溶解性有机质的光谱特征及其对土壤吸附β-HCH的影响

通过考察4种不同来源的溶解性有机质(Dissoived Organic Matter,DOM)的紫外-可见光谱和三维荧光光谱特征,分析DOM的组分及结构,研究它们对β-HCH在土壤中的吸附影响.结果表明,不同来源的DOM具有不同的组成结构,对β-HCH在土壤中的吸附有不同影响.光谱特征分析结果显示,DOM芳香性和疏水性强弱顺序为:营养土A土淤泥B土.研究显示,在去除DOM条件下,土壤对β-HCH吸附量增加,即内源DOM的存在均抑制了土壤对β-HCH的吸附能力,吸附能力与内源DOM组分的亲疏水性有关.外源DOM均能促进土壤对β-HCH的吸附能力,但来源不同,促进土壤吸附β-HCH的能力不同,其吸附能力的强弱排序为:淤泥DOM营养土DOMB土DOM,这是由各土壤DOM的不同组分及不同的疏水性导致的.     

三峡库区消落带土壤中溶解性有机质(DOM)吸收及荧光光谱特征

利用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱技术,结合荧光区域积分法,分析了三峡库区消落带土壤DOM的地化特征.结果表明,各区县消落带土壤CDOM平均浓度大小顺序为:忠县丰都涪陵万州巫山云阳奉节开县,其中,忠县、丰都和涪陵土壤CDOM浓度[a(355)]、芳香性(SUVA254)和疏水组分(SUVA260)明显高于其它区县,而其腐殖化程度(HIX)均低于其它区县.三峡库区消落带土壤DOM中含有类腐殖质荧光团A、C、M和类色氨酸荧光团T,其中紫外区类腐殖质荧光团A的荧光区域积分比例最大.另外,类色氨酸荧光团T与a(355)呈极显著相关(r=0.674,P0.01),影响CDOM浓度变化的主要因素是类蛋白荧光峰T.3D-EEM总荧光强度(TOT)可作为表征三峡库区消落带土壤CDOM荧光团浓度的指标.消落带土壤DOM腐殖化程度较低,生物可利用性较高.另外,消落带干湿交替作用对不同高程土壤DOM地化特征影响的差异较小,这可能与当地农业活动、沿岸植物生长以及DOM矿化过程有关.     

淹水条件下三峡库区典型消落带土壤释放DOM的光谱特征:荧光光谱

作为水体DOM的重要来源,消落带土壤淹水释放过程十分重要.本文以三峡库区典型消落带土壤为例,通过模拟正常淹水和厌氧淹水的两种条件,利用荧光光谱,着重定性地分析并讨论了土壤向上覆水体释放DOM的动态特征.结果表明,消落带4个区域土壤淹水后产生的DOM荧光特性,呈现出和可见-紫外光谱相似特征,对上覆水体DOM荧光特征有重要贡献.淹水初期的快速释放及后期去除机制,是水体DOM荧光组分的动态"源-汇"平衡的关键;其中类腐殖峰(A和C)受无机矿物相的吸附-释放影响明显,而类蛋白峰(B和T)受微生物影响较为明显.另外,所有土壤淹水释放后水体DOM均呈现出"内源+外源"的复合特征.除忠县石宝寨(SB)外,整个淹水周期,其余区域土壤在厌氧和正常淹水条件下,水体DOM荧光特征的差异性不明显,这可能和土壤自身组成(例如无机矿物组成和有机组分)的复杂程度有关.结合可见-紫外光谱,两种技术相互补充,证明了土壤释放("源")和去除("汇")机制是控制DOM动态变化的重要因素;而淹水初期的较强芳香性和腐殖化程度,以及较强的陆源特征,无疑有利于进一步解释污染物在淹水过程中的环境行为,为进一步了解DOM的环境角色提供数据基础和实验支撑.     

淹水条件下三峡库区典型消落带土壤释放DOM的光谱特征:紫外-可见吸收光谱

消落带土壤在淹水发生时释放溶解性有机质(DOM),是上覆水体DOM的重要来源.但同时对淹水释放DOM进行定量定性分析的报道并不多见.本文以三峡库区典型消落带为研究对象,通过模拟实验,利用紫外-可见吸收光谱,研究了厌氧淹水和正常淹水条件下,淹水土壤释放DOM的光谱特征.结果表明,消落带4个区域土壤淹水均呈"快速释放-下降-动态平衡"释放规律;释放速率和通量计算表明,DOM释放呈现出"源-汇动态交换"特征.对比两种淹水处理,尽管溶解性有机碳(DOC)和有色溶解性有机质(CDOM)无显著差异,但厌氧淹水DOM芳香性(SUVA280)高于正常淹水,而光谱斜率比值(SR)对不同淹水条件不敏感.同时,厌氧淹水时,DOC和CDOM的相关性也明显高于正常淹水.另外,各区域土壤淹水释放DOM存在差异,以忠县石宝寨土壤释放强度最高,尽管土壤有机质含量是影响各区域土壤淹水释放DOM差异的重要原因之一,但其他地化因素仍需考虑.因此,仅仅关注DOC浓度变化并不足以完全描述DOM的释放特征.     

渔业养殖区溶解性有机质的来源、组成及其对汞甲基化的影响

溶解性有机质（DOM）对水生环境中汞的赋存形态及转化过程具有极其重要的影响.但从更加微观的角度,如DOM的组成部分及其官能团特征等,却缺乏相关研究以阐明DOM影响汞形态转化的机制.为探究渔业养殖区来源于不同有机物（如残饵、鱼粪和底泥）的DOM各亚组分对水体中汞甲基化的影响,应用多级树脂联用技术,将渔业养殖区不同来源的DOM分离出6种亚组分,利用室内培养方式进行Hg²⁺的甲基化试验.傅里叶红外光谱分析结果表明,DOM中含有各种不同的官能团.亲水性组分主要包含羟基、羧基等极性较强的官能团;疏水性组分则包含一些无极性或者弱极性官能团如甲基、亚甲基和酚羟基等.疏水性亚组分是DOM的主要组成成分,其中又以疏水性碱性物质（HOB）为最,在有机物腐解过程中一直占有最大的比重.总体而言,疏水性有机组分对汞甲基化的促进作用显著高于亲水性有机组分;这主要是因为亲水性有机组分含有大量的羧基、羟基等官能团,可以更好地与活性Hg²⁺结合,降低甲基化反应的底物浓度,从而抑制甲基化发生.而疏水性组分对汞亲和性较弱,而且所含酚羟基以及还原性含硫基团等都可作为电子供体,从而促进汞甲基化的发生.从总体来说,在有机质腐解过程中,各种非同源有机质所形成的HOB对汞甲基化的促进作用不断增强.     

三峡水库消落带土壤与优势植物淹水后对土-水系统汞形态的影响

三峡库区消落带落干期植被生长茂盛,蓄水后消落带被淹没,土壤-植物系统在长时间淹水情况下,随着体系内物理化学性质的改变,汞形态也会发生变化,从而对库区水生生态系统中汞含量以及形态带来一定的影响.为此,本研究选取三峡库区4种优势植物室内栽培,再进行室内模拟淹水试验,研究淹水后土壤、水体中甲基汞(Me Hg)以及其他形态汞的变化.结果表明,淹水过程中植物的存在有利于土壤Me Hg的生成,同时对上覆水不同形态汞浓度影响显著.狗牙根作为消落带优势种,由于其体内总汞及甲基汞含量较高,淹水后对土壤以及上覆水系统中甲基汞以及其他汞形态的影响最为明显.淹水第90 d,狗牙根+土+江水(B1)处理土壤Me Hg的含量最高,为(1 135.86±113.84)ng·kg~(-1),是不加植物的对照处理土+江水(CK2)中土壤Me Hg含量的2倍左右;上覆水总甲基汞(TMe Hg)、溶解态甲基汞(DMe Hg)、总汞(THg)、溶解态汞(DHg)和活性汞(RHg)均呈峰值偏左的抛物线状变化,在第30 d时达到峰值,其中B1处理上覆水TMe Hg、THg和DHg最高,分别为(2.88±0.06)、(40.29±2.42)和(35.51±3.77)ng·L~(-1),三者中溶解态汞是其主要存在形式.因此可以推测三峡库区消落带植物淹水后将增加水库汞污染负荷.     

澎溪河消落带典型植物群落根际土壤无机氮形态及氮转化酶活性

三峡库区消落带是典型的生态脆弱带,其土壤N循环因受到植物根际效应和季节性淹水的影响而具有特殊性.本研究以三峡库区一级支流澎溪河消落带为例,选择4种植被(狗牙根、香附子、苍耳以及玉米)覆盖区,采集植物根际、非根际土壤,分析根际土壤与非根际土壤理化性质、无机氮形态以及7种N素转化相关酶,并比较了4种植物根际效应强度,以反映不同植物覆盖对消落带土壤N循环过程的影响.研究表明:供试植物根际土壤pH值均低于非根际,有机质、全氮、全磷含量均高于非根际,表明植物根际对消落带土壤养分有富集作用;4种植物根际土壤硝态氮、铵态氮、亚硝态氮及14d可矿化氮含量均高于非根际,且土壤硝态氮、亚硝态氮以及14d可矿化氮含量呈现香附子＞狗牙根＞苍耳/玉米;总体上根际土壤N转化酶活性高于非根际,且狗牙根和香附子覆盖区脲酶、亚硝酸还原酶、谷氨酰胺酶、脱氢酶显著高于玉米和苍耳覆盖区;蛋白酶、脲酶、谷氨酰胺酶活性与4种N形态均呈显著相关性,是消落带土壤N转化的主要参与酶类;根际效应分析结果香附子和狗牙根对消落带土壤N转化的根际效应强度大于苍耳和玉米,有利于土壤N素的固定和保持.植物根际效应对消落带土壤N素循环的影响可为消落带植被恢复工程中植被选择提供参考,也为改善消落带土壤退化相关研究提供科学支撑.     

改良剂调控下水稻镉累积和土壤溶解性有机质光谱特征的响应

研究土壤中溶解性有机质(DOM)的化学组成和特征差异对理解改良剂对Cd的稳定机制具有重要意义.土壤改良剂被广泛应用于受污染农田以缓解重金属在农作物中的累积,但改良剂调控下土壤DOM的光谱特征却鲜见报道.采集南方典型Cd污染水稻土为研究对象,通过投加三大类改良剂(有机类、无机类和石灰类,共11种)进行水稻种植盆栽试验,研究了不同改良剂对土壤DOM的影响.利用紫外-可见光谱、三维荧光光谱和平行因子分析法(PARAFAC)对比分析了不同改良剂调控下根际土壤DOM的光谱特征.结果表明,石灰类改良剂提高土壤pH,促进土壤固相中有机质的溶解,从而显著提高了土壤DOM的质量分数.与对照相比,有机类改良剂提高了土壤DOM的相对分子量和新生自生源贡献率,无机类改良剂提高了土壤DOM的芳香性和疏水性组分,石灰类改良剂提高了土壤DOM的显色组分和腐殖化程度.通过PARAFAC分析和OpenFluor数据库验证,解析出了4个荧光组分C1(255/465)、 C2(325/400)、 C3(275/390)和C4(240/460),均为类腐殖质.两种光谱相互印证,表明土壤DOM来源以陆源输入的类腐殖质为主.相关...     

三峡库区消落带土壤汞形态分布与风险评价

为了解三峡库区消落带土壤中汞污染现状和环境风险,选择重庆14个区县的消落带,采集了192个土壤样品,分析其土壤总汞和汞形态分布,探讨其生物可利用性,对比研究和评估土壤总汞与汞赋存形态的污染水平和生态风险.结果表明,三峡库区消落带土壤中汞含量差异较大,土壤汞含量为22.4~393.5μg·kg-1,平均值为(84.2±54.3)μg·kg-1,76.6%的采样点土壤汞含量超过了三峡库区土壤汞背景值.土壤中的汞以残留态为主,不同汞形态所占比例为:水溶态汞4.1%、酸溶态15.5%、碱溶态汞18.3%、过氧化氢溶态汞10.9%、残留态汞51.3%.各区县土壤中生物可利用性汞(水溶态汞、酸溶态汞与碱溶态汞之和)平均含量为19.7~36.6μg·kg-1,生物可利用态汞占总汞的比例达到22.1%~51.6%.地累积指数和潜在生态危害指数评价结果均表明,三峡库区消落带土壤中汞赋存形态的污染水平和生态风险都较低,由生物可利用态汞带来的生态风险也很小;而对土壤总汞含量评价的结果明显偏大.因此,采用汞赋存形态进行污染现状和生态危害评价更能反映消落带土壤汞的环境风险.     

三峡库区消落带甲基汞变化特征的模拟

为探寻三峡水库消落带在干湿交替条件下甲基汞的变化规律,以库区典型消落带土壤为研究对象,采用模拟试验,研究了干湿交替条件下消落带土壤和水体甲基汞含量和动态变化趋势及其影响因素.结果表明:淹水过程会促进土壤无机汞向有机汞转化,土壤甲基汞含量在淹水和落干过程均呈现先增加后减少的趋势;随着干湿交替周期的增加,土壤甲基汞含量增加,第二次淹水后土壤甲基汞平均含量比第一次淹水增加了22.13%,第二次落干后土壤甲基汞平均含量比第一次落干增加了58.17%.第二次淹水过程土壤甲基汞占总汞的比例明显高于第一次淹水,土壤中汞的甲基化主要与干湿交替循环有关.土壤淹水后会迅速向水体释放甲基汞,水体中甲基汞含量明显增加,两次淹水过程增幅分别为119.42%和334.72%,水体甲基汞和土壤甲基汞之间无显著相关.干湿交替环境土壤甲基汞含量主要受pH值、有机质含量、Eh和土壤含水量等因素的影响;水体中甲基汞含量的影响因素则主要有水体pH值、DO、DOM、水温等.     

根际土壤中汞甲基化与去甲基化作用双同位素示踪研究

根际环境特殊的理化性质可能显著促进汞(Hg)的甲基化.为证实上述假设,本研究采集了三峡库区消落带狗牙根根际土和非根际土,分别测定了根际土与非根际土中总汞(THg)和甲基汞(MeHg)含量及主要理化性质,并采用双同位素示踪法(~(199)Hg~(2+)和Me~(201)Hg)进行室内模拟培养实验,探究其Hg的甲基化与去甲基化速率.结果表明,根际土壤中的Fe~(2+)、Mn~(2+)、有机质含量、过氧化氢酶活性显著高于非根际土(p0.05),MeHg含量、细菌、真菌数极显著大于非根际土(p0.01);根际土壤中MeHg的含量与Mn~(2+)、SO_4~(2-)、有机质含量存在显著正相关性(p0.05),与过氧化氢酶活性、细菌、真菌数存在显著正相关性(p0.01);根际土壤中Hg甲基化、去甲基化速率、净甲基化潜力均显著大于非根际土(p0.05),有菌根际土的甲基化与去甲基化速率显著大于无菌根际土(p0.05).本研究证实了根际是Hg发生甲基化的一个活跃区域,其中,微生物在根际土壤中Hg的甲基化与去甲基化过程中均起着主要作用.     

源自腐殖土的溶解性有机质组分对棕壤和黑土吸附苯并三唑的影响

溶解性有机质(DOM)影响着有机污染物在土壤中的吸附行为.将从腐殖土中提取的DOM(DOMbulk)用XAD-8树脂和阴/阳离子交换树脂进行分级,用红外光谱、元素分析、紫外分光光度计和电位滴定的方法对DOM不同组分特征进行分析.用吸附批次实验方法研究了DOM不同组分对棕壤和黑土吸附苯并三唑(BTA)的影响.结果表明,DOMbulk中疏水酸性(HOA)、疏水中性(HON)、亲水酸性(HIA)、亲水碱性(HIB)和亲水中性(HIN)组分比例分别为61%、17%、6%、2%和14%.由于黑土有机碳(OC)含量高于棕壤,黑土对BTA和DOM组分的吸附能力均大于棕壤.相对于黑土,棕壤吸附DOM的标化分配系数Koc较高,其原因是棕壤中含有较多的对吸附DOM起重要作用的黏粒和粉砂.由于水分子占据DOM结合点位,DOM组分与BTA在溶液中结合较弱.DOMbulk中HIN在土壤上吸附最强.HIN的吸附增加了土壤吸附BTA的点位,增加点位的促进吸附作用大于HIN与BTA的竞争吸附作用,最终表现为促进吸附.疏水组分在土壤上的吸附较弱,产生的新吸附点位较少,主要通过竞争吸附作用抑制土壤对BTA的吸附.DOMbulk由78%的疏水组分构成,对土壤吸附BTA的影响与疏水组分相似.     

模拟三峡库区消落带优势植物根系低分子量有机酸对土壤中铅的解吸动力学

三峡库区消落带落干期时会生长大量植被,其根系分泌的低分子量有机酸会对消落带土壤中重金属的活化带来一定影响,为此,本研究通过水培法以及利用去离子水直接浸提其根际土测出三峡库区优势植物狗牙根和稗草根系分泌的低分子量有机酸种类和含量,并模拟优势植物所分泌的单一有机酸和混合有机酸分别对消落带土壤中的铅(Pb)进行解吸,探究其对消落带土壤中铅的解吸动力学.结果表明,狗牙根根系分泌的低分子量有机酸种类和含量均大于稗草,其中柠檬酸、丙二酸、乙酸、苹果酸是两种植株根系均分泌的有机酸,且乙酸含量最高,分别为0.765 mmol·kg-1、0.261 mmol·kg-1,而在狗牙根和稗草根际土中均检测到柠檬酸、丙二酸、乙酸;选取柠檬酸、丙二酸、乙酸对消落带土壤中铅进行解吸时,发现当有机酸浓度≤1 mmol·L~(-1)时,有机酸解吸量由高到低为:丙二酸柠檬酸乙酸;而当有机酸浓度1 mmol·L~(-1)时,有机酸解吸量由高到低为:柠檬酸丙二酸乙酸,且低分子量有机酸在土壤中含量低时,抑制土壤对Pb的解吸;含量高时,促进土壤对Pb的解吸.在解吸过程中,0~240 min为快反应阶段,240 min后为慢反应阶段,准二级动力学方程拟合效果最好.     

不同来源溶解性有机质在光辐射下产生活性氧基团能力的差异

溶解性有机质(DOM)在光辐射下可以吸收光能产生活性氧物质(Reactive oxygen species, ROS),如单线态氧(~1O_2),羟基自由基(HO·)及激发三线态DOM(~3DOM~*)等,这些ROS对污染物的光化学反应起着重要的作用.本实验在254 nm紫外光辐射下,利用特征ROS探针化合物,探究4种不同来源土壤DOM光致产生ROS能力的差异.通过XAD-8树脂分组将2种不同来源DOM分成5个组分,进一步探究DOM结构对ROS生成的影响.研究发现,来源于黄褐土、潮土的DOM分别产生~1O_2、HO·的能力较强,而来源于黄褐土的富里酸及潮土的胡敏酸产生~3DOM~*的能力较强,说明不同来源DOM在光辐射下产生ROS的能力不同.紫外光谱分析表明,分子量较大、腐殖化程度较高的腐殖酸产生ROS的能力较强,且富里酸与胡敏酸对ROS生成的影响存在差异.整体来看,2种腐殖酸的不同分组组分对ROS生成的影响趋势相似,水与乙醇组分所产生的影响非常小,低pH值组分对ROS生成的影响比高pH值大.结合红外光谱分析,研究发现,低pH值组分的腐殖酸羧基含量较高,脂肪族官能团含量低,含氧量高,可能具有较高的光化学活性,有利于ROS的生成.此外,2种腐殖酸不同组分对ROS生成的影响存在差异,说明DOM结构中官能团的可解离程度对ROS生成具有一定影响.     

三峡库区消落带农业活动对土壤汞变化的影响

针对三峡库区消落带退水期农业生产是否会对库区环境带来不利影响的问题,以分布面积较大、农业活动较为频繁的重庆市开州区渠口镇消落带为研究区域,选择种植水稻、玉米、蔬菜和未农用的草地4类消落带地块为研究对象,调查了不同利用地块表层土壤汞(Hg)的变化特征.结果表明,研究区域内土壤THg、有效态Hg(Hg-wh)和甲基汞(MeHg)平均含量分别为25.80~68.74、0.44~0.88和0.08~0.85 ng·g-1.未耕作土地表层土壤THg、Hg-wh和MeHg含量均高于耕作土地表层土壤,说明耕作扰动能够加速土壤Hg的流失.未耕作土壤与耕作土地表层土壤MeHg含量随着落干时长的增加均呈现先升高后降低的趋势,峰值大约出现在落干后1~2个月内,约为淹水末期的4倍,之后逐渐降低至相对稳定的水平.MeHg占THg比例(%MeHg)也呈现类似规律,峰值出现在落干后1个月左右,降到稳定水平时与淹水末期含量无显著性差异(P0.05).土壤%MeHg与Hg-wh含量呈显著性正相关关系(r=0.642,P0.01),而与THg含量没有显著相关性(P0.05),说明消落带土壤Hg甲基化主要受生物可利用性Hg形态的影响.     

Three-dimensional fluorescence spectral characterization of soil dissolved organic matters in the fluctuating water-level zone of Kai County, Three Gorges Reservoir

Three-dimensional fluorescence spectroscopy was used to investigate the fluorescent properties of soil dissolved organic matter (DOM) in the water-level-fluctuation zone (WLFZ) of Kai County, Three Gorges Reservoir (TGR). Most of the soil DOM analyzed in this study was found to contain four fluorescence peaks. Peaks A and C represent humic-like fluorescence, whereas peaks B and D represent tryptophan-like fluorescence. Peaks E and F, which represent tyrosine-like fluorescence, only appeared in certain soils. Soil humus was the main source of DOM in soil, and higher concentration of soil DOM was found in the exposed soil than submerged soil. Compared to the peaks A and B, the fluorescence intensities of peaks C and D were strongly influenced by the fluctuating water level. Analysis of fluorescence intensities of different peaks in soil DOM showed that WLFZ soil was not contaminated significantly. Soil DOM contained at least two types of humic-like fluorescence groups and two types of protein-like fluorescence groups. The proportion of the content of peak A in soil organic matter was quite stable. The soil DOM in exposed soil had relatively high humification and aromaticity, and periodic submerging and exposure of soil had an impact on the humification of soil DOM.     

水溶性有机质对土壤及底泥中汞吸附行为的影响

以重庆市2种耕作土(黄壤和中性紫色土)及鱼塘底泥为试验材料,分别添加提取自腐殖土的DOM(DOMh),提取自稻草的DOM(DOM)和提取自污泥堆肥的DOM(DOMa),研究DOM对土壤及底泥中Hg的吸附行为的影响.结果表明.DOM对土壤及底泥中汞的吸附行为均有一定的抑制作用,这种抑制作用与DOM种类和试验材料的性质有关.添加不同来源的DOM,对Hg的抑制作用具体表现为:DOMh>DOMr>DOMa;添加同一种DOM时,对Hg吸附的抑制作用表现为鱼塘底泥>紫色土>黄壤.     

滇池典型陆生和水生植物溶解性有机质组分的光谱分析

应用紫外-可见光谱、傅里叶红外光谱与三维荧光光谱,对采自滇池外海及湖滨农田的2种典型陆生植物(玉米、紫茎泽兰)和5种水生植物(芦苇、水红花、水葫芦、眼子菜、茭草)所提取的DOM(溶解性有机质)组分进行了光谱分析. 结果表明,陆生与水生植物DOM的紫外-可见光谱曲线基本类似,吸光度均随波长的增加而降低. 陆生植物DOM的SUVA₂₅₄(单位溶解性有机碳浓度下波长254 nm处吸收系数)值大于水生植物,表明滇池外源输入的DOM腐殖化程度大于内源. 植物叶中DOM的A₂₅₀/A₃₆₅(A₂₅₀、A₃₆₅分别为波长250和365 nm处的紫外吸光度比值)小于茎,表明叶中DOM的芳香性和分子量都大于茎. 陆生与水生植物DOM均有相似的红外特征峰带,其中—COO-、—CH₂、—CO、—OH、—NH₂的特征峰明显,表明它们是构成陆生和水生植物DOM的主要官能团. 三维荧光光谱分析表明,陆生植物茎的DOM中含有类富里酸物质,而叶的DOM中含有类腐殖酸物质. 水生植物除了水葫芦叶的DOM中含有类腐殖酸物质外,其他样品无论茎、叶都含有类富里酸物质. 除水葫芦叶外,同种植物茎的DOM中存在类色氨酸物质,而叶中不存在.