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。

长期以来, 学者们致力于将玉米秸秆这类低品位的生物质资源向高附加值的化学品转化, 提高其利用价值。 对玉米秸秆进行常压酸催化多元醇液化试验, 并对其所得液化残渣的主要组成成分、 热解及纤维特性进行研究。 采用傅里叶红外光谱技术(FTIR)、 热裂解气相色谱-质谱联用技术(Py-GC/MS)、 热重分析技术(TGA)、 X射线衍射技术(XRD)及扫描电子显微镜技术(SEM)对玉米秸秆及其液化残渣的化学基团、 热裂解产物、 热失重情况、 晶体结构和微观形貌进行了检测分析。 FTIR分析表明, 液化残渣中三组分(纤维素、 半纤维素和木质素)官能团的特征吸收峰几乎消失, 其主要含有未液化完全的纤维素和三组分降解产生的小分子间通过聚合反应生成的大分子物质。 Py-GC/MS表明, 液化残渣热裂解产物中包含呋喃类(10.64%)、 酚类(18.89%)、 酮类(3.73%)、 烃类(35.23%)、 醇类(4.17%)、 醛类(4.31%)、 醚类(1.25%)和有机酸类(4.79%)及含S或N杂原子化合物(17.00%)等89种可识别的有机物, 这些有机物的含碳数高于玉米秸秆同类族化合物中的含碳数。 通过TGA明确液化残渣热失重的情况, 即加热阶段, 其质量损失约为3%; 快速失重阶段, 质量损失非常明显, 约为45%; 缓慢失重阶段, 质量损失不足4%; 其发生热解的条件比玉米秸秆的更为苛刻。 XRD结果可知, 液化残渣的主峰和次峰消失, 破坏了纤维素Ⅰ晶格结构, 形成球磨纤维素。 SEM图像表明, 玉米秸秆经酸催化多元醇液化后生成杂乱无序、 粗糙、 不规则、 呈颗粒状的液化残渣。 综上, 此条件下玉米秸秆几乎完全液化。 这为液化残渣制备木质基炭材料给予理论基础与应用支持, 促进了生物质资源全组分利用。

向日葵作为我国主要的油料作物之一, 其秸秆是天然的纤维素材料, 具有绿色无毒, 成本低廉的优势, 是制备生物质碳量子点的理想材料之一。 近年来, 由于含铜农药和化学肥料的不规范使用, 大量含铜污染物被排放导致农田土壤和水环境中的铜含量远高于环境背景值。 因此, 迫切需要开发出一种选择性好、 灵敏性强且对环境友好的Cu2+检测方法。 碳量子点(CDs)是一种粒径小于10 nm的准球形荧光碳纳米材料, 因其表面含有丰富的极性官能团, 具有良好的水溶性而被广泛研究。 与传统的半导体量子点(CdSe, CdTe)相比, CDs具有合成原料广泛、 生物相容性好等优点。 主要应用于生物成像、 光催化、 光电转化以及传感检测等领域。 然而目前用于碳化合成CDs的前驱体大多为昂贵的化学品, 且合成过程复杂污染环境, 限制了CDs的大规模生产与应用。 开发出一种生态友好, 简单、 廉价的CDs合成方法是很有意义的。 本研究以废弃的向日葵秸秆为碳源, 采用简便的水热法合成生物质碳量子点(S-CDs)作为荧光探针, 用于检测识别Cu2+。 通过对S-CDs的一系列光学性质分析与表征, 鉴定出其表面官能团主要包括O-H, N-H以及CN等, 其中丰富的O-H可以提供胶体稳定性, 有效地控制纳米颗粒的形态和粒径分布, 从而提高S-CDs的量子产率(QYs)。 ex=317 nm, em=456 nm, S-CDs在pH为2.0～12.0的范围内具有优异的光学性能和良好的光稳定性, 受高盐度环境的影响较小, QYs约为8.42%, 在365 nm的紫外分析仪照射下发射出蓝色荧光。 此外, 以合成的S-CDs作为荧光探针, 进一步研究了基于Cu2+诱导S-CDs的荧光猝灭效应。 结果表明, 制备的S-CDs在0～10 μmol·L-1浓度范围内对Cu2+反应灵敏, 呈良好的线性关系(R2=0.971 4), 检出限(LOD)低至167 nmol·L-1。 在实际应用中, 湖水中的Cu2+检测回收率在96.18%～109.22%。 该研究在资源化利用秸秆废弃物的基础上, 介绍了一种基于荧光碳量子点的Cu2+检测方法。

为了提高坡耕地的秸秆还田效率, 增加土壤有机质, 探索一种适于坡耕地的基于种养结合的保护性耕作方式。 采用田间小区试验, 研究了秸秆覆盖轮耕技术（包括当季秸秆覆盖+休闲、 上季秸秆覆盖+旋耕）与常规耕作（秸秆移除后旋耕）对土壤水溶性有机碳（WSOC）荧光特征及团聚体有机碳的影响。 结果表明: 砂质暗棕壤坡耕地秸秆覆盖旋耕（SRT）、 秸秆覆盖休闲（SFT）与秸秆不还田的常规耕作（CRT）处理土壤WSOC均解析出C1, C2, C3和C4等4组荧光组分, 主要为紫外光区与可见光区类富里酸（Peak A 和Peak C）、 类胡敏酸（F）和短波类色氨酸（类蛋白B、 D峰）等成分。 秸秆覆盖旋耕处理提高了类富里酸（Peak A和Peak C）和类蛋白组分C4含量, C1和C2组分较覆盖休闲和常规耕作分别提高112.73%, 109.35%和107.77%, 66.07%, C4组分较SFT与CRT处理提高28.26%和42.31%, 差异显著, 而常规耕作处理来自于自生源腐殖质组分的胡敏酸C3含量增加, 较覆盖旋耕和覆盖休闲处理分别增加16.76%和49.74%; 0～20 cm耕层土壤团聚体有机物主要分布在<0.053 mm的矿物质结合态（MOM）中, 平均占比为63.90%, 其次为0.25～0.053 mm细颗粒态有机物（oPOM）, 占比为23.8%, 粗颗粒态有机物（>0.25 mm）中含量最低, 仅为11.2%; 与秸秆不还田比较, 坡耕地秸秆覆盖还田增加了植物来源的新鲜有机质的形成, 表现为＞0.053 mm的闭蓄态有机碳（oPOC）含量的增加, 以覆盖旋耕处理oPOC增加较大, 而秸秆不还田的CRT处理增加了MOM占比; 覆盖旋耕处理FI和HIX值增大, 土壤腐殖质积累趋势增强, 为低山丘陵区坡耕地实施秸秆覆盖还田的保护性耕作技术提供了科学依据。