H-NMR3（P=0.009）、類胡敏酸物質（C3）（P=0.017）、E₄/E₆（P=0.04）及S_R（P=0.012）（表1-4），更加充分地說明了羧基在富里酸芳香化結構形成中起到重要作用。研究表明，羧基、羰基等含氧類基團是富里酸中的重要功能基團。表1-4顯示羧基與脂肪族碳呈顯著正相關，而與芳香碳、酚類碳及類蛋白物質呈負相關。這是由于微生物在堆肥初期降解蛋白質類物質形成羧基與脂肪碳類物質，隨堆肥進行羧基逐漸被縮合，形成富里酸中芳香碳等更為復雜的結構^［48-50］。

氨基酸與胡敏酸中¹C-NMR1、類酪氨酸類物質（C2）呈顯著正相關（P=0.003；P=0.046）（表1-3），這說明胡敏酸中氨基酸的變化規律與脂肪碳、類酪氨酸的一致，均可作為形成腐植酸結構的重要基團。氨基酸還與類胡敏酸物質（C3）、SUVA₂₅₄呈顯著負相關（P=0.016、P=0.025），與酚基、羧基也呈顯著正相關（P=0.023、P=0.01），這更能充分地說明堆肥過程中氨基酸在胡敏酸的芳香化與腐殖化過程中起到重要作用^［51］。氨基酸與富里酸中¹H-NMR1、S_R呈顯著正相關（P=0.023、P=0.01），而與¹H-NMR3、類胡敏酸物質（C3）及E₄/E₆呈顯著負相關（P=0.023、P=0.016、P=0.046）（表1-4），這與胡敏酸的相關性結果類似，說明氨基酸在堆肥過程中對胡敏酸與富里酸的腐殖化存在明顯的促進作用^［52］。

從表1-3可以看出，多糖與胡敏酸結構中的¹³C-NMR1呈顯著負相關（P=0.026），說明在胡敏酸結構中，脂肪碳的形成主要來自多糖的降解合成；而多糖與胡敏酸芳香化指標無顯著影響。在富里酸結構中，多糖僅與S_R呈顯著負相關（P=0.046）（表1-4），說明多糖在富里酸芳香化過程中起到了重要作用；雖然還原糖與胡敏酸、富里酸化學結構均無顯著相關性（表1-3、表1-4），但這不能說明糖類物質對胡敏酸與富里酸化學結構沒有影響，糖是微生物的重要營養源，也是羧基與醛基等基團合成的重要底物，并可在堆肥過程中通過轉化合成多酚類物質參與腐殖質形成^{［53，54］}。因此，盡管多糖、還原糖與腐植酸化學結構關系并不顯著，但由于其參與了腐植酸形成諸多前體物的合成，對腐植酸形成數量及其芳香化程度具有重要影響^［15］。