生物质炭和有机肥配施对水稻土溶解性有机质光谱学特征的影响

为探究生物质炭对水稻土壤溶解性有机质(DOM)的影响及其与有机肥配施的协同效应,通过5年连续定位试验,探讨了生物质炭施用5年后不同施肥处理:对照(CK)、生物质炭(BC)、化肥(F)、生物质炭+化肥(F+BC)、化肥+有机肥(25%氮替代,MF)和化肥+生物质炭+有机肥(25%氮替代,MF+BC)对水稻产量和土壤pH、全氮、有效磷、速效钾、有机碳、易氧化有机碳(ROC)及溶解性有机碳的影响。采用紫外-可见光谱、荧光光谱结合平行因子分析方法对土壤中DOM的光谱特征和荧光组分进行表征,分析了DOM的紫外光吸收系数和紫外光斜率系数以及荧光指数、腐殖化指数、生物指数和富里酸、色氨酸、胡敏酸相对含量。结果表明:施用生物质炭和有机肥均能有效提高水稻产量,缓解土壤酸化,并且MF+BC处理水稻产量和土壤有效磷含量最高。水稻产量与DOM生物可利用性、芳香化程度、腐殖化程度、色氨酸组分含量和亲水性呈显著正相关(P<0.05)。提高DOM生物可利用性和腐殖化程度均表现为有机肥大于生物质炭。生物质炭显著增加DOM富里酸和色氨酸组分含量,并且促进了水稻土中ROC向难氧化有机碳转化;而有机肥有效增加DOM富里酸、色氨酸、胡敏酸和ROC含量。生物质炭和有机肥协同配施对提升水稻产量及增加ROC、DOM富里酸和色氨酸含量、芳香化程度、腐殖化程度和生物可利用性方面具有交互作用。综上所述,在本研究条件下生物质炭配施有机肥在水稻增产和水稻土有机碳及DOM组分功能多样性提升方面具有长期效应。

几种原料生物炭溶解性有机质(DOM)的光谱特征研究

溶解性有机质(DOM)在全球碳循环及污染物的迁移转化过程中起着重要作用,而光谱特征能快速识别DOM的主要来源和重要特征。研究针对几种原料(苹果枝、橘子枝、花生壳、水稻秸秆、玉米秸秆)在同一热解温度下制备的生物炭,采用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱和傅里叶变换红外光谱相结合的方法对其释放的DOM光谱特征进行了研究。结果表明:秸秆类生物炭的溶解性有机碳(DOC)含量显著高于其他3种生物炭;紫外-可见光谱分析表明,5种生物炭DOM的芳香性组分含量均较少,腐殖化程度较低,亲水性组分占主导;三维荧光光谱分析表明,秸秆类生物炭DOM的荧光组分物质含量高于木质类和壳类,且各荧光组分含量占比中可溶性微生物降解产物和类胡敏酸比例最高;傅里叶变化红外光谱表明,5种生物炭DOM光谱特征相似,含有丰富的有机官能团(如羧基、酚羟基等)或半醌自由基等。

含生物质炭城市污泥堆肥中溶解性有机质的光谱特征

以外源添加生物质炭的城市污泥堆肥过程中溶解性有机质(DOM)为研究对象,讨论了其紫外-可见和荧光光谱特征变化.结果表明:与对照组相比,外源添加生物质炭的处理其堆肥DOM的芳香性和腐殖化程度更高,有利于提高堆肥的腐熟度,且外源添加花生壳炭的处理较添加小麦秸秆炭的处理更有利于堆肥腐熟度的提高.外源添加花生壳炭的处理在堆肥21d后,其堆肥腐熟度可能达到峰值,而外源添加小麦秸秆炭的处理其堆肥腐熟度则随着堆肥时间的进行而增加.对照组和处理组堆肥DOM的FI>0.7,BIX>0.8,表明其来源为自生源,可能与微生物对有机物的降解有关.因此,通过对城市污泥堆肥过程中DOM的光谱特征分析,能较好地评估城市污泥堆肥腐熟度的情况.

生物炭中溶解性有机质对污染物环境行为的影响

生物炭的广阔应用前景吸引了研究者的广泛关注。生物炭中具有显著流动性的溶解性有机质(Biochar-derived dissolved organic matter,BDOM)作为一种高效的吸附载体,对污染物迁移的影响显著,是了解生物炭环境效应的关键。然而,原料来源及热解温度与BDOM的特性之间的关联性,以及BDOM与污染物相互作用的机制尚未明确。因此,文章通过综述原料及热解温度对BDOM特性的影响,以明确BDOM影响污染物环境行为机制的研究现状。有关研究表明:(1)生物质原料中木质素含量越高,BDOM C含量越高,官能团种类更加丰富,芳香性更强,而产率则越低;(2)随热解温度的升高,BDOM中C含量增加、芳香性增强,而产率及含氧官能团种类降低;(3)BDOM与疏水性有机污染物形成致密的类胶体结构,使疏水性有机污染物的溶解度提高,从而使疏水性有机污染物更容易被降解;(4)BDOM通过增加土壤中溶解性有机质的含量,从而形成新的吸附位点(如羧基官能团),以促进土壤对重金属或有机污染物的固持;(5)BDOM与重金属发生络合或氧化还原作用,影响重金属形态,从而改变土壤中重金属的毒性和生物有效性。该文可为全面评估生物炭在土壤污染修复应用中的功能提供参考。

生物炭中溶解性有机质与Cu(Ⅱ)的络合机制研究

生物炭是废弃生物质在厌氧条件下热解产生的固体产物,因其具有多孔、含氧官能团、比表面积较大及矿物质较为丰富等优点而在重金属污染土壤修复方面具有良好的应用前景。生物炭对重金属迁移性的影响因素有重金属特性、生物炭固体颗粒及其所含溶解性有机质(DOM)的特性。生物炭进入环境后,生物炭中的DOM易随环境介质发生迁移转化且DOM含有较丰富的含氧官能团,其与重金属的相互作用对重金属的迁移转化有重要影响。然而,生物炭DOM的特性受生物炭母质来源和热解温度的影响,不同源生物炭中DOM与重金属相互作用机制尚不明确。因此,深入研究生物炭DOM与重金属之间的相互作用机制对评估生物炭对重金属的迁移影响至关重要。本研究采用多种光谱技术,探讨了生物炭中DOM的组成及其与Cu(Ⅱ)的络合特性。结果表明,SUVA_(254) DOM和SUVA_(260) DOM属于芳香性很低的亲水性材料,且玉米秸秆生物炭DOM(MDOM)浓度高于松木生物炭DOM(PDOM)浓度;三维荧光光谱鉴定出DOM主要由类腐殖酸和类富里酸构成;与PDOM相比,MDOM中含有更多的荧光物质(类富里酸和类腐殖酸),为其与Cu(Ⅱ)的络合提供了结合位点,因此其络合稳定常数高于PDOM;^(1)H-NMR证明DOM中酚羟基官能团与Cu(Ⅱ)发生了明显的络合作用。本研究将为生物炭作为功能性材料在环境修复中的应用提供筛选依据以减低其环境风险。

不同裂解温度下生物炭释放溶解性有机质的光谱特征分析

生物炭释放的溶解性有机质(DOM)具有复杂的生物地球化学特征,影响着污染物的迁移与转化和全球碳循环等诸多环境过程。相比对生物炭理化性质、结构特征的研究,生物炭DOM的研究仍相对匮乏,其中裂解温度驱动下生物炭释放DOM的光谱特征鲜有报道。以两种常见且具有较好应用前景的生物炭—竹炭(楠竹生物炭)和木炭(柏木生物炭)为研究对象,通过紫外-可见光谱、三维荧光光谱结合平行因子法(3DEEMs-PARAFAC),研究不同裂解温度下(100~700℃)两种生物炭释放DOM的光谱特征。结果表明,裂解温度决定两种生物炭释放DOM的潜能及其光谱特征。裂解温度越高, DOM释放量越小,且400℃是所研究两种生物炭DOM释放的临界裂解温度,当裂解温度低于400℃,生物炭DOM释放明显,当裂解温度高于400℃,生物炭释放量很低且趋于稳定。柏木生物炭的DOM释放量明显高于楠竹生物炭。低温裂解过程中(<300℃)两种生物炭DOM存在大量紫外-可见发色团,并随着裂解温度上升逐步分解。通过3DEEMs-PARAFAC从生物炭荧光溶解性有机物(FDOM)中分离出2个类腐殖质荧光物质(C1和C2)及1个类蛋白荧光物质(C3), 3个荧光组分对裂解温度的响应不同,类腐殖质荧光强度在300℃出现峰值,而后随裂解温度上升而下降,类蛋白物质始终随着裂解温度的上升而下降。低温裂解(<200℃)以类蛋白荧光为主,随着温度上升,类腐殖质组分占主导。此外,基于光谱特征分析,裂解温度还影响两种生物炭DOM诸多生物地球化学特征,随着裂解温度上升,两种生物炭DOM的相对分子质量,芳香性、疏水性和腐殖化程度均先增大再减小,但对应的峰值温度各不一致。因生物质原料差异,楠竹生物炭DOM的相对分子质量,芳香性、疏水性和腐殖化程度均明显大于柏木生物炭。该研究结论将进一步为生物炭DOM的环境行为研究,生物炭应用过程中环境管理与评估提供有益的参考。

生物炭添加对旱作农田土壤溶解性有机质及其动态影响的定位研究

为揭示生物炭添加对旱作农田土壤溶解性有机质(DOM)及其动态的影响,通过定位试验,探讨了不同生物炭施用量小区土壤在2012—2017年间溶解性有机碳、溶解性无机碳和DOM的荧光光谱组分及其紫外光谱特征的变化特征。结果表明:添加生物炭总体上能够提高土壤DOC和DIC含量,且随着添加量的增加而递增。相同生物炭添加量处理中,DOC含量随施用时间增加显著降低,而DIC含量呈逐渐升高的趋势。DOM芳香化程度随施用时间延长而显著增大,施用3年后3%和5%添加量处理的芳香化程度较CK显著降低,而1%添加量处理与CK无显著差异。DOM分子量在不同施用年限之间呈增大趋势。随着生物炭添加量的增加,分子量在不同施用年限间的差异逐渐减小。土壤DOM主要由UVC类腐殖酸(C1)、UVA类腐殖酸(C2)、土壤富里酸(C3)和类色氨酸(C4)4种物质组成,其中以C1和C2为主。整体而言,除添加1%生物炭时C2随施用年限增加而降低之外,不同处理中C1及C2均随着施用年限的增加而逐渐增加,而C3和C4则显著降低。不同处理下DOM的来源以外源输入为主,微生物内源输入为辅,添加生物炭在一定程度上增强了DOM的生物可利用性。生物炭的长期施入会引起旱作农田土壤DOM组分变化,总体趋势是大分子量腐殖酸类物质在增加,而小分子量蛋白类物质在减少。

生物炭中溶解性有机质的光谱分析

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=300~315/400~425nm和λex/em=210~245/380~435nm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C=C,C-H增强,芳香化程度增强。

不同有机改良剂对矿区土壤溶解性有机质及其铅赋存形态的影响机制

为探讨不同来源有机改良剂对污染土壤溶解性有机质(DOM)分子特征及重金属环境行为的影响机制,本研究选择3种不同来源的有机改良剂,以海南省昌化矿区铅(Pb)污染土壤为研究对象,以不施有机改良剂的土壤为空白对照处理,对3种不同有机改良剂处理(添加5%羊粪、海藻有机肥、小麦秸秆生物炭)的土壤进行培养实验。结果表明:施用有机改良剂能显著提高土壤溶解性有机碳(DOC)含量,在培养后期DOC含量逐渐降低;除了生物炭,其他3种处理高分子量芳香碳类物质(C2)占比随培养时间增加而降低,较低分子量的氧化醌类物质(C3)占比提高。红外光谱特征表明施用有机改良剂后土壤中DOM的官能团主要是氨基酸N H键和羟基OH;随着培养时间的增加,4种处理均能提高土壤中水溶态Pb含量,其中海藻处理的水溶态Pb含量最高,达到1.91 mg·kg^(-1),可还原态/铁锰氧化物结合态是Pb的主要存在形态(48%~54%)。不同培养时间的冗余分析表明土壤DOC含量以及相关官能团与土壤Pb含量和形态存在相关性,土壤溶液中的Pb主要受控于土壤溶液中的DOM,海藻和羊粪处理能够增加土壤中水溶态Pb和EDTA-Pb的含量。研究表明,施用有机改良剂改变了土壤中DOM的性质,进而影响土壤中水溶态Pb和有效态Pb含量。

生物炭及其溶解性有机质对有机污染物环境行为的影响

综述了生物炭的环境效益以及其溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)的测定方法和对环境影响。生物炭施于土壤,一方面对有机污染物有一定的吸附能力,另一方面其可通过改变土壤理化性质间接改变有机污染物的环境行为。DOM可通过渗透或表面径流等方式发生迁移,对环境产生重大影响。其测定可通过紫外-可见光谱进行浓度测定,三维荧光光谱、傅里叶变换红外光谱等技术能从分子层面对其结构进行表征。生物炭释放的DOM一方面可通过改变重金属的溶解度等因素,改变重金属的迁移行为;另一方面可通过形成胶束结构对有机污染物进行吸附作用,还有研究表明,其可影响有机污染物的降解。通过以上结果可以看出,DOM对不同的有机物产生的影响有一定的差异,很难作出统一概述,应开展较多实验进行调查。

生物炭对上覆水光化学及吡虫啉转化的机制

为探究施用生物炭对稻田上覆水光化学过程及吡虫啉(IMD)转化的影响机制,本研究于2022年6月至9月开展大田实验,设置单施化肥(CK)、稻壳生物炭(25%RH)和玉米秸秆生物炭(25%CS)3种处理,检测各处理上覆水中光敏物质含量及性质、活性组分分布及IMD光解速率的变化。结果表明,相较于单施化肥处理,施用稻壳生物炭和玉米秸秆生物炭显著促进了活性组分的产生,羟基自由基(·OH)、三重激发态溶解性有机质(3 DOM*)和单线态氧(1 O_(2))的稳态浓度分别提高了0.92%~71.97%、21.29%~137.00%和10.42%~370.24%,且在育苗期上覆水光致活性组分的增加比分蘖期更为显著;进一步解析了生物炭促进活性组分产生的机制,紫外-可见及三维荧光光谱的结果表明,同化肥处理相比,施用生物炭显著增加了上覆水中类富里酸和类色氨酸等有机质生色团的含量,该组分的增加是生物炭促进上覆水光致活性组分产生的主要原因;此外,相较于化肥处理,生物炭的施用也显著促进了杀虫剂IMD的降解,其一级降解速率从1.72×10^(-2) h^(-1)提高到3.76×10^(-2) h^(-1),自由基淬灭实验证实了·OH、^(3)DOM*和1 O_(2)对吡虫啉降解的贡献分别为41.78%、62.70%和9.76%。施用生物炭有利于稻田上覆水中生色团和荧光物质的积累,从而促进了上覆水光化学过程,并提高RIs浓度,进而加速IMD降解,其中玉米秸秆生物炭对提高上覆水中光致活性组分稳态浓度和IMD降解速率效果更强。

生物炭中溶解性有机质光催化降解罗丹明B

为了区分生物炭对有机物降解的因素,通过控制光照条件、气体氛围、·OH淬灭等实验对生物炭降解有机染料罗丹明B(rhodamine-B,RhB)的过程进行了考察;采用元素分析、电子顺磁共振、总有机碳分析仪对生物炭颗粒、持久性自由基(environmental persistent free radicals,EPFRs)及溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)进行了表征测定;研究了不同实验条件下,不同热解温度制备的水稻秸秆生物炭对RhB的吸附和降解效果。结果表明:在200℃和500℃下所制备的生物炭中检测到明显的EPFRs信号,但其强度与RhB的降解程度不匹配;200℃制备的生物炭中DOM含量显著高于其他温度条件下制备的生物炭;在光降解实验中,紫外光能明显促进200℃生物炭对RhB降解;气体氛围实验进一步证明紫外光可诱导DOM与生物炭颗粒中EPFRs相互作用形成大量的活性氧组分(主要为O^-2),进而促进了其对RhB的降解。

基于光谱色谱分析热解温度对沼渣生物炭DOM组成特性的影响

为探究沼渣基生物炭溶解性有机质(DOM)的组成特性,以厌氧发酵沼渣为原料,在300、400、500、600和700℃热解温度下制备了生物炭,利用紫外-可见光谱、三维荧光光谱以及反相高效液相色谱等手段,研究了生物炭中DOM的组成特性.结果表明:热解温度影响生物炭DOM的组成,随着热解温度的升高,生物炭DOM中溶解性有机碳含量出现大幅降低,由300℃时的33.2 mg/g降至700℃时的0.7 mg/g.生物炭DOM的芳香性和分子量呈先增后减的变化趋势,400℃时其芳香性和分子量最大;在300~500℃热解范围内,生物炭DOM主要与类腐殖质有关,在600~700℃热解温度范围内,生物炭DOM主要是类色氨酸物质;液相色谱分析显示,在254 nm波长处洗脱出4种芳香物质,280 nm波长处洗脱出5种醌基物质,其中4种醌基结构物质赋存在芳香结构中.研究显示,沼渣生物炭DOM的组成与热解温度密切相关,不同的热解温度会影响DOM的芳香性、分子特性、腐殖化程度、亲水性及极性等特征,光谱和色谱分析法可有效表征DOM的不同结构性质.

秸秆生物质炭DOM光谱特征及其与Cu^(2+)的相互作用

通过荧光猝灭滴定法探究玉米秸秆炭(MSB)、水稻秸秆炭(RSB)和花生秸秆炭(PSB)中DOM的光谱特征及其与Cu^(2+)的络合机理.结果表明:三种生物质炭的DOM均具有较高的亲水性和较低的芳香性,其中RSB-DOM的芳香性相对较强、分子量较大,但DOM含量低,PSB-DOM含量最高,芳香结构中含氧官能团较多.MSB和RSB-DOM中均含类富里酸组分C1和类腐殖酸组分C3、C4,RSB-DOM中还有类色氨酸组分C5,PSB-DOM则由两种类富里酸组分C1、C2和较长波长类腐殖酸组分C4组成,3种DOM均以类富里酸组分为主,占比达54.93%~86.29%.Cu^(2+)与类腐殖酸组分的稳定常数(logK_M)高于类富里酸组分,且类腐殖酸组分C4的络合能力(f)最强,类腐殖酸组分的logK_M和f值总体上表现为:PSB-DOM>MSB-DOM>RSB-DOM.二维相关光谱分析发现,类富里酸组分对Cu^(2+)最敏感,而Cu^(2+)优先与类腐殖酸组分结合.研究结果有助于进一步揭示生物质炭的DOM对Cu^(2+)环境行为的影响机制.

DOMs耦合生物质炭对土霉素的吸附行为研究

以650℃下制备甘蔗渣生物质炭(BC650)为研究对象,在模拟自然条件下,在BC650上负载环境中常见的溶解性有机质(DOMs)即小分子没食子酸(GA)和大分子黄腐酸(HA),并对其性质进行表征;再以典型抗生素土霉素为目标污染物,探究外源DOMs耦合生物质炭对抗生素的吸附性能的影响。结果表明,DOMs的负载提高了生物质炭的比表面积,生物质炭的表面化学性质发生改变;预载DOMs后,生物质炭对土霉素的吸附能力明显降低,且GA负载的抑制作用较HA更为显著,就平衡吸附量而言,HA处理后其下降了10%,而GA的处理使其降低了30%,DOMs的预载对生物质炭吸附抗生素的影响可能是由DOMs处理改变了生物质炭的表面化学性质而致;DOMs负载前后生物质炭对土霉素表现出非线性吸附,氢键作用为主要吸附机制。所得结果可为生物质炭在抗生素污染控制中的实际应用提供重要的理论依据。

长三角典型城郊流域生物可降解性有机质的分布及影响因素

快速城镇化改变了流域水体中碳的生物地球化学循环过程,生物可利用性的溶解性有机质组分是其中最为关键的一环,辨识生物可降解性有机质(BDOM)的时空分布特征及其影响因素对流域水质管控具有重要意义和应用价值.以长三角地区典型城郊流域樟溪为研究对象,根据流域地形特征、土地利用及人类活动强度布设监测点位,于2019年分别在雨季和旱季采样,利用三维荧光平行因子(EEM-PARAFAC)方法结合源汇景观模型研究流域水体BDOM的时空分布特征.结果表明,流域中生物可降解性有机碳浓度范围在0.57~6.80 mg·L^(-1),且具有较高的时空异质性,人类活动强度较高的区域水体中BDOM的浓度也相对较高,且雨季显著高于旱季.EEM-PARAFAC分析结果表明,流域BDOM主要包括陆源腐殖质(C1)和类蛋白质类(C2)这2种荧光组分.流域BDOM及其陆源腐殖质荧光组分主要受土地利用和人类活动的影响,其浓度与农业及城镇用地比例和源汇景观负荷比(LWLI)关系密切,表明城镇化过程中人类活动是影响BDOM分布的重要因素.

生物炭在矿区农田土壤中与镉的纵向共迁移行为

以广东韶关大宝山矿山废水污染的农田为研究对象,利用超纯水和甲苯/甲醇提取的溶解性有机质(DOM)的三维荧光光谱平行因子分析(EEM-PARAFAC)技术,追踪荔枝树枝生物炭1年内在土壤层0~100 cm深度范围的迁移行为及其协同重金属镉(Cd)的纵向迁移性质.结果表明:生物炭增加了0~60 cm深土壤层溶解性有机碳(DOC)的质量分数,增加了表层土壤的pH,对深层土壤pH无明显影响;EEM-PARAFAC解析得到3个DOM组分(1个类蛋白和2个类腐殖质组分),生物炭的添加增大了0~60 cm深土壤层类腐殖质的质量分数;并且甲苯/甲醇提取的DOM在0~60 cm深土壤层中均检测出生物炭特有的多环芳烃结构,说明生物炭在1年内发生了明显的纵向迁移;生物炭能够有效降低0~20 cm深土壤中有效态Cd的质量分数,但20~60 cm深土层中有效态Cd与对照组的相比最高增加了148%左右.研究表明:需要特别关注生物炭协同重金属在土壤中纵向迁移行为所带来的环境影响.

生物炭DOM光谱特征及其与磺胺嘧啶的络合—不同化学离子条件的影响

了解不同离子条件下生物炭溶解性有机质(BDOM)与污染物的络合行为对生物炭的应用具有重要意义.研究选取玉米秸秆生物炭和磺胺嘧啶(SD)为研究对象,利用多光谱分析技术和方法探究了不同离子类型和浓度对BDOM光谱特征及BDOM-SD络合行为的影响.紫外-可见吸收光谱结果表明,高浓度离子溶液中BDOM的芳香性及腐殖化程度较低.通过三维荧光光谱结合平行因子分析法共解析出4个类腐殖质组分和1个类蛋白质组分,所有离子条件下均以微生物类腐殖质为主,高浓度阴离子及低价态阳离子可促进荧光组分的溶出.二维相关分析图谱表明,类络氨酸和类富里酸对SD的加入更敏感,并且在Na^(+)、NO_(3)^(-)和低浓度Ca^(2+)浸提液中以类富里酸优先与SD发生反应,而高浓度Ca^(2+)浸提液中则以类络氨酸优先.此外,各离子条件均以微生物类腐殖质和富里酸的猝灭最多,并且除高浓度Ca^(2+)条件外,SD与BDOM猝灭效果均较好.

鄱阳湖不同湿地植物生物炭衍生DOM的光谱特征

目前有关天然湿地植物生物炭衍生溶解性有机质(BDOM)光谱特征尚缺乏系统的分析,因此,本研究采用紫外可见吸收光谱、三维荧光光谱结合平行因子分析法(PARAFAC)、荧光区域积分法(FRI)对鄱阳湖3种湿地植物(苔草、南荻和芦苇)的物质组成和光谱特征进行了分析.结果表明,热解温度对湿地植物BDOM的生物地球化学特征有很大影响,随热解温度的升高其稳定性提高,在500℃及以上的热解温度下可产生有效固碳生物炭.热解温度是影响BDOM释放的关键因子,BDOM释放量与温度呈显著负相关.BDOM释放含量总体上呈苔草>南荻>芦苇的规律.随着热解温度的升高,BDOM的分子量、类蛋白质浓度、有色溶解性有机质相对丰度、富里酸比例和芳香性逐渐下降,而腐殖化程度、自生源成分则先上升后下降.此外,通过PARAFAC解析出2个类腐殖质组分和2个类蛋白质组分,且苔草BDOM中荧光组分总体多于南荻和芦苇.FRI结果表明,300℃下BDOM以类富里酸为主,其他条件下BDOM以络氨酸类蛋白质、色氨酸类蛋白质为主.并且,本研究利用主成分分析进一步探究了这些光谱参数间的相互关系,结果表明,苔草的溶解性有机碳含量、蛋白质浓度、芳香性、有色溶解性有机质相对丰度和自生源有机质浓度均高于南荻和芦苇.

热解温度和时间对香蒲生物炭性质的影响及生态风险评估

以典型湿地挺水植物香蒲(Typha angustifolia)为原料,采用慢速限氧热解法在200~500℃下分别热解2 h和6 h制备香蒲生物炭(TBCs),探究热解温度和热解时间对TBCs基本性质的影响,同时以微生物大肠杆菌HB101(E.coli HB101)和农作物油葵(Helianthus annuus)种子为受试生物,初步评估了其生态风险.结果表明,热解时间2 h和6 h对TBCs的性质无明显影响,而热解温度显著影响TBCs的性质.随热解温度的升高,TBCs产率降低;碳(C)和灰分含量增加,氢(H)和氧(O)含量逐渐降低;pH显著增加;表面孔隙结构增加;含氧官能团减少,芳香化程度增加;养分元素总磷(TP)和钾(K)含量显著增加.TBCs中溶解性有机质(DOM)的主要组分为腐殖酸类物质和富里酸类物质,随热解温度升高,腐殖酸类物质含量降低,富里酸类物质含量升高.所有TBCs对E.coli HB101生长和油葵种子萌发无显著影响,表明实验条件下TBCs无潜在生态风险.本研究为湿地废弃生物质资源化利用提供了一种新途径,同时也为筛选适用于贫瘠土壤改良的BC改良剂提供了重要的理论依据.