基于荧光光谱技术研究增效肥料对土壤富里酸荧光特性的影响

为探讨施用增效肥料后对土壤富里酸(F A)荧光特性及腐殖化程度的影响,在黑龙江省黑河市嫩江县和爱辉区两个试验区采取相同施肥处理,设置5个处理组:平衡施肥(NE)、平衡施肥减量25％(CK)、平衡施肥减量25％+纳米碳增效剂(T 1)、平衡施肥减量25％+沸石增效剂(T 2)、平衡施肥减量25％+生物炭增效剂(T3),分...     

黑土长期定位施肥土壤富里酸的荧光特性研究

选取哈尔滨长期定位施肥对照处理(CK)、施用氮磷钾化肥(NPK)、有机肥马粪(OM)及有机肥与无机肥混施(MNPK)四个不同处理的土壤样品,利用荧光检测技术对土壤富里酸(Fulvic acid,FA)组分进行分析。荧光发射、激发与同步扫描主要特征峰及三维荧光图谱Peak a,b,c均显示:与CK比较,NPK处理均出现明显蓝移,而OM与MNPK出现不同程度红移,表明NPK可使土壤FA结构趋于简单化,OM与MNPK处理则使FA结构趋于复杂。通过对不同处理土壤FA荧光指数f450/500与A1 370~412 nm/A370~600 nm,A4 538~600 nm/A370~600 nm,A4/A1荧光面积积分比值等参数比较分析,进一步说明NPK处理土壤FA芳构化程度较低,而OM与MNPK长期施肥均使FA缩合度与芳构化程度升高。     

兴凯湖沉积物富里酸荧光特性研究

采集黑龙江省兴凯湖4个点位沉积物样品(样品号HXXD,HXXX,HXDX,HXDB),开展了沉积物富里酸(fulvic acid, FA)荧光特性研究。二维荧光光谱、三维荧光光谱均显示HXXD点位FA的主要荧光峰均出现在较长波长处。FA荧光光谱特征参数分析表明,各点位富里酸腐殖化程度为：HXXD>HXDX>HXDB>HXXX。其中HXXD点位FA以陆源输入为主,而其他点位FA则陆源与水生生物源并存。利用荧光区域积分(FRI)技术,对FA的三维荧光光谱5个区域(Ⅰ-Ⅴ)的荧光响应值比例(percent fluorescence response, P_{i, n})比较证实,所有点位类胡敏酸区域(Ⅴ区)的P_{Ⅴ, n}、类富里酸(Ⅲ区)的P_{Ⅲ, n}均占有较大的比例,同时采用三维荧光区域积分法判断各点位FA腐殖化程度与二维荧光特性结论一致。三维荧光光谱中r_{(A, C)}值与区域积分(FRI)中P_{Ⅴ, n}/P_{Ⅲ, n}及(P_{Ⅴ, n}+P_{Ⅲ, n})/(P_{Ⅰ, n}+P_{Ⅱ, n}+P_{Ⅲ, n})均具有显著的相关性,因此,r_{(A, C)}值是兴凯湖沉积物FA腐殖程度表征的一个方便、快捷的参数。     

不同比例有机无机肥配施条件下黑土富里酸荧光光谱特征

富里酸(FA)是土壤腐殖质的重要组成成分,是土壤腐殖化过程中的中间物质,其结构特性对提高土壤有机质具有重要的指示作用。有机无机肥配施是实现土壤培肥、秸秆资源利用、减少无机肥施用的有效措施。为探讨黑龙江省黑土区秸秆有机肥替代无机肥对土壤FA的影响,设置不施肥(CK)、单施无机肥(NPK)、有机肥替代无机氮肥25% (NPKM1)、有机肥替代无机氮肥50% (NPKM2)、有机肥替代无机氮肥75% (NPKM3)及有机肥替代无机氮肥100% (NPKM4)6个处理,测定土壤有机碳(SOC)和FA含量。利用荧光指数(FI)、自生源指数(BIX)表征土壤FA的来源,腐殖化指数(HIX)指示土壤的腐殖化程度。采用三维荧光光谱-平行因子分析法,分析土壤FA的荧光组分及最大荧光强度(F_max),并利用冗余分析(RDA)探讨荧光强度、土壤有机碳和试验处理间的响应关系。结果表明：与NPK处理相比,有机无机肥配施处理均显著提高了SOC和土壤FA含量,其中对NPKM2处理影响最大,SOC含量提高8.06%,土壤FA含量提高13.84%。土壤FA受自生源和外生源共同作用的影响(FI>1.4,0.8F_max值先升高后降低,类蛋白质F_max值逐渐降低。NPKM2处理类富里酸和类胡敏酸的F_max值最高,类富里酸的相对百分比最高。RDA结果表明NPKM2处理对SOC、土壤FA含量和F_max值的影响最大。因此,基于土壤FA荧光光谱特性分析可知,为提高土壤有机质含量、增加秸秆利用率、减施无机肥,秸秆有机肥替代无机氮肥50%处理为最佳有机无机肥配比。     

基于荧光光谱特性的水热条件对农田黑土富里酸结构的影响研究

为探讨水热条件对农田黑土富里酸(FA)腐殖化程度的影响,选取黑龙江省不同纬度带黑土区域北安、海伦、宾县、双城的农田土壤,对其腐殖物质进行分组测定,且分析了富里酸的荧光光谱特性。结果表明：从北向南,随着水热分布强度增加,农田黑土腐殖酸含量依次降低,北安为9.90 g·kg-1、海伦为8.71 g·kg-1、宾县为5.48 g·kg-1、双城为4.70 g·kg-1,胡富比显著降低,分别为1.46,1.42,0.80和0.74;不同区域富里酸三维荧光图谱差异值分析表明,与北安相比,其它区域Peak A和Peak C荧光强度均明显减少,区域积分(FRI)方法表明,从北向南,可见光区类富里酸物质含量显著下降;平行因子分析(PARAFAC)表明,各区域土壤FA可以分为相对分子质量较小、结构简单的C1及分子结构相对复杂、缩合度较高的C2两个组分,随着水热梯度增加,C1组分明显增加,而C2组分则呈相反趋势,C1组分的增加主要来源于C2组分降解的中间产物,且较高比例的C1组分促进了FA在土壤中分解;二维同步扫描图谱表明,随着纬度降低,FA结构趋于简单化,黑土中FA分解途径是组分中分子量较大、结构复杂的物质优先裂解,形成结构相对简单的、缩合度较高的小分子化合物,然后进一步彻底分解。综上,北安、海伦、宾县、双城农田黑土的FA浓度及腐殖化程度呈下降趋势;水热梯度增加,不利于土壤中FA积累,加速了土壤FA流失。     

XAD树脂分组水稻土富里酸组分的脂肪族特性

为准确把握由多种物质组成的富里酸的化学性质及结构,将富里酸按一定的性质及构造相似的特征进行细划分,从而减小富里酸的复杂性。该研究以通用缓冲液(pH 2)平衡后的XAD-8树脂能吸附H+型富里酸,利用pH 4.8,pH 7.0,pH 11.0的该通用缓冲液,可将富里酸中亲水性物质按解离程度分离为三种组分,再用水、乙醇将富里酸中的疏水性物质划分为的强、弱两部分。分析各组分的元素组成,红外光谱和核磁共振(1HNMR)的特征,认为在低pH缓冲液溶出的组分中含氧量、羧基含量高于水和乙醇溶出的组分,而脂肪性成分含量则低于水和乙醇溶出的组分,并且脂肪族侧链较短。     

黑土腐殖酸的近红外光谱测定

研究了我国黑土腐殖酸碳含量及其光化学性质,并探索了利用近红外光谱分析法(near infrared spectroscopy, NIRS)对其进行预测的潜力。针对东北典型黑土带土壤样品,利用偏最小二乘法(PLSr)建立定量模型,并用独立样本对模型进行检验。结果表明,模型对腐殖酸碳、胡敏酸碳和富里酸碳含量的预测效果很好,NIRS对富里酸碳和胡敏酸碳的465 nm(E₄)和预测结果也较好,665 nm光密度(E₆)的预测达到可接受水平。胡敏酸碳和富里酸碳含量与SOC的相关性,高于其与NIRS模型预测值的相关性,二者光化学性质与SOC的相关性则低于其与模型预测值的相关性。NIRS在简化黑土腐殖酸碳、胡敏酸碳和富里酸碳含量和光密度测定领域具有很好的应用前景,且能够反映SOC性质方面的信息。     

Phosphate Assisted Proton Transfer in Water and Sugar Glasses: A Study Using Fluorescence of Pyrene-1-carboxylate and IR Spectroscopy

The role of water’s H-bond percolation network in acid-assisted proton transfer was studied in water and glycerol solutions and in sugar glasses. Proton transfer rates were determined by the fluorescence of pyrene-1-carboxylate, a compound with a higher pK in its excited state relative to the ground state. Excitation of pyrene-1-COO⁻ produces fluorescence from pyrene-1-COOH when a proton is accepted during the excited singlet state lifetime of pyrene-1-COO⁻. The presence of glycerol as an aqueous cosolvent decreases proton transfer rates from phosphoric and acetic acid in a manner that does not follow the Stokes relationship on viscosity. In sugar glass composed of trehalose and sucrose, proton transfer occurs when phosphate is incorporated in the glass. Sugar glass containing phosphate retains water and it is suggested that proton transfer requires this water. The infrared (IR) frequency of water bending mode in sugar glass and in aqueous solution is affected by the presence of phosphate and the IR spectral bands of all phosphate species in water are temperature dependent; both results are consistent with H-bonding between water and phosphate. The fluorescence results, which studied the effect of cosolvent, highlight the role of water in assisting proton transfer in reactions involving biological acids, and the IR results, which give spectroscopic evidence for H-bonding between water and phosphate, are consistent with a mechanism of proton transfer involving H-bonding. The possibility that the phosphate-rich surface of membranes assists in proton equilibration in cells is discussed.     

同步荧光结合主成分与二维相关研究盐碱性土溶解性有机质组成与结构特征

为解决同步荧光光谱(SFS)荧光峰重叠而产生的应用局限性,应用同步荧光技术结合二维相关与主成分等方法,对重叠峰进行解析,研究土壤溶解性有机质(SDOM)组成与结构特征。选取河套灌区典型常见的芦苇、白杨、玉米、籽瓜等四种植被覆盖的土壤为研究对象,采集四个样点的土样,每个样点按0~20,20~40,40~60和60~80 cm等四层采集植被下土壤,共计16个土样,提取溶解性有机质,检测SFS。结果表明瓜地和玉米地SDOM荧光强度大于林地和芦苇地SDOM的荧光强度,瓜地SDOM荧光强度随着土层深度的增大而增大,而其他三种植被SDOM的荧光强度随着土壤深度的增大而减小,表明瓜地水浇过程中土层以淋溶作用为主,而其他土层以渗滤作用为主。应用主成分分析方法(PCA),识别出酪氨酸、色氨酸、微生物代谢产物、富里酸和胡敏酸等5种荧光组分,酪氨酸荧光峰出现了红移现象,表明瓜地土壤中的酪氨酸荧光强度明显高于其他三种植被土壤。基于二维相关光谱分析,芦苇土壤中的色氨酸与微生物代谢产物呈正相关变化趋势,光谱波段先后变化顺序为370 nm→337 nm→290 nm,表明组分变化顺序为富里酸→微生物代谢产物→色氨酸;玉米土壤中富里酸与胡敏酸呈正相关,波段变化顺序为318 nm→350 nm→420 nm→274 nm,表明组分变化顺序为微生物代谢产物→富里酸→胡敏酸→酪氨酸;林地土壤中酪氨酸、富里酸和胡敏酸呈正相关,波段变化顺序为270 nm→392 nm→426 nm→305 nm→337 nm,表明组分变化顺序为酪氨酸→富里酸→胡敏酸→色氨酸→微生物代谢产物;瓜地土壤中富里酸与胡敏酸呈正相关,而与酪氨酸呈负相关,波段变化顺序为410 nm→355 nm→334 nm→309 nm→275 nm,表明组分变化顺序为胡敏酸→富里酸→微生物代谢产物→色氨酸→酪氨酸。因此,运用SFS结合PCA与二维相关光谱分析SDOM的荧光光谱特征,识别荧光组分,揭示荧光组分的空间变化规律具有十分显著的效果。