抗酸化微生物复合菌系(AAMC)通过多种耐酸、 嗜酸微生物的协同作用, 在克服由于酸化抑制导致的餐厨垃圾堆肥发酵崩溃问题方面效果显著, 接种AAMC可明显加速有机物质降解。 然而生物堆肥存在有机物彻底降解和碳重新固定(形成稳定的腐殖质类物质)两种途径, 有机质降解与腐殖质形成具有互动关系, 为腐殖质形成提供原材料。 为探究接种AAMC对餐厨垃圾堆肥腐殖质品质的影响, 采用树脂柱法进行腐殖质分组, 分别研究接种AAMC对富里酸、 亲水性组分和胡敏酸3个组分分子结构复杂度和稳定性的影响。 设接种组(AAMC)、 加碱组(MgO和K2HPO4)和自然堆肥组3个处理, 采用三维荧光技术(EEM)结合两种定量表征方法区域体积积分(FRI)和平行因子分析(PARAFAC), 实现对富里酸、 亲水性组分和胡敏酸3个组分光谱学性质定量表征的准确性和完整性。 FRI结果显示, 堆肥结束后3个腐殖质组分中表征简单分子结构组分例如羧基或蛋白源结构区域的Pi, n值均降低, 接种组降低幅度显著大于对照组, 降低幅度大小排序为: 接种组＞加碱组＞对照组。 表征高芳香度和缩聚程度的胡敏酸类物质区域的Pi, n值均上升, 且接种组上升幅度显著高于其他两处理, 上升幅度排序也为: 接种组＞加碱组＞对照组。 PARAFAC结果显示, 富里酸和胡敏酸组分又可分成短波长胡敏酸、 长波长胡敏酸和色氨酸或类蛋白类物质3个组分, 亲水性组分又可分为短波长胡敏酸、 色氨酸和酪氨酸3个组分。 堆肥结束后, 表征短波胡敏酸和长波胡敏酸组分的Fmax升高, 而表征色氨酸等类蛋白类物质组分的Fmax降低, 升高或降低的幅度接种组最高, 显著高于加碱组和对照组。 综上结果说明接种AAMC可明显促进腐殖质组分子结构复杂化、 稳定化, 提高腐殖质组分高芳香度和缩聚程度, 改善餐厨垃圾堆肥腐殖质品质, 利于施用堆肥土壤保水保肥。 这可能与AAMC具有高的小分子有机酸降解、 转化能力, 可规避酸累积对堆肥微生物活性的抑制导致的堆肥腐殖化效率低的问题密切相关。 添加化学缓冲剂也能一定程度促进腐殖质组分稳定化、 结构复杂化和提高堆肥腐殖化程度。 这可能与堆料pH的改善, 使得小分子有机酸可被持续降解和转化, 有利于堆肥腐殖化进程有关。

土壤有机质是土壤的重要组成部分, 在土壤肥力、 环境保护、 农业可持续发展等方面都具有重要作用。 腐殖质作为土壤有机质的主体, 对土壤的一系列性质和形态产生影响, 其数量、 组成和性质可以反映一定的成土条件和过程, 是土壤肥力的重要指标。 由于腐殖质分子组成的不确定性, 各种方法均存在一定的局限性, 优化寻求更为准确可靠的腐殖酸表征方法已成为当前研究的热点。 施肥方式改变土壤中胡敏酸的组成与结构, 但短期的影响程度难以用常规的测定技术检测出来。 利用38年的黑土长期定位试验, 通过腐殖质组分HA的分离和纯化, 多种光谱分析方法的联合应用, 从物质结构的角度分析土壤中单施有机肥和有机无机肥配施对黑土HA有机化合物的分子结构变化的影响。 分析显示, M和MNPK施肥处理较CK处理均可提高土壤有机碳和HA含量, 增加土壤中HA的总反应热、 中温放热值、 2920/1720值、 脂族C含量、 f450/500值, 表明单施有机肥和有机无机肥配施后土壤HA芳构化程度降低, 脂族含量增加, 结合简单化, 但M施肥处理增加幅度小于MNPK施肥处理。 分析结果表明: 多种光谱技术的联合应用, 可以相互认证其结果的准确性。 同时试验结果也证明有机无机肥配施较单施有机肥, 更能提高土壤有机碳和土壤HA的脂族C含量, 增加作物产量, 培肥地力。

森林土壤富含不同组分和功能的有机碳。 该研究以棕壤和褐土45年林龄的刺槐林下表层及底层土壤为对象, 研究其林下土壤腐殖酸组分在不同土壤类型和不同土层间的差异和变换。 褐土和棕壤表层及底层土壤分别定义为CO和CA, BO和BA。 应用傅里叶变换红外光谱对土壤腐殖质组分的富里酸(FA)、 胡敏酸(HA)和胡敏素(HM)进行了分析。 结果表明富里酸主要吸收峰为3 400 cm-1处的碳水化合物中—OH形成的氢键伸缩振动, 1 655 cm-1处的芳香环CC伸缩振动, 1 110 cm-1处的脂族C—OH伸缩振动。 与富里酸相比, 胡敏酸所含官能团与其相似, 差异在于其吸收峰强度较弱。 胡敏素在1 110 cm-1处的脂族C—OH伸缩振动和1 030 cm-1处多糖或类多糖物质的C—O伸缩振动较胡敏酸此处的峰吸收强度强。 根据分析, 表层土壤腐殖质官能团结构较底层土壤多且吸收强度强。 另外, 富里酸不同物质官能团数量及强度受土壤类型和土壤深度的影响较胡敏酸和胡敏素小。 根据不同吸收峰对比分析发现, 富里酸组分的芳化程度较强, 而胡敏酸和胡敏素的芳化作用仅表层土壤程度较强。 不同土壤类型胡敏酸组分分析表明, 棕壤表层土壤芳族和脂肪族物质吸收强度明显高于褐土。 综上, 土壤类型和土层显著影响45年林龄的刺槐林下土壤腐殖质组分, 尤其是胡敏酸和胡敏素组分。

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。

三维特征荧光参数可以反映污水处理过程中污染物的种类、性质和含量变化等丰富信息.通过对水样进行三维荧光特性分析和常规有机污染物指标COD,TN,TP的对比分析,确定表征污水中溶解性有机污染物种类、组成和含量的三维特征荧光.对进水、间隙水和出水中DOM的四种不同组分的荧光光谱图、荧光峰值(R.U.)、荧光指数FI、腐殖化指数HIX以及与COD,TN,TP的相关性进行研究可知:污水处理前后特征荧光峰中心位置和强度均发生明显的改变,表明污水中有机物的相对组成和含量随处理过程而变化;类腐殖质组分的降解情况不显著,而类蛋白组分的降解情况显著,类蛋白组分与COD,TN,TP呈现显著正相关.采用三维荧光光谱法分析了污水处理过程中溶解性有机物的荧光特性变化规律,探讨三维荧光技术用于描述污水处理过程中溶解性有机污染物降解规律的可行性。

以猪粪和玉米秸秆为原料高温堆肥, 试验设置三个不同处理: C/N 15, C/N 25, C/N 35。 堆肥周期为120天, 其中通风周期为30天, 采用强制连续式通风。 在第0, 22, 30, 60, 90, 120天取样, 利用元素分析和红外光谱法研究不同木质素添加量对堆肥胡敏酸(HA)的组分及分子结构的影响。 研究表明堆肥胡敏酸C的变化主要集中在堆肥前30 d, 堆肥结束后, 堆肥HA中O/C增大, H/C减小, N含量增加。 不同处理之间低碳氮比(15)和高碳氮比(35)堆肥HA氧化程度要高于中碳氮比(25)。 红外光谱吸收峰分析表明, 不同木质素添加量处理堆肥过程中胡敏酸的红外光谱基本相似, 但各峰吸收强度不同。 研究表明堆肥腐熟化阶段更有利于堆肥HA中芳香性的增强。 堆肥结束后, 碳氮比15堆肥HA中多糖、 脂肪类成分减少, 芳香结构成分增加, 相比较碳氮比25和35, 碳氮比15堆肥HA腐殖化程度更高, 结构更稳定。

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。

采用重铬酸钾容量法和红外光谱(FTIR）法分析了转基因抗虫棉花残体降解后的土壤腐殖质组分富里酸(FA）、 胡敏酸(HA）和胡敏素(HM）的含量和结构特征。 结果表明, 棉花残体的降解使土壤各腐殖质组分含量增加, 胡敏素的相对含量增加最大, 胡敏酸次之, 富里酸最小。 与相应非转基因对照相比, 转Bt基因棉花残体处理土壤各腐殖质组分含量降低, 转双价基因棉花SGK321处理含量增高, 转双价基因棉花Z41处理含量相当。 各腐殖质组分的光谱特征显示, 棉花残体的添加使土壤腐殖质中含氧基团减少、 烷基与酰胺化合物的比例有所降低; 不同转基因品种间棉花残体降解形成腐殖质的速度存在差异, 转Bt基因棉花残体较其对照慢, 转双价基因棉花SGK321残体较其对照快, 转双价基因棉花Z41残体与其对照相当。

采集三峡库区(TGRA)沿岸6个典型段面沉积物及水淹线上土壤样品, 分别提取腐殖质, 分离并纯化腐殖酸和富里酸, 联合红外和拉曼的分子振动光谱技术, 表征了各段面腐殖酸和富里酸的分子结构, 归属了各振动峰位, 获得了库区土壤及沉积物中腐殖质分子的官能团特征振动信息; 结合库区土壤腐殖化程度、 土壤背景、 利用方式、 水位涨落等环境条件, 考察了腐殖质官能团振动特征变化。 结果显示: 各采样段面的腐殖质结构中均以C—O, C—C, 及聚合氢键的振动特征较显著, 上游土壤腐殖质结构中的官能团数量多于下游土壤; 土壤的腐殖化程度对其腐殖质结构的振动光谱影响较大; 农耕模式的土壤表现出较高的腐殖化程度; 沉积物与本底土壤腐殖质结构的振动特征变化不明显。