典型重污染水体枯水期溶解性有机质光谱特征及其与水质的相关性

利用紫外可见光谱分析、三维荧光光谱结合平行因子法研究了佛山市典型重污染水体(汾江河水系和佛山水道水系)溶解性有机质(DOM)的来源与性质,在此基础上分析了DOM的光谱特征及其与水质的相关性。结果表明,两条水系水质均较差,氮、磷含量超标严重,部分采样点位为重污染水体。两条水系DOM主要包括3个荧光组分,其中C1和C2组分为类腐殖质,C3组分为类蛋白质。2021年1月的汾江河水系有大分子芳香性物质输入,此外其他采样时间两条水系DOM均表现为低相对分子质量、低芳香性和高亲水性特征。DOM荧光组分C1、C2、C3与总磷(TP)含量、溶解性有机碳(DOC)含量、化学需氧量(COD_Cr)均极显著正相关(P<0.01),C1、C2与DO含量极显著负相关(P<0.01),C3与DO含量显著负相关(P<0.05),表明在重污染水体中其基本水质指标受到DOM输入、微生物活动和光化学转化等因素的综合影响。主成分分析结果表明,两条水系DOM与总氮(TN)、铵态氮(NH⁺₄-N)、TP和COD_Cr具有较强的...     

种植模式对土壤溶解性有机质光谱特征的影响

溶解性有机质（DOM）是土壤中重要的活性有机质组分,对种植模式及人类活动反应敏感。采集冀北坝上7种种植模式的农田土壤样本,运行三维荧光结合区域积分（FRI）和紫外光谱对土壤DOM进行解析,探讨土壤DOM与种植模式的响应关系。结果表明,冀北坝上地区土壤三维荧光光谱均有5个区域,其中以类腐殖酸组分(P_（V,n）:58.95%～69.79%)含量最高,大小顺序为露地菜地>大棚菜地>草地>青贮玉米地>燕麦地>林地>马铃薯地;富里酸组分(P_（Ⅲ,n）:17.97%～23.82%)次之,大小顺序为青贮玉米地>燕麦地>林地>草地>马铃薯地>大棚菜地>露地菜地;SUVD_{254 nm}在0.02～1.31之间,青贮玉米地和露地菜地显著高于其他种植模式,草地显著低于其他种植模式。土壤总磷与类富里酸呈显著负相关,与类腐殖酸呈极显著正相关。施用有机肥能增加DOM的腐殖化程度、腐熟程度和微生物源特征;增温灌溉等改善土壤环境的措施能增加DOM芳香性和陆源特征;施用化肥能增加DOM...     

番茄废弃物水热炭溶解性有机质的光谱特征分析

为探究水热炭中具有高反应活性的溶解性有机质（DOM）在不同条件下的释放行为及化学特性,本研究采用三维荧光光谱-平行因子分析（PARAFAC）和紫外-可见光谱,分析了水热温度（180、200℃及220℃）和浸提环境（去离子水、盐溶液、酸溶液及碱溶液）对番茄废弃物水热炭（分别记为H-180、H-200及H-220）DOM的释放行为及光谱特征的影响。结果表明：H-220释放的DOM含量最高（52.1~70.5 mg·g^-1）,且所有水热炭均在碱性环境中释放的DOM最多（66.6~77.0 mg·g^-1）。3种水热炭DOM的释放行为遵循二级动力学模型（R²>0.95）,且均在短时间内（0.25 h）释放大量DOM（65.7%~85.8%）。通过PARAFAC分析可知,水热炭DOM共解析出3种荧光组分,包括2种类腐殖质组分（C1和C2）和1种类蛋白与可溶性微生物降解产物的混合组分（C3）。水热炭DOM的荧光强度随水热温度升高而逐渐升高。水热温度和浸提环境均会影响水热炭DOM中3种荧光组分的相对分布,且对所有DOM而言,C1的相对占比均最高（40.4%~53.6%）。提高水热温度（180~220℃）增强了水热炭DOM的腐殖化程度（6.1%~42.5%）,降低了DOM的生物可利用性（5.5%~22.2%）。此外,碱性环境促进了水热炭DOM中高芳香性及疏水性组分的释放。主成分分析结果表明,水热温度和浸提环境尤其是碱性环境对水热炭DOM的光谱特征有较大影响。     

乌鲁木齐夏、冬降水中溶解性有机质光谱特征及来源解析

利用紫外可见光谱、三维荧光光谱研究乌鲁木齐夏季降水、冬季降雪中溶解性有机质(DOM)光谱特征,运用后向轨迹模型对DOM来源进行解析。紫外可见光谱分析结果表明,冬季降雪样品中的DOM分子量相对较低,夏季降水样品中DOM胡敏酸的含量比富里酸含量大,冬季降雪样品中相反;夏季降水样品中腐殖化程度低于冬季降雪,冬季样品中DOM的有机物分子缩合程度较低。三维荧光光谱分析结果表明,样品中DOM主要由生物活动产生,腐殖化程度较弱,类腐殖质和类蛋白质贡献均有,DOM来源既有陆源输入,也受到微生物活动的影响,腐殖组分发育程度较低。后向轨迹模型分析结果表明,不同高度乌鲁木齐夏季降水来源基本相同,主要来自西西伯利亚长距离传输和哈萨克斯坦楚河—萨雷苏盆地长距离传输。降雪100 m处的气流主要来自准格尔盆地短距离传输,500、1 000 m处的气流主要来自西西伯利亚长距离传输和天山山脉中段距离传输。     

河岸带土壤溶解性有机质垂直分布特征及其性质研究

河岸带有机质（Soil organic matter, SOM）的迁移转化在有机碳从陆地生态系统向水域生态系统中迁移转化及污染物的迁移转化中起到了重要的作用。以崇明岛典型河岸带为研究对象,分析了不同区域河岸带土壤有机碳（Soil organic carbon, SOC）、土壤溶解性有机碳（Soil dissolved organic carbon, SDOC）垂直分布特征和三维荧光光谱（Excitation-Emission matrix, EEM）特征,探讨了河岸带对土壤溶解性有机质（Soil dissolved organic matter, SDOM）性质及其潜在环境影响。结果表明：表层土壤（0~30 cm）SOC储量占采样深度土壤SOC 的40%左右,SDOC占SOC的5%左右,从陆上区域到缓冲区域表层土壤SDOC呈累积效应。河岸带有机质主要来自河岸带植物残体及其代谢产物,地下水也可能是河岸带土壤DOM的另一来源,河岸带土壤中大部分类腐殖质被表层矿物质所吸附。在土壤系统中,综合应用荧光指纹指数[荧光指数（Fluorescence index,FI）,生源指数（The index of recent autochthonous contribution,BIX）和腐殖化指数（Humification index,HIX）]可以有效地揭示其来源和特性,但在土壤体系中单独应用指纹指数需审慎。     

基于EEM-PARAFAC分析冻融作用对高寒泥炭湿地土壤溶解性有机质的影响

  目的  全球气候变暖加速了土壤冻融格局的改变,而冻融作用又对土壤溶解性有机质（DOM）产生深刻的影响。  方法  以高寒泥炭湿地土壤为研究对象,采用室内模拟冻融的方式开展了两种冻融条件下（日冻融:?3 ℃/5 ℃,12 h/12 h,30次;深度冻融:?24 ℃/5 ℃,20 d/10 d,1次）的试验研究,基于紫外?可见吸收光谱（UV-vis）和三维荧光光谱结合平行因子（EEM-PARAFAC）分析探究土壤DOM数量和质量的变化。  结果  （1）经过30 d培养后,两种冻融处理均显著提高了高寒泥炭湿地土壤溶解性有机碳（DOC）的含量,日冻融和深度冻融条件下土壤样品的DOC含量分别为183.26和187.06 mg/kg,相比于对照组分别增加了18.80%和21.26%（P < 0.05）。（2）不同冻融条件下的土壤DOM的紫外?可见吸收曲线线型差异较小,无明显特征吸收峰,且显示出吸光度随波长呈指数衰减的趋势,但经冻融处理的样品出现了明显的红移现象。（3）两种冻融处理均使得土壤DOM的腐殖化指数（HIX）值（从4.42增加至11.73和17.10）、254 nm处的单位比色皿光程下的紫外吸收值（SUVA₂₅₄）（从1.35 mg/（L·cm）增加至1.37和1.40 mg/（L·cm））以及A₂₅₃/A₂₀₃值（0.38增加至0.40和0.43）增大,波长275 ~ 295 nm处光谱斜率系数减小（从13.34 μm?1减小至13.23和12.91 μm?1）。（4）EEM-PARAFAC鉴别出的荧光组分有类富里酸物质、类腐殖酸物质、溶解性微生物代谢产物和类蛋白物质,冻融改变了土壤DOM的组成以及各组分的贡献率。对照组土壤DOM组分C1、C2和C3的贡献率分别为37%、32%和31%;日冻融条件下,组分C1、C2和C3的贡献率分别为41%、34%和 25%;深度冻融条件下,组分C1、C2和C3的贡献率分别为44%、35%和 21%。  结论  冻融改变了土壤DOM的数量和质量,表现为DOC含量的增加和腐殖化程度的提高。      

热处理后水稻土溶解性有机质光谱特征的变化

土壤溶解性有机质(DOM)由胡敏酸、富里酸等组成。为了解热处理对土壤DOM的结构和组分的影响,将水稻土样品在温度200℃、250℃、300℃和时间2、4、6 h下进行加热,对热处理前后的水稻土DOM进行了紫外光谱、三维荧光和红外光谱分析。结果表明,对于紫外-可见光光谱的特征指标250 nm和365 nm紫外吸光度比值E_2/E_3,随着加热温度增加而逐渐增加,而单位溶解性有机碳浓度下254、260、280 nm处波长SUVA_(254)、SUVA_(260)和SUVA_(280)则逐渐减少,表明随着加热温度增加,DOM的芳香性和疏水性降低;加热后DOM在253 nm与203 nm吸光度的比值A_(253)/A_(203)由低到高,表明未加热时DOM组分芳香环取代基以脂肪链为主,加热后脂肪类物质大量分解。样品加热后的三维荧光光谱发生蓝移现象,荧光强度增加,同时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)降低,表明加热后土壤DOM芳香性降低,分子量降低。红外光谱特征表明,加热后DOM中羧酸类物质增多;200℃和250℃加热时,DOM中脂肪族类物质增加,300℃加热时脂肪族类物质减少。     

川西高寒土壤DOM荧光特征研究

【目的】研究高寒土壤溶解性有机质(DOM)含量和光谱学特征,为川西高原区域水陆碳循环以及高寒土壤资源管理等研究提供科学依据。【方法】研究了川西3种高寒生态系统(亚高山森林、高寒泥炭湿地和高寒草甸)中0～10 cm的表层土壤中的DOM,利用三维荧光分析仪测定了DOM荧光特征,采用平行因子法(EEM-PARAFAC)和荧光区域积分(FRI)等对DOM光谱学特征进行了研究。【结果】亚高山森林土壤中DOC、DON、TOC和TN含量明显高于高寒泥炭土和高寒草甸;亚高山森林土壤DOM芳香性与腐殖化程度最低,DOM稳定性最低,微生物可利用性最高;平行因子分析显示所有土壤DOM呈4个荧光组分,以蛋白类组分载荷最高,富里酸类组分载荷最低;亚高山森林土壤DOM中芳香蛋白类有机质占比最高,高寒泥炭湿地和高寒草甸土壤DOM中则是富里酸类有机质比例最高。【结论】3种高寒土壤的DOM及荧光组分差异显著,亚高山森林土壤DOM不稳定性更高。     

水铁矿对土壤溶解性有机质的吸附固持作用

基于水解法将氯化铁和氢氧化钠合成了一种水铁矿,通过不同浓度水铁矿与土壤溶解性有机质（DOM）的混合避光培养实验,研究了水铁矿对土壤DOM的吸附固持作用。结果表明：在水铁矿浓度为10~30 g·L^-1范围内,水铁矿对土壤DOM的吸附能力与其浓度呈正相关。随着培养时间的延长,DOM的光谱斜率（S_275-295）显著降低,表明水铁矿优先吸附土壤DOM中的大分子芳香族化合物。三维荧光光谱耦合平行因子模型（EEM-PARAFAC）分析表明,土壤DOM包含类腐殖质组分（C1）（Ex/Em=240/410）、类色氨酸组分（C2）[Ex/Em=290（240）/350]及类酪氨酸组分（C3）（Ex/Em=270/300）3种荧光组分。3种组分荧光强度均随着培养时间延长呈现明显降低趋势,且类腐殖质组分的下降最为明显。被水铁矿吸附后,土壤DOM的腐殖化指数（HIX）显著降低且生物源指数（BIX）明显升高,表明随着吸附作用的进行,土壤DOM的腐殖质组分相对占比下降,而自生源组分相对占比上升。研究表明,水铁矿对土壤DOM有显著的吸附固持作用,且对大分子腐殖质物质吸附作用强于对小分子类蛋白组分,水铁矿对土壤DOM分子的固持作用能够提高土壤有机质的生物可利用度,改善土壤环境。     

长江口沉积物有机碳及溶解有机质结构对外源磷输入的响应

长江口沉积物总有机碳（TOC, Total Organic Carbon）含量会随着外源磷的输入而发生变化。采用泥（沉积物）水质量比约为1：1,周期为56d的室内模拟试验系统。设置包括对照组在内的6个输入过磷酸钠的浓度梯度试验组,研究不同水平的外源磷输入所引起的沉积物中TOC含量的变化特征。同时,运用紫外—可见光吸收光谱方法,研究含磷物质的加入对沉积物中溶解有机质结构变化的影响。实验结果显示：各试验组沉积物TOC含量在第56天比对照组分别减少了3.60%、7.08%、8.09%、9.33%、11.80%,表明随着外源磷输入量增加,长江口沉积物中TOC加速分解。在试验周期内,沉积物溶解有机质的腐殖化程度、芳香化程度最大值与磷的输入量呈正相关。溶解有机质分子量和芳香环结构变化幅度与外源磷的输入量呈正相关,说明外源磷输入量的增大能够加快沉积物溶解有机质的变化。随着试验时间的增加,不同磷水平的溶解有机质的腐殖化程度和芳香化程度呈现先上升,随后开始下降的趋势;而溶解有机质的分子量随着时间的增加逐渐减小,其芳香环取代基上的取代基逐渐替换为更具有活性的官能团。表明沉积物有机碳含量减少过程中,先生成腐殖质,随着腐殖质继续分解,其腐殖化程度降低,且腐殖化程度和芳香化程度具有同一性。     

生物质炭对紫色土耕地土壤中溶解性有机物含量和组成特征的影响

选取位于长江上游低山丘陵区的四川盐亭石灰性紫色土和重庆忠县中性紫色土的两种典型耕地(旱地和菜地)土壤,添加0.5%~3.0%生物质炭并经过老化作用,研究生物质炭添加对土壤中可水提的溶解性有机物(DOM)性质的影响。DOM的含量与组分特征分别以溶解性有机碳(DOC)浓度和光谱学特征参数表征。结果表明,石灰性和中性紫色土旱地不添加生物质炭的对照土壤中DOM的平均含量分别为43、65 mg DOC·kg~(-1),相应菜地的对照土壤分别为110、105 mg DOC·kg~(-1);加炭后DOM含量随投加量呈非单调性变化。石灰性和中性紫色土菜地土壤DOM的芳香性和腐殖化程度明显高于旱地土壤。三维荧光光谱的平行因子分析表明,土壤DOM由两种土壤有机质源的类腐殖质组分及一种类色氨酸组分构成,菜地土壤中各组分的含量都明显高于旱地土壤,也具有更高的芳香性和腐殖化程度。综合多种光谱学分析的结果发现,加炭并经过老化后,土壤DOM的组分特征并无明显变化。     

Variation in spectral characteristics of dissolved organic matter derived from rape straw of plants grown in Se-amended soil

Straw return is an effective management practice. It not only utilizes agricultural waste but also introduces dissolved organic matter(DOM) into the soil. Selenium(Se) is an essential trace element in the human diet and contributes to the popularity of Se-enriched agricultural products in the Chinese market. Moreover, there are still some Se-enriched agricultural products that have yet to be utilized. This study investigated whether Se addition in soil caused component changes in the DOM extracted from rape straw. DOM extracted from rape straw grown in soil with four Se levels(0, 0.1, 0.5 and 1.0 mg Se kg–1 soil) was characterized by UV-Visible spectroscopy, fluorescence spectroscopy and FTIR spectroscopy. The UVvisible spectra revealed that 0.1 mg Se kg–1 soil reduced the molecular weight of DOM and caused the presence of more irreplaceable aromatic structures in the substituent groups of the DOM, while 0.5 and 1.0 mg Se kg–1 soil only reduced the DOM molecular weight. Fluorescence spectroscopy indicated that Se improved the humification degree but reduced the aromaticity of DOM. FTIR spectra proved that Se altered the contents of carboxylic acids, amino acids, alcohols and aromatic heterocycles in DOM, which were maximized in the 0.5 and 1.0 mg Se kg–1 treatment groups. We concluded that Se application could change the composition of DOM extracted from rape straw, potentially impacting the nutrient bioavailability in soil. This study provides basic data on Se-enriched rape straw utilization for eco-agriculture.     

脱甲河流域水体溶解有机碳时空分布特征

以亚热带脱甲河农业小流域为研究对象,利用高温催化氧化法和顶空平衡-气相色谱法对脱甲河水系4级河段(S1、S2、S3和S4)溶解有机碳(DOC)浓度与环境因子进行了1年周期(2014年12月至2015年11月)的连续观测,并初步探讨了DOC浓度与环境因子间的相关关系。结果表明:脱甲河DOC浓度范围在0.46~9.54 mg·L~(-1)之间,均值为3.09±0.01 mg·L~(-1);在季节变化上,DOC浓度表现为夏季春季冬季秋季;在空间分布上各级河段DOC浓度随河流级别的增加逐渐增大,变化范围为(1.36±0.07)~(4.25±0.21)mg·L~(-1),4级河段间DOC浓度出现了显著差异(P0.01),表明外源输入可能是不同河段DOC浓度变异的主要原因;DOC浓度与河水溶存二氧化碳(CO_2)浓度、盐度、温度、溶解总固体(TDS)及电导率(EC)呈极显著正相关(P0.01),与溶解氧(DO)呈显著负相关(P0.05),而与pH值变化无显著关系。研究表明,不同强度的水体理化性质及外源输入是造成DOC浓度差异的主要原因,研究结果可供亚热带其他农业小流域水系DOC浓度时空分布及影响因素研究参考。     

不同来源水溶性有机物光谱学特性研究

利用紫外光谱法和荧光光谱法研究了鸡粪、厨余、植物、污泥各自好养堆肥腐熟产品水溶性有机物的光谱特性。结果表明,4个堆肥产品的紫外SUVA254值由大到小的顺序为：鸡粪(14.13)、厨余(6.53)、植物(6.50)、污泥(3.97);4个产品的ABS285值由大到小的顺序为：鸡粪(116)、厨余(59.67)、植物(5...     

CW-MFC系统启动过程中溶解有机物的荧光光谱解析

为判断CW-MFC反应器运行状态提供一种简单且快速的监测方法,利用三维荧光光谱法研究人工湿地-微生物燃料电池耦合系统（CW-MFC）启动过程中溶解性有机物（DOM）的光谱特征。结果显示CW-MFC反应器启动阶段的循环进水周期内类蛋白质峰荧光逐渐变弱,说明反应器内部微生物有较好的活性,而类腐殖质和类富里酸峰荧光呈现逐渐增强的趋势。同时,随着驯化时间的推移,在连续流进水周期内系统的输出电压基本维持在300 mV左右,COD、NH₄⁺-N、TP的平均去除率也逐渐趋于稳定,分别为82.66% ± 4.47%、73.52% ± 6.95%和55.42% ± 8.59%。并通过比较反应器的出水中DOM组分荧光强度得分值,发现从启动到稳定运行的过程中反应器内部微生物的活性和代谢逐渐稳定,说明利用三维荧光光谱技术判断反应器是否运行稳定具有可行性。     

秸秆和Eh对稻田土壤溶解性有机质组成及金属释放的影响

为探究秸秆添加对氧化还原条件变化下稻田土壤重金属释放的影响,本文选取典型重金属污染稻田土壤,通过微宇宙试验结合三维荧光光谱等手段,分析了土壤溶液化学性质、溶解性有机质（DOM）、金属释放之间的动态关系。结果表明：添加秸秆增加了厌氧期Fe、Mn、As、Cd等金属的释放,同时影响了DOM组成。土壤DOM中类蛋白（C3）含量在培养期总体降低（P<0.05）;类腐殖质含量呈现厌氧期上升、好氧期下降的趋势。结构方程模型（SEM）分析显示,Eh的变化与Mn和As的溶出显著负相关（路径系数分别为-0.662和-0.528,P<0.01）,同时,Eh还通过影响土壤类腐植酸C2（路径系数-0.816,P<0.01）控制As的释放（路径系数0.244,P<0.05）。因此,稻田土壤干湿交替造成的Eh变化和秸秆还田措施不仅可直接影响重金属的溶出,也可通过DOM含量和组成进一步控制其释放。     

溶解性有机质对水稻生长及元素吸收的影响

用溶液交换法研究了从猪粪、稻草和紫云英 3种有机肥中提取的溶解性有机质对水稻生长及其吸收养分的影响 .结果表明 ,3种来源不同的溶解性有机质均显著促进了水稻根系及茎叶的生长 ,提高了水稻的分蘖数 .3种溶解性有机分解液均显著提高根系和茎叶 Fe质量分数 ,对 Cu质量分数的影响不显著 ,对 Zn和 Mn质量分数有一定影响 ,但情形较复杂     

pH及离子强度对渗滤液水溶性有机物同步荧光光谱的影响

采用同步荧光光谱技术分析填埋场不同填埋时期渗滤液水溶性有机物的理化性质,研究填埋场不同填埋时期渗滤液水溶性有机物(DOM)在三个代表性pH和不同离子强度下的同步荧光特性。结果表明,pH及离子强度对DOM的荧光性质都有较大影响。DOM的荧光特性受pH影响显著,填埋前、中、后期DOM在不同pH下的荧光峰位置与强度均不一致。离子强度对DOM荧光特性影响相对较小,由于盐析等作用,随离子强度的增加,各DOM的荧光强度一般都在降低。填埋前、中期DOM在pH 13时随离子强度的变化较显著,而填埋后期DOM在pH 3时随离子强度的变化较显著。研究为填埋场渗滤液溶解性有机物的毒性评价和污染防治提供了基本信息。