1 黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所, 黑龙江 哈尔滨 150086
2 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/耕地培育技术国家工程实验室/农业部植物营养与肥料重点实验室, 北京 100081
3 北京农林科学院植物营养与资源研究所, 北京 100097
4 黑龙江省科学院微生物研究所, 黑龙江 哈尔滨 150001
5 农业农村部环境保护科研监测所, 天津 300191
土壤有机碳是农业生态系统的关键驱动和调节者, 特别是根际微域有机碳动态对土壤碳素循环和矿质营养元素释放起着重要作用。 研究长期不同化肥和有机肥施用下大豆根际土壤有机碳、 活性有机碳以及有机碳结构的变化规律, 深入了解根际有机碳固持和稳定机制, 为完善农田生态系统碳固持和农田可持续发展提供科学依据和理论支撑。 该研究依托黑土长期定位试验, 采用化学分析、 固态13C-核磁共振 (13C-NMR)等方法研究大豆根际土壤有机碳含量、 活性有机碳含量和有机碳结构组分变化规律。 结果表明, 与非根际土壤相比, 大豆根际土壤有机碳含量显著增加, 长期施肥处理能够显著增加根际土壤有机碳和低活性有机碳含量, 以常量有机肥加氮磷钾（MNPK）处理提升效果最好。 核磁共振实验结果表明, 与不施肥处理相比, MNPK处理明显增加根际土壤烷基碳、 烷氧基碳比例以及烷基碳/烷氧基碳比值, 降低芳香基碳和芳香碳/总碳比值, 在非根际土壤中尤其显著; 常量氮磷钾（NPK）处理增加芳香基碳比例和芳香碳/总碳比值, 在根际土壤中烷基碳比例和烷基碳/烷氧基碳比值增加, 烷氧基碳比例降低, 非根际土壤测试结果相反。 综上所述, MNPK处理能够显著提升根际有机碳含量, 增加有机碳中烷基碳、 烷氧基碳比例以及烷基碳/烷氧基碳比值, 促进团聚体形成和增加土粒结构稳定性, 而NPK处理增加芳香基碳比例和芳香碳/总碳比值, 降低根际烷氧基碳比例, 团聚体稳定性降低, 同时证明固态13C-核磁共振技术结合半定量分析能够准确地分析不同有机碳结构组分变化, 深刻认识根际土壤有机碳的稳定机制。
有机碳 大豆根际 黑土 13C-核磁共振 Soil organic carbon Soybean rhizosphere Black soil 13C-NMR 光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3883
中国科学院天然气水合物重点实验室, 中国科学院广州能源研究所, 广东 广州 510640
天然气水合物是蕴含着巨大能源潜力的非常规能源, 2017年和2020年两次我国南海探索性试采的成功, 加快了天然气水合物项目的进展。 二氧化碳置换开采法, 既能开发CH4, 又能封存CO2。 同时水合物法分离烟气中CO2具有很好的应用前景, 而CO2在气体水合物的微观结构和特性尚不明确, 实际应用存在一定的未知影响。 为了考察其特性, 利用13C固体核磁技术(NMR)和拉曼光谱(Raman)进行CO2置换CH4水合物、 合成13CO2-H2-CP混合水合物实验表征, 讨论CO2在水合物中的定量问题, 研究CO2分子在笼型结构中的分布, 探讨CO2分子在气体水合物中的结构类型和特性。 结果表明: (1)利用Raman费米低频共振1 277.5 cm-1峰积分得到CO2在I型大笼(51262笼)的占有率为0.978 2, CH4在Ⅰ型小笼(512笼)和大笼(51262笼)的占有率为0.059 3和0.009 5, 水合数7.61, Raman费米高频共振1 381.3 m-1峰积分得到CO2在51262笼的占有率为0.984 3, CH4在512笼和51262笼的占有率为0.023 7和0.003 3, 水合数7.70, CO2几乎占满了大笼, CO2气体的加入会导致水合物中, CH4的大、 小笼占有率均大幅度降低, 置换后水合数略低于纯甲烷水合物, 未标记的CO2水合物在核磁中较难测出信号, CO2气体置换后CH4在小笼的占有率仅0.097 5, 大笼占有率为0.317 2, 两种方法差异主要原因为核磁的CO2未出峰。 (2)利用拉曼费米低频共振1 273.4 cm-1峰积分得到H2、 CO2在512笼、 CP在51262的占有率分别为0.124 8, 0.304 2和0.997 8, 水合数9.16; Raman费米高频共振1 380.6 cm-1峰积分得到H2、 CO2在512笼、 CP在51262的占有率分别为0.123 6, 0.577 1和0.985 1, 水合数7.12。 13C标记CO2分子在水合物中达到较好的固体核磁分辨率, 首次确认CO2在Ⅱ型小笼中的化学位移为124.8 ppm, 计算得到CO2的小笼占有率为0.783 1, CP的大笼占有率为0.971 8, 水合数6.70, Raman高频频费米共振峰(1 380.6 cm-1)定量计算与13C NMR结果更接近。 (3)对CO2的13C NMR化学位移进行了归属, 并结合Raman与13C NMR的对比分析, 为CO2水合物的13C NMR研究和拉曼定量提供参考。
固体核磁 拉曼光谱 二氧化碳 气体水合物 结构特征 定量分析 Raman Solid-state 13C NMR CO2 Gas hydrate Structure feature Quantitative analysis
以16年长期定位试验为基础, 探讨不同比例有机无机肥配施对土壤腐殖质特征的影响。 通过分离纯化腐殖质中的胡敏酸(HA)和富里酸(FA)组分, 并利用元素分析、 红外光谱和核磁共振研究分析了F1(70%化肥+30%有机肥)、 F2(50%有机肥+50%化肥)和F3(100%有机肥)三种施肥方式下的HA和FA含量及结构变化。 结果表明, F3对于提升HA和FA含量的效果优于F1和F2处理, 说明有机肥的施用量越高, 土壤腐殖质组分的含量就越高。 元素分析表明, 不同配比的有机无机肥对HA和FA各元素含量及原子比影响不同。 F2和F3都提高了HA的缩合度, 降低了氧化度和极性, 其中F3的效果更加明显; 有机肥的施用还能促进HA中含氮化合物的形成, 并且在F2中的效果最好; 有机肥的施用同样提高了FA的缩合度而降低了氧化度和极性并促进了含氮化合物的形成, 尤其在F2处理中尤为明显。 腐殖质红外光谱分析表明, 与F1相比, F2和F3提高了HA中脂肪族化合物、 碳水化合物物质的含量, FA的羧基基团、 脂肪基团含量也增加, 且在F3处理中表现最为显著; F2处理则降低了HA中脂肪烃物质的含量, FA中的碳水化合物则达到最高。 13C核磁共振波谱分析显示, 在三种处理中, 有机肥的施用提高了HA和FA的脂化度而降低其芳化度, 其中F2处理中HA官能团变化更加显著, FA在F3处理中则变化更加明显。 综上所述, 有机肥显著提高了土壤腐殖质组分含量, 并且提高了HA和FA的脂化度降低其芳化度, 但是不同用量有机肥下HA和FA的形成机制不同。
有机肥 无机肥 胡敏酸 富里酸 红外光谱 元素分析 固态13C核磁共振 Organic fertilizer Inorganic fertilizer Humic acid Fulvic acid Infrared spectroscopy Elemental analysis Solid 13C-NMR
1 陕西科技大学资源与环境学院, 陕西 西安 710021
2 清华大学环境学院, 北京 100084
制革业是我国重要的工业门类,年废水排放量2亿t以上.制革废水中油脂、皮屑、胶原蛋白等大分子有机物含量较高,同时兼具高盐、高碱、高负荷的特点,已被相关部门列为重点监控的工业污染源.在制革废水的处理方面,不仅要关注进出水的水质参数,同时也要监测废水处理过程污染物的转化规律,以便为废水处理工艺的优化和废水处理设备的研发提供基本数据.溶解性有机物(DOM)广泛存在于各类水体中,是表征废水理化性质和净化程度的重要参数.目前,对于制革废水处理过程DOM性质的研究尚很欠缺.以此为切入点,采用元素分析、热重分析、红外光谱和核磁共振表征制革废水不同处理工段的DOM样品.研究发现:制革废水处理时间的延长导致DOM中C元素含量升高,H/C原子比先增加后降低,说明大分子有机物首先被分解为小分子链状结构,最终存在于水体的是极难降解的终极结构组分.DOM脂肪族化合物和蛋白组分的热解发生在第二阶段(110～530 ℃),第三阶段(530～800 ℃)主要完成芳环的降解或C—C键的断裂.废水原水DOM主要含有—OH,—NH2,CO等官能团,FTIR图谱证明了废水处理中后期高聚合度芳香族物质的存在,这是微生物新陈代谢作用的结果.DOM中烷基C含量先增加后减少,含量最大值(25.25%)出现在二级生化池;芳香C含量的最小值(28.28%)出现在二级生化池,而后迅速上升,暗示了废水处理过程含C官能团种类和数量的交替变化规律.对制革废水DOM性质的跟踪识别有助于从总体上推断污染物的净化机制。
制革废水 溶解性有机物 热重分析 Tannery wastewater Dissolved organic matter FTIR FTIR 13C NMR 13C NMR TG 光谱学与光谱分析
2015, 35(5): 1203
Department of Chemistry, University of Fort Hare, Private Bag X1314, Alice 5700, South Africa
光谱学与光谱分析
2014, 34(9): 2305
研究了饼肥, 绿肥, 秸秆肥三种处理在等氮等磷条件下对胡敏酸结构特性的影响, 采用元素分析, 显微红外, 固态13C-NMR三种分析方法进行结构解析, 结果表明: 不同施肥处理的胡敏酸在化学组成和结构上类似, 但还有很多明显的差别。 (1)饼肥处理的胡敏酸H和N含量最高, 绿肥处理的胡敏酸含O量最大, 秸秆肥处理的胡敏酸含C量最高 (2)红外分析显示, 三种处理的胡敏酸均含有蛋白质及碳水化合物, 饼肥处理的胡敏酸含氨基化合物最多, 绿肥处理的胡敏酸含羟基, 脂肪烃含量最大, 秸秆肥处理的胡敏酸含醇, 酚含量最高; (3)固态 13C-NMR数据表明饼肥处理的胡敏酸含有最多的羧基碳, 绿肥处理的胡敏酸含有烷基碳, 羰基碳最多。 秸秆肥处理的胡敏酸烷氧基碳, 芳香碳含量最大。
饼肥 绿肥 秸秆肥 胡敏酸 结构特性 元素分析 显微红外 固态13C核磁共振 Cake fertilizer Green manure Straw fertilizer Humic acid Structure characteristic Element analysis Micro infrared Solid 13C-NMR 光谱学与光谱分析
2012, 32(7): 1856
重庆大学化学化工学院生物医药工程重庆市重点实验室,重庆,400030
改进原来的原子电性距离矢量,提出以6元素构建新的原子电性距离矢量,描述黄酮类化合物中不同等价碳原子的化学环境.对20个黄酮类化合物分子292个等价碳原子的13C-NMR化学位移建立了多元线性回归模型.该定量结构谱图关系(定量构谱关系/QSSR)模型的复相关系数达到RMM=0.9397,标准偏差为SDMM=7.6024 ppm.采用留一法交互检验的结果为RCV=0.9239,SDCV=8.5096 ppm.结果表明,模型具有良好的估计能力和稳定性.
原子电性距离矢量(VAED) 黄酮类化合物 13C-NMR波谱模拟 原子与分子物理学报
2006, 23(3): 453
