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.     

棕壤与褐土刺槐林下土壤腐殖质组分的傅里叶变换红外光谱分析

森林土壤富含不同组分和功能的有机碳。该研究以棕壤和褐土45年林龄的刺槐林下表层及底层土壤为对象,研究其林下土壤腐殖酸组分在不同土壤类型和不同土层间的差异和变换。褐土和棕壤表层及底层土壤分别定义为CO和CA,BO和BA。应用傅里叶变换红外光谱对土壤腐殖质组分的富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(HM)进行了分析。结果表明富里酸主要吸收峰为3 400 cm-1处的碳水化合物中—OH形成的氢键伸缩振动,1 655 cm-1处的芳香环CC伸缩振动,1 110 cm-1处的脂族C—OH伸缩振动。与富里酸相比,胡敏酸所含官能团与其相似,差异在于其吸收峰强度较弱。胡敏素在1 110 cm-1处的脂族C—OH伸缩振动和1 030 cm-1处多糖或类多糖物质的C—O伸缩振动较胡敏酸此处的峰吸收强度强。根据分析,表层土壤腐殖质官能团结构较底层土壤多且吸收强度强。另外,富里酸不同物质官能团数量及强度受土壤类型和土壤深度的影响较胡敏酸和胡敏素小。根据不同吸收峰对比分析发现,富里酸组分的芳化程度较强,而胡敏酸和胡敏素的芳化作用仅表层土壤程度较强。不同土壤类型胡敏酸组分分析表明,棕壤表层土壤芳族和脂肪族物质吸收强度明显高于褐土。综上,土壤类型和土层显著影响45年林龄的刺槐林下土壤腐殖质组分,尤其是胡敏酸和胡敏素组分。     

棕壤与褐土刺槐林下土壤腐殖质组分的傅里叶变换红外光谱分析（英文）

森林土壤富含不同组分和功能的有机碳。该研究以棕壤和褐土45年林龄的刺槐林下表层及底层土壤为对象,研究其林下土壤腐殖酸组分在不同土壤类型和不同土层间的差异和变换。褐土和棕壤表层及底层土壤分别定义为CO和CA,BO和BA。应用傅里叶变换红外光谱对土壤腐殖质组分的富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(HM)进行了分析。结果表明富里酸主要吸收峰为3 400cm~(-1)处的碳水化合物中—OH形成的氢键伸缩振动,1 655cm~(-1)处的芳香环CC伸缩振动,1 110cm~(-1)处的脂族C—OH伸缩振动。与富里酸相比,胡敏酸所含官能团与其相似,差异在于其吸收峰强度较弱。胡敏素在1 110cm~(-1)处的脂族C—OH伸缩振动和1 030cm~(-1)处多糖或类多糖物质的C—O伸缩振动较胡敏酸此处的峰吸收强度强。根据分析,表层土壤腐殖质官能团结构较底层土壤多且吸收强度强。另外,富里酸不同物质官能团数量及强度受土壤类型和土壤深度的影响较胡敏酸和胡敏素小。根据不同吸收峰对比分析发现,富里酸组分的芳化程度较强,而胡敏酸和胡敏素的芳化作用仅表层土壤程度较强。不同土壤类型胡敏酸组分分析表明,棕壤表层土壤芳族和脂肪族物质吸收强度明显高于褐土。综上,土壤类型和土层显著影响45年林龄的刺槐林下土壤腐殖质组分,尤其是胡敏酸和胡敏素组分。     

土壤和沉积物中不同形式有机质的表征

从北京通州地区3个河流沉积物和天津渤海湾地区4个土壤样品中提取胡敏酸(HA)和非水解碳(NHC),并进行了元素分析、X射线光电子能谱分析(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和固态13 C核磁共振(13 C NMR)等一系列定性定量的研究。结果显示:同一来源的NHC中H/C和O/C比值低于HA的H/C和O/C比值;NHC和HA表面含氧官能团的含量分别为7.6%～10.7%,40.9%～46.7%;13 C NMR和FTIR显示NHC主要由脂肪碳和芳香碳组成;从土壤中比从沉积物中提取的NHC的芳香度高。研究结果表明,与HA相比,NHC的热成熟度高,疏水性强。     

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.     

微生物对黑土添加麦秸后腐殖质结构特征影响的红外光谱研究

应用红外光谱研究微生物对黑土添加麦秸后腐殖质结构特征变化的影响。结果表明：(1)土壤水溶性物质(WSS)的结构和官能团数量受微生物影响较大。细菌有利于提高WSS中脂肪族烷烃类物质含量,其他处理结果相反。(2)放线菌在减少土壤富里酸(FA)羟基含量的能力最强,而真菌对FA的“净生成”能力最强,其有利于提高土壤FA中羧基和碳水化合物的含量。除混合菌外,其他处理均有利于土壤FA中多糖的降解,且速率大于脂类分解。(3)除混合菌外,其他处理均有利于降低土壤胡敏酸(HA)中脂肪族烷烃类物质的数量。真菌可有效提高土壤HA的羧基含量,而细菌作用相反。微生物可消耗和利用HA中的多糖类物质,促使植物残体类腐殖质向土壤成熟腐殖质转化。     

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。     

红外光谱结合二维相关分析研究堆肥过程腐殖酸演化规律

堆肥材料中腐殖酸的组成和结构直接影响堆肥产品品质和腐熟度。为研究堆肥腐殖酸的组成和形成过程,进行了生活垃圾堆肥并提取了不同堆肥阶段样品中的胡敏酸和富里酸,采用红外光谱和二维相关分析,探讨了堆肥过程胡敏酸、富里酸的组成、结构及随时间演化规律。红外光谱结果显示,堆肥胡敏酸组成复杂,在2 917～2 924,2 844～2 852,2 549,1 662,1 566,1 454,1 398,1 351,990～1 063,839,711 cm-1均出现了吸收峰;相对于胡敏酸,堆肥富里酸结构简单,仅在1 725,1 637,990 cm-1出现了吸收峰。上述吸收峰的出现表明堆肥胡敏酸和富里酸均含有木质素来源的苯环和糖类结构,但胡敏酸还含有丰富的脂族和蛋白类结构,这些在富里酸中含量较低;堆肥过程糖类、脂类、蛋白类及木质素结构均发生了降解,但是在胡敏酸和富里酸中它们的降解优先顺序不同。二维相关光谱分析结果表明,胡敏酸中降解先后顺序为脂肪类—蛋白类—多糖类和木质素,而富里酸中为蛋白质—多糖和脂肪类,降解过程均生成了羧酸、酮类和酯类结构,其中羧酸类物质一部分在堆肥中形成了碳酸盐。研究结果表明,红外光谱结合二维相关分析不仅可以获得堆肥腐殖酸官能团组成,还可以揭示堆肥过程这些官能团降解顺序,确定堆肥腐殖酸合成机制和动力学过程。     

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。     

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。     

黑土腐殖酸的近红外光谱测定

研究了我国黑土腐殖酸碳含量及其光化学性质,并探索了利用近红外光谱分析法(near infrared spectroscopy, NIRS)对其进行预测的潜力。针对东北典型黑土带土壤样品,利用偏最小二乘法(PLSr)建立定量模型,并用独立样本对模型进行检验。结果表明,模型对腐殖酸碳、胡敏酸碳和富里酸碳含量的预测效果很好,NIRS对富里酸碳和胡敏酸碳的465 nm(E₄)和预测结果也较好,665 nm光密度(E₆)的预测达到可接受水平。胡敏酸碳和富里酸碳含量与SOC的相关性,高于其与NIRS模型预测值的相关性,二者光化学性质与SOC的相关性则低于其与模型预测值的相关性。NIRS在简化黑土腐殖酸碳、胡敏酸碳和富里酸碳含量和光密度测定领域具有很好的应用前景,且能够反映SOC性质方面的信息。     

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。     

红外光谱法测定肥料施用26年土壤的腐殖质组分特征

采用红外光谱法探讨了有机肥以及有机肥与化学肥料配合施用26年对棕壤腐殖质及其组分富里酸和胡敏酸的结构变化。结果表明,采用红外光谱仪测定肥料施用对腐殖质及腐殖质组分富里酸和胡敏酸结构的影响是可行的。施肥26年后,不同处理肥料施用后腐殖质具有基本一致的结构;在某些特征峰吸收强度上有不同程度的差异,反映了不同肥料处理对土壤腐殖质的结构单元和官能团数量及组成有明显的影响。不同施肥处理胡敏酸也存在一些差别。红外光谱解析表明,与CK相比,施用有机肥或氮磷钾配合施用后,土壤腐殖质中小分子糖类物质减少,芳族类物质增加。试验结果证实,施用有机肥可明显增加土壤水溶性有机物芳构化程度。利用不同肥料处理腐殖质的红外光谱,可以判断土壤有机质的演变程度。     

光谱法分析固沙工程对土壤腐殖质及组分的影响

采用外加热法将土壤腐殖质(HM)及其组分富里酸(FA)和胡敏酸(HA)分别氧化后,采用光度法分析固沙工程的植被恢复(51, 43, 32, 20和0年)对腾格里沙地腐殖质及组分含量的影响;同时,采用红外光谱探讨其结构变化。结果表明,采用可见光谱学方法测定腐殖质及组分含量是可行的,结果重现性较好(变异系数最大为7.26%),比传统容量法准确、快速、简便,具有能批量测定的优点。随恢复年限增加,腐殖质及其组分含量呈现增加趋势,胡富比也呈现增加趋势,说明植被固定改善了土壤质量,土壤腐殖化程度增加。傅里叶变换光谱结果表明植被恢复不同年限的沙土同一组分的红外光谱形状基本相似,但特征峰强度有明显区别。恢复年限增加,小分子糖类物质减少,芳族类物质增加,土壤水溶性有机物芳构化程度增加。     

三峡库区土壤腐殖质的振动光谱研究

采集三峡库区(TGRA)沿岸6个典型段面沉积物及水淹线上土壤样品, 分别提取腐殖质, 分离并纯化腐殖酸和富里酸, 联合红外和拉曼的分子振动光谱技术, 表征了各段面腐殖酸和富里酸的分子结构, 归属了各振动峰位, 获得了库区土壤及沉积物中腐殖质分子的官能团特征振动信息; 结合库区土壤腐殖化程度、土壤背景、利用方式、水位涨落等环境条件, 考察了腐殖质官能团振动特征变化。结果显示: 各采样段面的腐殖质结构中均以C—O, C—C, 及聚合氢键的振动特征较显著, 上游土壤腐殖质结构中的官能团数量多于下游土壤; 土壤的腐殖化程度对其腐殖质结构的振动光谱影响较大; 农耕模式的土壤表现出较高的腐殖化程度; 沉积物与本底土壤腐殖质结构的振动特征变化不明显。     

转基因棉花残体土壤降解特征的红外光谱研究

采用重铬酸钾容量法和红外光谱(FTIR)法分析了转基因抗虫棉花残体降解后的土壤腐殖质组分富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(HM)的含量和结构特征.结果表明,棉花残体的降解使土壤各腐殖质组分含量增加,胡敏素的相对含量增加最大,胡敏酸次之,富里酸最小.与相应非转基因对照相比,转Bt基因棉花残体处理土壤各腐殖质组分含量...     

不同培肥土壤颗粒有机碳的13C核磁共振与红外光谱对比分析

为明确颗粒有机碳在土壤固碳中的作用机制,对比研究了不同有机培肥土壤颗粒有机碳的结构差异。以单施化肥处理为对照,选择了四种有机物料进行定位培肥试验,利用13C NMR和红外光谱技术对比分析不同有机培肥对土壤颗粒有机碳结构的影响。结果表明：颗粒有机碳以脂肪碳和含氧基团为主,脂化度高于75%,含氧官能团含量高于50%;不同有机培肥对土壤颗粒有机碳结构的影响差异性显著,树叶培肥在提高颗粒有机碳芳香度的同时,亲水性也大幅度提高,比单施化肥处理(对照)提高了0.78%;短期内,牛粪、秸秆和树叶培肥均可提高土壤颗粒有机碳的芳香度,但从长远角度分析,牛粪和秸秆培肥更利于土壤颗粒有机碳的稳定,尤其是秸秆培肥,其颗粒有机碳的芳香度分别比对照和牛粪培肥高0.35%和0.11%,而亲水性远低于二者;红外光谱与核磁分析的结果基本一致,红外光谱可用于大量样品的颗粒有机碳结构初步筛选。     

不同培肥土壤颗粒有机碳的~(13)C核磁共振与红外光谱对比分析（英文）

为明确颗粒有机碳在土壤固碳中的作用机制,对比研究了不同有机培肥土壤颗粒有机碳的结构差异。以单施化肥处理为对照,选择了四种有机物料进行定位培肥试验,利用~(13) C NMR和红外光谱技术对比分析不同有机培肥对土壤颗粒有机碳结构的影响。结果表明:颗粒有机碳以脂肪碳和含氧基团为主,脂化度高于75%,含氧官能团含量高于50%;不同有机培肥对土壤颗粒有机碳结构的影响差异性显著,树叶培肥在提高颗粒有机碳芳香度的同时,亲水性也大幅度提高,比单施化肥处理(对照)提高了0.78%;短期内,牛粪、秸秆和树叶培肥均可提高土壤颗粒有机碳的芳香度,但从长远角度分析,牛粪和秸秆培肥更利于土壤颗粒有机碳的稳定,尤其是秸秆培肥,其颗粒有机碳的芳香度分别比对照和牛粪培肥高0.35%和0.11%,而亲水性远低于二者;红外光谱与核磁分析的结果基本一致,红外光谱可用于大量样品的颗粒有机碳结构初步筛选。     

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碳官能团的影响

以定位20年的黑土肥料试验为平台,利用同步辐射软X射线近边吸收谱(C-1s NEXAFS)方法,研究了长期施用化肥以及化肥配施玉米秸秆对土壤有机碳官能团的影响。结果表明：与不施肥的空白处理(CK)相比,单施化肥(N,NPK)后土壤的芳香C和羧基C含量增加,脂族C和羰基C含量下降,脂族C/芳香C比值降低;与单施化肥处理相比,化肥配施玉米秸秆后芳香C含量下降而脂族C含量增加,脂族C/芳香C比值增加,并随玉米秸秆用量增加表现的更为明显;无论配施玉米秸秆与否,NPK肥混施处理的芳香C、脂族C以及脂族C/芳香C比值均高于单施N肥处理。上述结果说明,单施化肥比不施肥使土壤有机碳官能团中芳香类化合物的相对比例增加,而脂肪烃类化合物的相对比例下降;化肥配施玉米秸秆则比单施化肥增加了脂肪烃类化合物的相对比例,配施高量比低量玉米秸秆的增加趋势更为明显,同时NPK肥混施比单施N肥有利于提高脂肪烃类化合物的相对比例。C-1s NEXAFS方法能够原位表征长期定位施肥条件下土壤有机碳官能团组成的变化。     

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...