近红外光谱法在土壤有机质研究中的应用

近红外光谱技术(Near Infrared Reflectance Spectroscopy,NIRS)具有快速、低成本、无损等优点。目前利用NIRS获取土壤信息已成为国内外学者研究的重点,但是在我国利用NIRS对土壤成分进行定量分析才刚刚起步。本文简要介绍了近红外光谱分析的基本原理、模型的建立及评价,详细论述了该技术在预测土壤有机质及其组分方面的应用,并对NIRS在我国土壤有机质定量研究方面的应用前景进行了展望。     

Characterization of Phosphorus in Sewage Sludge from Different Sources by 31Phosphorus Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

To investigate the distribution and dynamics of phosphorus (P) in soils for environmental protection and agronomical usage, ³¹P nuclear magnetic resonance spectroscopy (³¹P NMR) was used to characterize the contents and chemical properties of P in sewage sludge from 13 wastewater treatment plants in Shanghai. The samples were extracted with 0.25 M sodium hydroxide (NaOH) / 0.05 M sodium ethylenediamietetraacetic acid (Na₂EDTA) in ratio of 1:20 (w/v). Total P recovery in the extract ranged from 91 to 116% when compared to traditional chemical methods. The dominant forms of P in all samples were inorganic orthophosphates and orthophosphates monoesters. Orthophosphate diesters and pyrophosphates were present in only two and four samples, respectively. This study provides detailed information on the distribution, contents, and chemical properties of P in sewage sludge that may be of value in the utilization of sewage sludge for agronomic purposes.     

土壤中溶解性有机物及其影响因素研究进展

溶解性有机物(DOM)是陆地生态系统中极为活跃的有机组分,是土壤圈层与相关圈层(如生物圈、大气圈、水圈和岩石圈等)发生物质交换的重要形式。它不但是土壤微生物最重要的能量与物质来源,影响微生物的新陈代谢,而且对土壤营养元素(如C,N,P)和污染物的化学活性与生物活性也有直接影响。因此,土壤中溶解性有机物的消长动态已成为当前农业生态学领域的研究焦点问题之一。本文综述了土壤中溶解性有机物的迁移转化规律和主要影响因素,并指出未来的研究重点应在以下几个方面:(1)土壤有机质性质对DOM释放的影响。(2)有机质对DOM数量和质量的影响(3)生物和物理化学因素对土壤中DOM吸附和解吸的影响(4)DOC、DON和DOP迁移转化的差异。     

溶解性有机质在土壤固碳中的意义

随着全球变暖的加剧,土壤圈作为全球碳循环中的重要碳库受到日益关注。土壤有机碳固定对大气温室效应和气候变暖有重要影响。溶解性有机质(DOM)是土壤中最活跃的有机碳库,其含量与土壤CO2、CH4、N2O的排放显著正相关,DOM的矿化成为土壤有机碳损失的重要途径。DOM可通过与Fe、Al共沉淀、吸附于土壤矿物表面而改变其生物降解性,从而在土壤中稳定和保留下来,对土壤有机碳积累中具有重要贡献。DOM的化学组成和结构特征影响其生物降解性,同时也影响其沉淀吸附效应。其稳定机制不同,对土壤有机碳积累的贡献也存在差异。目前估算DOM对土壤有机碳的贡献尚无普遍认可的方法,具体数值因估算方法不同而存在较大差异,有效的估算方法仍有待于进一步研究。     

土壤溶解性有机质分子特征对不同来源有机肥分解的响应

从有机肥料中提取的溶解性有机质（DOM）可为不同的商业有机肥料的潜在应用提供新的见解。选用四种不同来源有机肥（生物质炭肥,WSB;羊粪有机肥,SM;海藻有机肥,SW;虾肽有机肥,SP）与昌化矿区周边土壤为研究材料,进行为期三个月的培养试验,采用多元光谱分析研究土壤DOM分子特征对有机肥分解的响应。与对照组相比,在培养过程中添加四种有机肥均增加土壤DOM的含量,WSB处理增加量最低,SW处理增加最高。激发发射矩阵结合平行因子分析 (EEM-PARAFAC) 表明培养过程中添加WSB提高了土壤DOM中类胡敏酸组分,减少了类富里酸组分;添加SM、SW和SP在0~45 d内降低了土壤DOM中微生物转化的类胡敏酸组分的比例而提高类富里酸组分,在45~90 d内增加难降解的类胡敏酸组分的比例。二维红外相关分析 ( 2D-FTIR-COS) 表明CK和SP处理中土壤DOM的芳香性或羧酸碳优先对分解时间发生响应;而添加WSB、SW和SM处理组中土壤DOM的烯烃或多糖类碳优先对分解时间发生响应;添加WSB和SP处理土壤提取液中也出现了Si-O-Al等土壤纳米矿物类官能团响应信号。碳近边X射线吸收精细结构 (C 1s NEXAFS) 分析结果表明：培养结束后,与未添加有机肥处理相比,WSB处理提高土壤DOM中含氧脂肪族碳组分比例,而减少芳香与酚类碳比例;SW处理主要增加了芳香碳、羰基碳的比例,而减少了脂族碳和氧烷基碳含量;SM、SP处理增加了酚类碳、芳香碳以及脂族碳比例,减少了羧基碳、氧烷基碳和羰基碳比例。本研究结果可增强对不同来源有机肥分解影响土壤DOM分子特征的了解,对于评估土壤中施用商品有机肥料的生态环境效应至关重要。     

水溶性有机质对金霉素在猪粪中吸附-解吸附行为的影响

选择来自猪粪和稻草的水溶性有机质（DOM）,用室内模拟试验方法研究了我国常用抗生素金霉素（CTC）在受到内源和外源DOM作用下在猪粪中的吸附和解吸附行为。研究表明,金霉素能被猪粪便快速吸附,等温线呈非线性,用Freundlich方程可以很好地拟合吸附数据;添加DOM能抑制猪粪对CTC的吸附,其能力大小与加入的DOM种类有关,其中内源性猪粪DOM的解吸附效果明显大于外源性稻草DOM;形成阳离子复合体和加入DOM的性质可能是抑制CTC在猪粪便上吸附的主要机制。     

溶解性有机质对镉在蔬菜中累积的影响

在赤红土中施用溶解性有机质（ＤＯＭ）——稻秆ＤＯＭ（稻秆发酵液中的有机质）后，生长在该土壤上的蔬菜体内镉含量，较不施稻秆ＤＯＭ的显著增加，加重了对蔬菜的危害程度     

城市污水污泥处理利用研究进展

城市污水污泥由于其产生量的巨大及成分的复杂,如何对它进行合理利用已越来越受人们关注。文章系统地综述了污泥的减容化、无害化处理方式及其进展,并重点对其资源化的土地利用和水处理利用等作了较为详细的论述,从而提出污泥的资源化最经济、最有效的处理途径。     

干污泥和堆肥污泥施用于红壤中N素的释放特性

在红壤自然状况下,模拟了施肥沟,对红壤不同污泥施肥处理的N素释放特性进行了研究。试验结果表明,干污泥配比在10%~20%时,碱解氮、铵态氮和硝态氮累计释放量分别为:25.71%~33.48%,9.57%~14.85%和4.08%~7.65%。堆肥污泥配比在20%~33%时,其累计释放量分别为13.55%~15.65%,2.03%~4.23%和3.11%~5.37%。干污泥处理的释放量大于堆肥污泥处理的释放量,释放过程变化较堆肥污泥剧烈,铵态氮和硝态氮均有明显峰值,铵态氮最大含量532.98±10 mg/kg,释放量最大达10.95%;硝态氮含量最大为149.2±14 mg/kg,释放量最大时为3.32%。无论是从氮的肥效角度,还是氮释放的环境风险角度考虑,污泥堆肥处理后施肥方式均优于干污泥处理施肥方式。     

农艺措施对土壤可溶性有机质的影响研究进展

土壤可溶性有机质(DOM)是土壤有机物中的高活性组分，在土壤养分的生物地球化学循环、重金属和有机污染物的迁移转化、土壤矿物质的活化及土壤肥力的保持等过程中发挥着重要作用。农艺措施可通过内外源同步作用显著影响土壤DOM的含量、组分及性质，本文综述了近年来相关研究中不同农艺措施下土壤DOM的变化，总结了不同耕作管理、种植制度、施肥措施以及新型土壤改良剂等对土壤DOM的影响。分析表明，免耕加秸秆覆盖方式可显著提高土壤DOM含量，与单一耕作相比轮作可提升土壤DOM含量，绿肥配施有机肥较单一化肥施用可显著改善土壤DOM的组成和结构，合理调控热解炭和水热炭等土壤调理剂的施用时间、施用量、C/N等性质可优化土壤DOM结构和性能。本综述分析了农艺措施对土壤DOM的影响效果及作用途径，指出了当前的研究热点和难点，并对未来研究方向进行了展望，可为今后合理的农艺措施管理和土壤健康调控提供科学指导。     

溶解性有机质影响土壤吸附重金属的研究进展

溶解性有机质(Dissolved organic matter,DOM)由于含有羧基、羟基、羰基和甲氧基等活性功能团,能作为重金属在环境中的迁移"载体"或"配位体",通过与土壤中重金属之间的离子交换吸附、络合、螯合等一系列反应抑制或促进重金属在土壤中的吸附,影响重金属的沉淀、迁移转化和生物有效性,进一步影响生态环境安全和人类健康。因此,详细介绍了DOM尤其是外源DOM的来源、提取和组成,同时综述了溶解性有机质对土壤吸附重金属的影响及其影响机理的研究进展。     

污泥堆肥过程中的理化性质及微生物学特性

为寻求经济与环保的方式解决当前城市污泥的排放出路,促进污泥无害化及资源化利用,以期筛选出高效优质的有机肥料配方,并符合现行的有机肥料行业标准NY 525-2002。研究根据污泥的特性和当地条件选择合适的调理剂（如树枝、草炭、糠醛渣、畜禽粪便等）进行配比,通过静态堆置发酵技术,研究污泥堆肥过程中一些理化性质和微生物学特性动态变化。结果表明：经过42d的堆肥发酵,5个处理均达到腐熟,处理2、处理3配方合理,既可更多地消化污泥,又可得到养分含量较高的产品,符合现行的有机肥料行业标准NY 525-2002;堆肥过程中细菌较放线菌和真菌高出2～3个数量级,且细菌增长速度较另外2种菌快,细菌总数在第3天达到最高,真菌和放线菌相对滞后,在第7天总数达到最高,微生物数量的变化也反映着污泥堆肥的腐熟度。     

城市生活污泥蚯蚓处理过程中相关酶活性的动态变化特征

利用大平2号蚯蚓处理城市生活污泥,分析了其对污泥磷酸酶、脲酶、蛋白酶、蔗糖酶活性的影响。结果表明,污泥经蚯蚓处理后,相关酶的活性发生了较大的变化,污泥酸性和碱性磷酸酶活性先升高而后下降,中性磷酸酶的活性则持续下降;污泥脲酶的活性先升高后下降;蛋白酶和蔗糖酶的活性则持续下降。总体来说,所研究的4种酶的活性随着时间延长有下降的趋势,其中污泥蛋白酶的活性下降最为显著,其他相对较小。污泥蚯蚓处理过程中有机质等的降低可能是酶活性下降的主要原因。     

可溶性有机物对玉米根部菲与芴吸着与吸收过程的影响

在水培玉米幼苗的暴露实验中,控制溶液中可溶性有机物（DOM）的浓度水平（0、0．5、1、2、5、10mg·L^-1）,观察其对水培溶液中多环芳烃（芴与菲）生物有效性的影响。通过控制洗脱条件,将根部多环芳烃分为弱吸着（氯化钙提取）、强吸着（甲醇提取）与吸收（索氏提取）3种不同的形态。结果表明,短期暴露（4d）后,培养液中多环芳烃浓度迅速下降至起始浓度的10％左右,玉米幼苗对菲的吸收强于对芴的吸收,而吸着量相似,大部分以强吸着态存在于根表。低浓度可溶性有机物（小于2mg·L^-1）的加入有助于芴与菲在根表的吸着,浓度继续增大时,对吸着过程则产生抑制作用;吸收量随可溶性有机物浓度的升高而增大,逐渐趋于稳定。吸着与吸收总量在DOM浓度约为1mg·L^-1时达到最大值,之后随DOM浓度增加而下降。     

共沉淀引发的溶解性有机质在水铁矿/水界面的分子分馏特性

土壤矿物与溶解性有机质（DOM）的相互作用会引起DOM在矿物/水界面的结构分馏,进而影响DOM在土壤中的长期保存及其环境行为。水铁矿在环境中广泛存在,可通过两种不同方式（表面吸附或共沉淀）与DOM结合。目前,鲜有研究从分子尺度上揭示共沉淀反应诱发的DOM在水铁矿/水界面的结构分馏特性。针对此,通过共沉淀方式在C/Fe不同的溶液中制备水铁矿-DOM复合体,将传统光谱手段（如,紫外（UV）-可见光光谱、Fe K边X射线吸收光谱（XAS）等）和近年来兴起的电喷雾-傅立叶变换-离子回旋共振质谱（ESI-FT-ICR-MS）相结合,从分子水平解析共沉淀过程中DOM在水铁矿/水界面的结构分馏行为。结果显示：水铁矿-DOM复合体中Fe主要以水铁矿的形式存在,所占比例与C/Fe值有关,介于68.0%~95.9%之间。UV和ESI-FT-ICR-MS分析共同表明在共沉淀过程中,水铁矿优先固定DOM中具有高分子量的富含氧的芳香性组分（主要燃烧过程中产生的致密多环芳香类物质和维管植物来源的多酚类物质）,该分子分馏特性与前人报道的因表面吸附引发的DOM在水铁矿/水界面的分馏现象基本一致,表明无论表面吸附还是共沉淀,水铁矿均倾向于固定芳香性强的高分子量组分。此外,本研究率先发现水铁矿对DOM的结构选择性随反应时间呈一定动态变化,表现为：燃烧过程中产生的致密多环芳香类组分优先被固定在复合体中,随着反应推进,维管植物来源的多酚类组分被固定。本研究结果有助于深入理解水铁矿形成过程中,通过共沉淀作用影响DOM环境地球化学行为的分子分馏机制。     

污泥农用对土壤理化性质及作物产量的影响

为了研究污泥农用的有效性,通过田间试验,开展了污泥农用前后土壤理化性质及作物产量变化研究.结果表明,随着污泥施用量的增加,土壤容重最大降低了14.8%;水稳性团粒总量达31.5%;速效氮、磷的含量和土壤中的有机质含量明显增多;小麦和玉米都增产,其中污泥施用量为56.25 t/hm~2时,小麦增产达极显著水平;玉米的产量都比对照要高,而且产量随施肥量的增加而增大.     

蚯蚓活动对城市生活污泥重金属的影响

采用塑料温棚内垄式堆积污泥培养蚯蚓方式,研究了蚯蚓处理对污泥重金属的影响。结果表明,污泥经蚯蚓处理后,理化性质发生了显著的变化,污泥的pH值、有机质、总氮和总磷都有不同程度的降低;蚯蚓能吸收富集污泥中的重金属,其中对重金属Cd有较强的富集能力;蚯蚓处理使污泥中重金属含量均出现不同程度的下降,重金属Cr、Zn、Pb、Cd、Cu、Ni分别减少27.98%、31.46%、32.81%、13.85%、23.86%和22.92%。利用盆栽试验,研究了污泥施用于土壤后生菜体内重金属积累的情况,结果表明,生菜体内重金属Zn、Cu、Pb和Ni的含量为污泥处理高于蚓粪处理;Cr和Cd则分别为差异不显著和略有降低。     

Dynamics of water extractable organic carbon at a subtropical catchment using fluorescence excitation-emission matrix spectroscopy coupled with parallel factor analysis

The vertical and horizontal movement of water extractable organic carbon (WEOC) has a significant influence on soil organic carbon (SOC) storage and water quality. However, how the amount, components and chemical qualities of WEOC change at horizontal and vertical levels, as well as desorption in the cascade model in subtropical red soils, are not fully understood. We sampled soils from four types of land (Elaeocarpus, Masson Pine, Crape-Myrtle and a deposition site) in a subtropical catchment as replicated cores (n = 96) and investigated changes in the molecular and structural constituents of WEOC using excitation-emission matrix fluorescence and UV–visible absorbance spectroscopy. Our results showed that WEOC concentration changed remarkably in all four plots, and that the concentration coupled with the relative abundance of aromatic compounds decreased with increasing soil depth, whereas low-molecular-weight materials increased with increasing soil depth. Five fluorescent components were identified by parallel factor analysis (i.e., tryptophan-like, tyrosine-like and three humic-substance-like components). The relative abundance of these components suggested that WEOC composition shifted along vertical soil layers. Dynamic variations in fluorescent indices indicated that WEOC from the subsoil has strong biological characteristics. Additionally, there was no significant correlation between WEOC and SOC in subsoil, indicating that much of the WEOC within mineral soils is of local microbial origin rather than from local soil organic matter. Sorption processes alone or stepwise exchange processes of WEOC on the soil minerals do not readily occur, as the red soil in a subtropical area is typically unsaturated and potentially has a large sorption capacity. Once soil carbon is adsorbed, it is difficult to release it into soil water by microbial processing. Data from the deposition site suggest that components of hydrophilic WEOC with low molecular weight are preferentially transported.     

连续污泥农用对土壤微团聚体及有机质组分中 重金属分布的影响

采用物理和化学相结合的分组方法,将土壤逐级分离成不同粒径后再分出以有机无机复合体存在的重组,研究施加不同污泥后土壤中不同粒径颗粒、不同重组结合态腐殖质组分中Cu、Zn、Cd的分配特征。结果表明:土壤重金属浓度随其粒径减小呈不断升高趋势,但施用污泥增加了土壤细砂粒级组分中的重金属比例,且随施用污泥中重金属浓度上升而增加。施加污泥后,不同粒径土壤颗粒中松结态腐殖质比例明显增加,紧结态腐殖质所占比例下降。施加污泥后土壤细砂颗粒松结态腐殖质中Cu、Zn、Cd所占比例上升,紧结态腐殖质中Cu、Zn、Cd比例下降。粉砂粒级松结态腐殖质中Cu、Cd比例上升,紧结态腐殖质中Cu、Cd比例下降。细粉砂和胶体粒级不同结合态腐殖质中Cu、Zn、Cd比例没有明显变化。不同粒径组分土壤颗粒中重金属比例变化不仅与不同结合态腐殖质的比例有关,还与土壤颗粒大小和土壤性质有关。     

生物炭与强还原处理对设施蔬菜土壤可溶性有机质的影响

利用田间试验,探讨生物炭与强还原处理(RSD)对退化设施蔬菜土壤可溶性有机质(DOM)的影响.处理为对照(CK)、生物炭修复(BC)、淹水(SF)、淹水覆膜(SFF)、强还原修复(RSD)、RSD与生物炭联合修复(RSD+BC),对比研究不同处理对0-20,20-40 cm 土壤DOM含量及光谱特征的影响.结果表明:0...