鸡粪堆肥水溶性有机物特征紫外吸收光谱研究

采用紫外-可见吸收光谱,对不同堆肥时期样品中水溶性有机物(DOM)的特征吸收参数进行了研究。结果显示,堆肥进行时样品DOM中的非腐殖质物质不断转化为腐殖质类物质,并且腐殖质物质的芳构化及分子量增加,腐殖化程度加大,同时苯环结构上的脂肪链降解成羰基、羧基等官能团。相关性分析显示,相同DOM浓度(DOC)样品在254与280nm的吸收值SUVA254,SUVA280,226～400nm吸光度的积分A226～400两两间均达到极显著正相关,与DOC均显著负相关,但以A226～400与DOC相关性最高;253和203nm吸光度比值E253/E203与SUVA254,SUVA280及A226～400均达到显著相关,但与DOC的相关性不如后三者;250和365nm吸光度比值E250/E365及465和665nm吸光度比值E465/E665与其他参数均不相关。分析结果表明,随着堆肥的进行DOM稳定度增加,对重金属配位能力增强;在所研究的紫外-可见光谱吸收参数中,A226～400最能反映堆肥腐熟度变化。     

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...     

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。     

不同物料堆肥腐熟程度的紫外-可见光谱特性表征

水溶性有机物(DOM)紫外-可见吸收光谱特性是评价堆肥腐熟度重要方法之一,但由于紫外-可见吸收光谱指标众多,单指标评价具有较大局限性。因此,本研究开展了影响堆肥腐熟度的关键紫外-可见光谱特性指标识别,并采用化学剂量学方法评价了不同来源堆肥腐熟程度。与传统单一物料评价相比,优选的评价指标及评价方法更具普适性。不同物料堆肥过程中DOM紫外-可见光谱特性分析结果表明,SUVA₂₅₄和SUVA₂₈₀值呈明显的增加趋势,E₂₅₀/E₃₆₅和E₄/E₆值呈相反的趋势,而A_226～400,S_275～295,S_350～400值则在堆肥末期变化显著。相关分析表明不同紫外-可见光谱参数(E₂/E₄和E₂₃₅/E₂₀₃除外)彼此之间相关性显著;主成分分析显示,DOM紫外-可见光谱指标A_226～400, SUVA₂₅₄, S_350～400, SUVA₂₈₀, S_275～295可作为堆肥腐熟程度关键影响评价指标。在此基础上,采用筛选的特性指标对堆肥末期进行聚类分析,可将九种不同来源堆肥分为两大类,第一类为猪粪、鸡粪、污泥、秸秆、园林垃圾、果蔬及生活垃圾等腐熟程度较低的堆肥;第二类为杂草和厨余腐熟程度较高的堆肥。     

不同接种方式对生活垃圾堆肥水溶性有机物荧光特性影响

为了筛选生活垃圾堆肥过程中最佳的复合菌剂接种方式,试验对堆肥起始接种、高温期接种、高温后接种、后腐熟接种和不接种菌剂五种不同接种方式下的生活垃圾堆肥过程中水溶性有机物(DOM)进行光谱分析,考察了生活垃圾堆肥中 DOM 组成随堆肥时间的变化规律.DOM 荧光光谱解析表明:随着堆肥时间的增加,五个不同处理堆体中的 DOM...     

生活垃圾微生物堆肥水溶性有机物光谱特性研究

利用外源微生物(MS,ZJ)进行城市生活垃圾工厂化堆肥,在堆肥前后对水溶性有机物的紫外、红外、荧光光谱进行了分析,探讨外源微生物堆肥对水溶性有机光谱学特性的影响。结果表明,堆肥结束后,不同处理水溶性有机物紫外、红外、荧光光谱形状基本相似,但特征峰强度有明显区别。与CK相比,接种微生物处理堆肥后,水溶性有机物紫外光谱280 nm附近类肩峰明显减弱;红外光谱解析表明,水溶性有机物中小分子糖类物质减少,芳族类物质增加;荧光同步扫描光谱进一步证实,水溶性有机物中多环芳族类化合物增加,其荧光光谱特征峰与污泥中富里酸相似。试验结果证实,接种外源微生物可明显增加堆肥水溶性有机物芳构化程度,各处理芳构化程度依次为：MS+ZJ>ZJ>MS>CK。     

猪粪堆肥过程中水溶性有机物结构演变特征

水溶性有机物(DOM)所在的固-液交界面是化学反应和微生物活动最活跃的部分。DOM中存在具有氧化还原作用的含氧芳香性官能团,使得DOM能影响有机污染物和重金属污染物迁移与转化。堆肥物料猪粪含有丰富且有利于微生物生长的氮元素,其DOM结构变化可能具有一定的独特性。本研究选取8个不同阶段的猪粪堆肥样品,提取其中的DOM,利用紫外-可见光光谱和三维荧光光谱等现代光谱学方法,并结合基础理化指标解析猪粪堆肥DOM的结构和组分演变特征。在堆肥过程中可溶性有机碳和总有机碳分别降低了58.88%和16.30%,说明可溶性有机碳的降解速率要高于不可溶性有机碳。紫外-可见光光谱特征值SUVA₂₅₄,SUVA₂₈₀和E₂₅₃/E₂₀₃均随着堆肥过程呈现出逐渐增加的趋势,表明堆肥过程DOM芳香性升高,大分子有机质含量增大,芳环取代基中含氧基团增多。基于三维荧光光谱体积积分中类酪氨酸、类色氨酸和微生物代谢产物的百分比分别从15.96%,18.14%和25.45%降低至5.53%,11.27%和17.96%,而类胡敏酸和类富里酸的百分比则分别从17.67%和22.77%增加至20.62%和44.62%,这一方面是由于DOM中各有机质组分中类蛋白物质降解速率比类腐殖质物质快,另一方面是由于随着堆肥进行一部分类蛋白物质会转化为类腐殖质物质。研究结果可为调控生产稳定化、无害化的堆肥产品提供科学依据。     

小麦秸秆堆肥水溶性有机物的结构和组成演变

堆肥是小麦秸秆资源化利用重要的途径之一,然而目前关于秸秆单一物料堆肥的研究较少。水溶性有机物（DOM）被普遍认为是堆肥中最活跃的有机组分,因此探讨DOM的演变特征可有效评价秸秆的腐熟过程。以小麦秸秆好氧堆肥过程中的DOM为研究对象,利用总有机碳、紫外-可见光光谱（UV-Vis）、三维荧光光谱（EEM）结合平行因子（PARAFAC）分析方法,阐明小麦秸秆堆肥过程中DOM的含量、结构和组成的演变特征。结果表明：堆肥过程中DOM的有机碳含量降低了23%,说明DOM是堆肥中活跃的有机质组分。值得注意的是,堆肥前期DOM微生物降解最为剧烈。UV-Vis谱图显示DOM光谱随堆肥进行不断降低,表明堆肥过程芳香族物质不断降解。EEM光谱显示出显著的荧光峰演变趋势,由堆肥前期较强的类蛋白荧光峰（D,E）演变为堆肥后期较强的类腐殖质荧光峰（H）,表明堆肥过程DOM的物质组成发生改变。通过光谱参数SUVA₂₅₄和HIX的观测,发现随着堆肥进行,DOM的芳香度和腐殖化程度呈现动态变化,整体呈增强趋势。由此可推测堆肥过程DOM降解的成分主要为非腐殖质,而腐殖质类物质的相对含量则不断提升、整体芳构化和腐殖化程度增加。EEM-PARAFAC进一步定量分析了DOM组分的演变特征。随着堆肥的进行,DOM中的类蛋白物质（C3）相对含量显著降低（~46%）,而类富里酸（C1）和类腐殖酸（C2）物质相对含量分别提高了45%和80%。DOM中的组成由堆肥初期的C1∶C2∶C3=41∶17∶42演变成堆肥后期的53∶27∶20。结果揭示出堆肥过程中类蛋白物质发生显著的降解,而类腐殖质则由于分子聚合生成作用和微生物降解速率较慢等因素逐渐演变成堆肥DOM的主要组分。相关性分析结果显示HIX与C1和C2均呈现极显著正相关（r=0.806~0.853）,表明腐殖化指数(HIX)可有效指示DOM的腐殖质物质组成。本研究结果可为进一步优化小麦秸秆堆肥条件,改善秸秆有机肥质量提供科学依据。     

添加钙基膨润土对猪粪堆肥中水溶性有机物光谱特征的影响

为了探究添加钙基膨润土(CB)对猪粪好氧堆肥过程中水溶性有机物(DOC)动态变化的影响,向猪粪和木屑混合物料中添加不同质量比的CB,采用自制的强制通风好氧发酵装置,进行了为期60天的好氧堆肥试验。定期采集堆肥样品并进行冷冻干燥,通过紫外-可见光谱(UV-Vis),傅里叶变换红外光谱(FTIR)和荧光光谱(FS)相结合的方法,对堆肥样品中DOC光谱特征的变化进行研究。结果表明,在堆肥过程中DOC呈降低趋势,且随着CB添加量的增多,DOC的降解率为49.11%~62.92%;堆肥DOC相应的UV-Vis和FS光谱分析显示,类腐殖质的特征峰强度不断升高,而碳水化合物、类蛋白的特征峰强度逐渐降低;且与对照相比,添加钙基膨润土使类腐殖质特征峰的强度增大,峰位置红移。堆肥结束时,相较于对照,添加CB处理的光谱特征参数SUVA₂₅₄,SUVA₂₈₀和腐殖化系数分别增加了16.51%~47.72%,8.58%~44.02%和23.16%~88.22%,且5%添加比例最佳,这被FTIR解析峰密度进一步证实;相关性分析显示,SUVA₂₅₄与堆肥腐熟度呈极显著相关,可指示堆肥腐熟度。综上所述,随着堆肥的进行,有机物由非腐殖质向腐殖质转化,DOC的分子质量及芳构化程度逐渐增加,且添加CB对这一过程具有促进作用,并以5%添加比例最佳。     

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。     

不同浓度猪、奶牛粪水中温厌氧发酵沼液中DOM的光谱特征

养殖粪水中物质的组成变化决定其潜在的环境效应,溶解性有机质（DOM）是养殖粪水的重要组成部分。研究对总固体浓度（TS）分别为4%和8%的猪、奶牛粪水进行批次中温厌氧发酵试验,分析了猪粪和奶牛粪沼液中DOM的含量变化,并结合三维荧光光谱（3DEEM）和平行因子分析法（PARAFAC）,解析沼液DOM的荧光光谱特性及组分变化特征。结果表明,中温厌氧发酵结束后,沼液中DOM含量均极显著（p＜0.001）降低。沼液DOM主要包含类酪氨酸、类富里酸、类色氨酸和类胡敏酸4种荧光组分,其中类胡敏酸的相对含量均显著（p＜0.05）增加,但类富里酸的相对含量仅在TS为8%的处理中增加,而在TS为4%的处理中降低。沼液DOM的腐殖化指数均极显著（p＜0.01）增加,但猪粪沼液DOM的腐殖化程度明显高于奶牛粪沼液。研究结果为畜禽粪便沼液农田利用的潜在环境效应评价提供理论支撑。     

溶解有机质的三维荧光光谱特征研究

利用三维荧光光谱研究了河流、湖泊等不同来源溶解有机质(DOM)的荧光光谱特性。河流DOM的三维荧光光谱图中含有类富里酸荧光峰A和C以及类蛋白荧光峰B和D,一般而言,类富里酸荧光峰强度比较大,或者只有类富里酸荧光,但是受人类活动污染河流DOM的三维荧光光谱图中具有极强的类蛋白荧光。同样,红枫湖DOM可以由陆源输入,还可以由水体内微生物活动产生,具有4个荧光峰,受人类活动影响比较显著的百花湖DOM则表现出强的类蛋白荧光。贵阳市地下水中DOM含量相对较低,一般只含有类富里酸荧光峰,但是若受生产生活污水污染,也可检测出强的类蛋白荧光峰。考察DOM含量(以DOC表示)与类富里酸荧光强度(peak C)以及在254 nm处紫外吸收光谱强度的关系时发现它们都具有良好的线性相关关系(r2＝0.82和0.95),而紫外区类富里酸荧光与可见区类富里酸荧光之间也存在良好的线性相关关系(r2＝0.96)。此外,pH对DOM的三维荧光光谱具有显著影响,并且类富里酸荧光峰A和C的pH值效应基本一致,荧光强度最大值出现在pH 10左右,类蛋白荧光峰B的pH值效应与之略有区别,荧光强度最大值出现pH 8.5左右。     

东海海水中荧光溶解有机物质的三维荧光光谱特征

2005年3～4月在东海采集了海水样品,利用三维荧光光谱(EEMs)技术测定了水体中溶解有机物质的荧光性质,通过荧光光谱图中荧光峰的位置、数量、强度的变化及荧光峰之间的相关性,初步判断了荧光物质的种类、分布和来源。东海水体中检测到七种荧光峰,分别为高、低激发波长类色氨酸和类酪氨酸荧光峰、紫外腐殖质荧光峰、可见腐殖质荧光峰和海洋腐殖质荧光峰,其中荧光峰B, S和A出现在整个调查海区中;荧光峰T和D出现在调查海域的北部;类腐殖质荧光峰M和C只出现在部分站位的水样中。荧光物质在研究海域表层的主要来源为长江输入,在中层,荧光物质是长江输入和浮游植物共同作用的结果。不同荧光峰强度之间具有较好的正相关性,表明调查海域水体中的类蛋白荧光物质和类腐殖质荧光物质有着相同的来源或在结构上具有某种联系。     

褐煤添加对羊粪有机肥发酵过程中水溶性有机物光谱学变化特征的影响

研究添加褐煤对羊粪有机肥中水溶性有机物(DOM)光谱学特性的影响,为高腐殖酸有机肥的腐熟度评价提供依据。以内蒙古褐煤、羊粪为原料,添加10%褐煤进行羊粪有机肥发酵,对不同阶段有机肥样品的DOM进行紫外可见光谱、荧光光谱、FTIR的表征。紫外-可见吸收光谱分析显示,有机肥样品的E₄/E₆值随着有机肥发酵的进行呈现出先下降后上升的趋势,由有机肥开始时的9.110 4降至最低为4.647 7,再升为有机肥结束时的5.390 1;A₁呈现先减小后增大趋势,A₂和A₃均呈现先增大后减少的趋势,峰值出现在12 d。同步荧光光谱显示,荧光峰光强的比值(I₄₇₀/I₄₃₅) 由有机肥起始的0.452 8上升至有机肥结束的0.655 2;A_HLR/A_FLR呈现上升趋势,从有机肥开始的0.673 9上升至有机肥结束的1.040 8。经过18 d的有机肥发酵后,有机肥发酵结束后样品荧光强度小于有机肥起始时的荧光强度,而且10%褐煤添加的羊粪有机肥的相对荧光强度明显高于未添加褐煤的荧光强度。FTIR显示,18 d的有机肥发酵过程中DOM中的碳水化合物、蛋白质被逐渐分解,而羧基、含苯环的物质含量明显增加。随着发酵的进行,DOM中的非腐殖质物质转化为类腐殖质,不饱和结构的多聚化或联合程度变大,稳定度增加;添加褐煤可以有效促进羊粪中木质素类物质的分解,提高羊粪有机肥DOM的芳构化程度,促进羊粪有机肥腐熟。     

不同辅料与生物沥浸深度脱水污泥混合堆肥中溶解性有机质的光谱特征研究

生物沥浸深度脱水污泥为主料,四种农林有机废物为辅料,设4个处理组(T1:污泥+甘蔗渣、 T2:污泥+秸秆、 T3:污泥+米糠、 T4:污泥+木屑)进行混合堆肥,采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(3D-EEM),研究不同辅料堆肥过程中溶解性有机质(DOM)结构特征和组分含量的演化规律。UV-Vis结果显示,四个处理组在堆肥过程中DOM的芳香度和不饱和度皆有所增加,其中T3处理组的增加幅度最大。四个处理组的紫外参数SUVA₂₅₄和SUVA₂₈₀均呈现递增趋势,其中T3处理组的变化幅度高于其他三个处理组,表明芳构化程度加深,DOM分子量逐渐加大;E₂₅₃/E₂₀₃和E₂₅₃/E₂₂₀在堆肥结束时显著增加,表明DOM中苯环上的脂肪链发生氧化分解,转化为羧基羰基等官能团,A_226～400随堆肥进行增加而E₂₅₀/E₃₆₅减小,表明共轭程度增加。FTIR结...