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...     

pH值对秸秆腐殖化溶解性有机质紫外光谱和荧光光谱的影响

秸秆是农业生产的主要副产物,也是农业面源污染的新源头。秸秆还田能有效解决其减量化和资源化利用问题,国家“十二五”规划已明确提出“加大秸秆还田力度,保障农业的稳产、增产和可持续发展”。现阶段,对于典型地区不同环境条件下还田秸秆腐殖化行为的研究不多,同时对于腐殖化组分的精细化检测和分析也有待加强。针对黄土区秸秆还田问题,以紫外光谱法和荧光光谱法为切入点,分析pH值对腐殖化产物溶解性有机质(Dissolved organic matter, DOM) 性质的影响,深度揭示秸秆腐殖化过程的内在本质。结果表明：在200～700 nm波长范围内,DOM的紫外吸收强度先增加后减小,主要吸收峰出现于240 nm附近。相对于中性(pH 7)体系,酸性(pH 6)和碱性 (pH 8和9) 条件下的最大吸收波长λ_max值红移。SUVA₂₅₄,E₃/E₄和A₂₅₃/A₂₀₃比值的规律性变化说明反应体系腐殖化程度较低,这与秸秆腐殖化周期较短有关。黄土浸提液DOM的荧光峰主要位于λ_ex/em=250/330和λ_ex/em=325/450区域,分别归属为紫外区类富里酸荧光峰和可见光区类富里酸和腐殖酸类物质荧光峰。随着腐殖化体系pH值的升高,荧光峰位发生红移,表明DOM苯环结构逐渐增多,共轭度有所增加,同时在λ_ex/em=250/450附近检测到新荧光峰。pH值对荧光强度的影响主要体现在紫外区类富里酸荧光峰,峰强先升高后下降,而对可见光区荧光峰强影响不大,这与浸提液的缓冲效应、荧光猝灭(或副反应)和DOM组分结构有关。紫外光谱和荧光光谱能够一定程度上阐释pH值对秸秆腐殖化DOM性质的影响。     

种植不同树种对土壤可溶性有机质渗滤液组成和光谱特征的影响

可溶性有机质(DOM)是森林生态系统重要的活性碳库和养分库,其性质受到植物种类、土壤性质、水文状况等因素影响。为探究树种对土壤可溶性有机质(DOM)渗滤液组成和光谱性质的影响,在根箱中间种植1年生米槠(CC)、杉木(CL)、花榈木(OP)幼苗,并设置不种植对照(NT)处理。于2021年8月的一场暴雨后收集根箱土壤(0～60 cm)渗滤液DOM,测定其理化性质及光谱特征。结果表明：(1)种植杉木幼苗土壤渗滤液中溶解性有机碳(DOC)含量显著高于种植花榈木和米槠幼苗(p<0.05)。(2)米槠土壤渗滤液DOM芳香化指数(SUVA₂₅₄)最高,杉木土壤渗滤液DOM疏水指数(SUVA₂₆₀)最低,各树种土壤渗滤液DOM相对分子量大小(SUVA₂₈₀)无显著差异。(3)三种树种和未种树根箱土壤渗滤液DOM荧光指数(FluI)、新鲜度指数(Frl)、生物源指数(BIX)均无显著性差异,各处理渗滤液DOM腐殖化指数(HIX)均小于1,且种植米槠、花榈木的土壤渗滤液DOM的HIX显著高于未种树对照处理(p<0.05)。本研究...     

秸秆-牛粪发酵过程中溶解性有机质的荧光光谱特征

溶解性有机质(DOM)在自然生态系统有机物向无机物的转换过程中起重要作用.DOM在发酵过程中为微生物提供营养和能量,同时对腐殖质的迁移和转化具有重要的指示作用.牛粪有助于提高玉米秸秆腐殖化效率,使农业废弃物得以更好的利用.为探讨玉米秸秆-牛粪体积比2:8(T1)、4:6(T2)、6:4(T3)和8:2(T4)处理发酵过...     

温度和铅离子对秸秆腐殖化溶解性有机质三维荧光光谱的干扰效应

秸秆还田是秸秆资源化和减量化的主要途径之一,是国家“十二五”期间的重要政策导向。还田秸秆能够发生天然腐殖化,逐步完成溶解性有机质(DOM)的生成和转化过程。现阶段,针对黄土地区环境因子对秸秆腐殖化调控作用的研究较少,从荧光光谱角度分析腐殖化组分与金属离子的结合特性也有待完善。以荧光光谱法为切入点,探讨温度和铅离子对秸秆腐殖化DOM三维荧光光谱峰位和峰强的影响,借助修正型Stern-Volmer方程推算Pb(Ⅱ)-DOM的配位参数,辅以Van’t Hoff方程揭示结合过程的热力学特性。结果表明：腐殖化温度没有引起DOM荧光峰位的明显偏移,三维荧光光谱中没有发现新荧光峰的出现或已有荧光峰的消失,荧光峰强随温度的升高而降低。铅离子浓度的增加导致DOM主要荧光峰强下降,这是铅离子对DOM组分的荧光猝灭作用。经修正型Stern-Volmer方程计算可知：铅离子对可见光区类富里酸组分的配位能力最强,较大的配位荧光基团比例f值暗示DOM中较多的活性基团与铅离子发生配位作用,猝灭机理以静态猝灭为主。配位过程自发、吸热,反应体系分子组成的复杂性和无序度较低。三维荧光光谱能够有效揭示温度和铅离子对秸秆腐殖化DOM性质的影响。     

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。     

太阳辐射对溶解有机质荧光光谱特征的影响

利用三维荧光光谱研究了太阳辐射对溶解有机质(DOM)荧光光谱特征的影响。实验结果表明,太阳辐射使DOM的荧光发射光谱强度减弱。在三维荧光光谱图中,红枫湖样品的荧光峰A,C,南明河样品的荧光峰A,B,C,尤其是荧光峰C的λ_Exmax／λ_Emmax位置随着太阳辐射时间的延长而逐渐向短波长移动。从腐殖酸样品的三维荧光光谱图中则发现,原始样品荧光峰位置出现在λ_Ex／λ_Em=275/500 nm处,光照作用后出现两个荧光峰：λ_Ex／λ_Em=245/450 nm和310/450 nm。太阳辐射对DOM中不同荧光组分的光降解速率存在差异,从荧光峰A和C的比值r(A, C)随太阳辐射时间的变化趋势得知,荧光峰C比荧光峰A的荧光丢失速率更大,即对于太阳辐射作用更敏感。在整个光降解过程中,红枫湖、南明河DOM的r(A, C)值比标准腐殖酸Fluka HA的r(A, C)值的变化更显著。通过本研究表明,可以利用三维荧光光谱所提供的完整的光谱信息来研究DOM在光降解过程中的光谱特征以及物理化学组成等变化。     

交替冻融对黑土可溶性有机质荧光特征的影响

土壤可溶性有机质(DOM)是土壤有机质研究中最有意义的量化指标,交替冻融作用能够影响土壤DOM的荧光特征.文章利用三维荧光分析交替冻融对黑土DOM光谱特征的影响,并基于光谱特征的改变,评价交替冻融对黑土活性腐殖质和腐殖程度的影响.研究表明,与未冻融样品相比,冻融样品DOM的紫外区类富里酸荧光峰发生红移,说明土壤中有机物分子芳香化程度增高,腐殖程度上升;部分冻融样品产生了类蛋白荧光峰,说明冻融过程中微生物降解活动增强;冻融样品的活性腐殖质含量和腐殖程度均较未冻融高,说明交替冻融作用增加了土壤肥力;紫外区类富里酸荧光峰值与可见区类富里酸荧光峰值的比值(r(a,c))与活性腐殖质含量之间、r(a,c)与腐殖程度之间,都存在显著的正相关关系(相关系数分别为0.88,0.77),说明r(a,c)可以评价黑土冻融后土壤活性腐殖质含量和腐殖程度的变化.     

含钙添加剂处理下不同秸秆腐解产物可溶性有机质三维荧光特征变化

秸秆是优质的有机资源,研究含钙添加剂种类及添加量对不同秸秆腐解产物可溶性有机物(DOM)组成性质差异,可为秸秆高效腐熟利用提供理论依据和技术参考。以花生秸秆和水稻秸秆为供试物料,通过添加不同含钙添加剂草酸钙(CaC₂O₄)和氢氧化钙[Ca(OH)₂]及不同添加量(4%、 8%),进行秸秆腐解试验。测定腐解产物养分含量,并利用三维荧光光谱(3DEEM)技术和平行因子方法(PARAFAC)探究秸秆腐解产物DOM的化学组成变化特征。结果表明：(1)总体上,草酸钙处理的秸秆腐解物总碳含量显著大于氢氧化钙处理;高量添加剂处理的秸秆腐解产物总碳含量小于低量处理;花生秸秆腐解产物的总氮、总磷和总钾高于水稻秸秆腐解产物。(2)通过3DEEM-PARAFAC方法分析腐解产物DOM组成,共识别出类胡敏酸(C1)、类胡敏酸(C2)和类色氨酸(C3)三种荧光组分;不同添加剂类型、添加量和不同秸秆类型对腐解产物DOM荧光组分的影响较为复杂,没有明显规律,但是总体上氢氧化钙处理的秸秆腐解产物DOM的C1和C2组分比例大于草酸钙处理,而草酸钙处理的秸...     

煤矿区水体溶解有机质三维荧光光谱特征

应用三维荧光光谱对煤矿区水体溶解有机质进行分析测定,探讨特殊环境条件下水体溶解有机质光谱特征。类富里酸荧光峰(峰Ⅰ)和类腐殖酸荧光峰(峰Ⅱ)最为显著,类蛋白荧光峰(峰Ⅳ)强度较弱。地下水体溶解有机质荧光峰强度普遍低于地表水水体同类荧光峰。受人类活动的影响,炼焦区域和采煤区水体荧光峰强于污灌区域和农业区域水体同类荧光峰。矿区人类活动剧烈,煤矿开采加工活动容易把煤中的大量烃类物质分散到周围环境中去,地表水体接受矿井排水、洗煤废水及生活污水等,地下水体则相对不容易受到污染。整个石龙区水体溶解有机质荧光集团来源较多,峰强度受pH影响不大,但在某种程度上受到水体中Ca2+含量的影响。     

水体中溶解有机物激光诱导荧光光谱分析方法

讨论了用激光诱导荧光(LIF)的方法分析水体中溶解有机物(DOM)的含量,利用拉曼散射信号对荧光光谱进行归一化处理,消除激发光强度和水体对荧光的二次吸收和接收条件等因素的影响,并给出了理论依据,由此依据得出了非线性浓度校准的数学模型。利用这个数学模型对实验数据进行非线性拟合,拟合的相关系数高于0.99。该浓度校准的数学模型,考虑到了水体对荧光信号的二次吸收以及溶液浓度的变化对二次吸收的影响,结果表明它可作为不同水体的通用浓度校准的数学模型对水体中的DOM进行定量分析。     

污染水体溶解有机物诱导荧光猝灭特性的实验研究

溶解有机物的含量是衡量水质的常用指标,利用荧光方法可以实现对自然水体溶解有机物的浓度进行高灵敏在线遥测。文章利用三维荧光光谱技术对溶解有机物进行了荧光表征,实验研究了溶解有机物浓度与荧光强度的关系,以及水体酸碱度和金属离子对荧光强度的影响。研究表明,当溶解有机物浓度在小于10 mg·L-1,pH值在6.5～7.5范围内时,荧光强度与浓度具有很好的线性关系;金属离子对溶解有机物诱导荧光有较大猝灭作用,不同金属离子对诱导荧光强度的猝灭效果有显著不同。     

介质pH对渗滤液中水溶性有机物荧光光谱特性的影响

采用荧光分析方法,对不同pH条件下3个填埋年限渗滤液中水溶性有机物(DOM)的荧光特性进行了研究。同步荧光光谱表明,填埋1年及10年渗滤液DOM的同步荧光图中各峰的荧光强度pH 4时最强;填埋5年渗滤液DOM在pH 12时荧光强度最强,而pH 4时的荧光强度次之。渗滤液DOM三维荧光光谱表明,填埋1及5年类蛋白峰强度在pH 10达到最大,而填埋10年在pH 8荧光强度最强;可见区类富里酸峰强度在pH=10达到最大值,而紫外区类富里酸峰较强的荧光强度则分别在pH 4和10时;与类富里酸物质相比,类蛋白物质更容易受pH的影响。紫外区类富里酸荧光强度与可见区类富里酸荧光强度比值[r_{(A, C)}]受pH的变化影响较大,因此,当比较不同来源DOM的r_{(A, C)}值时,应使其pH处于同一水平。     

平行因子法和区域积分法优选可溶性有机物三维荧光提取方法及时间

为明确DOM组分和总量的提取效果是否存在差异,及是否需要分别设置提取时间,选用常用的振荡和离心两种提取方式,根据高速离心机与恒温振荡箱的工作上限设置提取时间梯度,采用常用的光谱解析方法平行因子模型（PARAFAC）和荧光区域积分（FRI）分别表征设定时段内DOM组成特征的变化情况。通过对上述两种方法解析的组分进行相关性和主成分分析得出：使用FRI解析时类腐殖质组分与类蛋白质组分存在明显差异;PARAFAC分析类腐殖酸组分与类富里酸类组分存在明显差异,需要分别对总量和组分设置提取时间。以经济和提取组分分布稳定为原则,筛选出荧光区域积分值或最大荧光强度得分值（F_max）达到最大值的时间。结果显示,室温25 ℃下时,在离心处理下采用两种方法分析得出的DOM总量与各组分的最佳提取时间均为45 min;振荡处理下DOM总量、类腐殖酸、类富里酸、类色氨酸、类络氨酸和微生物代谢产物的最优提取时间分别为12, 21, 12, 12, 12和12 h,PARAFAC分析得出DOM总量、C1、C2、C3的最优提取时间分别为12, 21, 12和39 h。综上,两种提取方式各有优点,离心处理下组分与总量可采用同一提取时间。振荡处理下区域积分值与F_max呈现振荡大于离心,且变化幅度较小,提取效果较为稳定。研究成果可为在进行三维荧光光谱测量DOM时优化提取方案提供一定的参考,减小对后续研究产生的误差。     

基坑排水对城市内河水体溶解性有机质的影响研究

工程施工时基坑排水是保障基坑安全的必要措施,排出水进入城市内河,对内河及下游水生态安全产生影响。该研究采集哈尔滨市何家沟欧亚之窗公园段建筑工程施工过程中基坑排出水(W1)、排水口上游100 m处(W2)、排水口处(W3)、排水口下游50 m处(W4)、排水口下游100 m处(W5)、排水口下游200 m处(W6)的水体样品,应用三维荧光光谱-平行因子分析方法,测定溶解性有机质(DOM)的荧光光谱特征,分析DOM的组成和来源,探究基坑排水对城市内河水体环境的影响。结果表明：内河水体腐殖化指数(HIX)在0.337~0.381范围内,腐殖化程度低,W1,W3～W6的HIX差异不显著,均显著低于W2,说明排水进一步降低了内河水体腐殖化程度。荧光指数(FI₃₇₀)介于2.330~2.900范围内,生物指数(BIX)在0.897~1.140范围内,W1和W2的FI₃₇₀和BIX均显著高于W3~W6,两者具有极强的自生源特征,说明排水使下游水体自生源特征降低。水体样品DOM中共识别出2类4种有机组分：可见类富里酸组分(C1)、类色氨酸组分(C2)、紫外类富里酸组分(C3)和类酪氨酸组分(C4),即类富里酸物质(C1、C3)和类蛋白物质(C2、C4),两者间成负相关关系。FI₃₇₀与4种有机组分间均呈极显著的相关性,说明DOM组成简单。W2具有相对较高的DOM浓度,而排水口下游水体DOM浓度低,基本保持稳定。类蛋白物质在上游水体中占有相对较高的比重,在W4中,4种有机组分相对比重差异不显著,W5和W6类富里酸物质的相对比重有升高趋势,同样说明基坑排水导致内河水体自生源特征降低。除pH值升高外,下游水体样品溶解氧(DO)、总氮、总磷等理化指标含量均降低,pH值与类富里酸物质呈正相关,与类蛋白物质呈负相关,而DO、化学需氧量及水体养分指标与之相反。水体DOM有机组分与理化指标的相关性不同,可直接或间接影响DOM组成。因此,工程施工基坑排水可降低城市内河水体DOM浓度,改变了水体DOM组成。     

激光诱导荧光探测水体中溶解有机物浓度

用Nd∶YAG激光器的三倍频355 nm光作为激发光源,根据激光诱导荧光（LIF）方法激发并探测污染水体的荧光光谱.通过对荧光光谱的分析处理研究归一化荧光强度,即450 nm处水中溶解有机物（DOM）峰与405 nm处水的拉曼峰的比值,反演溶解有机物浓度.用商品腐殖酸和去离子水配置成已知浓度的溶液代替标准DOM溶液进行标定,得到回归方程.结果证明,DOM的归一化荧光强度与水体中DOM浓度有较好的线性关系,因此LIF方法是对大面积水域水质进行动态遥测的较理想方法.