三维荧光与神经网络研究城市河流沉积物孔隙水有机物组成与结构特征

应用三维荧光技术结合自组织神经网络方法,研究典型城市河流沉积物孔隙水中水溶性有机物(DOM)与颗粒性有机物(POM)组成结构及空间分布特征。自组织神经网络是一种非监督神经网络算法,能够从有机物三维光谱中提取不同的荧光组分,表征各组分的含量。沉积物是重要的有机碳库,而沉积物孔隙水中有机物的多寡可直接反映其环境特征。人们对水体中沉积物孔隙水中的DOM与营养盐特征的研究较多,而对POM的研究较少,尤其对重污染城市支流河的研究更少。因此,选取沈阳市白塔堡河为研究对象,沿河源、农村、城市区域河段采集沉积物孔隙水样品,提取DOM与POM,检测样品的三维荧光光谱。DOM的f_450/500值为1.82～1.91,表明DOM主要是微生物源;POM的f_450/500值为1.42～1.68,表明POM主要以陆地输入为主。自组织神经网络解析DOM与POM含有类酪氨酸、类色氨酸、类富里酸与类胡敏酸等物质,类酪氨酸主要源于新鲜的具有高氧化的类蛋白物质,而类色氨酸主要为微生物代谢产物。DOM的各组分丰度之和为POM的2倍,类酪氨酸平均相对丰度在50%以上,类色氨酸的平均相对丰度为18.8%～23.1%,类富里酸相对丰度比类胡敏酸的高,但两者在有机物组分所占比重小。通过主成分分析,DOM与POM特征呈现沿河源、农村、城市区域河段变化,表明白塔堡河深受人类活动的影响。     

二维相关荧光光谱探究土壤富里酸亚组分的质子键合多相性

利用同步荧光光谱（SFS）结合二维相关光谱（2D COS）和修正Stern-Volmer模型探究了森林土壤富里酸（FA）亚组分的质子键合多相性。利用XAD-8吸附树脂结合Na₄P₂O₇缓冲溶液逐步洗脱方法成功将土壤FA分级为异质性低的FA亚组分（FA₃-FA₁₃）。FA₃-FA₁₃含有类蛋白（类酪氨酸和类色氨酸）、类富里酸和类腐殖酸组分，且FA₇-FA₁₃比FA₃和FA₅含有更多含量的类蛋白组分。FA₃-FA₁₃中不同荧光组分的光谱峰强受溶液碱性pH值变化的影响较为明显。FA₃-FA₁₃的2D COS同步和异步相关谱图中自峰和交叉峰的复杂分布与荧光组分的质子键合多相性有关。FA₅-FA₁₃中类蛋白、类富里酸和类腐殖酸组分因pH值变量扰动而产生的光谱变化方向相同。在碱性pH值条件下，修正Stern-Volmer模型定量拟合FA₃-FA₁₃中荧光组分的解离常数（pK_a值），其中类酪氨酸、类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸的pK_a值范围分别为6.11，8.93～10.12，9.32～10.65和9.70～10.63（R>0.854）。FA₃中类酪氨酸组分的低pK_a值（6.11）表明类酪氨酸组分含有更多含量的芳香族结构和相邻酚基官能团。FA₃-FA₁₃中类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸组分的相似pK_a值（8.93～10.65）与羟基苯和氨基酸的pK_a值（8.0～12.02）相近，表明类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸组分具有相似的质子亲和力，且酚基官能团和氨基酸组分在其质子键合过程中起主要作用。FA₃-FA₁₃中特定波长处荧光组分的波长连续变化顺序与其pK_a值递增趋势相一致，且质子结合位点的多相性特征同时存在于FA亚组分的不同荧光组分间和相同荧光组分内。FA₃中特定波长处类酪氨酸和类色氨酸组分的pK_a值（6.11～9.16）小于类腐殖酸组分（9.70～9.97），且荧光组分的递增趋势与波长连续变化的顺序（250 nm→275 nm→425～490 nm）相一致。FA₅-FA₁₃中特定波长处类色氨酸组分、类富里酸和类腐殖酸组分的pK_a值递增趋势与波长连续变化的顺序表现出相一致的规律：275 nm（8.93～9.70）→375～495 nm（9.88～10.16）→350 nm（10.65）（FA₅和FA₇），275 nm（10.11）→290～400 nm（10.35）（FA₉）和265～345 nm（9.32～9.80）→360～450 nm（10.06～10.13）（FA₁₃）。同时，FA₁₃中同一类富里酸组分的波长和pK_a值存在325 nm（9.32）→375～425 nm（10.06～10.13）的连续变化顺序。SFS-2D COS结合修正Stern-Volmer模型具有降低光谱重叠率和捕获光谱波长连续变化的优势，为深入研究有机质和污染物间复杂相互作用提供支撑。     

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。     

应用SFS与FTIR二维相关光谱研究水体中DOM组成结构及空间分异特征

二维相关光谱(2D-COS)是将动态光谱扩展到两个维度,包含同谱与异谱,具有扩展分离重叠峰、判断不同组分变化顺序等特征。2D-COS异谱将两种不同类型的光谱整合成为一种光谱,研究不同波段之间的相关性,辨析组分变化的两种光谱的互补关系。应用同步荧光(SFS)、傅里叶变换红外(FTIR)与2D-COS方法,研究乌梁素海水体中DOM组成结构特征,分析DOM组分及官能团之间的协变性,揭示其空间分异规律。水体中DOM由C=O, C—H,N—H,C—O等官能团构成,主要包含类蛋白质(PLF)、微生物类腐殖质(MHLF)、类富里酸(FLF)和类胡敏酸(HLF)等组分,其中MHLF为主要组分。水体中荧光物质、PLF以及MHLF的相对丰度由大到小顺序均为北部南部中部。FLF相对丰度由大到小的顺序是南部北部中部,而HLF相对丰度较稳定。SFS的2D-COS分析表明:北部水体中PLF变动较大,变动顺序为PLF→MHLF;中部水体中MHLF变动较大,其与PLF变动趋势相反,变动顺序为PLF→MHLF;南部水体中FLF变化较大,变动顺序为PLF→FLF→MHLF。FTIR的2D-COS分析表明:北部水体中C—O变动较大,与C—H, C=O变动趋势相同,变化顺序为C—O→C—H→C=O;中部水体中C—O变动较大,与N—H, C=O变动趋势相同,变动顺序为C—O→N—H→C—H→C=O;南部水体中C—O变动较大,与N—H, C=O变动趋势相同,变动顺序为C—O→C—H→C=O。SFS与FTIR的2D-COS异谱相关分析表明:北部水体中PLF与C—O的变化趋势相同,中部水体中C—O,N—H, C=O与MHLF变化趋势相同,而与PLF的变化趋势相反,南部水体中C—O,C—H,N—H, C=O与FLF变化趋势相同。     

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。     

不同溶解氧水平上覆水中DOM荧光特性及总氮含量评估

采用荧光光谱技术研究不同溶解氧(DO)水平下二十埠河底泥上覆水中溶解性有机物(DOM)转化特性及类蛋白荧光强度与总氮浓度的关系。三维荧光光谱显示：上覆水中DOM主要由三种类蛋白物质(高激发波长类酪氨酸、低激发波长类酪氨酸、低激发波长类色氨酸)和两种类富里酸物质(紫外区类富里酸、可见区类富里酸物质)组成,类蛋白物质是上覆水中DOM的主要成分。经过曝气后类蛋白荧光强度均存在明显降低,其中低激发波长酪氨酸和低激发波长色氨酸相对于高激发波长酪氨酸更易被微生物降解。而类富里酸荧光强度则均呈现增强趋势,表明类富里酸物质属于难降解有机物。上覆水中DOM荧光指数介于1.65~1.8之间,表明上覆水体DOM既有陆源又有生物源但以生物源为主。荧光指数随DO增加而增大,说明随着DO增加微生物量及微生物活性逐渐增加,微生物代谢功能增强,使得上覆水中DOM的生物源成份加大。在较高的溶解氧水平下,即DO分别为2.5,3.5和5.5 mg·L-1时,高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度与上覆水中总氮浓度有良好的相关性,相关系数(r2)分别为0.956,0.946,0.953,说明可以通过三维荧光技术监测高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度而快速分析上覆水中总氮浓度,为河道水体诊断、治理及修复提供快速有效的技术参考和理论支持。     

可见光-近红外、中红外光谱的土壤有机质组分反演

土壤有机质是土壤肥力的物质基础,其含量的高低是评价土壤肥力的重要标志。土壤有机质组分根据其溶解性可分为胡敏素(HM)、胡敏酸(HA)、富里酸(FA),不同组分的肥力特性差异显著,因此,土壤有机质组分数据可更加全面、客观的反映土壤肥力状况。传统土壤土壤有机质及组分的测定工序繁杂,效率低下且时效性差,大量研究表明高光谱技术能有效提高土壤属性的检测效率并降低测试成本,但关于可见光-近红外、中红外光谱检测土壤有机质组分的报道鲜见。为了探索中红外光谱及可见光-近红外-中红外组合光谱对土壤有机质组分检测的可行性,并对比有机质单一光谱模型与有机质不同组分的组合光谱模型的预测精度,以南疆地区农田土壤为例,在阿克苏及和田地区共采集93个土样,进行有机质、胡敏素、胡敏酸、富里酸含量及光谱数据的测定。其次,利用可见-近红外(VNIR)、中红外(MIR)及其组合光谱(VNIR-MIR)三种光谱数据集,采用偏最小二乘(PLSR)、支持向量机(SVM)、随机森林(RF)三种建模方式对土壤有机质、胡敏素、胡敏酸、富里酸含量进行组合模型分析预测。结果表明：(1)土壤有机质及各组分均与光谱反射率有较好的相关性,土壤有机质及组分在MIR谱段的特征波段数量明显多于VNIR谱段。(2)有机质最优预测模型的模式为VNIR-MIR-RF,该模型的决定系数R2为0.90;胡敏素与胡敏酸最优预测模型的模式均为VNIR-RF模型,R2均为0.92;富里酸最优预测模型的模式为MIR-RF模型,R2为0.94。(3) 基于胡敏素、胡敏酸和富里酸的有机质组合光谱模型的预测精度明显高于有机质单一光谱模型,两种模型的R2分别为0.93和0.90。实现了土壤有机质组分的高效快速反演,且基于有机质组分的组合模型提高了土壤有机质预测精度,为南疆地区大尺度土壤肥力的鉴定与精准施肥提供重要的参考价值。     

不同溶解氧水平上覆水中DOM荧光特性及总氮含量评估（英文）

采用荧光光谱技术研究不同溶解氧(DO)水平下二十埠河底泥上覆水中溶解性有机物(DOM)转化特性及类蛋白荧光强度与总氮浓度的关系。三维荧光光谱显示:上覆水中DOM主要由三种类蛋白物质(高激发波长类酪氨酸、低激发波长类酪氨酸、低激发波长类色氨酸)和两种类富里酸物质(紫外区类富里酸、可见区类富里酸物质)组成,类蛋白物质是上覆水中DOM的主要成分。经过曝气后类蛋白荧光强度均存在明显降低,其中低激发波长酪氨酸和低激发波长色氨酸相对于高激发波长酪氨酸更易被微生物降解。而类富里酸荧光强度则均呈现增强趋势,表明类富里酸物质属于难降解有机物。上覆水中DOM荧光指数介于1.65~1.8之间,表明上覆水体DOM既有陆源又有生物源但以生物源为主。荧光指数随DO增加而增大,说明随着DO增加微生物量及微生物活性逐渐增加,微生物代谢功能增强,使得上覆水中DOM的生物源成份加大。在较高的溶解氧水平下,即DO分别为2.5,3.5和5.5mg·L-1时,高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度与上覆水中总氮浓度有良好的相关性,相关系数(r2)分别为0.956,0.946,0.953,说明可以通过三维荧光技术监测高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度而快速分析上覆水中总氮浓度,为河道水体诊断、治理及修复提供快速有效的技术参考和理论支持。     

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...     

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...     

洱海上覆水DOM荧光特征及对富营养化的指示意义

湖泊溶解性有机物（DOM）组成特征对水质具有重要的影响,研究上覆水DOM组成特征对指示湖泊富营养化现状具有重要意义。采用荧光光谱区域体积积分分析法（FRI）定量分析洱海上覆水DOM组分时空变化,以及DOM组分与水质因子间的关系,对比分析不同来源入湖水体、不同富营养化程度高原湖泊上覆水DOM组分荧光特征。结果表明,洱海上覆水体DOM主要以类腐殖酸为主,其次为类富里酸,洱海DOM总量及类腐殖酸组分中部较高,色氨酸和络氨酸等类蛋白质DOM南部较高,类富里酸DOM北部较高。藻华易发期（10月）类蛋白质和类富里酸DOM较低,类腐殖酸DOM显著增加,DOM生物源降低,DOM生物活性降低。洱海沉积物内源释放和入湖河流主要影响上覆水中类腐殖酸DOM,湿沉降主要增加类蛋白质DOM。在湖泊贫营养阶段类富里酸DOM对水质影响较大,在富营养阶段类腐殖酸DOM对水质影响较大。随着湖泊富营养化程度的加剧,上覆水类蛋白质和类富里酸DOM所占比例呈下降趋势,微生物降解产物和类腐殖酸DOM所占比例呈增加趋势。DOM荧光组分占比变化对湖泊富营养化具有指示作用。     

基于荧光光谱分析秸秆深埋还田黑土剖面DOC组分结构变化特征

以黑土为研究对象,分析不同深度玉米秸秆还田(0～2, 3～10, 11～20, 21～30和31～40 cm)后可溶性有机碳(DOC)的荧光特性差异,探讨秸秆深还田后腐殖化程度的变化特征。结果表明：秸秆还田可提高土壤DOC的含量。三维荧光光谱特征表明,土壤DOC的荧光组分均为2种,CK～T4处理分别为类腐殖质物质组分(Ex/Em=250～275/455 nm)和类色氨酸物质组分(Ex/Em=225～237/340～350 nm),而T5处理分别为类腐殖质物质组分(Ex/Em=250～275/455 nm)和类酪氨酸物质组分(Ex/Em=225/304 nm),还田31～40 cm深度有较小的自生成分,且腐殖化系数最高。土壤DOC组分C1的荧光强度有随着秸秆还田深度的加深而增大的趋势,C2组分则呈波动性的状态,荧光强度先增强再减弱。土壤DOC受自生源和外生源共同作用(FI>1.4, 0.6相似文献   

不同海拔下青海草甸土中溶解性有机质的荧光光谱特征

溶解性有机质（DOM）是土壤中对气候变化较为敏感的组分，在重金属迁移转化、碳释放等土壤环境化学过程中占有重要地位。同时，青藏高原也是对气候变化最为敏感的地区之一。而应用荧光光谱来探明气候条件的变化对土壤DOM的影响，从而确定气候变化背景下DOM的环境化学行为方面的研究较少。通过采集青海板达山不同海拔高度下（2 800，3 000，3 300，3 600和3 900 m）的草甸土，应用三维荧光-平行因子分析的方法测定土壤中DOM的荧光光谱，揭示草甸土中DOM的来源、组成和性质对不同海拔气候条件的响应特征。结果表明：海拔对土壤理化性质有重要影响。随海拔升高，土壤pH显著降低，而有机质的平均值则从6.32%提高至13.75%，但溶解性有机碳含量未有显著性变化。同时，海拔对DOM的来源与性质也产生影响。DOM的BIX指数随海拔升高而升高，表明：微生物源对高海拔土壤中DOM的贡献更高，可能是由于高海拔下的低温限制了植物残体等的分解和有机质的矿化。而FI指数（1.332~1.621）处于自生源特征值（FI=1.9）和陆生源特征值（FI=1.4）之间，表明：DOM的来源既有自生微生物活动产生，又有植物残体与根际分泌物等陆源的输入。但HIX指数在不同海拔土壤DOM中无显著性差异，说明：海拔的升高未显著改变DOM的腐殖化程度。平行因子分析的结果显示，在青海草甸土DOM中识别出6个有机组分（C1-C6），分别是：两个类胡敏酸组分（C2和C4）、两个类富里酸组分（C1和C3）、一个水溶微生物副产物（C5）和一个类蛋白组分（C6）。其中，类富里酸和类蛋白分别是DOM中占比最高（54.69%~59.78%）和最低（5.42%~8.47%）的组分，类胡敏酸则平均占DOM的25.08%。对不同海拔下DOM的有机组分进行主成分分析，结果显示：各海拔土壤DOM的样点基本分散开，这说明DOM的组成对海拔高度具有响应。类富里酸组分C3、类胡敏酸组分C4和类蛋白组分C6对各DOM组成差异的贡献最大。随海拔升高，C3和C6的相对比重显著升高，C4则显著降低。这说明高海拔的气候条件对类富里酸和类蛋白的生成有增强作用，但限制了类胡敏酸的产生。研究表明：不同海拔气候条件下，青海草甸土中DOM的来源、性质和组成均有重要差异，研究结果对评估青藏高原地区的土壤碳库，并为预测全球气候变化背景下DOM对土壤中重金属迁移转化和碳循环等环境化学行为的影响提供理论基础。     

抗酸化微生物复合菌系对餐厨垃圾堆肥腐殖质组分光谱学性质的影响

抗酸化微生物复合菌系（AAMC）通过多种耐酸、嗜酸微生物的协同作用,在克服由于酸化抑制导致的餐厨垃圾堆肥发酵崩溃问题方面效果显著,接种AAMC可明显加速有机物质降解。然而生物堆肥存在有机物彻底降解和碳重新固定（形成稳定的腐殖质类物质）两种途径,有机质降解与腐殖质形成具有互动关系,为腐殖质形成提供原材料。为探究接种AAMC对餐厨垃圾堆肥腐殖质品质的影响,采用树脂柱法进行腐殖质分组,分别研究接种AAMC对富里酸、亲水性组分和胡敏酸3个组分分子结构复杂度和稳定性的影响。设接种组（AAMC）、加碱组（MgO和K₂HPO₄）和自然堆肥组3个处理,采用三维荧光技术（EEM）结合两种定量表征方法区域体积积分（FRI）和平行因子分析（PARAFAC）,实现对富里酸、亲水性组分和胡敏酸3个组分光谱学性质定量表征的准确性和完整性。FRI结果显示,堆肥结束后3个腐殖质组分中表征简单分子结构组分例如羧基或蛋白源结构区域的P_{i, n}值均降低,接种组降低幅度显著大于对照组,降低幅度大小排序为：接种组＞加碱组＞对照组。表征高芳香度和缩聚程度的胡敏酸类物质区域的P_{i, n}值均上升,且接种组上升幅度显著高于其他两处理,上升幅度排序也为：接种组＞加碱组＞对照组。PARAFAC结果显示,富里酸和胡敏酸组分又可分成短波长胡敏酸、长波长胡敏酸和色氨酸或类蛋白类物质3个组分,亲水性组分又可分为短波长胡敏酸、色氨酸和酪氨酸3个组分。堆肥结束后,表征短波胡敏酸和长波胡敏酸组分的F_max升高,而表征色氨酸等类蛋白类物质组分的F_max降低,升高或降低的幅度接种组最高,显著高于加碱组和对照组。综上结果说明接种AAMC可明显促进腐殖质组分子结构复杂化、稳定化,提高腐殖质组分高芳香度和缩聚程度,改善餐厨垃圾堆肥腐殖质品质,利于施用堆肥土壤保水保肥。这可能与AAMC具有高的小分子有机酸降解、转化能力,可规避酸累积对堆肥微生物活性的抑制导致的堆肥腐殖化效率低的问题密切相关。添加化学缓冲剂也能一定程度促进腐殖质组分稳定化、结构复杂化和提高堆肥腐殖化程度。这可能与堆料pH的改善,使得小分子有机酸可被持续降解和转化,有利于堆肥腐殖化进程有关。     

厦漳地区原水DOM的3-DEEM-FRI表征与分析研究

采用三维荧光光谱结合荧光区域积分分析法（3DEEM-FRI）研究了厦漳地区江东泵站、北溪水闸、汀溪水库、莲花水库、坂头水库以及石兜水库原水中溶解性有机物（DOM）的荧光特性、污染特征及其他水质指标与各荧光区域积分体积之间的相关性。结果表明,三种荧光组分-荧光类蛋白质组分（组分Ⅰ,C1）、荧光类蛋白质组分（组分Ⅱ,C2）以及类富里酸组分（组分Ⅲ,C3）在所调查水样中均有显著检出,而溶解性微生物代谢产物组分（组分Ⅳ,C4）在莲花、坂头以及石兜水样中有检出,类腐殖酸组分（组分Ⅴ,C5）在所调查水样中检出不明显;不同水体中同一组分的相对含量差别不大,其中荧光类蛋白质组分占比（P_{1, n}+P_{2, n}）均在60%以上,组分Ⅲ（P_{3, n}）与组分Ⅳ占比（P_{4, n}）均在10%～20%之间,组分Ⅴ占比（P_{5, n}）小于6%;荧光特征参数（1.28β∶α<0.97）显示水体中DOM具有典型的陆源与自生源混合输入的污染特征,组分Ⅰ、组分Ⅱ与组分Ⅳ之间具有同源性特征;TOC与总标准荧光积分体积（Ф_T,n）之间具显著的相关性（R2=0.979 34）,NH+₄-N与组分Ⅳ的标准荧光积分体积（Ф_4,n）之间相关性较好（R2=0.827 98）,而类腐殖质的相对含量（P_{3, n}+P_{5, n}）与SUVA之间的R2为0.703 25。研究表明,3DEEM-FRI分析法可用于识别江湖水库型原水DOM的组成及污染来源,同时还可以实现对TOC含量、NH+₄-N含量以及水体腐殖化程度的有效追踪和指示。     

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。     

施加有机肥对农田有机质和氮素演化影响的光谱学分析

施用有机肥是改善土壤物理结构、提升土壤肥力、调控养分平衡的的有效手段之一,但目前有机肥施用对农田有机质和氮素演化的影响尚不清楚。研究了施入有机肥后土壤总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、无机氮含量的变化特征,并利用三维荧光光谱分析了施加有机肥后土壤DOM光谱学特性的变化规律,结合PARAFAC分析法分析了施加有机肥后不同时期土壤水溶性有机物(DOM)各组分相对含量的变化,利用2D-COS技术分析各荧光组分随时间的变化顺序,此外采用典型相关度分析法研究了DOM各组分相对含量与土壤氮素的响应关系,以探究施入有机肥对土壤有机质和氮素演变的影响。结果表明：(1)施加有机肥提高了土壤总有机碳、水溶性有机碳和硝态氮含量,降低了铵态氮含量;(2)土壤DOM三维荧光光谱图出现了A峰(UV类腐殖酸)、 M峰(UVA类腐殖酸)、 T峰(类色氨酸), PARAFAC分析结果显示试验土壤DOM主要由陆地源类腐殖酸(C1)、典型类腐殖酸(C2)、类色氨酸(C3)组成。结果还显示,施加有机肥能提高土壤C1, C2和C3组分的相对含量,试验期间,施加有机肥处理后土壤C1, C2和C3组分的相对含量均呈现先上...     

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。