水解-水热制备类腐殖质对菲的吸附特征及影响因素的研究

为探明水解-水热制备的人工腐殖质的结构特征和其对有机污染物的吸附行为,以水稻秸秆和污泥为原料制备类腐殖质,并考察不同原料比对腐殖质理化性质的影响,以菲为目标污染物,考察菲在类腐殖质上的吸附动力学及吸附性能。结果表明,m(水稻秸秆)∶m(污泥)=4∶1为较为理想的制备原料比,制备的腐殖质HLS4在24 h内基本达到吸附平衡,菲的饱和吸附量为4.68 mg/g。在HLS4投加量为12 g/L、吸附温度为25℃的条件下,菲的去除率为69.9%。类腐殖质对菲的吸附过程符合一级和二级动力学模型。研究结果为水热腐化制备的腐殖质作为土壤修复剂的潜在吸附材料和水解-腐化工艺的实际应用提供了一定依据。

腐殖质对干旱胁迫下多花黄精叶片生理生化特性的影响

【目的】通过研究干旱胁迫下多花黄精生理生化指标的变化,综合评价腐殖质对其抵御干旱胁迫的影响,为多花黄精节水栽培提供理论依据。【方法】采用盆栽实验,分别以腐殖质土和黄土(对照基质)为培养基质,设置正常供水(土壤含水量80%~85%)、轻度干旱(土壤含水量60%~65%)、中度干旱(土壤含水量40%~45%)、重度干旱(土壤含水量20%~25%)4个控水梯度,测定多花黄精叶片相对电导率、丙二醛含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性和过氧化物酶活性等生理生化指标的变化。【结果】轻度干旱胁迫不会导致多花黄精叶片生理生化抗旱指标发生明显变化;中度干旱胁迫对多花黄精叶片生理生化产生较明显影响,腐殖质土基质中多花黄精叶片相对含水量、叶绿素含量、SOD活性、POD活性比对照基质分别少下降0.34%、4.99%、18.37%、2.90%,相对电导率、MDA含量分别少增加10.30%、9.12%,可溶性糖含量、可溶性蛋白含量分别多增加3.60%、1.79%;重度干旱胁迫对多花黄精叶片生理生化产生明显影响,腐殖质土基质下多花黄精叶片的相对含水量、叶绿素含量、SOD活性、POD活性比对照基质分别少降低2.16%、5.14%、19.92%、8.56%,相对电导率、MDA含量分别少增加14.16%、16.86%,可溶性糖含量、可溶性蛋白含量分别多增加4.06%、2.35%。隶属函数法综合评判得出腐殖质土基质栽培下多花黄精抗旱隶属函数值比对照基质提高了151%。【结论】腐殖质作为多花黄精促生长的栽培基质,在干旱胁迫下可提高多花黄精生理生化抗旱指标的稳定性,并通过增加渗透调节物质含量的方式在一定程度上抵御干旱胁迫。

长期石油污染土壤腐殖质组成的研究

选择1口开采约20 a的废弃油井,在距离井口0.5、1.5、2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5和10.5 m处进行多点采样,应用腐殖质组成修改法和Simon-Kumada法,分别研究了上述长期不同程度石油污染土壤的全土及不同结合形态腐殖质组成.结果表明,土壤石油含量随距井口距离加大而降低,最远处（10.5 m）和最近处（0.5 m）分别为0.08 g/kg和153.3 g/kg.随石油含量增加,土壤有机碳和水溶性有机碳含量增加;全土腐殖质中,可提取腐殖质（HE）含量和胡敏酸（HA）含量下降而胡敏素（HM）含量增加,HA/HE的百分比（PQ 72.0%-8.05%）下降而HM/HE（31.4-76.7）增加;不同结合形态腐殖质中,松、稳结合态腐殖质（HI、HII）的含量呈下降趋势而紧结合态腐殖质（HIII）的含量增加,HI/HII（0.19-0.39）呈增加趋势,而HI/HIII（0.032-0.003）和HII/HIII（0.096-0.009）下降,HI、HII的PQ（3.21%-1.42%、58.1%-35.5%）也下降,并且HI的PQ变化幅度小于HII;水溶性有机质（WSOM）的色调系数（Δlogk）下降而HA则变化不大.以上结果说明,随石油污染程度增加,土壤HM的形成增强而HA形成减弱,对HA形成的影响主要表现为对稳结合态HA形成的抑制作用,WSOM分子结构趋于复杂而HA没有明显变化.

堆肥生境来源细菌降解木质纤维素制备腐殖质的研究

微生物降解木质纤维素具有清洁、高效、成本低、操作简单等优点。对从堆肥中筛选出的木质纤维素降解细菌(枯草芽孢杆菌LY60、地衣芽孢杆菌A65)进行20 d的单菌株液态腐殖化实验,探究了腐殖化过程中纤维素、木质素、腐殖质(胡敏酸、富里酸)的变化。结果表明,枯草芽孢杆菌LY60、地衣芽孢杆菌A65均能降解木质纤维素制备腐殖质,其中地衣芽孢杆菌A65在降解木质纤维素方面表现更优,纤维素、木质素的降解率分别为23.59%、31.86%,为利用木质纤维素制备腐殖质提供了借鉴。

施用生物炭对东北大豆草甸土理化性质及腐殖质组分的影响

为评价生物炭添加对土壤理化性质、腐殖质及其腐殖化程度的改良效果,以生物炭田间定位试验为基础,设置4个处理:空白对照(CK)、常规施肥(NPK)、单施生物炭(B1)和化肥配施生物炭(NPK+B1),通过连续2年的田间试验,研究了生物炭添加对土壤理化性质和土壤胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(HM)以及大豆产量的影响。结果表明:施用生物炭可短期内有效提高土壤养分,增加土壤中腐殖物质含量,提高稳定性,并改善土壤质地,提高大豆产量。其中与CK相比,B1和NPK+B1处理的土壤理化性质提升效果较为明显,电导率(EC)提高3.50%—98.99%、有机碳(OC)含量提高18.01%—23.18%、碱解氮(AN)含量提高23.48%—37.15%、全氮(TN)含量提高14.93%—25.37%、有效磷(AP)含量提高8.33%—110.16%、全磷(TP)含量提高10.00%—45.00%、速效钾(AK)含量提高6.61%—20.76%、全钾(TK)含量提高13.24%—30.74%、大豆产量提高了54.34%—90.36%。与NPK处理相比,NPK+B1处理土壤HA、FA和HM含量分别提高了38.62%、26.76%和16.45%。且通过相关性分析和主成分分析表明,土壤pH、EC、AK、TK、TP、AN、TN、OC和大豆产量与腐殖质存在显著的正相关关系。因此,化肥配施生物炭处理可有效改善土壤理化特性,提高土壤腐殖质组分含量,为克服大豆连作障碍,提高大豆生产能力提供理论和技术支撑。

模拟干旱条件对重度石漠化土壤易提取态腐殖质光化学行为的影响

为探讨光照对土壤腐殖质直接光反应的影响,采集重度石漠化土壤模拟干旱条件,探讨不同波段紫外线(长波黑斑效应紫外线(UVA)、中波红斑效应紫外线(UVB)、短波灭菌紫外线(UVC))照射对重度石漠化土壤腐殖质易提取态光化学行为的影响。结果表明:(1)土壤有机碳质量分数无明显变化,UVA和UVB组全氮质量分数随照射时间逐渐增加,而UVC组逐渐减小,碳氮质量分数比与全氮质量分数变化相反;(2)由于氮损失造成含氮水溶性的芳香类物质减少,导致UVC组水提液整体呈现疏水组分减少的状态,而脂肪链类的疏水官能团整体均呈增加趋势,A_(250)/A_(365)值同样支持上述结论;(3)以甲醇为提取剂时,UVA、UVB、UVC组的芳香性及相对分子质量均减小,且变化程度明显大于水提液的变化,均以腐殖酸为主且有向富里酸转化的趋势,S_(254)、S_(260)、A_(253)/A_(203)值均表明不溶于水的极性物质的芳香性和疏水组分均减少;(4)以正己烷为提取剂时,S_(254)、S_(260)、A_(253)/A_(203)值均表明不溶于水的非极性物质的芳香性和疏水组分均减少。故增加甲醇和正己烷的提取能够印证结论(2),并补充水提液无法提取非水溶性物质的不足,同时拓展了紫外光谱技术在腐殖质表征技术方面的应用。综上所述,不同波段紫外线光照能对重度石漠化地区土壤腐殖质组成及相关性质产生不同程度改变,并且可以通过改变氮素的固定与释放,影响石漠化土壤生态的碳氮循环过程。

草坪修剪废弃物好氧和好氧-厌氧耦合堆肥中真菌菌群演替对腐殖质合成的影响

【目的】促进草坪修剪废弃物的资源化利用和探明好氧和好氧-厌氧耦合堆肥过程中真菌群落的演替对腐殖质合成的影响。【方法】以草坪修剪废弃物为主料,设置3个处理A(草坪修剪废弃物)、B(草坪修剪废弃物+10%玉米秸秆)和C(草坪修剪废弃物+20%玉米秸秆)进行好氧和好氧-厌氧耦合堆肥。【结果】相比好氧-厌氧耦合堆肥(A),好氧堆肥(B和C)能够加速腐殖化程度,促进胡敏酸的合成,且C处理效果优于B处理。优势真菌菌群与腐殖质组分的冗余分析表明,好氧堆肥(B和C)更好地促进了木质纤维素降解真菌的相对丰度,而抑制了病原真菌的相对丰度,促进富里酸和胡敏素的降解而合成更多的胡敏酸。FUNGuild分析表明,相比好氧-厌氧耦合堆肥(A),好氧堆肥(B和C)可以灭活真菌病原体,增加腐生菌功能的相对丰度。【结论】在修剪草坪废弃物中添加10%~20%的玉米秸秆进行好氧堆肥,能够改善真菌菌群和营养模式,提高堆肥腐殖化程度,且20%的添加效果最好。

天然腐殖质材料对低品位磷矿粉水溶性磷的促释效果

低品位磷矿开发应用困难的关键问题在于其活化释放困难以及磷素在土壤中易被固定。将不同添加量的天然腐殖质材料及其衍生物作为促释材料,采用连续水浸提法、X-射线衍射以及红外光谱分析了促释材料对低品位磷矿粉的水溶性磷释放特性以及磷矿粉的结构与成键变化的影响,并通过盆栽试验进一步验证磷矿粉与促释材料在最优配比下的生物肥效。结果表明:随着促释材料添加量的提高,水溶性磷的释放也呈现增加趋势,当天然腐殖质材料和HNO3处理天然腐殖质材料分别与低品位磷矿粉混合的质量比为20︰80时,5次水溶性磷释放总量分别为对照处理的1.54倍和1.72倍。X-射线衍射分析结果表明,天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料混合低品位磷矿粉经过5次浸提后,P2O5和Ca(PO3)2对应的特征衍射峰出现显著下降。红外光谱分析结果表明,天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料混合低品位磷矿粉经过5次浸提后,可明显看到位于966 cm^(-1)3-处PO_(4)对称伸缩振动v1吸收峰消失,同时位于1127、673和612 cm^(-1)3-处PO_(4)非对称伸缩振-2-动v3吸收峰、H2PO_(4)相关吸收峰和HPO_(4)相关吸收峰强度均显著下降。盆栽试验进一步表明,天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料作为一种优质有机物料按照6 g·kg^(-1)或9g·kg^(-1)的施用量同时与低品位磷矿粉按照20︰80的质量比混合后可显著提升土壤的有效磷含量,同时可快速提升土壤有机质含量。天然腐殖质材料按9 g·kg^(-1)的施用量同时与低品位磷矿粉按20︰80的质量比混合,在播种后第14、30、60天土壤有效磷分别较对照处理增加了29.86%、29.47%、36.48%,土壤有机质分别较CK增加34.16%、8.05%、47.40%。HNO3处理天然腐殖质材料按9 g·kg^(-1)的施用量同时与低品位磷矿粉按20︰80的质量比混合,在播种后第14、30、60天土壤有效磷分别较CK增加了36.97%、94.44%、34.51%,土壤有机质分别较CK增加27.29%、14.57%、45.41%。天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料呈酸性、高比表面积、腐殖质含量高、活性官能团数量多等特性是提升低品位磷矿粉的水溶性磷和土壤有效磷含量的主要原因。

生物质炭对农田土壤腐殖质的影响——Meta分析

为量化生物质炭对土壤腐殖质含量的影响程度,以不添加生物质炭土壤为对照,对不同土壤质地、土壤pH及生物质炭裂解温度、施用量、施用时长下生物质炭对土壤腐殖质含量的变化情况进行了Meta分析。结果表明:与对照相比,添加生物质炭显著提高了砂土腐殖质中的胡敏酸和胡敏素含量,平均提高幅度分别为18.6%和92.2%;增加了中性、碱性土壤中的胡敏酸含量,平均增幅分别为12.5%和13.7%;施用裂解温度为500~600℃的生物质炭对于土壤胡敏酸、富里酸和胡敏素含量的提升幅度最大,平均增幅分别为22.6%、14.1%和68.5%;生物质炭添加量为20~40 t/hm2条件下,显著提高了土壤胡敏酸、富里酸和胡敏素含量,平均增幅分别为23.7%、6.9%和84.6%;生物质炭施入土壤3个月内,胡敏酸含量显著升高,平均增幅为29.5%,在3个月到1年内增幅逐渐降低,1年后增幅又逐渐升高;生物质炭施入土壤6个月内,胡敏素含量增幅最高,平均为72.2%;随着生物质炭施用时间延长,土壤胡敏素含量的增幅逐渐降低。综上所述,施用裂解温度为500~600℃的生物质炭,在短期内对中性或碱性条件下的砂土及壤土中的腐殖质含量有较好的提升效果,随着施入时间的延长,该效果会逐渐稳定。

菌剂对种养废弃物堆肥中腐殖质及酶活性的影响

【目的】研究接种自制复合菌剂和商用菌剂对牛粪、菌糠与尾菜混合堆肥中腐殖化程度和酶活性的影响,为种养废弃物的资源化利用提供高效复合菌剂。【方法】以牛粪、菌糠与尾菜(湿重比5∶4∶1)为原料进行混合堆肥,初始混合堆料碳氮比约为30∶1,堆料量为1.5 t,高度为100~120 cm,条剁式堆肥。CDS菌剂主要由皮氏不动杆菌(Acinetobacter pittii)、枯草芽孢杆菌粪便亚种(Bacillus subtilis subsp.Stercoris)和高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis)组成,XY4菌剂主要由短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)和嗜热链霉菌(Streptomyces thermovulgaris)组成。堆肥设接种自制菌剂CDS、XY4、商用菌剂EM和无菌剂培养基对照(CK)共4个处理,以质量比为1.5%的接种量接种。每日监测堆肥温度,分别在堆肥的第1、12、28、36天进行样品采集,测定腐殖酸和黄腐酸含量、酶活性(脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶)和腐熟指标(种子发芽指数、碳氮比和pH)。【结果】所有处理(CK、CDS、XY4和EM)的高温期(>50.0℃)均持续超过20天。在堆肥28天后,CDS和XY4处理的堆肥浸提液处理的种子发芽指数分别达到85.1%、89.6%,显著高于CK处理的73.8%,EM处理与CK处理无显著差异。XY4处理堆肥结束时(36天)的C/N值为14.6,显著低于CK处理的19.1。第1~36天CDS和XY4处理的黄腐酸含量始终高于CK(P<0.05),第36天的腐殖酸含量也显著高于CK(P<0.05)。此外,CDS、XY4处理较其他处理显示了较高的酶活性:XY4处理第28天的脲酶活性高达28.0 mg/(g·d),第12天时的蔗糖酶活性达到97.6 mg/(g·d),显著高于其他处理组(P<0.05);CDS处理第12天和第28天的碱性磷酸酶活性最高,分别为40.0和32.1 mg/(g·d)。相关性和冗余分析显示,相较于CK,CDS和XY4处理中过氧化氢酶对腐殖酸形成具有重要作用(解释率分别为17.3%和26.7%)。同时,CDS、XY4和EM处理腐殖酸与碱性磷酸酶活性呈显著负相关(P<0.05)。【结论】由短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)和嗜热链霉菌(Streptomyces thermovulgaris)组成的微生物菌剂(XY4),提升堆肥腐熟过程碱性磷酸酶和蔗糖酶活性的功能高于其他菌剂组合,因而加速了堆肥中有机物的快速分解和腐殖化,有效缩短了堆肥的腐熟周期,加快了堆肥的腐熟进程,显示了较好的市场前景。

长期定位施用化肥对非石灰性潮土有机碳及腐殖质组分的影响

土壤有机碳和腐殖质组分受土壤自身质量、施肥管理措施等因素的影响,为明确长期化肥施用对不同土层土壤有机碳(SOC)和土壤腐殖质组分含量的调控效果,在山东莱阳43 a(2021年)长期定位施肥试验,选择低量氮肥(N1)、高量氮肥(N2)、高量氮肥配施磷肥(NP)、高量氮肥配施钾肥(NK)、高氮配施磷钾肥(NPK)和不施肥对照(CK)6个处理。结果表明,与CK相比,N1能够显著提高0~5 cm的SOC含量,其增幅为22.84%,单施氮肥处理能够显著提高5~10 cm的SOC含量,N1、N2的增幅分别为20.94%,28.60%,N1能够显著提高10~20 cm的SOC含量,增幅为17.05%,而其他处理无显著变化。化肥施用能够改变土壤腐殖质组分含量,与CK相比,N1可以显著提高10~20 cm和20~30 cm土层胡敏酸(HA)的含量,增幅分别为22.86%,40.49%,而0~10 cm土层无显著变化;NP可以显著提高0~5 cm,5~10 cm土层富里酸(FA)含量,增幅分别为89.44%和124.63%,NK可以显著提高10~20 cm土层FA的含量,增幅为100.22%,NPK可以显著提高20~30 cm土层FA的含量,增幅为107.48%;N1可以显著提高0~5 cm土层胡敏素(Hu)的含量,增幅为69.34%,N2可以显著提高5~10 cm土层Hu的含量,增幅为66.18%,N1可以显著提高10~20 cm土层Hu的含量,增幅为79.50%,而20~30 cm土层无显著变化。综上表明,在本试验条件下,长期施用化肥可以有效提高非石灰性潮土的土壤有机碳的固定、改变土壤腐殖质组分,且不同的施肥策略影响存在较大差异,其中单施氮肥处理的固碳量效果较好。

长期施用有机肥对土壤有机碳、全氮及腐殖质组分的影响

本研究基于山东莱阳43年长期定位施肥试验,共设置7个处理,分别为不施肥对照(CK)、低量有机肥(M1,施用量30 t/hm^(2))、低量有机肥与低量氮肥(施氮量138 kg/hm^(2))配施(M1N1)、低量有机肥与高量氮肥(施氮量276 kg/hm^(2))配施(M1N2)、高量有机肥(M2,施用量60 t/hm^(2))、高量有机肥与低量氮肥配施(M2N1)和高量有机肥与高量氮肥配施(M2N2),研究长期施用有机肥对土壤有机碳、全氮及腐殖质组分的影响。结果表明,施用有机肥显著提高各土层土壤有机碳和全氮含量,其中M2N2处理的提升效果最好,土壤有机碳、全氮含量较CK分别提高239.02%、293.02%(0~5 cm),256.01%、319.37%(5~10 cm),247.51%、349.00%(10~20 cm)和164.67%、348.88%(20~30 cm)。长期施用有机肥后,土壤水溶性物质、可提取腐殖物质、胡敏素和胡敏酸含量有所提高,但M1N1和M2N1处理显著降低10~20 cm土层土壤富里酸含量。本试验条件下,M2N2处理对提高土壤有机碳、全氮含量及腐殖质组分效果最好。

复合菌剂对污泥堆肥过程中氮素及腐殖质影响研究进展

在城市污泥堆肥领域,复合菌剂的应用受到广泛关注。综合国内外研究,探讨了复合菌剂在城市污泥堆肥过程中对氮素转化和腐殖质合成方面的影响,还讨论了复合菌剂对堆肥过程中腐殖质各组分含量变化的影响和相关机制,并对今后复合菌剂在城市污泥堆肥中的重点研究方向做了展望。

耕作措施与秸秆还田对麦田土壤腐殖质、铁氧化物及小麦产量的影响研究

探究耕作措施与秸秆还田对土壤腐殖质、铁氧化物及小麦产量的影响。试验在保护性耕作长期定位试验地进行,采用裂区设计。主区设免耕、深松两种耕作措施,副区设秸秆全量还田、秸秆不还田两种水平。共设计免耕秸秆还田(NTs)、免耕秸秆不还田(NT0)、深松秸秆还田(STs)和深松秸秆不还田(ST0)4种处理。采用冬小麦(济麦22)—夏玉米(郑单958)一年两熟种植制度。结果表明,深松秸秆还田增加了土壤有机质的含量、小麦穗数及千粒质量,提高了腐殖质富里酸的含量及小麦产量,减少了游离态铁氧化物的含量,增强了对土壤有机碳的固定。

秸秆-磷石膏联用对赤泥的腐殖质组分和微生物群落的影响

腐殖化过程是赤泥土壤化及堆场生态修复的重要环节。本研究采用腐殖质分级和高通量测序技术,探究了秸秆和磷石膏联用对赤泥腐殖质组分和微生物群落的影响。结果表明,秸秆-磷石膏联用显著增加赤泥胡敏酸和富里酸含量,提高微生物群落多样性和丰富度,促进赤泥腐殖化过程。施用秸秆后,赤泥中葡萄糖苷酶、纤维素水解酶、多酚氧化酶和过氧化物酶分别升高7.15~8.76倍、5.64~7.12倍、2.69~4.57倍和2.59~4.24倍,显著增加Devosiaceae、Rhizobiaceae、Flavobacteriaceae、Caulobacteraceae和Cellvibrionaceae等具有纤维素降解和固氮功能微生物类群相对丰度,提高微生物群落稳定性。研究结果为外源生物质促进腐殖质累积、驱动赤泥成土进程提供科学依据。

大娄山典型林分腐殖质载量及其影响因素

腐殖质作为森林可燃物的重要组成部分,主要影响林火向下垂直燃烧和地下火,腐殖质载量的大小对林火发生的一系列火行为具有重要影响。以大娄山典型林分为研究对象,通过野外测定林分腐殖质载量和林分特征,分析腐殖质载量与林分因子、地形因子的关系,并建立典型林分腐殖质预测载量模型。结果表明:(1)不同林分腐殖质载量具有显著差异(P<0.05),马尾松林、柏木林、软阔林、阔叶混交林不同标准地内的腐殖质载量呈显著差异(P<0.05),杉木林、灌木林在不同标准地间没有显著差异;(2)不同林分腐殖质载量的影响因子不同,主要包括腐殖质平均厚度、郁闭度、平均胸径、坡度、海拔等;(3)柏木林分腐殖质载量预测模型的误差最小、精度最高,决定系数(R^(2))为0.415,均方根误差为3.127 t·hm^(-2),相对误差为47.749%,平均误差为2.565 t·hm^(-2)。

四川凉山州林区腐殖质阴燃传播特性的试验研究

腐殖质层是分布在北美、欧洲和亚洲的森林和沼泽中的生物燃料,容易发生阴燃,即一种缓慢、低温、无焰和最持久的燃烧现象。腐殖质阴燃消耗大量的有机生物质燃料,导致温室气体释放到大气中,引起雾霾事件。采用四川凉山彝族自治州(26.401194°N,102.705102°E)森林腐殖质为试验材料,研究燃料床长度、含水率和粒径对腐殖质阴燃传播特性(阴燃传播速率、阴燃温度)的影响。结果表明,在不同燃料床长度的试验中,阴燃极值温度在600~900℃,腐殖质阴燃极值温度随着燃料深度和燃料床长度的增加而增加。同时,腐殖质阴燃传播速度随着含水率的增加(0~30%)而降低。在不同粒径的试验中,随着粒径的减小,阴燃时间延长,最高温度升高,阴燃高温持续时间也变长,其中上层传播速度受粒径的影响波动最为明显。研究可为四川凉山州林区地表腐殖质火灾预防提供一定的参考。

腐殖质促进植物根和地上部生长的信号传导和串扰机制研究进展

天然高分子异构混合物腐殖质(HS)是陆地生态系统的重要组成部分,其促生作用近年来被广泛研究,其中多条信号通路在HS促进植物生长发育过程中起到重要作用。该文综述了HS促进植物根和地上部生长发育的信号通路传导及串扰机制。HS在促进根系生长过程中吲哚乙酸(Indole-3-acetic acid,IAA)、一氧化氮(Nitric oxide,NO)、脱落酸(Abscisic acid,ABA)、活性氧(Reactive oxygen species,ROS)和Ca^(2+)等信号通路传导及相互串扰过程参与其中;HS在促进地上部生长过程中细胞分裂素(Cytokinin,CTK)、ABA和硝酸盐信号通路发生复杂的传导和相互串扰过程。HS通过复杂的代谢网络调控植物生理代谢,调节机制涉及多条复杂信号通路的传导和串扰过程,其中质膜H^(+)-ATPase是HS促进地下和地上部生长机制研究中的关键节点,多条信号通路通过质膜H^(+)-ATPase介导相互级联放大的信号传导。在HS调控根系和地上部生长发育过程中,信使NO与多条信号通路间发生复杂的串扰过程,是参与HS促生作用的重要串扰信号分子。HS在触发根和地上部生长发育过程中还存在其他信号通路,其中防御信号通路水杨酸(Salicylicacid,SA)和茉莉酸(Jasmonic acid,JA)受到信号通路IAA、NO、ABA和CTK等的调节。由于HS具有分散性、异质性和生物化学研究复杂性的特点,至今尚未明确HS对植物生长短期作用机制以及在整个植物生长周期内的整体作用机制,因此需要进一步深入分析揭示促生过程中所涉及到的信号传导、交叉、串扰和整合途径,以及复杂的营养和代谢通路,为HS生理活性作用机制和农业生产应用的研究提供理论依据。

水热腐殖化人工腐殖质的光谱和电化学特性研究

腐殖质(HS)是由动植物尸体分解和微生物缓慢转化而成的天然有机物质,其快速制备可通过生物质的水热处理实现,但人工腐殖质的光谱和电化学特性研究仍然不足。运用水热腐殖化法以玉米秸秆为原料制备人工胡敏酸(AHA)和富里酸(AFA)。通过光谱学和高分辨质谱分析了其化学结构和分子组成,并与土壤和泥炭中的胡敏酸和富里酸做了对比。利用电化学分析测定了HS的电子接受能力(EAC)和电子供给能力(EDC)。光谱和质谱结果揭示人工HS与天然HS在化学结构上高度一致,具有相同的主要化学基团,包括羟基、脂肪族、芳香族和羧酮基团。此外,人工和天然HS均较高的含有木质素/富羧酸的脂环结构、脂类和脂肪族/蛋白质,但人工HS具有较高的荧光指数和较低的芳香程度,富含类酪氨酸荧光组分。电化学结果表明,AHA的EAC为1.85mmol∙g^(-1),高于天然胡敏酸;其EDC为0.5mmol∙g^(-1),与天然胡敏酸相当。AFA的EAC为2.07 mmol∙g^(-1),低于天然富里酸,但EDC为0.66 mmol∙g^(-1),高于天然富里酸。相关性分析表明,木质素/富羧基脂环结构(CRAM)和脂质含量对电子转移能力有显著影响。类酪氨酸荧光成分、含氮有机化合物(CHON)与EDC分别呈正相关关系,而类腐殖质荧光组分、原子O/C值及双键当量(DBE)与EAC呈正相关关系。综上,人工腐殖质不仅表现出良好的电化学性能,提升了对人工腐殖质在模拟天然HS功能及其在地球化学电子转移过程中潜在应用的理解。

多峰拟合模型分解平行反应的落叶松腐殖质热解动力学研究

腐殖质是森林地下火阴燃的主要对象,分析其热解特性、计算动力学参数,对于预测和扑灭地下火有重要的理论意义。本研究以落叶松林地的腐殖质为研究对象,利用热重分析仪进行3种升温速率下的热解试验,针对试验数据的动力学参数计算提出一种多峰拟合模型。模型基于失重速率和加速率曲线获得特征点,在特征点计算拟合峰,每条曲线得到4个拟合峰,利用其计算动力学参数。结果显示:拟合峰Ⅰ的活化能较低,对应DTG曲线第一个峰部;拟合峰Ⅱ、Ⅲ的活化能处于中等水平,对应DTG曲线的第一个肩部和第二个峰部;拟合峰Ⅳ的活化能最高,对应DTG曲线的最后一个肩部。模型的参数计算结果与Gorbatchev积分法计算的动力学参数区间吻合。对模型进行残差和拟合优度检验,拟合检验(F检验)的P<0.0001,均方根误差RMSE<0.005,拟合优度R2≥0.99。检验结果表明,多峰拟合模型能有效地分解腐殖质热解的子反应并计算动力学参数值,具有一定的理论意义和实践指导价值。