川西平原还田秸秆腐解释放DOM的光谱特征

为掌握川西平原保护性耕作模式下还田秸秆腐解过程的光谱学特性,追溯还田秸秆对川西地区生态系统结构的影响过程,采集了该地区主要种植作物油菜、水稻的秸秆样本,利用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、三维荧光光谱(3D-EEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)三种光谱学表征手段,阐明秸秆各腐解阶段溶解性有机质(DOM)的光谱学特征,对比不同农作物秸秆快速淋溶阶段DOM(0~0.5 d)与腐解过程(0.5~90 d)的光谱学特征差异性,解析其变化机理。结果表明： 还田秸秆腐解过程中DOM的光谱学特性差异明显,伴随着芳香性物质的溶出、降解以及新生腐殖类物质的形成;由秸秆快速淋溶阶段释放DOM的E₂/E₃值最大而SUVA₂₅₄值最小可知该阶段溶出的物质芳香性和分子量相对较小;其芳香性组分的溶出主要集中在腐解前期(≤10 d),表现于该阶段E₂/E₃值逐渐减小且SUVA₂₅₄值逐渐增大,DOM中多糖峰、芳香C和酰胺峰变弱;难分解的纤维素、半纤维素和大分子蛋白质主要在腐解后期被降解;DOM中酚类、羰基类和羧酸类物质数量增加,使得DOM与有机污染物、金属离子的相互作用增强,进而调节农田土壤中污染物的迁移转化过程。本研究为川西平原秸秆还田的环境意义提供了基础数据和新证据,为该地区农业废弃物处理与资源化提供了依据。     

秸秆还田对旱田黄土可溶性有机质三维荧光光谱的影响

以西北旱田黄土为研究对象,分析玉米秸秆还田前后黄土可溶性有机质(DOM)的三维荧光光谱差异,探讨黄土腐殖化程度的变化情况及对Pb(Ⅱ)赋存形态的影响。实验结果表明：黄土DOM的荧光峰主要分布在λ_ex/em=240～270/280～340区域和λ_ex/em=325/450附近,分别归属为紫外区类富里酸以及可见光区类富里酸和腐殖酸类物质的荧光峰。秸秆还田60 d后,紫外区类富里酸荧光峰值增加,在λ_ex/em=250/440附近和λ_ex/em=320～350/350～400区域出现新的腐殖酸荧光峰。黄土腐殖化程度随秸秆还田时间的延长而增加,Pb(Ⅱ)的生物有效性随腐殖化程度的增加而降低。三维荧光光谱可以有效表征秸秆还田前后黄土DOM的变化特性。     

钙盐对秸秆腐解过程及产物可溶性有机质三维荧光光谱特征的影响

秸秆是重要的有机资源,研究不同钙盐对秸秆腐解过程的影响及腐解产物性质差异,为有机物料高效利用、高质腐熟提供理论依据和技术参考。以水稻秸秆为供试物料,通过添加不同类型钙盐(不添加(CK),添加CaC₂O₄, Ca(OH)₂, CaCO₃, CaCl₂, CaSO₄和Ca(H₂PO₄)₂),进行室内秸秆腐解试验,测定不同腐解时期(30, 60和180 d)各处理秸秆的腐解速率及腐解产物化学性质变化,利用三维荧光光谱(3DEEM)技术和平行因子方法(PARAFAC)探究秸秆腐解产物可溶性有机质(DOM)的化学组成变化特征。结果表明：(1)较对照而言,CaC₂O₄, Ca(OH)₂, CaCO₃和CaSO₄处理秸秆碳的转化率中分别增加了25.6%, 44.1%, 33.6%和29.7%,在C...     

城市生活垃圾堆肥胡敏酸动态光谱特性研究

利用城市生活垃圾中降解部分,采用工厂化工艺进行堆肥,对堆肥过程中胡敏酸动态光谱特性进行了分析。结果表明,随着堆肥进行,胡敏酸在短波长的荧光强度明显降低,并且主体峰位置发生改 变,逐渐靠近土壤胡敏酸的主峰位置。红外光谱解析显示,胡敏酸结构中多糖类脂类等小分子化合物随着堆肥时间的延长而减少,而芳族类化合则呈增加的趋势。紫外扫描光谱进一步证实,在堆肥过程中 ,胡敏酸分子共轭作用、缩合度增加,腐殖化程度明显。但与土壤胡敏酸的E₄/E₆值、光谱特性比较表明,堆肥后的胡敏酸具有相对简单的分子结构,活性较高。     

填埋垃圾稳定化进程的光谱学特性表征

采用光谱分析技术,对4个不同填埋年限垃圾提取出的水溶性有机物(DOM)进行了研究,探讨DOM的荧光和紫外光谱变化特征在填埋场稳定度表征中应用的可能性。荧光光谱显示：填埋0年垃圾DOM以类蛋白物质为主,而填埋1,5,10年垃圾DOM以类腐殖质物质为主,并且随着填埋龄的延伸其紫外区和可见光区荧光峰强度的比值r_(A,C)及荧光指数f_450/500呈下降趋势;DOM的紫外吸收光谱也表明,随着填埋年限的延伸填埋垃圾DOM的分子量增大,腐殖化程度加强,单位水溶性有机物浓度DOM的254 nm紫外吸收值SUVA随着填埋龄呈上升趋势,但DOM在465及665 nm吸光度值的比E₄/E₆随填埋龄的变化规律不明显。因此,填埋垃圾DOM的r_(A,C),f_450/500及SUVA值可以有效地表征填埋场和填埋垃圾的稳定化进程。     

板翅式换热器的动态特性分析解

本文用四个连接矩阵描述多股流换热器通道的连接方式、流体的分流和旁通,获得了多股流换热器及其网络动态特性的通用分析解。应用Pingaud模型对板翅式换热器翅片的动态特性进行简化,从而使该通用解可用来求解多股流板翅式换热器的动态特性。通过计算结果和实验的比较,证明此通用解适用于板翅式换热器动态特性求解。     

三种胡敏酸对阿特拉津的吸附特性及机理研究

研究了3种不同来源的胡敏酸对阿特拉津的吸附特性和吸附机理。文中针对黑土胡敏酸、栗钙土胡敏酸和市售胡敏酸样品,采用批量平衡震荡法进行其对除草剂阿特拉津的吸附实验,并利用傅里叶红外光谱和电子顺磁共振波谱两种分析方法探讨其吸附机理。结果表明:3种胡敏酸对阿特拉津的吸附均是一个先快后慢的过程,其动力学曲线均符合对数和双曲线函数关系。3种胡敏酸对阿特拉津等温吸附线均为L型曲线,且符合线性模型和Freundlich模型,其中市售胡敏酸因其结构差异与土壤提取胡敏酸等温吸附线存在明显差异。IR分析表明,胡敏酸与阿特拉津之间存在氢键、质子转移、电荷转移和范德华力等弱作用力;而ESR检测证实胡敏酸与阿特拉津在吸附过程中发生了电荷转移。     

复合污染黄土异位柱淋洗淋溶组分的光谱特性研究

土壤污染已成为威胁全球人类生存的重大战略性问题。据统计,中国至少有1/5的耕地受到重金属污染,总面积达2 000万ha。由土壤污染引发的食品安全问题、人类健康问题、生态环境问题愈演愈烈,污染程度有逐年加重的趋势。及时有效地治理污染土壤已成为学者们关注的重点。化学淋洗法是较为有效的污染土壤修复方法,但土壤淋洗过程组分流失现象不可忽视,因为这可能在去除土壤污染物的同时,导致土壤肥力下降、理化属性改变或土壤生态功能的彻底丧失。土壤淋洗过程淋溶组分的光谱特性研究,可以为污染场地修复工程提供决策参考,对于恢复土壤生态功能具有重要的指导意义,但目前来看这方面的研究还略显欠缺。本研究以乙二胺四乙酸(EDTA)为淋洗液,通过异位柱淋洗实验研究铅/镉复合污染黄土淋洗过程中的组分淋失特性,主要包括黄土盐基离子、黄土养分、粘土矿物和有机质。借助X射线衍射(XRD) 和扫描电镜 (SEM) 分析淋洗过程对黄土粘土矿物的影响,同时跟踪识别淋洗液中可溶性有机质 (DOM) 的三维荧光光谱 (3D-EEM) 特性。研究表明：EDTA对污染黄土的淋洗过程能够造成组分淋失。淋洗过程结束的240 min时,EDTA对铅和镉最终淋洗率分别为49.86%和62.25%。盐基离子中的Na离子和黄土养分中的硝态氮最易淋失,淋洗过程对黄土粘土矿物的影响基本可以忽略。反应前期(10 min) 淋洗液中最先出现的是类富里酸类物质(E_ex/em=240～250/320～340, E_ex/em=260～290/450~470);到淋洗中期 (60 min) 类胡敏酸类物质荧光峰(E_ex/em=290~320/430~490) 开始出现,同时类富里酸荧光峰(E_ex/em=240/320)有减弱趋势;反应后期(120和240 min) 荧光峰强度均明显降低,这反映了淋洗液中荧光组分组成特性差异。光谱联用技术可以有效表征污染黄土淋洗过程淋失组分特性差异。     

以光谱技术对旱田黄土复合污染的异位柱淋洗修复研究

土壤污染具有隐蔽性、滞后性、累积性和不可逆转性的特点,其毒性危害要通过长时间的作物富集和食物链循环才能显现出来。现阶段,土壤污染多具有复合污染属性,如何对典型地区复合污染土壤进行修复和治理,具有重要的现实意义和理论价值。西北黄土区是我国重要的黄土分布区,以模拟Pb和氯吡硫磷复合污染旱田黄土为研究对象,通过异位柱淋洗实验考察乙二胺四乙酸 (EDTA)对污染黄土的修复效果,采用紫外分光光度法 (UV)、原子吸收 (AAS)、扫描电镜-X射线能谱 (SEM-EDS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等光谱手段揭示黄土淋洗特性和机制。实验结果表明：淋洗液流速和pH值能不同程度地影响淋洗曲线。在实验条件下,经过240 min的淋洗反应,能去除黄土中70%以上的Pb和90%以上的氯吡硫磷,淋洗后黄土Pb的有效性大幅度降低。黄土形貌从淋洗前的表面致密、凹凸不平变为淋洗后的轮廓不清、颗粒分散,EDS数据初步解释了淋洗过程Pb的去除和部分土壤元素的淋洗损失。淋洗过程导致FTIR图谱中部分波峰位移、消失或峰强减弱,体现出黄土体系化学环境的变化,推测淋洗过程对以物理吸附方式与土壤结合的污染物处理效果更好。应用EDTA异位柱淋洗修复Pb和氯吡硫磷复合污染黄土是可行的,具有一定实际应用潜力。     

蒸汽爆破对玉米秸秆理化特性的影响

 在木质纤维素研究领域,对其理化特性进行深入研究有利于资源化开发利用。基于热解实验、傅立叶红外光谱、X射线衍射和扫描电镜分析方法,针对玉米秸秆蒸汽爆破后理化特性的变化进行了研究。结果表明：玉米秸秆蒸汽爆破后热解区域比对照具有更宽的温度范围,最大热分解速率显著提高,反应活化能降低16.25%;木质纤维素特征官能团所对应的特征峰吸收强度差异显著;细胞壁的层次结构破碎化,纤维素结晶度降低14.57%。在此基础上构建了蒸汽爆破过程机理模型。实验结果表明：蒸汽爆破对木质纤维素类材料理化特性的改变有显著影响。     

西北旱作农田黄土指纹图谱的光谱学鉴定

采用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线荧光光谱(XRF)、 X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR) 等手段对西北典型旱作农田黄土样品进行表征,Tessier连续提取法分析黄土Pb的赋存形态及含量。结果发现：黄土样品比表面积较大 (291 m2·g-1),粉粒土壤占到80.87%的比例。黄土表面轮廓清晰,可见颗粒聚集形成叠片状结构,晶片厚约3～5 μm。黄土矿物相主要为石英和钾云母,同时含有少量钾长石和蛇纹石等。FTIR图谱表明高岭石和方解石也是构成黄土样品的重要组分,但有机质的特征峰不明显,说明土样中有机质含量较低。Tessier连续提取法表明：土样中Pb全量比陕西省和全国土壤Pb的平均含量要高,其中残渣态Pb占Pb全量的64.04%。黄土指纹图谱的鉴定可以为后续污染土壤修复研究提供参考。     

黄土高原水蚀风蚀交错区不同类型生物土壤结皮光谱特征

黄土高原水蚀风蚀交错区生物土壤结皮光谱特征的研究,为基于遥感的区域尺度生物土壤结皮的识别提供了重要的科学价值,为进一步估算生物土壤结皮在区域水土流失防治中所起的作用提供了重要的技术支持。采用地物光谱测定技术,在黄土高原水蚀风蚀交错区六道沟小流域对不同覆盖度藻类和不同类型藓类生物土壤结皮以及不同高等植被进行了光谱测定,并进行定量分析。研究表明,黄土高原水蚀风蚀交错区藻类生物土壤结皮与土壤具有相似的光谱特征,光谱曲线没有明显的“峰-谷”。藻类生物土壤结皮光谱特征主要表现为光谱反射率随生物土壤结皮覆盖度增加而降低的变化规律;其中可见光区,覆盖度10%~20%,30%~40%及50%~60%藻类生物土壤结皮相比于裸地,反射率归一化均值分别下降了8.64%,15.80%和23.09%。随藻类结皮覆盖度增加,680 nm处吸收特征(叶绿素)越来越明显,2 200 nm处吸收谷(次生矿物)越来越小。藓类生物土壤结皮光谱曲线表现出与高等植物相似的特征,形成绿波段的反射峰和红光波段的吸收谷以及近红外波段的高反射。但在760~930 nm区间,藓类生物土壤结皮的斜率明显大于高等植物, 藓类生物土壤结皮的光谱斜率Slope_(930/760)是高等植物的2.5～4.5倍。黄土高原生物土壤结皮光谱特征的研究可为生物土壤结皮的遥感识别提供一定的理论依据和技术支持。     

原位土培秸秆育苗容器的降解特性光谱分析

为研究新型可降解育苗容器降解行为,以改性大豆胶为基体树脂,秸秆为增强材料热压制备的秸秆育苗容器为研究对象,利用原位土培降解秸秆育苗容器,采用纤维素测定仪、傅里叶红外光谱(FTIR spectra)、扫描电镜-X能谱(scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy,SEM-EDS)以及热重(thermo-gravimetry,TG)等分析手段,对秸秆育苗容器土培降解前后物理、化学组分和结构变化进行表征。研究结果表明:与土培前秸秆育苗容器相比,土培降解秸秆容器中纤维素、半纤维素和木质素相对含量从29.03%,30.44%和12.52%降低至21.43%,21.41%和9.54%;FTIR分析表明土培降解后秸秆育苗容器中酯键和脂肪键发生断裂,且芳香族特征峰明显减弱;SEM-EDS谱图结果证明秸秆容器中微纤丝链段、基体树脂溶解,材料表面发生氧化降解;TGA结果分析表明土培秸秆容器内部存在大量小分子物质,分解后残余物耐热性提高。     

干旱、半干旱区生物土壤结皮遥感光谱研究进展

介绍了生物土壤结皮遥感光谱特性和遥感监测方法研究进展。主要论述了生物土壤结皮光谱的变异性与土壤水分的关系,分析了生物结皮对区域植被遥感解译的影响。干湿生物结皮的光谱差异以及土壤浅表层水分的更替会造成植被动态的错误解译和生态系统生产力的过高估计,经研究得出,100%盖度的干湿苔藓结皮NDVI之差大约0.35(干苔藓结皮0.30,而湿苔藓结皮0.65),100%盖度干湿藻类结皮NDVI之差大约0.15(干藻类结皮0.15,而湿藻类结皮0.30),最大值合成法(max value composite, MVC)会使分布有相当盖度的苔藓结皮的区域的NDVI求解受降水的影响很大,会造成该区域短时间内NDVI不稳定性,而影响植被动态解译。综合国内外研究认为,生物结皮研究中,除了考虑不同土壤水分下生物结皮的光谱外,还应考虑生物结皮光谱的季节差异。     

重金属污染水稻的冠层反射光谱特征研究

利用野外光谱仪获取矿区农田重金属污染水稻的冠层反射光谱,通过曲线模拟和统计分析提取了与水稻冠层叶片重金属含量变化极显著相关的光谱敏感波段(Pb, 460 nm;Zn, 560 nm;Cu, 660 nm;As, 1 100 nm)、归一化植被指数(Pb, NDVI_{(510, 810)};Zn, NDVI_{(510, 870)};Cu, NDVI_{(660, 870)};As, NDVI_{(510, 810)})和“红边”位置等水稻冠层反射光谱特征。表明水稻重金属污染可以被地面遥感传感器快速检测,其浓度变化与所提取的光谱特征之间存在极显著相关,归一化植被指数与“红边”位置对光谱信息的表达要优于敏感波段。归一化植被指数以及“红边”位置可以作为水稻重金属污染遥感监测模型的光谱特征参数选择参考。同时,文章提出了利用遥感技术监测水稻重金属污染的“光谱临界值”概念, 并计算出研究中各重金属对应的“光谱临界值”。