内蒙古羊草草原不同管理措施对栗钙土胡敏酸光谱特性的影响

为了研究草原七壤退化与恢复机制,以锡林郭勒盟草原生态定位站长期定位实验为基础,采集了围栏禁牧、轻度放牧与过度放牧等放牧管理措施样地的土壤样品,提取其中的胡敏酸,综合应用元素分析、傅里叶变换红外光谱、固相魔角旋转13C核磁共振谱对放牧和围栏的羊草草原样地表层土胡敏酸的分子结构特征进行了比较分析.研究表明:在围栏禁牧和放牧条件下相比,土壤胡敏酸的分子结构特性存在明显的差异,围栏样地的胡敏酸结构其芳香度明显降低,显示出更高的脂肪族特性,羧酸官能团含量降低.经过围栏样地禁牧恢复的土壤胡敏酸结构中含有更多的来源多糖和蛋白质类母体的结构单元,而不同放牧强度之间胡敏酸的结构组成差异不大.     

不同耕作措施对黑土腐殖酸组成与红外光谱特性的影响

选择公主岭市范家屯长达10年的耕作处理试验地,采集了不同耕作处理模式下的土壤样品,利用元素分析、可见光谱、红外光谱分析了不同处理对黑土的0～20 cm HA结构的影响。结果表明：旋耕深松、宽窄行交替休闲处理下HA的N/C,H/C,O/C值明显高于翻耕垄作、旋耕垄作处理;翻耕垄作处理下0～20 cm土壤胡敏酸E₄/E₆值最小,芳构化程度高;而宽窄行交替休闲处理下0～20 cm土壤胡敏酸的E₄/E₆值最大,其芳化度最低;旋耕深松和旋耕垄作下表层0～20 cm土壤胡敏酸的E₄/E₆值相同,与翻耕处理相比其芳化度有所降低;红外光谱吸收峰分析表明,翻耕处理下表层土壤胡敏酸中杂环氮的数量增加,宽窄行交替休闲处理下表层土壤胡敏酸结构中的含氮化合物数量、脂肪族化合物数量增加,而旋耕垄作处理增加了表层土壤胡敏酸结构中的OH基、脂肪族的CH₂官能团、氨基化合物含量;旋耕深松、翻耕垄作处理增加其表层胡敏酸结构中的CO基及C—O基数量。     

不同施肥处理对潮土胡敏酸结构特性的影响

研究了饼肥,绿肥,秸秆肥三种处理在等氮等磷条件下对胡敏酸结构特性的影响,采用元素分析,显微红外,固态13C-NMR三种分析方法进行结构解析,结果表明：不同施肥处理的胡敏酸在化学组成和结构上类似,但还有很多明显的差别。(1)饼肥处理的胡敏酸H和N含量最高,绿肥处理的胡敏酸含O量最大,秸秆肥处理的胡敏酸含C量最高 (2)红外分析显示,三种处理的胡敏酸均含有蛋白质及碳水化合物,饼肥处理的胡敏酸含氨基化合物最多,绿肥处理的胡敏酸含羟基,脂肪烃含量最大,秸秆肥处理的胡敏酸含醇,酚含量最高;(3)固态 13C-NMR数据表明饼肥处理的胡敏酸含有最多的羧基碳,绿肥处理的胡敏酸含有烷基碳,羰基碳最多。秸秆肥处理的胡敏酸烷氧基碳,芳香碳含量最大。     

不同比例有机无机肥配施土壤腐殖质组分的光谱学特征

以16年长期定位试验为基础,探讨不同比例有机无机肥配施对土壤腐殖质特征的影响。通过分离纯化腐殖质中的胡敏酸（HA）和富里酸（FA）组分,并利用元素分析、红外光谱和核磁共振研究分析了F1（70%化肥+30%有机肥）、F2（50%有机肥+50%化肥）和F3（100%有机肥）三种施肥方式下的HA和FA含量及结构变化。结果表明,F3对于提升HA和FA含量的效果优于F1和F2处理,说明有机肥的施用量越高,土壤腐殖质组分的含量就越高。元素分析表明,不同配比的有机无机肥对HA和FA各元素含量及原子比影响不同。F2和F3都提高了HA的缩合度,降低了氧化度和极性,其中F3的效果更加明显;有机肥的施用还能促进HA中含氮化合物的形成,并且在F2中的效果最好;有机肥的施用同样提高了FA的缩合度而降低了氧化度和极性并促进了含氮化合物的形成,尤其在F2处理中尤为明显。腐殖质红外光谱分析表明,与F1相比,F2和F3提高了HA中脂肪族化合物、碳水化合物物质的含量,FA的羧基基团、脂肪基团含量也增加,且在F3处理中表现最为显著;F2处理则降低了HA中脂肪烃物质的含量,FA中的碳水化合物则达到最高。13C核磁共振波谱分析显示,在三种处理中,有机肥的施用提高了HA和FA的脂化度而降低其芳化度,其中F2处理中HA官能团变化更加显著,FA在F3处理中则变化更加明显。综上所述,有机肥显著提高了土壤腐殖质组分含量,并且提高了HA和FA的脂化度降低其芳化度,但是不同用量有机肥下HA和FA的形成机制不同。     

栗钙土胡敏酸分子三维结构模型构建及其优化

本研究的目的在于确定胡敏酸的分子结构,探究其结构与性质的关系。综合应用了元素分析、红外光谱、13C核磁共振波谱等仪器分析方法对内蒙古草原样地栗钙土土壤的胡敏酸分子结构特征进行比较分析,并基于实验结构数据构建了土壤胡敏酸结构单元模型,通过模拟光谱与实际光谱比较验证了构建的二维结构有很大的可适性。借助Hyperchem软件,在MM+、AMBER、OPLS三种力场下应用分子模拟方法对三维单体结构进行分子力学、分子动力学结构优化。结果表明土壤胡敏酸的三维结构单体在AMBER力场下生成热最小,等于-1638.87 kJ/mol,所以其构象最为稳定。同时模拟其处于水环境下的分子结构,总势能及各种能量在优化前后有变化,但总体来说各种状态都较稳定。     

不同退化程度与人工恢复方式对草原土壤胡敏酸结构的影响

该研究主要探讨不同退化程度和人工恢复方式对草原土壤胡敏酸结构的变化特征,为退化草原恢复提供理论依据.在鄂尔多斯沙地不同退化样地与人工恢复草地,对草原土壤的腐殖酸进行了分离提取,采用元素分析、13核磁共振(NMR)等方法对荒漠草原土壤退化与恢复过程中土壤胡敏酸(HA)不同官能团的含量变化进行分析,并用因子分析法研究它们的结构特征和差异.结果表明:不同退化及恢复阶段HA碳骨架相似,但各类碳原子(官能团)的含量不同,芳香族和脂肪族结构在胡敏酸结构中发挥了重要作用.退化阶段,土壤HA的芳香碳减少,碳水化合物减少,土壤HA的氧化程度增加,疏水程度降低.恢复阶段土壤芳香碳含量增加,碳水化合物含量增加,疏水程度略有降低.土壤退化及恢复阶段,胡敏酸(HA)的结构变化最大的部分是芳香碳、取代脂肪碳结构,其次是羧基和酯基碳和未取代脂肪碳结构.植被恢复对腐殖酸结构的变化有重要的影响,本氏针茅区和本氏针茅+油蒿区的HA结构中芳香化程度和复合程度较高,氧化程度低.围栏样区内土壤胡敏酸(H A)的酸度相对较高,芳香化程度和复合程度仍然较低.因此,土壤胡敏酸结构特征的变化可以反映草原土壤的退化程度,进一步揭示草原土壤退化的机制.     

酸洗处理对生物质炭表面吸附特性及光谱特性的影响

生物质炭表面灰分的存在会严重影响生物质炭的表面结构特性及吸附能力。采用HCl-HF对400和600 ℃两种温度制备的玉米秸秆生物质炭进行酸洗处理,去除生物质炭表面的灰分。通过对比酸洗前后玉米秸秆生物质炭的元素含量、比表面积、孔径分布、红外光谱分析图和吸附平衡试验结果探究酸洗处理对生物质炭表面吸附特性和光谱特性的影响。结果表明：酸洗处理能有效去除生物质炭表面存在的无机盐、焦油等一系列副产物,显著改变生物质炭的表面结构特性,提高生物质炭的吸附性能。(1)酸洗后生物质炭的碳含量相对增加,疏水性及芳香官能团含量增加,极性降低;(2)酸洗处理显著增加了生物质炭的比表面积,处理后炭比表面积分别增加了3.46倍和6.75倍;酸洗还显著提高了生物质炭的孔容及介孔含量,从而大大增加了生物质炭的吸附能力;(3)两种生物质炭酸洗前后的红外光谱上关键官能团峰强差异显著,尤其在3 398～3 447,2 924～3 056,1 378～1 439 cm-1范围内,酸洗后生物质炭的振动峰强度显著减小,表明生物质炭在酸洗后其表面脂肪结构和羟基减少。(4)酸洗前后的吸附试验表明,酸洗处理能够去除炭表面的灰分,增加生物质炭的吸附位点,进而提高其对2,4-D的吸附量。     

两种胡敏酸对2,4-D的吸附特性及机理研究

研究了两种不同来源的胡敏酸对2,4-D的吸附特性和吸附机理。分别将黑土和栗钙土土壤样品提取胡敏酸,然后采用批量平衡震荡法进行吸附实验,并利用傅里叶红外光谱(FTIR)和电子顺磁共振波谱(ESR)两种分析方法探讨其机理。结果表明：黑土和栗钙土胡敏酸对2,4-D的吸附动力学曲线均是一个先快后慢的过程,吸附量基本一致,分别为0.39和0.42 μg·kg-1。黑土胡敏酸结构中较多的羧酸类基团使黑土胡敏酸初始吸附速率比栗钙土胡敏酸大得多。两种胡敏酸对2,4-D等温吸附线均为L型曲线,且符合线性模型和Freundlich 模型。IR分析表明,胡敏酸与2,4-D之间存在氢键、质子转移、电荷转移和范德华力等弱作用力;而ESR检测发现胡敏酸与2,4-D或其降解产物在吸附过程中产生了共价键。     

长期施用堆肥处理下潮土剖面水溶性有机物的三维荧光光谱研究

为了研究长期施用堆肥对潮土剖面土壤水溶性有机物(DOM)的来源和组分特征的影响，研究以河北省曲周实验站长期施用堆肥的试验田为研究对象，利用三维荧光光谱技术研究了在长期施用高量生物堆肥(EMI)、常量生物堆肥(EMII)、高量传统堆肥(TCI)、常量传统堆肥(TCII)和化肥(CF)下不同深度土壤水溶性有机物在来源和组成的差异。研究结果表明，不同施肥处理的土壤水溶性有机碳(DOC)含量在土壤剖面的分布规律有较大差异，堆肥使0～20和60～80 cm土层的DOC分别显著提高了81.94%～171.33%和61.18%～152.18%。荧光光谱指数表明，DOM来源为微生物和植物混合源，堆肥施用量的增加使DOM腐殖化程度加强，造成表层土壤中DOM由陆源向生物源迁移，随着土壤深度的增加，DOM由陆源向生物源迁移。三维荧光光谱和荧光区域积分表明，生物堆肥和传统堆肥增加了类腐殖酸物质的含量，且随着施用量的增加而增加；高量生物堆肥和传统堆肥增加了类富里酸物质和类溶解性微生物代谢产物的含量；施用化肥和堆肥均降低了类色氨酸的含量。类腐殖酸含量、类富里酸含量和类溶解性微生物代谢产物数量随着土壤深度的增加整体...