鸡粪工厂化堆肥主要营养成分含量近红外光谱分析研究

目前,堆肥化是解决畜禽粪便污染环境和造成社会经济问题、实现其无害化和资源化利用的简便易行的重要途径。鸡粪中含有大量的氮磷钾等营养成分。文章以鸡粪和菊花渣工厂化高温堆肥发酵过程氮、磷和钾主要营养成分为研究对象,探讨利用近红外光谱法进行无损速测分析的可行性。在鸡粪工厂化堆肥不同发酵阶段进行多点取样,利用美国Nicolet公司生产的傅里叶变换型近红外光谱仪采集在10 000～4 000 cm-1范围内原始样品光谱,并结合多种光谱数据处理方法和偏最小二乘回归法建立了总氮、总磷和总钾的近红外模型并进行了验证分析。根据环境类样品近红外模型评价标准,近红外光谱法测定鸡粪堆肥过程主要营养成分含量具有较好的可行性。其中,所建总氮含量模型验证决定系数(R2)大于0.80,验证相对分析误差(RPD)大于2.0; 所建总磷和总钾模型的R2和RPD值分别大于0.90和3.0。     

近红外漫反射光谱法快速测定秸秆青贮饲料成分含量

采用傅里叶近红外漫反射光谱技术,结合偏最小二乘回归法,以158个不同种类的秸秆青贮饲料样品建立了常规化学成分和发酵成分含量的近红外定量分析校正模型。其中常规化学成分中, 粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、半纤维素、干物质、粗灰分和酸性洗涤木质素含量的校正模型决定系数R2分别为0.95,0.90,0.86,0.91,0.86,0.95和0.90;发酵成分的pH、乳酸、乙酸、丙酸、丁酸和氨态氮含量的校正模型决定系数R2分别为0.98,0.83,0.85,0.3,0.90和0.92。研究发现除乙酸、丙酸和丁酸之外,其他成分含量的相对分析误差RPD(SD/SECV)均大于2.5;除乳酸、乙酸、丙酸和丁酸之外,所建近红外定量分析模型对独立检验集样品其他成分含量的预测值与化学值的相关决定系数R2均大于0.08。该研究结果对青贮饲料品质的快速检测具有重要的实际意义。     

燕麦干草品质的近红外光谱定量分析

应用近红外漫反射光谱（NIRS）分析技术,采用偏最小二乘回归法(PLS),建立了适合不同品种类型和不同生长发育时期的NIRS测定燕麦全株干草的粗蛋白（Crude Protein,CP）、秸秆中性洗涤纤维(Neutral Detergent Fiber,NDF)和酸性洗涤纤维(Acid Detergent Fiber,ADF)含量的稳定校正模型。结果表明,采用二阶导数（2st Deriv）+平滑处理（Norris）、多元散射校正（MSC）+二阶导数（2st Deriv）+平滑处理（Norris）、多元散射校正（MSC）,分析谱区为9 668～4 518,9 550～5 543,8 943～4 042 cm-1建立粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的校正模型,其校正和预测效果最佳。其中CP与NDF的建标决定系数（r2_cal）和交叉检验的决定系数（R2_cv）均在0.95以上,各项误差均小于3%,RPD值均大于3,逼近了化学分析的精确度,具有较好的预测效果。ADF的建模效果较CP与NDF差,其建标决定系数和交叉检验决定系数分别为0.912 0,0.855 3,建标误差（RMSEC）和检验误差（RMSECV）分别为2.33%,2.62%,接近了化学分析的精确度,且RPD值大于2.5,说明所建的ADF模型也可用于近红外预测。     

利用近红外光谱法分析玉米籽粒脂肪酸含量的研究

采用傅里叶近红外漫反射光谱技术,结合偏最小二乘法,以294份中选的普通和高油玉米自交系以及高油玉米重组自交系为样品建立了玉米籽粒四种主要脂肪酸(软脂酸、硬脂酸、油酸和亚油酸)含量和含油量的近红外光谱(NIRS)校正模型。其中,油酸、亚油酸和含油量的校正模型质量较高,交叉验证决定系数分别为0.89,0.88和0.91,外部验证决定系数分别为0.86,0.84和0.92,相对分析误差(RSP(C))均大于2.5。软脂酸和硬脂酸的校正模型不够精确,交叉验证决定系数和外部验证决定系数均小于0.80,相对分析误差(RSP(C))均小于2.5。通过实际预测进一步验证了油酸、亚油酸和含油量NIRS模型的准确性和可靠性。这些模型可应用于玉米籽粒脂肪酸含量及油分含量大批量快速测定,对玉米油分的品质育种具有重要意义。     

近红外光谱法定量测定小麦粉中的石灰类添加物的研究

小麦粉的质量安全一直备受社会各界关注。在比较生石灰、熟石灰和碳酸钙的近红外光谱特征的基础上,采集了掺入不同含量的生石灰、熟石灰和碳酸钙的小麦粉样品的近红外漫反射光谱。采用偏最小二乘算法结合交互验证算法建立了石灰和碳酸钙的近红外定量校正模型,采用外部检验集对各模型进行外部验证。结果表明,石灰、碳酸钙的模型测定系数(R2)分别为99.80%和96.98%;校正集均方根误差分别为0.19和0.34;交互验证集均方根误差分别为0.26和0.75;预测集均方根误差分别为0.63和0.44;相对预测性能RPD分别为8.57和5.24。模型具有较高的精度,可以满足小麦粉中石灰含量的现场快速检测要求。F检验结果表明,模型的校正集、外部检验集的预测值-化学值之间具有极显著的相关关系。本研究可为小麦粉快速质量安全筛查提供参考方法,对小麦粉质量监控具有重要意义。     

复合肥料多种养分含量快速分析新方法

提出了一种同时测定复合肥料中多种养分含量的快速分析新方法,即用水将固体复合肥料定容溶解,采集其溶液部分的近红外光谱进行各种养分含量的分析预测。使用此方法建立了偏最小二乘回归模型,其中总氮、有效五氧化二磷、氧化钾和石粉含量模型的SEP值分别为0.5,0.7,0.8和2.0。方法操作方便,解决了近红外漫反射光谱法无法准确测定氧化钾含量的技术难题,实现了在5分钟内完成复合肥全部成分含量的快速准确分析。     

近红外光谱技术实时测定土壤中总氮及磷含量的初步研究

及时、准确探测土壤中的氮、磷含量,有利于精准施肥决策,提高肥料利用率。研究表明近红外技术能够探测土壤的物理和养分状况。针对不同土地利用类型,在北京大兴地区采集85份土壤样品,测定土壤氮、磷养分及其近红外漫反射光谱,并利用傅里叶变换光谱技术和偏最小二乘回归法建立了土壤总氮(N)和总磷(P)的近红外光谱校正模型。所建模型的交叉检验决定系数(R2_CV)分别为0.862 6(N),0.668 5(P)。用未参与建模的10个样品对模型进行外部检验,总N、总P的预测相关系数(r)分别为0.969 8,0.830 7,预测标准误差(RMSEP)分别为0.009 5%(N),0.008 6%(P),RPD值(检验集样品化学测定值标准差/预测标准误差)分别为3.78(N),1.69(P)。结果表明,采用适当的光谱分析方法可以实现用近红外技术对土壤总N的精确探测及对土壤总P的粗略估测。     

核果类水果干物质含量近红外无损检测研究

以桃、李及杏果实为材料,研究其干物质含量的近红外漫反射无损检测模型的建立方法。研究发现,桃、李及杏果实干物质预测模型的决定系数(r_P~2)分别为0.901、0.909及0.923,预测均方根误差(RMSEP)分别为0.365、0.401及0.465,相对分析误差(RPD_P)分别达2.9、3.2及3.1以上。结果表明,近红外漫反射光谱可用于准确、快速、无损定量3种水果中干物质含量。     

近红外光谱检测不同贮藏期磨盘柿的内部品质

建立了近红外漫反射光谱检测不同贮藏期磨盘柿的内部品质的数学模型,并评价其应用价值.本文采用可溶性固形物和硬度作为评价指标,在全光谱范围内（400-2500nm）分别建立了常温贮藏期、冷藏期和常温与冷藏结合的定标模型,使用最优模型对35个未知样品进行预测.结果显示,应用改进偏最小二乘法和一阶导数处理的常温模型定标性能最优,可溶性固形物和硬度的预测均方根误差（RMSEP）分别为0.498和1.399,预测值与化学值的决定系数（R2）分别为0.831和0.911,相对分析误差（RPD）分别为2.15和2.75.本研究表明,近红外漫反射技术对不同贮藏期磨盘柿内部品质的快速无损检测具有可行性.     

近红外光谱检测蜂蜜中可溶性固形物含量和水分的应用研究

提出了一种利用近红外光谱技术定量分析蜂蜜中可溶性同形物含量(SSC)的新方法,同时对蜂蜜中的水分也进行了研究.在不同光谱范围内,通过对原始光谱的不同预处理,用偏最小二乘法分别建立了SSC和水分的近红外透反射光谱校正模型,所有模型都有高的的预测精度和水分的最优模型都为在全谱范围内,光谱预处理采用Norris平滑+一阶微分+多元信号校正,SSC模型的交互验证决定系数(RCV2)、交互验证误差均方根(RMSECV)、验证集决定系数(RP2)、验证误差均方根(RMSEP).SSC模型分别为0.998 6,0.190,0.998 5和0.127,水分模型分别为0.998 4,0.187.0.998 6和0.125.近红外光谱能实现蜂蜜中SSC和水分的准确测定.水分模型预测结果略好于相关文献的报道.     

基于近红外光谱法的沉积物间隙水化学组分快速测量

通过对巢湖柱状沉积物剖面间.隙水样品的近红外光谱(NIR)分析,采用OSC+WC和WC+OSC光谱预处理方法,结合偏最小二乘法(PLS)回归,建立了分层沉积物间隙水中TN,NH3-N,PO33-,TOC和SiO3的校正模型,该模型的TN,NH3-N,PO33-,TOC和SiO-3的预测值与实测值的校正相关系数分别为0....     

添加不同比例玉米秸秆对猪粪高温堆肥过程中胡敏酸的结构组成及红外光谱特性影响分析

以猪粪和玉米秸秆为原料高温堆肥,试验设置三个不同处理：C/N 15,C/N 25,C/N 35。堆肥周期为120天,其中通风周期为30天,采用强制连续式通风。在第0,22,30,60,90,120天取样,利用元素分析和红外光谱法研究不同木质素添加量对堆肥胡敏酸(HA)的组分及分子结构的影响。研究表明堆肥胡敏酸C的变化主要集中在堆肥前30 d,堆肥结束后,堆肥HA中O/C增大,H/C减小,N含量增加。不同处理之间低碳氮比(15)和高碳氮比(35)堆肥HA氧化程度要高于中碳氮比(25)。红外光谱吸收峰分析表明,不同木质素添加量处理堆肥过程中胡敏酸的红外光谱基本相似,但各峰吸收强度不同。研究表明堆肥腐熟化阶段更有利于堆肥HA中芳香性的增强。堆肥结束后,碳氮比15堆肥HA中多糖、脂肪类成分减少,芳香结构成分增加,相比较碳氮比25和35,碳氮比15堆肥HA腐殖化程度更高,结构更稳定。     

近红外光谱(NIRS)技术快速测定湖泊沉积物营养组分研究

湖泊沉积物保存了湖泊环境演化的重要信息,但目前还没有建立起快速、准确的湖泊沉积物营养组分组合分析方法。该文利用近红外光谱(NIRS)技术,采用一阶导数、小波滤噪、正交信号校正、小波滤噪+正交信号校正、一阶导数+正交信号校正、正交信号校正+小波压缩6种光谱预处理技术和偏最小二乘(PLS)法相结合在国内建立了NIR光谱测定湖泊沉积物柱芯样品中总碳(TC),总氨(TN),总有机碳(TOC)和总磷(TP)的校正模型,结果表明虽然NIR光谱校正模型对TOC的预测效果不理想,但一阶导数+正交信号校正光谱校正模型对TC和TN,正交信号校正光谱校正模型对TP的预测效果较好,预测相关系数分别为0.759 7(TC),0.865 0(TN)和0.811 2(TP),预测误差(RMSEP)分别为0.13%(TC),0.008 2%(TN)和0.012%(TP)。该研究对于推动我国湖泊沉积物的光谱学特性研究具有重要意义。     

动物粪便近红外光谱的应用潜力

近红外光谱技术(NIRS)以其低成本、高效、环保、无损的优势在日粮和畜产品品质分析中得到广泛应用。饲料品质参数(如粗蛋白)的获取对于日粮营养的合理搭配不可或缺,传统的近红外光谱技术将日粮的近红外光谱与日粮品质参数的化学测定值进行回归,建立预测模型对日粮品质参数进行检测。然而,在放牧条件下日粮近红外光谱的难以获取限制了这一传统建模方法在动物营养中的应用。作为动物代谢性产物,动物粪便不仅包含有日粮信息也携带有动物自身信息。近年来,基于动物粪便近红外光谱和日粮信息(日粮植物学成分、化学成分及其消化率)建立的回归模型,也已被用于动物日粮信息的检测。简要介绍F.NIRS在动物性别、品种鉴定及繁殖和寄生虫感染状态检测中的应用。NIRS在动物粪肥分析中的应用结果表明NIRS能够对粪肥中主要成分含量进行快速分析。尽管F.NIRS预测准确性有待提高,但已显示出其作为快速、有效的分析工具用于检测日粮品质参数及动物生理状态的潜力。相关的英文评述性文章业已出版,但在中国F.NIRS的研究和应用非常欠缺。期望本文的呈现有助于F.NIRS在国内的发展。推荐将NIRS作为快速分析工具用于对粪肥主要成分(DM,OM,TS,VS,TN,TKN和NH₃-N)含量进行检测。     

紫苏种子品质的近红外光谱分析

为加快紫苏优质育种进程,采用近红外光谱(NIRS)技术,结合线性偏最小二乘法(PLS),以250份全国范围内收集的紫苏资源为研究材料,分别较好的建立其种子中含油量,棕榈酸(C16∶0),硬脂酸(C18∶0),油酸(C18∶1),亚油酸(C18∶2),a-亚麻酸(C18∶3)含量的六个近红外光谱校正模型。结果显示,六个模型的校正决定系数(RSQ1)分别为：0.98,0.91,0.92,0.92,0.85,0.93;交叉验证决定系数(1-VR)分别为：0.97,0.89,0.89,0.91,0.85和0.91;外部验证相关系数(RSQ)分别为：0.98,0.91,0.89,0.90,0.80和0.89,且定标标准误差(SEC)分别为0.99,0.21,0.1,0.94,0.81,0.92;交叉验证标准误差(SECV)分别为1.16,0.23,0.11,1.05,0.92,1.02和预测标准误差(SEP)分别为0.97,0.21,0.11,1.12,0.99,1.14。结果表明,此六个校正模型质量均较高。这些首次建立的快速无损的近红外分析模型,可为紫苏资源开发提供指导,对紫苏油分品质育种具有重要意义。     

The relative isotopic abundance (δ13C, δ15N) during composting of agricultural wastes in relation to compost quality and feedstock

Variations in the relative isotopic abundance of C and N (δ¹³C and δ¹⁵N) were measured during the composting of different agricultural wastes using bench-scale bioreactors. Different mixtures of agricultural wastes (horse bedding manure?+?legume residues; dairy manure?+?jatropha mill cake; dairy manure?+?sugarcane residues; dairy manure alone) were used for aerobic–thermophilic composting. No significant differences were found between the δ¹³C values of the feedstock and the final compost, except for dairy manure?+?sugarcane residues (from initial ratio of ?13.6?±?0.2?‰ to final ratio of ?14.4?±?0.2?‰). δ¹⁵N values increased significantly in composts of horse bedding manure?+?legumes residues (from initial ratio of +5.9?±?0.1?‰ to final ratio of +8.2?±?0.5?‰) and dairy manure?+?jatropha mill cake (from initial ratio of +9.5?±?0.2?‰ to final ratio of +12.8?±?0.7?‰) and was related to the total N loss (mass balance). δ¹³C can be used to differentiate composts from different feedstock (e.g. C₃ or C₄ sources). The quantitative relationship between N loss and δ¹⁵N variation should be determined.     

13C and 15N Abundances in the Sediment Core (VER 92/1-St-10-GC2) from Northern Lake Baikal

Abstract

Carbon and nitrogen stable isotope compositions of organic matter, TOC/TN ratio, and manganese concentration in a sediment core that was collected in northern part of Lake Baikal (VER92ST10-GC2, water depth at 922 m, about 3 m long) were investigated to elucidate the origin of the sedimentary organic matter and its associated environmental factors.

The sediment core was composed of mainly two parts: turbidite sections and other sections. Constant δ¹³C and δ¹⁵N values of the turbidite sections were observed (- 26.8 ±0.2 ‰ for δ¹³C and 3.2 ± 0.1 ‰ for δ¹⁵N) throughout the core. The higher δ¹³C in turbidite sections (about - 27 ‰) than that of the other sections (- 31 to - 29 ‰) was clearly observed, and δ¹⁵N was different between turbidite sections (about 3‰) and other sections (3 to 5 ‰). δ¹³C of other sections was close to that of pelagic phytoplankton, indicating that sediment other than turbidite sections is composed of autochthonous components. The variation of stable isotopes in other sections may be possibly caused by the changes in either phytoplankton growth rate or contribution ratios of terrestrial to aquatic plants for δ¹³C. Either denitrification or fluctuation of δ¹⁵N in pelagic phytoplankton can be the cause of variable δ¹⁵N in other sections.     

基于投影寻踪的有机废弃物堆肥水溶性有机物荧光特性评价

水溶性有机物荧光特性是评价有机废弃物堆肥腐殖化程度的重要手段之一。针对现有方法大都局限于腐殖化程度的定性表征等问题,基于投影寻踪方法,该研究开展了堆肥腐熟程度分级评价的定量表征。通过对不同来源有机废弃物堆肥过程中样品水溶性有机物(DOM)荧光特性参数获取,采用统计分析表明,荧光参数I₄₃₆/I₃₈₃,FLR,P_HA/Pro,A₄/A₁,r_(A,C)两两之间显著相关(p<0.01),可作为综合评价指标。在此基础上,确定完全腐熟(Ⅰ级)、较腐熟(Ⅱ级)、基本腐熟(Ⅲ级)、未腐熟堆肥(Ⅳ级)4个腐熟等级荧光参数取值区间。模型运算得到各等投影值分别为2.01～2.22(Ⅰ级)、1.21～2.0(Ⅱ级)、0.57～1.2(Ⅲ级)、0.10～0.56(Ⅳ级)。模型验证证实,各样品的实际腐熟度等级与模型所得到腐熟与未腐熟样品的评价结果准确率为100%,因此,该评价方法对有机废弃物的实际堆肥具有重要的指导意义。     

同步辐射软X射线近边吸收谱方法研究长期施肥对黑土有机氮官能团的影响

有机态氮是土壤氮素的主要存在形式,在农田生态系统氮循环中占有重要地位。了解土壤有机氮官能团组成,可为制定合理的农田管理措施提供科学依据。同步辐射软X射线近边吸收谱(N K-edge XANES)技术,是原位测定土壤有机氮官能团组成最有效的方法,但利用该技术对长期施肥条件下土壤有机氮官能团组成的研究尚未见报道。本试验利用N K-edge XANES方法,研究了长期(18年)不同施肥措施[即休闲(Fallow)、不施肥(CK)、施氮磷钾化肥(NPK)、有机肥配施化肥(NPKM)、1.5倍量的有机肥配施化肥(1.5NPKM)和玉米秸秆配施化肥(NPKS)]对黑土全土及粘粒中有机氮官能团的影响。结果表明：各处理均在401.2～401.6和402.7～403.1 eV范围内出现特征吸收峰,分别归属为酰胺/胺和吡咯类化合物,粘粒中特征吸收峰通常较全土更为明显。半定量分析结果指出,全土和粘粒均以酰胺/胺的相对比例最高,是有机氮官能团的主要存在形态;与休闲处理相比,对照处理中酰胺/胺的相对比例较低,而吡咯类氮的相对比例较高;有机无机配施条件下,酰胺/胺的相对比例随有机肥量的增加而下降,而吡咯类氮的相对比例则呈相反的变化趋势;全土中以NPKS处理的酰胺/胺相对比例最高,而粘粒中则以休闲处理的腈类/芳香氮相对比例最高。利用N K-edge XANES方法原位测定不同施肥措施下土壤有机氮官能团组成的变化是可行的。