1 镇江高等专科学校, 江苏 镇江 212028 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 江西省农业技术推广中心, 江西 南昌 330046
秸秆是重要的有机资源, 研究不同钙盐对秸秆腐解过程的影响及腐解产物性质差异, 为有机物料高效利用、 高质腐熟提供理论依据和技术参考。 以水稻秸秆为供试物料, 通过添加不同类型钙盐（不添加（CK）, 添加CaC2O4, Ca(OH)2, CaCO3, CaCl2, CaSO4和Ca(H2PO4)2）, 进行室内秸秆腐解试验, 测定不同腐解时期（30, 60和180 d）各处理秸秆的腐解速率及腐解产物化学性质变化, 利用三维荧光光谱（3DEEM）技术和平行因子方法（PARAFAC）探究秸秆腐解产物可溶性有机质（DOM）的化学组成变化特征。 结果表明: （1）较对照而言, CaC2O4, Ca(OH)2, CaCO3和CaSO4处理秸秆碳的转化率中分别增加了25.6%, 44.1%, 33.6%和29.7%, 在CaCl2和Ca(H2PO4)2处理分别减小了76.8%和17.5%; CaC2O4和Ca(OH)2处理显著增加腐解产物pH; CaCl2和Ca(H2PO4)2处理显著增加腐解产物的电导率（EC）; 在各腐解时期, CaC2O4和Ca(OH)2处理腐殖质相对含量分别高于对照3.4%～20.9%和2.3%～25.3%。 （2）通过3DEEM-PARAFAC方法分析腐解产物DOM组成, 共识别出类色氨酸（C1）、 类富里酸（C2）和类胡敏酸（C3）三种荧光组分; Ca(OH)2, CaCO3和CaC2O4处理类胡敏酸/类富里酸比值（H/F）高于CK处理, 增加了腐解产物的复杂程度; Ca(OH)2, CaCO3和CaC2O4处理腐解产物DOM的腐殖化（HIX）指数略高于CK处理, Ca(H2PO4)2, CaSO4和CaCl2处理的HIX指数显著低于CK处理。 （3）相关性分析表明, pH和EC是添加钙盐后影响秸秆腐解的主控因子, 秸秆腐解产物腐殖化程度与pH正相关, 与EC负相关。 综上所述, CaC2O4, Ca(OH)2和CaCO3处理可以促进秸秆的腐殖化进程, 提高腐解产物品质, Ca(H2PO4)2和CaCl2起相反作用, 另外pH和EC为影响秸秆腐殖化的主控因子。 该研究可为选择合适的钙盐添加剂从而促进秸秆腐解、 提高秸秆腐解产物品质提供科学参考。
钙盐 秸秆腐解产物 可溶性有机质 三维荧光光谱 平行因子分析 Calcium Salts Straw Decomposition products Three-dimensional excitation-emission matrices (3D Parallel factor analysis (PARAFAC) The dissolved organic matter (DOM) 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2301
中国科学院南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展国家重点实验室, 江苏 南京 210008
连作花生的土传病害问题突出, 但土传病害发生与土壤环境尤其是根际土壤中可溶性有机质(DOM)组成结构的内在联系尚不清楚。 通过在县域范围内多点采集连作地的花生健康植株和发病植株及根际土壤, 测定根际土壤性质的部分指标, 利用三维荧光光谱(3DEEM)技术和平行因子方法(PARAFAC)表征根际土DOM的组成特征, 探究花生病害对根际DOM组成的影响。 结果表明, (1)花生健康与发病植株的根际土壤可溶性有机碳(DOC)等基本特性无显著差异; (2)通过3DEEM-PARAFAC方法共识别了五种荧光组分, 包括类色氨酸蛋白质(C1)、 类富里酸(C2)、 类微生物腐殖质(C3)、 类腐殖酸(C4)和类酪氨酸蛋白质(C5), 且花生健康与发病植株的根际土壤DOM荧光组分组成存在显著差异。 健康植株根际DOM类色氨酸组分 (C1)平均占比为53.79%, 显著高于发病植株的25.72%, 其他组分则相反; 健康植株根际DOM的生物源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)分别为(0.95±0.03)和(1.87±0.25), 均显著高于花生病株根际的(0.82±0.02)和(0.98±0.09), 较高BIX和HIX值可能是根际健康环境发展的内在要求; (3)主坐标轴分析显示, 通过三维荧光表征的荧光特性可以显著分异健康组与发病组; (4)相关性分析表明, 花生生物量与DOM各个组分均具有显著相关性, 且与BIX、 HIX显著正相关, 而Mcknight指数与部分土壤性质密切相关; 方差分解结果显示, 花生生物量对DOM组成变异的解释率高达40%, 而土壤性质不能显著解释DOM组成的变异, 说明花生的生长状况是影响根际土壤DOM组成的重要因子。 综上所述, 花生健康状况与根际土壤DOM组成和荧光特性之间存在相互关系, 可为认识土传病害发生机理及制定科学的调控方案提供理论参考。
连作花生 健康状态 根际土壤 可溶性有机质 三维荧光光谱 平行因子分析 Continuous cropping peanuts Health status Rhizosphere soil Dissolved organic matter Three-dimensional excitation-emission matrices Parallel factor analysis
1 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与肥料重点实验室, 北京 100081
2 中国农业科学院研究生院, 北京 100081
3 青海大学, 青海 西宁 810016
4 甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所, 甘肃 兰州 730073
5 Faculty of Agriculture, Kagoshima University, Kagoshima890-0065, Japan
依托在河西走廊灌漠土上开始于1988年的长期定位试验, 利用紫外-可见光谱、 红外光谱、 元素分析等方法研究了不同施肥处理下土壤可溶性有机质(DOM)的变化。 试验设施用有机肥、 绿肥、 化肥和不施肥对照4个处理。 结果表明, 施肥增加DOM的含量, 相比对照处理, 有机肥处理、 绿肥处理、 化肥处理的可溶性有机碳(DOC)分别增加37%, 29%, 16%, 可溶性有机氮(DON)分别增加334%, 257%, 182%, 总碳水化合碳(TCs)分别增加90%, 25%, 2%, 总有机酸碳(TOAs)分别增加195%, 116%, 58%。 有机肥处理各指标比对照处理均差异显著, 除TCs外绿肥处理、 化肥处理的其他指标也比对照处理差异显著。 紫外-可见光谱结果, 施肥提高了DOM的紫外吸收特征值SUVA254, SUVA260, SUVA272, SUVA280, 表明施肥增加了DOM的芳香及疏水部分比例、 腐殖化程度、 平均分子量, 使DOM更趋于稳定。 不同施肥处理间表现出相当一致的规律, 有机肥效果最为明显, 其次是绿肥、 化肥。 红外光谱分析结果, 有机肥处理相对于其他处理芳香族特征峰从1 625 cm-1处向近红外方向移动出现在1 649 cm-1处, 接近土壤胡敏酸芳香族特征峰(1 650 cm-1), 说明有机肥处理土壤DOM的芳香性更高。 绿肥处理在归属于糖、 醇类及羧酸物质C—O伸缩振动的1 260～1 000 cm-1吸收峰高于其他处理, 说明绿肥处理增加了土壤DOM的富氧基团类物质。 化肥处理在归属于N—H振动的3 559, 3 419和1 456 cm-1吸收峰高于其他处理, 表明化肥增加了土壤DOM的胺类物质。 元素分析结果显示有机肥、 绿肥、 化肥分别增加了C, O, N的相对含量。
长期不同施肥 可溶性有机质 紫外-可见光谱 红外光谱 元素分析 Long-term different fertilization Dissolved organic matter Ultraviolet-visible spectrum Infrared spectroscopy Element analysis
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
以西北旱田黄土为研究对象, 分析玉米秸秆还田前后黄土可溶性有机质(DOM)的三维荧光光谱差异, 探讨黄土腐殖化程度的变化情况及对Pb(Ⅱ)赋存形态的影响。 实验结果表明: 黄土DOM的荧光峰主要分布在λex/em=240～270/280～340区域和λex/em=325/450附近, 分别归属为紫外区类富里酸以及可见光区类富里酸和腐殖酸类物质的荧光峰。 秸秆还田60 d后, 紫外区类富里酸荧光峰值增加, 在λex/em=250/440附近和λex/em=320～350/350～400区域出现新的腐殖酸荧光峰。 黄土腐殖化程度随秸秆还田时间的延长而增加, Pb(Ⅱ)的生物有效性随腐殖化程度的增加而降低。 三维荧光光谱可以有效表征秸秆还田前后黄土DOM的变化特性。
三维荧光光谱 旱田黄土 秸秆还田 可溶性有机质 Three-dimensional fluorescence spectrum Arid loess Straw incorporation Dissolved organic matter 光谱学与光谱分析
2013, 33(7): 1820
1 北京师范大学水科学研究院, 北京100875
2 中国环境科学研究院, 北京100012
3 国家环境保护区域生态过程与功能评估重点实验室, 北京100012
土壤可溶性有机质(DOM)是土壤有机质研究中最有意义的量化指标, 交替冻融作用能够影响土壤DOM的荧光特征。 文章利用三维荧光分析交替冻融对黑土DOM光谱特征的影响, 并基于光谱特征的改变, 评价交替冻融对黑土活性腐殖质和腐殖程度的影响。 研究表明, 与未冻融样品相比, 冻融样品DOM的紫外区类富里酸荧光峰发生红移, 说明土壤中有机物分子芳香化程度增高, 腐殖程度上升； 部分冻融样品产生了类蛋白荧光峰, 说明冻融过程中微生物降解活动增强； 冻融样品的活性腐殖质含量和腐殖程度均较未冻融高, 说明交替冻融作用增加了土壤肥力； 紫外区类富里酸荧光峰值与可见区类富里酸荧光峰值的比值(r(a,c))与活性腐殖质含量之间、 r(a, c)与腐殖程度之间, 都存在显著的正相关关系(相关系数分别为0.88, 0.77), 说明r(a, c)可以评价黑土冻融后土壤活性腐殖质含量和腐殖程度的变化。
三维荧光 荧光特征 交替冻融 土壤可溶性有机质 光谱学与光谱分析
2011, 31(8): 2136
