生物炭溶解性有机质中不同分子量组分的分布及光谱特性

生物炭（BC）施加至土壤后会释放出溶解性有机质（DOM）,能够改变土壤DOM的含量和化学性质,进而对土壤DOM的环境行为产生重要影响。BC DOM的分子组成和结构决定了其复杂的环境行为,然而目前针对其分子量组分的研究几乎为空白。本研究以稻秆和猪粪为原料,在300,400和500 ℃分别制备生物炭,利用纯水萃取-过滤得到DOM,采用超滤方法将其分离为<1,1～5和>5 kDa(千道尔顿)组分。通过溶解性有机碳（DOC）、紫外-可见光光谱（UV-Vis）、三维荧光光光谱结合区域体积积分（EEM-FRI）系统解析了BC DOM中不同分子量级组分的含量和光谱特征。结果显示,不同裂解温度下稻秆和猪粪BC DOM的DOC在<1,1～5和>5 kDa组分中的分布分别为42%～60%,16%～23%和23～29%,α₂₅₄的分布范围分别为4%～27%,8%～49%和26%～81%。表明BC DOM的DOC主要分布在<1 kDa组分,而发色物质主要分布在>5 kDa组分。400和500 ℃下BC DOM中>5和1～5 kDa组分的分子量和芳香度明显高于300 ℃下。相比而言,稻秆BC DOM中>5 kDa组分比猪粪的含有更多的芳香族结构,而猪粪BC DOM中<1 kDa组分的芳香度却高于稻秆。稻秆和猪粪BC DOM中各级分子量组分均具有相似的EEM光谱特征,表明BC DOM是一种连续有机体系。稻秆和猪粪BC DOM的分子量级组分分别以类富里酸和低激发色氨酸荧光物质组成为主。BC DOM中<1,1～5和>5 kDa组分的FI和BIX基本呈现依次降低趋势,而HIX值则呈现出依次升高的趋势,结果表明BC DOM中高分子量组分富集了较多的具有高芳香性和高腐殖化程度的有机组分。研究结果将进一步提升对BC DOM的分子量组成和结构特征的认识,同时可以为准确评估BC DOM的环境行为提供重要的基础数据。