长期不同施肥对土壤溶解性有机质含量及其结构特征的影响

以长期定位试验为研究平台,并结合紫外-可见吸收光谱,探求长期不同施肥管理措施：(1)CK(不施肥);(2)NPK(氮磷钾);(3) NPKS(化肥+稻草还田);(4)1.5NPKS(1.5倍化肥+稻草还田);(5)NPKM(化肥+猪粪)下0～20,20～40和40～60 cm土层的溶解性有机质(DOM)含量和结构特征。结果表明,长期施用化肥对土壤DOM的影响较小,化肥配施秸秆NPKS和化肥配施有机肥NPKM均显著提高了耕层土壤DOM的含量,在0～20 cm耕层土层DOM含量比化肥NPK处理分别提高39.1和12.1 mg·kg-1。相比不施肥和氮磷钾处理,化肥配施秸秆或配施有机肥明显降低0～20和20～40 cm土层溶解性有机质碳与有机氮的比值,提高了土壤供氮能力。长期施肥对40～60 cm土层DOM含量和溶解性有机质碳氮比没有明显影响,不同处理间差异不显著。在0～20和20～40 cm土层,相对于不施肥和氮磷钾处理,NPKM,NPKS和1.5NPKS处理能提高土壤DOM的共轭结构和腐殖化程度;在40～60 cm土层,提升效果不明显。化肥配施秸秆或有机肥能增加0～20 cm土层的紫外光谱吸收值(SUVA₂₅₄,SUVA₂₆₀和SUVA₂₈₀)和吸收系数α(355),降低吸光度比值(A₂₅₀/A₃₆₅),表明0～20 cm土层DOM的芳香度、疏水性、分子量和CDOM含量增加,在20～40和40～60 cm表现不明显。不同土层的A₃₀₀/A₄₀₀值均大于3.5,表明土壤中主要以富里酸为主。综上,长期化肥配施秸秆或配施有机肥能够提高0～20和20～40 cm土壤溶解性有机质的含量,降低溶解性有机质碳氮比,提升土壤肥力;同时增加0～20 cm土壤DOM共轭结构、腐殖化程度、芳香度、疏水部分比例和平均分子量。长期施肥对40～60 cm土层DOM含量和结构影响较小。     

基于紫外-可见光光谱法研究长期不同施肥对砖红壤溶解性有机质化学性质的影响

溶解性有机质（DOM）是土壤中最为活跃的一部分,具有重要的生态环境意义。明确不同施肥方式对DOM化学性质的影响,可为土壤肥力管理提供依据。因此,该试验以连续四年的不同施肥管理为基础,结合紫外-可见吸收光谱,探求不同施肥方式下,土壤中溶解性有机质的含量和化学性质的变化情况。试验共设置4个处理：CK（不施肥）;CF（化肥）;OG（有机肥）;ST（秸秆）。结果表明,与CK组相比,OG和ST的DOC(溶解性有机碳)含量为95.97和104.89 mg·kg-1,分别是CK组的129%和141%。相反,CF的DOC含量为15.32 mg·kg-1,仅为CK组的21%。OG显著提高了有色溶解性有机质[CDOM,以α（355）表征]含量,是CK组的2.76倍,ST无明显变化;CF则显著降低CDOM含量,仅为CK组的0.55倍。施用OG导致土壤紫外吸收曲线红移,表明有机肥的施用能够提高土壤DOM的共轭双键物质含量和腐殖化程度;与CK相比,OG中DOM的芳香性、疏水性、腐殖化程度的特征常数SUVA₂₅₄,SUVA₂₆₀和SUVA₂₈₀增大,揭示了有机肥的施用能够提高DOM的芳香性、疏水性组分以及腐殖化程度,秸秆处理增加不明显。施用化肥则出现明显降低。吸光度比值A₂₅₀/A₃₅₄,相比CK,CF显著增加,表明施用化肥使DOM分子变小,OG和ST处理无明显变化;秸秆施用导致A₄₆₅/A₆₆₅显著增加,表明秸秆能够有效提高DOM中蛋白质和碳水化合物含量;施用有机肥和秸秆A₃₀₀/A₄₀₀均大于3.5,表明土壤中DOM主要以富里酸为主,而施用化肥A₃₀₀/A₄₀₀明显低于3.5,表明土壤中DOM主要以胡敏酸为主。施用化肥出现S_R＞1,不施肥、有机肥、秸秆三者的S_R＜1,也表明了有机肥、秸秆能够增加分子量。有机肥和秸秆能有效增加土壤DOM含量,提升土壤肥力。尤其是施用有机肥,更能显著增加土壤DOM的共轭物质、腐殖化程度、疏水比例、芳香性以及分子量。而长期施用化肥则导致耕层土壤肥力降低。     

种植不同树种对土壤可溶性有机质渗滤液组成和光谱特征的影响

可溶性有机质(DOM)是森林生态系统重要的活性碳库和养分库,其性质受到植物种类、土壤性质、水文状况等因素影响。为探究树种对土壤可溶性有机质(DOM)渗滤液组成和光谱性质的影响,在根箱中间种植1年生米槠(CC)、杉木(CL)、花榈木(OP)幼苗,并设置不种植对照(NT)处理。于2021年8月的一场暴雨后收集根箱土壤(0～60 cm)渗滤液DOM,测定其理化性质及光谱特征。结果表明：(1)种植杉木幼苗土壤渗滤液中溶解性有机碳(DOC)含量显著高于种植花榈木和米槠幼苗(p<0.05)。(2)米槠土壤渗滤液DOM芳香化指数(SUVA₂₅₄)最高,杉木土壤渗滤液DOM疏水指数(SUVA₂₆₀)最低,各树种土壤渗滤液DOM相对分子量大小(SUVA₂₈₀)无显著差异。(3)三种树种和未种树根箱土壤渗滤液DOM荧光指数(FluI)、新鲜度指数(Frl)、生物源指数(BIX)均无显著性差异,各处理渗滤液DOM腐殖化指数(HIX)均小于1,且种植米槠、花榈木的土壤渗滤液DOM的HIX显著高于未种树对照处理(p<0.05)。本研究...     

昆明松华坝库区表层土壤溶解性有机质(DOM)的光谱特性

单一的光谱技术不能对溶解性有机质(dissolved organic matters,DOM)的结构特征和来源进行全面的分析,因此,本研究选择紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术相结合的方法,对昆明松华坝库区表层土壤中DOM的组成结构和来源进行了研究。结果表明,所有样品的紫外-可见光谱曲线均呈现出相似的特征,吸光度随着波长的增加而降低,并在250～280 nm波段存在一个明显的肩状吸收峰。A₂₅₀/A₃₆₅(波长在250和365 nm处紫外吸光度的比值)的范围在2.59～5.21之间,说明DOM中主要物质为富里酸或者胡敏酸且分子量较高;SUVA₂₅₄(单位DOC浓度在波长254 nm处的吸收系数)和SUVA₂₆₀(单位DOC浓度在波长260 nm处的吸收系数)分别为1.19～3.00和1.15～2.89,两者之间存在十分显著的相关性,表明该地区土壤DOM的腐殖化程度相对较高并含有较多的疏水组分。三维荧光光谱显示,所有DOM样品中主要存在3个特征峰：紫外光区类富里酸峰、可见光区类富里酸峰和类腐殖酸峰,而类蛋白峰不显著。荧光指数(fluorescence index, FI)总体上接近于1.4,表明该地区土壤DOM以外源输入为主;自生源指标(autochthonous index, BIX)均小于1,自生源特征不明显并且生物利用性较低,这可能与当地较强的人类活动有关。以上研究结果可以为进一步探讨DOM对有机或重金属污染物迁移转化的影响提供理论依据。     

丙酮盐酸混合液提取土壤腐殖质组分的光谱学特征

采用丙酮盐酸混合液提取土壤胡敏酸(HA)和胡敏素(HU)组分,利用元素分析、紫外-可见漫反射光谱和红外光谱进行结构表征。元素分析表明,HA中C、 H、 N和S含量均高于HU, O含量低于HU。原子比分析表明HA的缩合度相对较高,分子结构相对复杂,HU的缩合度相对较低,分子结构相对简单。紫外-可见漫反射光谱分析表明,由于腐殖质(HS)的组成复杂,多种官能团互相干扰,HA和HU紫外-可见漫反射光谱无明显特征峰,吸光度值随着波长的增加呈下降趋势,且HA包含的吸光有机成分较多,化学组成较复杂。HA和HU紫外特征参数SUV₂₅₄和E₄/E₆比较分析表明,与HU相比,HA芳香性较大,腐殖化程度较高。红外光谱分析表明,HA和HU具有相似的红外光谱,各研究对象特征吸收峰的吸收强度不同,其中开垦黑土20～40 cm和未开垦灰土18～37 cm土层HA的振动幅度较大,说明其包含的酚类化合物、含羟基化合物、脂肪族化合物和羧酸,以及含羰基的醛、酮、醚等化合物的含量较多。开垦黑土10～20 cm土层和未开垦灰土18～37 cm土层HU在各特征吸收...     

环滇池土壤溶解性有机质(DOM)的光谱特征及来源分析

利用紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术,结合平行因子分析法,对环滇池地区土壤中溶解性有机质(dissolved organic matters, DOM)的结构特征和来源进行了研究。结果显示,所有样品的紫外-可见光谱曲线均呈现出相似的特征,吸收系数随着波长的增加而降低,并在250～280 nm波段存在一个明显的肩状吸收峰。柴河水库和滇池东部地区土壤DOM的芳香性(A₂₅₀/A₃₆₅)、分子量(S_R)、腐殖化程度(SUVA₂₅₄)和所含疏水组分(SUVA₂₆₀)均高于其他三个区域。三维荧光光谱显示,环滇池土壤DOM中含有紫外可见光区类富里酸峰、可见光区类富里酸峰和两种类腐殖酸峰。荧光指数(fluorescence index, FI)和自生源指标(autochthonous index, BIX)均表明该地区土壤DOM有着典型的陆源特征,且类蛋白成分生成量较少,生物可利用性较低。平行因子分析法(PARAFAC)将土壤DOM分成四个荧光组分,四个组分之间有着非常显著的相关性(p＜0.01),表示具有同源性。此外,类富里酸荧光组分对DOM的贡献率最大,说明土壤DOM中富里酸物质的含量相对较多。     

绿肥对华北潮土土壤可溶性有机物的影响

在华北潮土上种植不同绿肥,于绿肥翻压前原位采集其地上部及土壤样品,进行56d的绿肥翻压模拟试验。设毛叶苕子(Vicia villosa Roth.)、二月兰(Orychophragmus Violaceus L.)、黑麦(Secale cereale L.)三个绿肥处理和无绿肥对照处理,分析培养过程中土壤可溶性有机物(DOM)组分及其紫外-可见光谱参数的变化,以探究绿肥对土壤DOM的影响。种植和翻压绿肥增加土壤可溶性有机碳(DOC)、总有机酸碳(TOAs)和总碳水化合物碳(TCs)含量,三者的变化趋势一致,各处理均在培养第1 d上升至峰值后迅速下降。毛叶苕子提高DOC和TOAs的效果最好,最高比对照增加114.01%(培养第1d)和109.10%(培养第14 d)。黑麦提高TCs的效果最好,最高比对照增加323.18%(培养第42 d)。种植和翻压绿肥增加土壤可溶性有机氮(DON)含量,与DOC变化趋势不同,各处理在培养第1 d上升后迅速下降一段时间后又迅速上升。毛叶苕子提高DON的效果最好,最高比对照增加305.83%(培养第42d)。绿肥增加了SUVA₂₅₄,SUVA₂₆₀,SUVA₂₇₂,SUVA₂₈₀,SAUC_240-400,降低了A₂₅₀/A₃₆₅和A₂₄₀/A₄₂₀。紫外-可见光谱参数的主成分分析显示SUVA₂₅₄,SUVA₂₆₀,SUVA₂₇₂,SUVA₂₈₀间有很高正相关性,A₂₅₀/A₃₆₅和A₂₄₀/A₄₂₀间亦有很高正相关性,SAUC_240-400是这些参数中表征DOM性质的关键因子。综上结果表明,种植翻压绿肥增加了土壤DOM含量,提高了土壤DOM的芳香性、疏水性、腐殖化程度、平均分子量,增加了土壤DOM的稳定性。     

水热法合成蓝绿色绿柱石的宝石学及光谱学特征

针对新出现在市场上的一种水热法合成蓝绿色绿柱石,运用LA-ICP-MS、红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见光谱进行系统研究,旨在获得其宝石学及谱学特征,探讨颜色成因,为检测机构鉴定该合成宝石提供参考数据。结果表明,样品折射率为1.570~1.576,与天然绿柱石相近,内部含特征的水波纹状生长纹理,可作为主要鉴定特征之一。LA-ICP-MS分析表明,该合成绿柱石化学成分相对单一,主要致色元素为Cr和Ti,还含有微量的V,碱金属含量极低。紫外-可见光谱主要显示Cr的吸收峰,结合LA-ICP-MS测试,认为其蓝绿色调主要由Cr和Ti共同导致。其中绿色调主要由Cr致色,微量的V可能也对绿色调有所影响。钛则致紫色,与绿色叠加形成样品具有的蓝绿色调,具体的致色机理有待进一步研究。在2 000~4 000 cm-1的红外光谱中,以3 700 cm-1为中心的宽吸收带吸收强烈,归属于两种类型通道水的基频振动及其耦合;2 449,2 615,2 746,2 813,2 885和2 983 cm -1处吸收峰,均为Cl-引起;3 108和3 299 cm-1的较强吸收峰由NH4+所致。在4 000~8 000 cm-1的近红外吸收光谱中,为合成绿柱石通道水的合频和倍频振动区。其中,Ⅰ型水的合频振动所致的5 275 cm-1处强吸收峰、伴随5 106和5 455 cm-1处较强吸收峰,及Ⅰ型水倍频振动所致的7 143 cm-1强吸收峰,可作为样品是水热法合成绿柱石的重要鉴定特征,且对于鉴定较厚的刻面宝石尤为重要。天然绿柱石中相应的这两处吸收峰强度较弱甚至不存在。样品的拉曼光谱和标准绿柱石的拉曼光谱一致。685 cm-1峰的半高宽为7.1～7.3 cm-1,小于8.5 cm-1,可作为水热法合成绿柱石的又一鉴定特征。     

水热法合成蓝宝石的化学成分及光谱学表征

蓝宝石作为五大名贵宝石之一,经济价值极高,其中“皇家蓝”、“矢车菊蓝”最为昂贵。而水热法可合成出颜色与“皇家蓝”色极为相似的蓝宝石,且合成出的晶体较大,可通过切磨加工获得内部纯净的样品,仅凭外观及常规方法难以鉴别。选取了7颗水热法合成蓝色蓝宝石为实验对象,采用LA-ICP-MS、拉曼光谱仪、红外光谱仪、紫外-可见分光光度计和三维荧光光谱仪,对其化学成分、谱学特征进行研究,并与外观极为相似的天然蓝宝石、焰熔法合成蓝宝石进行对比分析。分析表明,水热法合成蓝宝石总体成分较为单一,而天然蓝宝石则含有丰富的微量元素。三种样品拉曼光谱均呈现典型的刚玉振动模式,显示A_1g和E_g振动模的拉曼峰。在红外光谱的指纹区,三种样品的吸收峰均无明显差别,与拉曼光谱的结果耦合。但在官能团区3 000～4 000 cm^-1波数范围,水热法合成蓝宝石存在由含水矿物包裹体产生的羟基振动峰,而天然蓝宝石和焰熔法合成蓝宝石未显示此特征。紫外-可见光谱表明三种样品均为Fe²⁺-Ti⁴⁺对致色,但水热法与焰熔法合成蓝宝...     

水稻土可见-近红外-中红外光谱特性与有机质预测研究

土壤有机质是农田肥力评估的重要指标,要实现快速获取大面积土壤有机质的含量需要建立高效、稳健的预测模型。光谱技术能够快速诊断土壤有机质,以水稻土为例,从校正样本选择方法的对比,研究了可见-近红外、中红外和可见-近红外-中红外三种不同波段光谱对土壤有机质的预测能力。可见-近红外和中红外区域的光谱反射率转换成吸收率后通过Savitzky-Golay平滑法去噪,通过三种校正样本选择方法建立相应的偏最小二乘回归预测模型。通过Rank-KS法建立的三种波段的有机质预测模型均优于Rank法和KS法,中红外波段光谱的模型预测能力强于可见-近红外和可见-近红外-中红外波段的预测模型,基于Rank-KS法建立的中红外波段有机质预测模型取得了最好的预测效果,RMSE_P仅为3.25 g·kg-1,RPD达到4.24,依据VIP得分筛选出可见-近红外和中红外波段的水稻土有机质重要建模波段。因此,中红外光谱建模技术能够对水稻土有机质进行快速定量分析,Rank-KS法可提高模型的预测能力,为今后农田肥力评价和科学施肥提供技术支持。     

基于3D-EEMs和PARAFAC的土壤渗滤系统DOM垂直分布特征

利用三维荧光光谱(3D-EEMs)和平行因子分析(PARAFAC)的方法研究了土壤渗滤系统处理模拟高氨氮废水中溶解性有机物(DOM)的垂直分布特征。试验在一个中试规模的土壤渗滤系统中进行,反应器自上而下每隔30 cm设置一个采样口,采集的样品通过PARAFAC识别出系统不同点位的DOM具有四个荧光组分,包括两个类腐殖质物质(C1,C2)、2个类蛋白物质(C3,C4)。相关性分析显示,四种荧光组分与多数理化指标呈现极显著性正相关关系,可以用荧光组分浓度间接表征系统对氮、磷等营养元素的去除效果。对荧光组分浓度得分F_max分析得出,土壤渗滤系统中类酪氨酸最易降解,其次为类富里酸、类胡敏酸类物质,最难以降解的为类蛋白物质。     

化学氮肥有机替代条件下黑土DOC荧光光谱特征

有机无机肥配施是实现土壤培肥、减少无机肥施用的有效措施。为探讨黑土区有机肥替代无机肥(氮肥)对土壤溶解性有机碳（DOC）含量及结构的影响,本研究采用有机肥不同比例替代化学氮肥,分析土壤DOC的含量及荧光光谱特征。结果表明,M(100%有机替代化学氮肥)处理土壤DOC显著高于其他处理,其含量为325.97 mg·kg-1。与CK(不施肥)处理相比,各施肥处理荧光峰各波长均有不同程度蓝移,各处理土壤DOC的荧光指数(FI)分布在1.54~1.59范围内,腐殖化指数(HIX)均小于0.85,表明DOC来源受自生源和陆生源共同作用的影响,土壤腐质化程度均较低。平行因子分析法分析识别出3个荧光组分,分别为2个腐殖质类组分（富里酸类物质和腐殖酸类物质) 及1个类蛋白组分(类酪氨酸蛋白质物质)。各施肥处理3个组分荧光强度均高于CK处理,其中M和M₂N₂(25%有机替代化学氮肥)处理下土壤DOC总荧光强度较高,C3组分荧光强度以M₂N₂处理最高,土壤DOC中3个有机组分的相对比重以荧光组分C1最高,接近50%,表明该地区土壤中小分子物质占有较大比例,施肥能够提高土壤腐质化程度,有利于土壤DOC固定,合理的有机肥配施化学氮肥能增加DOC的有效性,提升土壤供肥能力。     

海草生态系中DOM的三维荧光光谱特征

利用荧光激发-发射矩阵光谱(EEMs)技术研究了海南省陵水县新村湾海草生态系中溶解有机物(DOM)的三维荧光光谱特征。EEMs谱图表明, 海草生态系中的DOM存在3个类腐殖质荧光A(230/430 nm), C(350/440 nm), M(300/380～400 nm)和2个类蛋白质荧光R(230/355～375 nm), N(280～300/365～380 nm)。各荧光信号平均荧光强度的变化规律为R(0.304 RU)>A(0.194 RU)>M(0.147 RU)>N(0.125 RU)>C(0.051 RU)。类腐殖质荧光和类蛋白质荧光均表现为离岸近含量高;2个明显的低值区, 分别出现在该湾海草茂密的西南部和东南部。各荧光信号在该湾的分布特征表明, 控制类腐殖质荧光和类蛋白质荧光的动力学因素相同。荧光N与M和R之间以及荧光C与A之间具有较好的正相关关系, 表明这些荧光具有相同的来源属性及地化行为。较高的荧光指数FI(均值为1.81)、较高的自生源指标BIX(均值为1.44)和较低的腐殖化指标HIX(HIXa和HIXb的均值分别为4.2和0.81)均表明海草生态系中DOM的强自生来源贡献和弱腐殖化程度。研究结果表明, 海草生态系中DOM具有非常独特的荧光特征, 不同于其他水生生态系。     

累积性发射光谱结合多元统计研究蘑菇湖水体DOM的特征

三维荧光光谱技术（3DEEM）因其方便迅速、灵敏度高等一系列优点,广泛应用于表征DOM。在实际应用中,3DEEM步骤较为繁琐,PARAFAC等方法相较于寻峰法虽然更加直观可靠,但是往往需要借助MATLAB等数学软件,因此该研究希望借助一种新的方法能够更加简便迅速地表征DOM。以蘑菇湖水体DOM为例,基于累积性发射光谱（AFEs）,结合多元统计及二阶导数等方法,对DOM各类荧光组分及含量进行表征。利用主成分分析（PCA）对AFEs进行因子载荷分析, 并确定荧光峰的类型及其含量的差异; 通过二阶导数转换,得到二阶导数AFEs;通过对所有采样点二阶导数AFEs各荧光峰进行绝对面积积分,分析DOM中各组分的含量及变化;通过聚类分析, 分析不同点位组分的差异性或相似性。研究表明,通过AFEs得到5类荧光峰,分别为类蛋白峰、类富里酸峰、陆源类腐殖酸峰以及腐殖酸峰。基于AFEs及其对荧光强度之和的分析,可以看出蘑菇湖水体中的DOM主要以不稳定、易被降解的、相对分子质量较小的类蛋白及富里酸为主,腐殖化程度由滨湖区向深湖区递减。基于AFEs得分图,得到5类荧光峰,且荧光峰中类蛋白及类富里酸峰占主导;基于点位得分矩阵,可以说明各点位之间的荧光组分存在差异。二阶导数AFEs被分为5个荧光波段, DOM以相对质量较小的有机质为主,腐殖化程度、芳香度较小,空间差异上不显著。通过对荧光峰面积以及采样点进行聚类分析,荧光峰被分为3类,其中富里酸含量占比较大,且岸边采样点和位于湖心区域的采样点之间存在差异。综上研究显示,AFEs相对简单迅速,能够代替3DEEM对DOM进行表征。蘑菇湖水体DOM是以相对分子质量较小、不稳定、易被降解的类蛋白、类富里酸物质为主,总体上腐殖化程度及相对分子质量具有由滨湖区向深湖区递减的趋势,但空间上差异性较小。     

海草生态系中DOM的三维荧光光谱特征

利用荧光激发-发射矩阵光谱(EEMs)技术研究了海南省陵水县新村湾海草生态系中溶解有机物(DOM)的三维荧光光谱特征。EEMs谱图表明,海草生态系中的DOM存在3个类腐殖质荧光A(230/430 nm),C(350/440 nm),M(300/380～400 nm)和2个类蛋白质荧光R(230/355～375 nm),N(280～300/365～380 nm)。各荧光信号平均荧光强度的变化规律为R(0.304 RU)>A(0.194 RU)>M(0.147 RU)>N(0.125 RU)>C(0.051 RU)。类腐殖质荧光和类蛋白质荧光均表现为离岸近含量高;2个明显的低值区,分别出现在该湾海草茂密的西南部和东南部。各荧光信号在该湾的分布特征表明,控制类腐殖质荧光和类蛋白质荧光的动力学因素相同。荧光N与M和R之间以及荧光C与A之间具有较好的正相关关系,表明这些荧光具有相同的来源属性及地化行为。较高的荧光指数FI(均值为1.81)、较高的自生源指标BIX(均值为1.44)和较低的腐殖化指标HIX(HIXa和HIXb的均值分别为4.2和0.81)均表明海草生态系中DOM的强自生来源贡献和弱腐殖化程度。研究结果表明,海草生态系中DOM具有非常独特的荧光特征,不同于其他水生生态系。