铁铝锰氧化物催化木质素形成腐殖质具有重要作用。 为阐明微生物-木质素-铁铝锰氧化物三者间的关系, 揭示矿物-菌体残留物的结构特征, 采用液体摇瓶培养法, 以木质素为碳源, 通过添加针铁矿、 三羟铝石及δ-MnO2粉末, 在接种复合菌剂后启动110 d液体培养, 期间动态收集矿物-菌体残留物, 利用FTIR及SEM技术对其特性进行研究。 结果表明: 针铁矿呈松针状结构, 参与微生物利用木质素形成矿物-菌体残留物后表面附着了条状的暗色物质, 表观结构不规则, 但晶体结构并未改变。 菌体中多糖类物质与针铁矿游离羟基的阴离子发生交换作用, 芳香碳结构比例增加, 菌体在针铁矿表面堆积掩蔽了Fe—OH键以及(001)面的γ-OH键, Fe—OH发生质子化使Fe—O键振动频率增强; 三羟铝石表面结构疏松、 呈绒球状物质, 参与形成矿物-菌体残留物后, 缩聚作用明显、 疏松程度降低、 表面微孔结构减少。 氢键作用使矿物-菌体残留物的铝羟基振动频率下降, 即与AlOH相结合的O—H键极性减弱; 木质素引入使芳香碳结构比例增加, 随着培养进行, 其含量先下降, 而后再历经缩合; δ-MnO2表面颗粒粗糙, 以絮状或颗粒状团聚, 参与形成矿物-菌体残留物后, 颗粒团聚趋势明显、 堆积更加紧密、 表面结构更加光滑。 60 d培养期间, δ-MnO2结晶度受到菌体堆积以及氢键作用使O—H键的极性减弱, 而后层间水分子—OH含量增加对其产生了叠加效应, 使3 404~3 435 cm-1处吸收峰强度增加。 菌体中多糖类物质的羟基通过氢键、 化学力与δ-MnO2表面发生缔合, 所形成的矿物-菌体残留物芳香碳结构比例增加, 但Mn—O基团受到掩蔽; δ-MnO2的参与能够使矿物-菌体残留物产生更大数量的芳香碳结构, 为腐殖质形成提供更多的稳定性碳, 其次是针铁矿, 而三羟铝石则在培养30~60 d更有利于木质素的微生物降解。

微生物驱动下, 纤维素分解及转化在腐殖质形成中具有重要作用。 采用红外光谱辅以元素分析的技术手段对单一真菌(木霉、 青霉和黑曲霉)及复合菌液体摇瓶培养70 d后菌体残留物的类腐殖质(类胡敏酸HLA和类胡敏素)结构进行了分析对比。 结果表明: (1)两技术手段的结合有助于菌体残留物HLA分子结构的阐明, 然而在表征残留物类Hu结构方面, 尚需进一步探讨; (2)木霉有利于其所形成菌体残留物HLA分子的缩聚作用, 而青霉则更有利于该组分的降解; (3)青霉和复合菌对残留物HLA分子表现为氧化降解作用; (4)复合菌和黑曲霉均有助于培养液无机氮化合物向残留物HLA和类Hu组分中有机氮成分的转移, 促使其氨基C含量增加, 为腐殖化进程提供氮源。

应用红外光谱研究微生物对黑土添加麦秸后腐殖质结构特征变化的影响。 结果表明: (1)土壤水溶性物质(WSS)的结构和官能团数量受微生物影响较大。 细菌有利于提高WSS中脂肪族烷烃类物质含量, 其他处理结果相反。 (2)放线菌在减少土壤富里酸(FA)羟基含量的能力最强, 而真菌对FA的“净生成”能力最强, 其有利于提高土壤FA中羧基和碳水化合物的含量。 除混合菌外, 其他处理均有利于土壤FA中多糖的降解, 且速率大于脂类分解。 (3)除混合菌外, 其他处理均有利于降低土壤胡敏酸(HA)中脂肪族烷烃类物质的数量。 真菌可有效提高土壤HA的羧基含量, 而细菌作用相反。 微生物可消耗和利用HA中的多糖类物质, 促使植物残体类腐殖质向土壤成熟腐殖质转化。

应用红外光谱法， 研究了不同pH值和Cu2+浓度条件下， 合成赤铁矿和三羟铝石吸附Cu2+后表面羟基结构及其特征吸收峰的变化。 结果表明: (1)随Cu2+浓度增加， 赤铁矿表面H—O—H和OH的变形振动参与了吸附反应， Cu2+强烈地缔结在Fe—O上， 形成了Fe—O—(Cu)结构。 (2)酸性条件下， H+破坏了赤铁矿表面的O—H结构， NO-3促使弱峰1 131 cm-1的产生。 随pH值增大， 赤铁矿表面OH-逐渐由伸缩振动转变为变形振动， Fe—OH和Fe3+—O2-结构不断发生改变。 (3)三羟铝石对Cu2+的吸附发生在高波位， 随Cu2+浓度增大， 其表面游离羟基的O—H弯曲振动、 水分子的OH-伸缩振动和H—O—H弯曲振动均参与了吸附反应， Al—O基中的Al3+渐被Cu2+取代从而加强了较低波位的振动强度。 (4)随pH值增加， 三羟铝石Al—OH的弯曲振动和Al—O的伸缩振动逐渐发生着改变， 表明吸附Cu2+后， 在其表面形成了AlOCu+与AlOCuOH结构。

选择一口开采约20a的废弃油井, 在距离井口0.5, 1.5, 3.5, 5.5和7.5 m处进行多点采样, 应用元素分析、 傅里叶变换红外光谱和固态13C核磁共振方法, 研究了长期不同程度石油污染土壤中胡敏酸的结构特征。 结果表明： 随与油井口距离的减小, 胡敏酸的C/H, O/C和(N+O)/C原子比值分别由0.74, 0.41和0.45增加到0.80, 0.83和0.88； 红外光谱分析显示, 胡敏酸的2 921, 2 851, 1 454 cm-1吸收峰相对强度下降, 2 921/1 600比值由0.22减少到0.11； 固态13C核磁共振分析显示, 胡敏酸中烷基C的相对含量由49.9%下降到30.9%, 而烷氧C、 芳香C和羧基C的相对含量分别由20.1%, 13.1%和14.3%增加到28.0% 18.8%和19.3%。 上述结果说明, 随石油含量增加, 胡敏酸的脂族性和疏水性降低, 而芳香性和极性增强, 其分子结构变得老化。 为了促进受石油污染土壤的修复, 有必要采取适当措施使其中老化的胡敏酸得以更新和活化。