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。     

采用多相场法研究三维层片共晶生长的厚度效应

采用Kim,Kim,Suzuki和Ode提出的KKSO多相场模型,研究了固定层片间距不同层片厚度条件下三维过共晶层片生长形态的演化行为.研究表明,层片厚度对层片生长过程有较大影响.当层片厚度较小时,厚度效应较弱,类似于二维生长.随着层片厚度的增加,厚度效应逐渐增强并开始产生厚度方向的振荡失稳,造成层片取向的偏转.层片厚度的进一步增加,使层片宽度方向和层片厚度方向的振荡交替出现.当层片厚度大于层片宽度时,厚度效应逐渐强于宽度效应,最终宽度方向的振荡被抑制,仅在厚度方向形成类似于二维的1λ振荡. 关键词： 数值模拟 多相场 三维层片生长 层片厚度     

缓冲夹层影响异质结有机光伏器件性能研究

制备了结构为CuPc/缓冲层/C60异质结的有机光伏器件,分别选用三氧化钼和红荧烯为缓冲层,研究了增加缓冲层对器件性能的影响.结果表明,增加三氧化钼和红荧烯缓冲层后器件的开路电压和光电转换效率都得到提高,器件的短路电流密度和填充因子都有所降低.开路电压从没有缓冲层时的0.39V分别提高到0.58V、0.55V,转换效率从0.36%提高到0.44%,短路电流从1.92mA/cm2分别降低到1.77mA/cm2、1.81mA/cm2,填充因子从0.48分别减少到0.43、0.44.进一步研究表明器件的短路电流密度受缓冲层厚度的影响很大,当缓冲层厚度很小时,器件短路电流密度还有所增加,但随着缓冲层厚度的增加,短路电流密度逐渐减小,当缓冲层厚度为10nm时,器件短路电流密度减少到0.35mA/cm2.开路电压随着厚度的增加逐渐增加,从1nm时的0.43V增加10nm时0.63V.根据整数电荷转移模型和界面能级理论解释有机光伏器件开路电压提高以及短路电流密度减少的原因,为有机太阳能电池性能的改善提供了研究方法.     

缓冲夹层影响异质结有机光伏器件性能研究

制备了结构为CuPc/缓冲层/C₆₀异质结的有机光伏器件,分别选用三氧化钼和红荧烯为缓冲层,研究了增加缓冲层对器件性能的影响.结果表明,增加三氧化钼和红荧烯缓冲层后器件的开路电压和光电转换效率都得到提高,器件的短路电流密度和填充因子都有所降低.开路电压从没有缓冲层时的0.39 V分别提高到0.58 V、0.55 V,转换效率从0.36%提高到0.44%,短路电流从1.92 mA/cm²分别降低到1.77 mA/cm²、1.81 mA/cm²,填充因子从0.48分别减少到0.43、0.44.进一步研究表明器件的短路电流密度受缓冲层厚度的影响很大,当缓冲层厚度很小时,器件短路电流密度还有所增加,但随着缓冲层厚度的增加,短路电流密度逐渐减小,当缓冲层厚度为10 nm时,器件短路电流密度减少到0.35 mA/cm².开路电压随着厚度的增加逐渐增加,从1 nm时的0.43 V增加10 nm时0.63 V.根据整数电荷转移模型和界面能级理论解释有机光伏器件开路电压提高以及短路电流密度减少的原因,为有机太阳能电池性能的改善提供了研究方法.     

海市蜃楼演示装置的改进

目前实验室的海市蜃楼演示装置需要多人操作,且演示周期长,实验现象不稳定.针对这些问题,对该装置进行了改进,增加了3层隔水薄膜,通过抽水机向装置内缓慢注水.改进后的装置演示现象直观、清晰,且实验现象保持的时间较长.     

多层增透薄膜透射特性仿真分析

基于多层薄膜的组成特性,建立了可见光波段以氧化铪和二氧化硅为高、低折射率材料的多层增透膜模型,计算机仿真结果表明:当膜层为单层膜时,其中心透射率为17.31%,通带宽度为102nm;而当膜层增至十一层和二十一层时,其中心透射率分别达到了99.30%和99.99%,但其通带宽度却分别下降至57.1nm和50.2nm.研究表明:随着膜层的不断增加,膜系的透射率也在逐渐增加,且透射率增加的趋势随着膜层数增加而变缓,峰值透射波长缓慢减小,通带半宽度也逐渐变小.     

基于[NPB+Zn(4-TfmBTZ)2-]电致激基复合物的有机电致白光器件

将不同浓度的NPB掺杂到一种新型有机电致发光材料Zn(4-TfmBTZ)2层中制备了有机电致白光及近白光器件,发现NPB浓度不仅影响器件的发光效率,而且影响器件的色度和显色指数.随着Zn(4-TfmB-TZ)2层中NPB摩尔分数从0％～10％逐渐增加,电致激基复合物的发射逐渐增强,器件发光效率先增加后减小,在相同电压下...     

有机层界面对双层有机发光二极管复合效率的影响

建立了双层有机发光二极管中载流子在有机层界面复合的无序跳跃理论模型.由于有机分子材料的空间及能带结构的无序性，采用刚体模型处理有机层界面问题是不恰当的，而采用无序跳跃模型比较合理.复合效率及复合电流由载流子跳跃距离、有机层界面的有效势垒高度及该界面处的电场强度分布所决定：在双层器件ITO/α-NPD/Alq₃/Al中，当所加电压小于19.5V时，复合效率随着载流子跳跃距离的增加而增加，而大于19.5V时，复合效率随着其距离的增加而减少；复合效率随着有机层界面有效势垒高度的增加而增加； 关键词： 有机层界面 双层有机发光二极管 复合效率 有效势垒高度 无序跳跃模型     

有机无机肥配施黑土胡敏酸结构光谱学特征

土壤有机质是土壤的重要组成部分,在土壤肥力、环境保护、农业可持续发展等方面都具有重要作用。腐殖质作为土壤有机质的主体,对土壤的一系列性质和形态产生影响,其数量、组成和性质可以反映一定的成土条件和过程,是土壤肥力的重要指标。由于腐殖质分子组成的不确定性,各种方法均存在一定的局限性,优化寻求更为准确可靠的腐殖酸表征方法已成为当前研究的热点。施肥方式改变土壤中胡敏酸的组成与结构,但短期的影响程度难以用常规的测定技术检测出来。利用38年的黑土长期定位试验,通过腐殖质组分HA的分离和纯化,多种光谱分析方法的联合应用,从物质结构的角度分析土壤中单施有机肥和有机无机肥配施对黑土HA有机化合物的分子结构变化的影响。分析显示,M和MNPK施肥处理较CK处理均可提高土壤有机碳和HA含量,增加土壤中HA的总反应热、中温放热值、2920/1720值、脂族C含量、f450/500值,表明单施有机肥和有机无机肥配施后土壤HA芳构化程度降低,脂族含量增加,结合简单化,但M施肥处理增加幅度小于MNPK施肥处理。分析结果表明：多种光谱技术的联合应用,可以相互认证其结果的准确性。同时试验结果也证明有机无机肥配施较单施有机肥,更能提高土壤有机碳和土壤HA的脂族C含量,增加作物产量,培肥地力。     

应用数码相机进行绿肥翻压后春玉米氮素营养诊断和产量预测

在绿肥翻压条件下,常规的玉米氮素营养诊断技术存在耗时、费力和可靠性差的缺点。基于数码相机的可见光光谱技术已被广泛应用于大田作物的氮素营养诊断,但尚未见应用于绿肥翻压后的玉米氮素营养诊断。为评价利用图像处理技术进行绿肥翻压后玉米氮素营养诊断和玉米产量预测的可行性,设置了不同施氮水平下的绿肥翻压试验,利用数码相机获取不同生育期玉米冠层数字图像,分析了玉米冠层图像色彩参数与氮素营养诊断指标和成熟期籽粒产量之间的关系。结果表明,绿肥翻压显著改善了玉米的氮素营养,不同生育期的玉米叶绿素含量(SPAD值)、地上部生物量和吸氮量均高于单施化肥处理;绿肥翻压处理下,玉米冠层光谱指数与氮素营养指标间的相关性较单施化肥处理低,且其相关性在不同的生育期有较大变异,其中,12叶期(V12)的蓝光标准化值(B/(R+G+B))与灌浆期(R4)的红光标准化值(R/(R+G+B))与植株氮营养指标相关性较好,二者均与玉米产量间呈显著直线回归关系,回归系数分别为45%和46%。因此,数字图像技术在进行绿肥翻压后玉米氮素营养的诊断和产量预测方面具有应用潜力,但应注意诊断时期和关键指标的选择。     

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氮官能团的影响

有机态氮是土壤氮素的主要存在形式,在农田生态系统氮循环中占有重要地位。了解土壤有机氮官能团组成,可为制定合理的农田管理措施提供科学依据。同步辐射软X射线近边吸收谱(N K-edge XANES)技术,是原位测定土壤有机氮官能团组成最有效的方法,但利用该技术对长期施肥条件下土壤有机氮官能团组成的研究尚未见报道。本试验利用N K-edge XANES方法,研究了长期(18年)不同施肥措施[即休闲(Fallow)、不施肥(CK)、施氮磷钾化肥(NPK)、有机肥配施化肥(NPKM)、1.5倍量的有机肥配施化肥(1.5NPKM)和玉米秸秆配施化肥(NPKS)]对黑土全土及粘粒中有机氮官能团的影响。结果表明：各处理均在401.2～401.6和402.7～403.1 eV范围内出现特征吸收峰,分别归属为酰胺/胺和吡咯类化合物,粘粒中特征吸收峰通常较全土更为明显。半定量分析结果指出,全土和粘粒均以酰胺/胺的相对比例最高,是有机氮官能团的主要存在形态;与休闲处理相比,对照处理中酰胺/胺的相对比例较低,而吡咯类氮的相对比例较高;有机无机配施条件下,酰胺/胺的相对比例随有机肥量的增加而下降,而吡咯类氮的相对比例则呈相反的变化趋势;全土中以NPKS处理的酰胺/胺相对比例最高,而粘粒中则以休闲处理的腈类/芳香氮相对比例最高。利用N K-edge XANES方法原位测定不同施肥措施下土壤有机氮官能团组成的变化是可行的。     

长期定位施肥对黑土养分平衡和胡敏素分子结构动态变化的影响

以黑土长期定位试验(始于1979年)为基础,根据土壤养分的输入和输出分析长期不同施肥处理的土壤养分收支状况。利用红外光谱和核磁共振光谱分析胡敏素(Humin,Hu)分子结构的动态变化特征并分析土壤养分收支状况与Hu结构变化之间的关系。结果表明：不同施肥措施在改变黑土养分含量的同时,影响了土壤中惰性组分Hu的分子结构。1980年-2014年有机无机肥配施(MNPK)处理可以满足作物对养分的吸收,土壤总养分含量有盈余,且较不施肥(CK)处理增加土壤有机碳含量,降低土壤C/N比,同时土壤Hu的2 920/1 620和2 920/2 850、脂族C/芳香C、烷基C/烷氧C和疏水C/亲水C比值均增加,表明黑土Hu分子结构变得脂族化、简单化,施肥可以增加土壤活性有机碳,减少惰性有机碳组分含量。有机肥(M)和氮磷钾化肥(NPK)处理不能满足作物对养分的吸收,土壤养分出现亏缺状况。红外光谱显示,施肥年限增加,有机肥(M)和氮磷钾化肥(NPK)处理土壤Hu的2 920/1 620下降,表明其脂族C含量降低;核磁共振光谱显示,氮磷钾化肥(NPK)和不施肥(CK)处理烷基C/烷氧C降低,表明其活性有机碳含量下降。虽然各施肥处理较不施肥(CK)处理整体增加土壤Hu的脂族C含量,降低芳香C含量,但随着施肥年限的增加,氮磷钾化肥(NPK)处理使土壤Hu结构有变复杂化的趋势。各养分盈亏量与土壤Hu的结构特征参数之间具有相关性,N,P₂O₅和K₂O养分盈亏量和总养分盈亏量与2 920/1 620、脂族C呈正相关,与芳香C呈负相关,表明养分状况可以影响土壤Hu的结构。节约经济成本情况下,轮作周期内施入一次有机肥,每年结合氮磷钾化肥的施入可以满足作物对养分的吸收,在提高作物产量的同时,改善土壤腐殖质惰性组分结构,培肥地力。     

长期绿肥翻压对西北旱地小麦籽粒矿质元素含量的影响

绿肥对保障作物高产、土壤培肥和养分高效利用有重要影响,但长期翻压绿肥对旱地小麦籽粒矿质元素的影响尚不清楚。故依托甘肃武威25年长期定位试验,采集试验中不施肥、化肥和绿肥3个处理的小麦成熟期籽粒样品,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)技术分析了长期绿肥翻压对小麦籽粒矿质元素的影响。结果表明,绿肥处理下小麦籽粒大部分矿质元素含量较不施肥处理有增加趋势,其中硅、铁和铷元素含量均较不施肥和化肥处理显著增加;绿肥处理下籽粒重金属元素与不施肥处理无显著性差异,但镍含量较化肥处理表现增加。因而,长期绿肥翻压能有效提高旱地小麦部分矿质营养元素,有利于在保障小麦高产的同时提高籽粒营养品质,但也应关注绿肥翻压对重金属元素在土壤-作物系统中行为的影响。     

西北灌漠土长期不同施肥改变土壤可溶性有机质的化学及光谱学特性

依托在河西走廊灌漠土上开始于1988年的长期定位试验,利用紫外-可见光谱、红外光谱、元素分析等方法研究了不同施肥处理下土壤可溶性有机质(DOM)的变化。试验设施用有机肥、绿肥、化肥和不施肥对照4个处理。结果表明,施肥增加DOM的含量,相比对照处理,有机肥处理、绿肥处理、化肥处理的可溶性有机碳(DOC)分别增加37%,29%,16%,可溶性有机氮(DON)分别增加334%,257%,182%,总碳水化合碳(TCs)分别增加90%,25%,2%,总有机酸碳(TOAs)分别增加195%,116%,58%。有机肥处理各指标比对照处理均差异显著,除TCs外绿肥处理、化肥处理的其他指标也比对照处理差异显著。紫外-可见光谱结果,施肥提高了DOM的紫外吸收特征值SUVA₂₅₄,SUVA₂₆₀,SUVA₂₇₂,SUVA₂₈₀,表明施肥增加了DOM的芳香及疏水部分比例、腐殖化程度、平均分子量,使DOM更趋于稳定。不同施肥处理间表现出相当一致的规律,有机肥效果最为明显,其次是绿肥、化肥。红外光谱分析结果,有机肥处理相对于其他处理芳香族特征峰从1 625 cm-1处向近红外方向移动出现在1 649 cm-1处,接近土壤胡敏酸芳香族特征峰(1 650 cm-1),说明有机肥处理土壤DOM的芳香性更高。绿肥处理在归属于糖、醇类及羧酸物质C—O伸缩振动的1 260～1 000 cm-1吸收峰高于其他处理,说明绿肥处理增加了土壤DOM的富氧基团类物质。化肥处理在归属于N—H振动的3 559,3 419和1 456 cm-1吸收峰高于其他处理,表明化肥增加了土壤DOM的胺类物质。元素分析结果显示有机肥、绿肥、化肥分别增加了C,O,N的相对含量。     

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。     

黑土长期定位施肥土壤富里酸的荧光特性研究

选取哈尔滨长期定位施肥对照处理(CK)、施用氮磷钾化肥(NPK)、有机肥马粪(OM)及有机肥与无机肥混施(MNPK)四个不同处理的土壤样品,利用荧光检测技术对土壤富里酸(Fulvic acid,FA)组分进行分析。荧光发射、激发与同步扫描主要特征峰及三维荧光图谱Peak a,b,c均显示:与CK比较,NPK处理均出现明显蓝移,而OM与MNPK出现不同程度红移,表明NPK可使土壤FA结构趋于简单化,OM与MNPK处理则使FA结构趋于复杂。通过对不同处理土壤FA荧光指数f450/500与A1 370~412 nm/A370~600 nm,A4 538~600 nm/A370~600 nm,A4/A1荧光面积积分比值等参数比较分析,进一步说明NPK处理土壤FA芳构化程度较低,而OM与MNPK长期施肥均使FA缩合度与芳构化程度升高。     

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。