韦思业 1,*范行程 3毛翰 1操涛 4[ ... ]谢越 3
作者单位
摘要
1 生态环境部华南环境科学研究所, 广东 广州 510530
3 安徽科技学院资源与环境学院, 安徽 凤阳 233100
4 中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室, 广东 广州 510640
生物炭(BC)施加至土壤后会释放出溶解性有机质(DOM), 能够改变土壤DOM的含量和化学性质, 进而对土壤DOM的环境行为产生重要影响。 BC DOM的分子组成和结构决定了其复杂的环境行为, 然而目前针对其分子量组分的研究几乎为空白。 本研究以稻秆和猪粪为原料, 在300, 400和500 ℃分别制备生物炭, 利用纯水萃取-过滤得到DOM, 采用超滤方法将其分离为<1, 1~5和>5 kDa(千道尔顿)组分。 通过溶解性有机碳(DOC)、 紫外-可见光光谱(UV-Vis)、 三维荧光光光谱结合区域体积积分(EEM-FRI)系统解析了BC DOM中不同分子量级组分的含量和光谱特征。 结果显示, 不同裂解温度下稻秆和猪粪BC DOM的DOC在<1, 1~5和>5 kDa组分中的分布分别为42%~60%, 16%~23%和23~29%, α254的分布范围分别为4%~27%, 8%~49%和26%~81%。 表明BC DOM的DOC主要分布在<1 kDa组分, 而发色物质主要分布在>5 kDa组分。 400和500 ℃下BC DOM中>5和1~5 kDa组分的分子量和芳香度明显高于300 ℃下。 相比而言, 稻秆BC DOM中>5 kDa组分比猪粪的含有更多的芳香族结构, 而猪粪BC DOM中<1 kDa组分的芳香度却高于稻秆。 稻秆和猪粪BC DOM中各级分子量组分均具有相似的EEM光谱特征, 表明BC DOM是一种连续有机体系。 稻秆和猪粪BC DOM的分子量级组分分别以类富里酸和低激发色氨酸荧光物质组成为主。 BC DOM中<1, 1~5和>5 kDa组分的FI和BIX基本呈现依次降低趋势, 而HIX值则呈现出依次升高的趋势, 结果表明BC DOM中高分子量组分富集了较多的具有高芳香性和高腐殖化程度的有机组分。 研究结果将进一步提升对BC DOM的分子量组成和结构特征的认识, 同时可以为准确评估BC DOM的环境行为提供重要的基础数据。
生物炭 溶解性有机物 超滤 分子量 光谱特征 Biochar Dissolved organic matter Ultrafiltration Molecular weight Spectra characteristics 
光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1809
余旭芳 1,*周俊 1,2任兰天 3王艳 1[ ... ]王翔 1
作者单位
摘要
1 安徽科技学院资源与环境学院, 安徽 凤阳 233100
2 中国科学院南京土壤研究所土壤环境与污染修复重点实验室, 江苏 南京 210008
3 安徽科技学院农学院, 安徽 凤阳 233100
堆肥是小麦秸秆资源化利用重要的途径之一, 然而目前关于秸秆单一物料堆肥的研究较少。 水溶性有机物(DOM)被普遍认为是堆肥中最活跃的有机组分, 因此探讨DOM的演变特征可有效评价秸秆的腐熟过程。 以小麦秸秆好氧堆肥过程中的DOM为研究对象, 利用总有机碳、 紫外-可见光光谱(UV-Vis)、 三维荧光光谱(EEM)结合平行因子(PARAFAC)分析方法, 阐明小麦秸秆堆肥过程中DOM的含量、 结构和组成的演变特征。 结果表明: 堆肥过程中DOM的有机碳含量降低了23%, 说明DOM是堆肥中活跃的有机质组分。 值得注意的是, 堆肥前期DOM微生物降解最为剧烈。 UV-Vis谱图显示DOM光谱随堆肥进行不断降低, 表明堆肥过程芳香族物质不断降解。 EEM光谱显示出显著的荧光峰演变趋势, 由堆肥前期较强的类蛋白荧光峰(D, E)演变为堆肥后期较强的类腐殖质荧光峰(H), 表明堆肥过程DOM的物质组成发生改变。 通过光谱参数SUVA254和HIX的观测, 发现随着堆肥进行, DOM的芳香度和腐殖化程度呈现动态变化, 整体呈增强趋势。 由此可推测堆肥过程DOM降解的成分主要为非腐殖质, 而腐殖质类物质的相对含量则不断提升、 整体芳构化和腐殖化程度增加。 EEM-PARAFAC进一步定量分析了DOM组分的演变特征。 随着堆肥的进行, DOM中的类蛋白物质(C3)相对含量显著降低(~46%), 而类富里酸(C1)和类腐殖酸(C2)物质相对含量分别提高了45%和80%。 DOM中的组成由堆肥初期的C1∶C2∶C3=41∶17∶42演变成堆肥后期的53∶27∶20。 结果揭示出堆肥过程中类蛋白物质发生显著的降解, 而类腐殖质则由于分子聚合生成作用和微生物降解速率较慢等因素逐渐演变成堆肥DOM的主要组分。 相关性分析结果显示HIX与C1和C2均呈现极显著正相关(r=0.806~0.853), 表明腐殖化指数(HIX)可有效指示DOM的腐殖质物质组成。 本研究结果可为进一步优化小麦秸秆堆肥条件, 改善秸秆有机肥质量提供科学依据。
秸秆堆肥 水溶性有机物 芳香度 腐殖化 三维荧光-平行因子分析 Wheat straw composting Water soluble organic matters Aromaticity Humification EEM-PARAFAC 
光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1199
作者单位
摘要
1 安徽科技学院资源与环境学院, 安徽 凤阳 233100
2 上海交通大学中英国际低碳学院, 上海 201306
稻壳和木屑是农林业废物处理与利用的重点, 将稻壳和木屑制备成生物炭并用于环境污染与防治成为研究热点, 但对稻壳和木屑生物炭中溶解性有机质(DOM)的研究还较少。 以稻壳和木屑为生物质原料, 在不同温度(200~700 ℃)下制备稻壳和木屑生物炭, 利用紫外-可见光谱、 三维荧光光谱和红外光谱技术对生物炭DOM的光谱特征进行分析, 研究不同热解温度对生物炭DOM光谱特征的影响。 结果表明, 随着热解温度升高, 稻壳和木屑生物炭DOM中溶解性有机碳(DOC)浓度逐渐降低, 且木屑生物炭的DOC浓度远高于相同温度下的稻壳生物炭。 稻壳和木屑生物炭DOM的紫外吸收均随着波长的增大而逐渐降低, 且随着热解温度升高, 稻壳生物炭DOM的吸光度先增加后降低, 而木屑生物炭DOM则持续降低。 紫外光谱的特征参数值(SUVA254和SUVA260)随着热解温度升高变化趋势相同, 且在相同温度下, 稻壳生物炭DOM的特征参数值均高于木屑。 三维荧光光谱表明稻壳和木屑生物炭DOM的荧光峰主要出现在λex/em=300~315/400~425 nm和λex/em=210~245/380~435 nm波段, 分别代表类腐殖质荧光峰和富里酸荧光峰, 可用来表示生物炭DOM的腐殖化程度和疏水组分含量。 随温度升高, 稻壳生物炭DOM的腐殖化程度和疏水组分含量先升高后降低, 而木屑生物炭DOM则逐渐降低。 三维荧光参数表明稻壳和木屑生物炭DOM的自生源指标(autochthonous index, BIX)不强, 生物可利用性和类蛋白比例较低; 随着温度升高稻壳生物炭DOM腐殖化指数(humification index, HIX)先增加后降低, 而木屑生物炭DOM的HIX则逐渐降低。 此外, 红外光谱结果表明, 随着热解温度的升高, 稻壳和木屑生物炭DOM中—OH逐渐降低, —CH2、 —CH3变化不明显, 芳环CC, C—H增强, 芳香化程度增强。
温度 生物炭 溶解性有机质 光谱分析 Temperature Biochar Dissolved organic matter Spectral analysis 
光谱学与光谱分析
2019, 39(11): 3475

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