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有机物

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有机物、有机材料或天然有机物是指在自然和工程、陆地和​​水生环境中发现的大量碳基化合物来源。它是由来自植物和动物等生物体的粪便和残骸的有机化合物组成的物质。有机分子也可以通过不涉及生命的化学反应制成。基本结构纤维素、单宁、角质和木质素以及其他各种蛋白质、脂质和碳水化合物组成。有机物在营养物质在环境中的运动中非常重要,并在地球表面的水分保持中发挥作用。

有机物的形成

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生物体由有机化合物组成。在生活中,它们将有机物质分泌或排泄到环境中,脱落叶子和根部等身体部位,在有机体死亡后,它们的身体被细菌和真菌的作用分解。更大分子的有机物质可以由已经分解的物质的不同部分聚合形成。天然有机物的组成取决于其来源、转化方式、年龄和存在环境,因此其生物理化功能因环境而异。

自然生态系统功能

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有机物在整个生态系统中很常见,并且通过土壤微生物群落的分解过程循环,这对养分的可用性至关重要。经过降解和反应后,它可以通过水流进入土壤和主流水中。有机物为生物体提供营养。有机物在水溶液中充当缓冲剂,以维持环境中的中性pH值。已经提出缓冲作用组分与中和酸雨有关。

源循环

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一些尚未在土壤中的有机物来自地下水。当地下水饱和土壤或周围的沉积物时,有机物可以在相间自由移动。地下水有自己的天然有机物来源,包括:

  • 有机质沉积物,例如干酪根和煤。
  • 土壤和沉积物有机质。
  • 有机物从河流、湖泊和海洋系统渗入地下。

有机体分解成有机物​​,然后被运输和回收。并非所有的生物质都会迁移,有些是相当静止的,仅在数百万年的过程中才会转动。

土壤有机质

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土壤中的有机质来源于植物、动物和微生物。例如,在森林中,落叶和木质材料会落到森林地面上。这有时被称为有机材料。当它腐烂到无法辨认的程度时,它被称为土壤有机质。当有机物分解成稳定的物质,抵抗进一步分解时,它被称为腐殖质。因此,土壤有机质包括土壤中的所有有机质,不包括未腐烂的物质。土壤有机质的一个重要特性是它提高了土壤保持水分和养分的能力,并允许它们缓慢释放,从而改善植物生长的条件。腐殖质的另一个优点是它有助于土壤粘在一起,从而使线虫或微观细菌很容易腐烂土壤中的养分。有几种方法可以快速增加腐殖质的量。将堆肥、植物或动物材料/废物或绿肥与土壤混合会增加土壤中腐殖质的含量。<pclass="mw-empty-elt">

  • 堆肥:分解的有机物质。
  • 植物和动物材料和废物:枯死的植物或植物废物,如树叶或灌木和树木修剪物,或动物粪便。
  • 绿肥:为与土壤结合的xxx目的而种植的植物或植物材料。

这三种材料为线虫和细菌提供营养,让它们茁壮成长并产生更多的腐殖质,这将为植物提供足够的营养来生存和生长。

启动效应

启动效应的特点是土壤有机质(SOM)周转的自然过程发生剧烈变化,这是由于对土壤的相对适度干预所致。这种现象通常是由新鲜有机物(FOM)输入的脉冲或连续变化引起的。由于诸如FOM输入之类的触发因素,引发效应通常会导致矿化加速。这种分解增加的原因通常归因于由FOM释放的更高能量和养分可用性导致的微生物活性增加。在输入FOM后,相信特殊的微生物会迅速生长,并且只会分解这种新添加的有机物。这些地区的SOM周转率至少比大块土壤高一个数量级。其他土壤处理,除了有机物质投入外,会导致周转率的这种短期变化,包括矿物肥料的投入、有机物质的根系渗出、土壤的单纯机械处理或其干燥和再润湿。启动效应可以是积极的也可以是消极的,这取决于土壤与添加物质的反应。正启动效应导致矿化加速,而负启动效应导致固定化,导致N不可用。尽管大多数变化都记录在C和N池中,但在磷和硫以及其他营养物质中也可以找到启动效应。Löhnis于1926年通过对绿肥分解及其对土壤中豆科植物的影响的研究,首次发现了引发效应现象。他注意到,当向土壤中添加新鲜的有机残留物时,会导致腐殖质N的矿化加剧。但直到1953年,Bingeman在他的题为“添加有机物质对有机土壤的分解。在创造启动效应之前,已经使用了其他几个术语,包括启动作用、添加的氮相互作用(ANI)、额外的N和额外的N。尽管有这些早期贡献,但直到1980年代至1990年代,启动效应的概念仍被广泛忽视。启动效应已在许多不同的研究中发现,并被认为是一种常见现象,出现在大多数植物土壤系统中。然而,导致启动效应的机制比最初想象的要复杂得多,并且仍然普遍被误解。尽管关于启动效应的原因存在很多不确定性,但从最近的研究中得出了一些无可争议的事实:<pclass="mw-empty-elt">

  • 在向土壤中添加物质后,启动效应可以立即或非常短时间(可能数天或数周)出现。
  • 与缺乏这些养分的土壤相比,富含C和N的土壤的启动效应更大。
  • 在无菌环境中没有观察到真正的启动效应。
  • 随着对土壤添加处理量的增加,启动效应的大小也会增加。

最近的研究结果表明,在土壤系统中起作用的相同启动效应机制也可能存在于水生环境中,这表明未来需要对这种现象进行更广泛的考虑

有机物的分解

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有机物的一种合适的定义是腐烂或分解过程中的生物材料,例如腐殖质。仔细观察腐烂过程中的生物材料会发现所谓的有机化合物(生物分子)在分解(分解)过程中。土壤分子分解的主要过程是通过细菌或真菌的酶催化。如果地球上不存在细菌或真菌,分解过程会进行得慢得多。

有机化学

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有机物的测量通常只测量有机化合物或碳,因此只是对曾经存在或分解的物质水平的近似值。有机物的一些定义同样只考虑有机物,仅指碳含量或有机化合物,而不考虑物质的来源或分解。从这个意义上说,并不是所有的有机化合物都是由生物体创造的,生物体不仅会留下有机物质。例如,蛤壳虽然是生物,但不含太多有机碳,因此在这个意义上可能不被视为有机物质。相反,尿素是可以在没有任何生物活性的情况下合成的许多有机化合物之一。有机物是异质的并且非常复杂。一般来说,有机物的重量是:

这些化合物的分子量可以在200到20,000amu之间剧烈变化,具体取决于它们是否重新聚合。多达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环。由于共振稳定,这些环非常稳定,因此很难分解。芳香环也容易受到来自其他给电子或受电子材料的亲电和亲核攻击,这解释了可能聚合以产生更大的有机物质分子。土壤中的有机物和其他物质也会发生反应,产生前所未有的化合物。不幸的是,很难描述这些特征,因为首先对天然有机物质知之甚少。目前正在进行研究,以了解有关这些新化合物的更多信息以及其中有多少正在形成。

水生有机物可进一步分为两部分:(1)溶解有机物(DOM),以有色溶解有机物(CDOM)或溶解有机碳(DOC)计量,以及(2)颗粒有机物(POM)。它们通常通过可以通过0.45微米过滤器(DOM)和不能通过(POM)的过滤器来区分。

检测

有机物在饮用水和废水处理和循环利用、自然水生生态系统、水产养殖和环境恢复方面发挥着重要作用。因此,对于短期和长期监测而言,拥有可靠的检测和表征方法非常重要。用于描述和表征有机物的各种有机物分析检测方法已经存在了数十年。这些包括但不限于:总有机碳和溶解有机碳、质谱、核磁共振(NMR)光谱、红外(IR)光谱、紫外-可见光谱和荧光光谱。这些方法中的每一种都有其自身的优点和局限性。

有机物

净水

有助于土壤保水的天然有机物的相同能力给当前的水净化方法带来了问题。在水中,有机物仍然可以与金属离子和矿物质结合。这些结合的分子不一定会被净化过程阻止,但不会对任何人类、动物或植物造成伤害。然而,由于有机物的高反应性,会产生不含营养物质的副产品。这些副产物会导致生物污染,这基本上会堵塞水净化设施中的水过滤系统,因为副产物大于膜孔径。这种堵塞问题可以通过氯消毒(氯化)来处理,它可以分解堵塞系统的残留物质。然而,氯化会形成消毒副产物。含有有机物的水可以通过臭氧引发的自由基反应进行消毒。臭氧(三氧)具有很强的氧化特性。它在分解时会形成羟基自由基(OH),它会与有机物发生反应,从而解决生物污染问题。

活力论

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有机体与活的有机体的等式来自于现在已经被抛弃的生命主义观念,这种观念认为生命有一种特殊的力量,只有这种力量才能创造有机物质。1828年弗里德里希·沃勒(FriedrichWöhler)人工合成尿素后,这一想法首次受到质疑。


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词条目录
  1. 有机物
  2. 有机物的形成
  3. 自然生态系统功能
  4. 源循环
  5. 土壤有机质
  6. 启动效应
  7. 有机物的分解
  8. 有机化学
  9. 检测
  10. 净水
  11. 活力论

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