环滇池土壤溶解性有机质(DOM)的光谱特征及来源分析

利用紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术,结合平行因子分析法,对环滇池地区土壤中溶解性有机质(dissolved organic matters, DOM)的结构特征和来源进行了研究。结果显示,所有样品的紫外-可见光谱曲线均呈现出相似的特征,吸收系数随着波长的增加而降低,并在250～280 nm波段存在一个明显的肩状吸收峰。柴河水库和滇池东部地区土壤DOM的芳香性(A₂₅₀/A₃₆₅)、分子量(S_R)、腐殖化程度(SUVA₂₅₄)和所含疏水组分(SUVA₂₆₀)均高于其他三个区域。三维荧光光谱显示,环滇池土壤DOM中含有紫外可见光区类富里酸峰、可见光区类富里酸峰和两种类腐殖酸峰。荧光指数(fluorescence index, FI)和自生源指标(autochthonous index, BIX)均表明该地区土壤DOM有着典型的陆源特征,且类蛋白成分生成量较少,生物可利用性较低。平行因子分析法(PARAFAC)将土壤DOM分成四个荧光组分,四个组分之间有着非常显著的相关性(p＜0.01),表示具有同源性。此外,类富里酸荧光组分对DOM的贡献率最大,说明土壤DOM中富里酸物质的含量相对较多。     

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。     

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...     

水库型河流溶解有机物三维荧光光谱的平行因子分析

利用三维荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC)模型,研究了2008年6月水库型河流闽江中溶解有机物(DOM)的荧光组分特征及其分布变化,以探讨河流DOM的来源、动力学过程及主要控制因素。闽江DOM包括类腐殖质组分C1(<250,325/424nm)、C2(270,395/482nm)与类蛋白质组分C3(<250,280/358nm)等三种荧光组分,其中类腐殖质组分占绝对优势。利用荧光组分可对上游三条支流之间的混合进行灵敏的指纹示踪。闽江干流DOM荧光组分的含量基本一致,反映了大型水库修建对闽江有机碳循环尚未产生显著影响。利用相关和主成分分析揭示出闽江类腐殖质组分主要来源于流域土壤的冲刷,它与吸收系数a(355)之间的关系密切;而类蛋白质组分主要在水环境中产生,可用于示踪水体中总溶解氮(TDN)的变化。利用荧光组分的多元线性回归可有效地对溶解有机碳(DOC)的含量进行示踪,表明EEMs-PARAFAC是研究河流DOM动力学过程的重要手段。     

3D-EEMs和PARAFAC解析土壤渗滤处理污水厂二级出水研究

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处理污水厂二级出水中氮、磷及溶解性有机物（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4个荧光组分,包括2个类腐殖质物质（C1,C2）、2个类蛋白物质（C3,C4）。对荧光组分浓度得分F_max分析得出,C4代表的类色氨酸比其他3类物质更易于降解,即类色氨酸最易降解,其次为类富里酸、类胡敏酸类物质、类蛋白物质。四种组分的F_max变化幅度都以在0~30 cm处最大,表明此处生化反应最为剧烈,DOM的迁移转化速率最大。运用PARAFAC、主成分分析（PCA）和聚类分析（CA）等手段,可以揭示土壤渗滤系统中DOM的来源和不同深度的变化规律。土壤渗滤系统在4 L·d-1的低负荷条件下处理污水处理厂二级出水,对TN和NO3-N的去除是不利的,后续可以耦合反硝化滤池等工艺强化反硝化脱氮,进一步提高氮素的去除率。土壤对磷的吸附尚未达到饱和的状态,保持了较高的TP去除效率。     

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。     

PARAFAC法解析太湖水体DOM三维荧光光谱

采用平行因子法(PARAFAC法)对太湖水样溶解性有机质(DOM)三维荧光光谱进行解析。通过比较因子数分别为3,4和5时,PARAFAC模型的核一致函数、 激发和发射光谱误差平方和、 各水样模拟的三维荧光光谱和残差谱图等情况,选择因子数为3作为太湖水样DOM三维荧光光谱PARAFAC模型的最佳因子数。太湖水样DOM的3类主要荧光组分分别是类腐殖质荧光物质、 类色氨酸荧光物质、 类酪氨酸荧光物质。     

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。     

PARAFAC解析北方典型蔬菜大棚土壤DOM三维荧光光谱

DOM是土壤中一种活跃的组分,研究其组成、分布和腐殖化特点对揭示土壤地球化学环境行为特征具有重要意义。蔬菜大棚作为一种特殊的土地利用类型,受人类活动影响较为强烈,长期人类活动的作用会影响其土壤中DOM构成和土壤腐殖化过程的空间分布。但关于蔬菜大棚土壤DOM特征的研究鲜见报道。基于此,利用三维荧光图谱技术,结合PARAFAC模型,解析具有长期种植年限的北方典型蔬菜种植基地土壤DOM的特征。结果显示,蔬菜大棚土壤DOM主要由类富里酸(C1)、类胡敏酸(C2)和类蛋白 (C3)物质组成,以C1组分为主。空间分布特征显示：在垂直方向上,随着剖面深度的增加,C1和C2组分都明显减少,而C3组分先增后减,DOM的腐殖化程度从0～20到30～40 cm明显降低,到40～50 cm又有所增加;在水平方向上,C2组分的含量在每层的空间变异均较大,C1组分在每层的空间变化均较小,C3组分介于上述二者之间,土壤的腐殖化指数在每层的空间变异均较大。上述结果表明,蔬菜大棚土壤的腐殖化进程在表层较快,此外,腐殖化进程具有较大的空间变异特性。本研究的意义在于：(1)通过三维荧光光谱揭示了了北方蔬菜大棚土壤DOM的组成及其空间异质性特点;(2)将PARAFAC模型用于土壤DOM的分析中,并成功对其DOM的组分特征进行定量表征,对土壤DOM的研究提供了新的思路。     

退耕还湿后不同植物群系土壤溶解性有机质的荧光光谱特征

三维荧光光谱荧光峰位置和荧光强度可表征荧光物质的类型和浓度,被广泛应用于溶解性有机质(DOM)性质的研究中。为探讨退耕还湿后不同植物群系条件下的土壤特征,指导退耕还湿工作,本研究通过采集榆树、松江柳、猪毛蒿、芦苇、灰脉薹草、香蒲6种典型植物群系的表层土壤,应用三维荧光光谱-平行因子分析法,测定土壤DOM的荧光光谱,分析6种植物群系土壤中DOM的来源和组成。结合土壤理化指标,进一步分析土壤DOM有机组分的影响因素。结果表明:6种植被类型土壤的腐殖化指数(HIX)差异不大,其中湿生芦苇群系土壤腐殖化程度显著高于旱生猪毛蒿群系。土壤DOM的荧光指数(FI_(370))均介于陆生源特征值(1.4)和自生源特征值(1.9)之间,说明其来源既由微生物活动产生,也有植物凋落物及根系分泌物的输入。灰脉薹草群系和香蒲群系土壤的FI_(370)和生物指数(BIX)相对较高,表明两者具有相对较强的自生源特征,而芦苇群系和猪毛蒿群系的陆生源特征相对较高。6种植物群系土壤DOM中共识别出3个有机组分:类富里酸组分(C1)、类胡敏酸组分(C2)和类蛋白组分(C3)。芦苇群系土壤DOM相对浓度较高,其次为香蒲群系,灰脉薹草群系相对较低。除芦苇群系外, C3组分在各植物群系土壤中均占有相对较高的比例,其次为C1, C2相对较低,反映出表层土壤DOM中小分子物质相对丰富,腐殖化程度不高。不同植物群系土壤pH值差异不显著,旱生环境具有较高的土壤容重,而湿生环境土壤含水量和阳离子交换量较高。木本植物群系土壤总有机碳、总氮、总磷、总钾含量均高于草本植物群系。土壤容重、含水量及阳离子交换量可显著影响土壤DOM有机组分结构。因此,退耕还湿过程中增加湿生草本植物面积可在一定程度上提高土壤腐殖化程度。     

基于3DEEM-PARAFAC研究连作花生不同健康状态下根际有机质组成特性

连作花生的土传病害问题突出,但土传病害发生与土壤环境尤其是根际土壤中可溶性有机质(DOM)组成结构的内在联系尚不清楚.通过在县域范围内多点采集连作地的花生健康植株和发病植株及根际土壤,测定根际土壤性质的部分指标,利用三维荧光光谱(3DEEM)技术和平行因子方法(PARAFAC)表征根际土DOM的组成特征,探究花生病害对...     

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。     

河北洨河人工湿地水体溶解性有机物性质的演化过程研究

联合三维荧光光谱、紫外光谱和化学还原法,对洨河人工湿地水体DOC与COD的变化特征以及溶解性有机物(DOM)的来源、化学结构、腐殖化程度与氧化还原性质进行研究,以期为深入揭示DOM在人工湿地中的地球化学行为及其生态环境效应提供科学依据。结果显示,河流水体COD 60%以上来自DOC的贡献,而其经过人工湿地后含量的降低则主要是由有机物中的N,H,S,P元素更容易被去除所导致的,其贡献率可达65%。f_470/520与BIX两种指数共同指示了水体DOM主要由微生物贡献,表明水体DOM明显受到微生物的降解作用。三维荧光光谱PARAFAC模型分析显示,人工湿地水体DOM包含类蛋白和类腐殖质组分,其中类富里酸和类胡敏酸组分比类蛋白质组分更容易被降解,类富里酸与类胡敏酸组分具有相似的分解命运。有色溶解性有机物(CDOM)与荧光溶解有机物(FDOM)具有共源性,均主要由类腐殖质组成,二者进入人工湿地后没有产生选择性降解。水体进入人工湿地后E₂/E₃,A_240～400,r_{(A, C)}与HIX指标没有发生显著变化,表明人工湿地对水体DOM的腐殖化程度不会产生显著影响。然而,人工湿地环境不仅有利于形成还原态的DOM,促进水体三价铁的还原,而且可以提高DOM作为电子穿梭体的能力,这可能与DOM的芳香性碳在人工湿地中能够得以更好保存有关。     

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。     

店埠河农业小流域水体溶解性有机质三维荧光光谱的平行因子分析

店埠河农业小流域是巢湖的主要水源地之一,研究该流域水体溶解性有机质(DOM)组分及来源对了解巢湖水生生态系统至关重要.本研究结合水体的三维荧光光谱,利用平行因子分析(PARAFAC)方法对测定的三维荧光光谱矩阵进行拉曼及瑞利散射校正、组分提取等相关处理,实现对店埠河农业小流域水体DOM的分析,包括三维荧光光谱特征分析、...