水稻土可见-近红外-中红外光谱特性与有机质预测研究

土壤有机质是农田肥力评估的重要指标,要实现快速获取大面积土壤有机质的含量需要建立高效、稳健的预测模型。光谱技术能够快速诊断土壤有机质,以水稻土为例,从校正样本选择方法的对比,研究了可见-近红外、中红外和可见-近红外-中红外三种不同波段光谱对土壤有机质的预测能力。可见-近红外和中红外区域的光谱反射率转换成吸收率后通过Savitzky-Golay平滑法去噪,通过三种校正样本选择方法建立相应的偏最小二乘回归预测模型。通过Rank-KS法建立的三种波段的有机质预测模型均优于Rank法和KS法,中红外波段光谱的模型预测能力强于可见-近红外和可见-近红外-中红外波段的预测模型,基于Rank-KS法建立的中红外波段有机质预测模型取得了最好的预测效果,RMSE_P仅为3.25 g·kg-1,RPD达到4.24,依据VIP得分筛选出可见-近红外和中红外波段的水稻土有机质重要建模波段。因此,中红外光谱建模技术能够对水稻土有机质进行快速定量分析,Rank-KS法可提高模型的预测能力,为今后农田肥力评价和科学施肥提供技术支持。     

一种有机质谱谱图的库检索新算法

一种有机质谱谱图的库检索新算法律祥俊，林少凡，张金碚，张法义（南开大学中心实验室，天津，３０００７１）关键词检索，算法，质谱，数据库利用计算机匹配技术识别有机质谱谱图中的库检索方法仅需用低分辨质谱图即可识别未知化合物，似为最成功的方法［１～３］．质谱...     

聚丙烯酸对自然水体生物膜吸附镉的影响

选择聚丙烯酸(PAA)为水中溶解态高分子天然有机质的代表, 研究了PAA对自然水体生物膜吸附重金属Cd的影响, 包括不同浓度的PAA对吸附的影响, PAA对特定pH下吸附等温线的影响以及不同pH下按不同顺序添加PAA时对吸附的影响. 研究结果表明, PAA的存在一般会降低生物膜对Cd的吸附, 其影响程度与PAA的浓度、 溶液pH、 吸附顺序及生物膜厚度等有关. PAA与Cd的浓度比越高, 其对吸附的影响越显著. 吸附溶液pH越高, PAA的影响越显著. 吸附顺序对吸附的影响在pH较低时不明显, 当pH较高时, 先加PAA后加Cd及两者同时吸附时对吸附的降低作用接近且较大, 先加Cd后加PAA时对吸附的降低作用相对较小. 生物膜较薄时PAA的影响更显著. PAA对生物膜吸附Cd的影响主要由PAA与生物膜之间对Cd的竞争以及三元表面配合物的生成与吸附2种因素共同决定. 高pH会促进PAA与Cd的配合而不利于带负电的配合物在生物膜上的吸附.     

黄土区秸秆腐殖化溶解性有机质对土壤铅赋存形态的影响机制

重金属是土壤中最具代表性的污染物之一,重金属的赋存形态直接关系到其生理毒性和迁移行为,是重金属污染研究的重要方向。重金属形态与环境条件关系密切,鉴于土壤系统的高度复杂性,相近条件下的重金属形态转化行为也可能不尽相同。相关研究目前尚未有统一定论,成为有待验证的理论问题。在实验了解秸秆腐殖化DOM性质 (紫外光谱、三维荧光光谱和红外光谱) 的基础上,借助Tessier连续提取-AAS法分析DOM作用下铅的形态转化规律,据此建立溶解性有机碳 (DOC) 与有机结合态铅的线性关系,并辅以FTIR明确DOM官能团对铅形态转化的贡献。结果发现：DOM紫外吸收主峰位于229 nm处,荧光组分集中于λ_ex/em=250/350 nm,λ_ex/em=250/450 nm和λ_ex/em=330/450 nm区域,归属为紫外区类富里酸和可见光区类腐殖酸荧光峰。DOM的官能团组成比较复杂,—OH,CO,N—H等振动峰比较明显。DOM能够影响黄土铅的赋存形态,其存在有助于降低可交换态、铁锰氧化态和残渣态铅含量,但对碳酸盐结合态铅含量影响甚微。DOC含量与有机结合态铅含量正相关(r=0.691 8),表明DOM可以有效络合铅离子;DOM中的—OH,CO, —COOH等基团对铅离子的形态转化具有关键作用。     

连续小波变换定量反演土壤有机质含量

以北京市东部地区96个潮土土样的土壤参数及对应光谱数据为数据源,采用连续小波多尺度分析处理与分析。首先将土壤光谱进行初步处理,生成小波系数,其次将土样的有机质含量与小波分解系数开展相关性分析,提取特征波段,最后采用特征波段建立预测耕层有机质含量的模型。结果表明：经连续小波处理后,光谱对耕层有机质含量的预测能力明显优于传统光谱变换技术;经连续小波分解后,对土壤有机质含量的预测能力随光谱分辨率降低呈先降后升再降的趋势;连续小波分析算法可提升土壤光谱对有机质含量的估测能力,与土壤高光谱反射率相比,基于连续小波变换的土壤有机含量最佳的精度提高19%;由于光谱分辨率为80 nm建立的模型精度较高,其R2达到0.632,这表明在连续小波算法下,光谱分辨率较低的宽波段数据可用于土壤有机质含量的监测。     

天然有机质在生物炭负载纳米镍铁降解十溴联苯醚过程中的影响作用机理辨识

天然有机质（NOM）对纳米铁基材料去除污染物过程中的影响作用机理仍存争议.本工作选取腐殖酸（HA）作为NOM的代表物,研究了HA对生物炭负载纳米镍铁（BC@Ni/Fe）降解十溴联苯醚（BDE209）的动力学影响,结果表明HA对BC@Ni/Fe降解BDE209产生抑制作用,且随着HA浓度的升高,抑制作用越显著.通过HA与BC@Ni/Fe相互作用实验发现,HA能够快速地被BC@Ni/Fe吸附;通过HA对BC@Ni/Fe的Zeta电位和沉降影响实验发现,随着HA浓度的升高可有效提高BC@Ni/Fe的稳定性以及表面电荷,这表明HA不是通过影响BC@Ni/Fe颗粒的性能对BC@Ni/Fe去除BDE209产生抑制作用的.BC@Ni/Fe的腐蚀能力随着HA浓度的升高而降低,这与HA对BC@Ni/Fe去除BDE209反应活性影响成正相关关系.HA中具有电子传递作用的典型醌类化合物2-羟基-1,4-萘醌（Lawsone）和蒽醌-2,6-磺酸钠（AQDS）,在反应过程中并没有起到电子传递作用促进反应进行,反而对BC@Ni/Fe去除BDE209起抑制作用.结合BDE209和HA之间的竞争吸附实验发现,HA抑制BC@Ni/Fe反应活性的主导原因是HA优先于BDE209被BC@Ni/Fe吸附,HA包覆于BC@Ni/Fe颗粒表面占据了活性位点,阻碍BC@Ni/Fe与H₂O的接触,减少了Fe⁰的腐蚀,从而抑制了BC@Ni/Fe对BDE209的降解.     

溶解性有机质在盐田中的光谱学变化特征

二维相关光谱技术(2D-COS)、三维荧光光谱技术结合平行因子分析(EEM-PARAFAC)具有扩展识别重叠峰,判断不同组分动态变化规律的技术特点。因此,2D-COS和EEM-PARAFAC分析技术可以用来分析溶解性有机质(DOM)结构组成和光谱变化特征。采用溶解性有机碳(DOC)、紫外-可见吸收光谱(UV)和EEM分析技术,借助2D-COS和PARAFAC分析模型,对青藏高原具有代表性的察尔汗盐湖、西台吉乃尔盐湖和马海盐湖中DOM在盐田摊晒过程中的结构组成和光谱学变化特征进行了研究。结果表明,随着日照时间延长,盐田中DOM和有色DOM(CDOM)含量逐渐升高,且DOM的增长倍数明显高于CDOM。在整个盐田摊晒阶段,察尔汗、西台吉乃尔和马海盐田中DOM和CDOM分别增长了1.5 vs. 1.0、 8.2 vs. 5.3和15.7 vs. 11.0倍。此外,SUVA₂₅₄、 HIX值在盐田中总体上呈现出逐渐减小的变化趋势。2D UV-COS分析结果表明,在察尔汗、西台吉乃尔和马海盐田中,吸收峰分别在230、 217和235 nm处的DOM变动较大,变化顺序分别为22...     

北方寒区河流湿地土壤溶解性有机质荧光光谱特征

溶解性有机质(DOM)是土壤中活跃的有机成分,其来源和组成可指示土壤腐殖化程度及与外部环境间的相关关系。为科学地监测与评价湿地土壤环境质量,采集黑龙江省碾子山雅鲁河国家湿地公园内不同植被条件下的表层(0～20 cm)土壤,应用三维荧光光谱-平行因子分析法,测定DOM荧光光谱,并进一步分析土壤理化指标对DOM组成的影响。结果表明：5种植被类型(包括9种群系)条件下土壤DOM腐殖化指数在2.562～9.052之间,落叶阔叶林和落叶阔叶灌丛土壤腐殖化程度高于草甸,其次为沼泽,水生植被最低;荧光指数介于1.407～1.586,土壤DOM来源兼具外生源和自生源特征,落叶阔叶林和芦苇[Phragmites australis(Cav.) Trin. ex Steud.]沼泽表现为明显的外生源特征,而水生植被及稗[Echinochloa crus-galli(L.) P. Beauv.]沼泽具有明显的自生源特征;生物指数在0.482～0.662范围内,新近自生源贡献率均较低。土壤DOM中识别出3类5种有机组分,类腐殖质(紫外类富里酸和可见类富里酸)相对比重最大,外生源特征明显的土壤样品中含量多;其次...     

三维荧光光谱-平行因子法解析再生水补给人工湿地DOM的光谱特征

采用三维荧光光谱技术和平行因子分析,对北方某潜流-表流复合人工湿地水体中溶解性有机质(DOM)的光谱特征、演变过程及其来源进行研究,以期为深入理解人工湿地的作用机理和污染物溯源提供科学依据.结果表明,人工湿地中各阶段的出水呈现相似的三维荧光特性,均出现明显的类腐殖质尖峰和类蛋白峰,但强度有所不同.混凝沉淀对类蛋白和类腐...     

生成式对抗网络的土壤有机质高光谱估测模型

已有的土壤有机质含量估测模型大多以光谱特征波段、线性和非线性模型为基础,较少考虑通过拓展样本数据建模集来提高模型的估测能力.为进一步提高土壤有机质高光谱反演模型估测精度,提出利用生成式对抗网络(GAN)合成伪高光谱数据和有机质含量的动态估测模型.选取湖南省长沙市及周边区域的水稻田为研究对象,采集土样和实测高光谱数据(3...