Organic matter and pH affect the analysis efficiency of ~(31)P-NMR

Solution ~(31)P nuclear magnetic resonance spectroscopy( ~(31)P-NMR) is a useful method to analyze organic phosphorus(Po), but a general procedure for the analysis method is lacking.The authors used solution ~(31)P-NMR, which was found to be an effective method for analysis of Po in Haihe River sediment, to analyze the Po in the surface sediment in Eastern China at the regional scale, and found that the Na OH-ethylenediaminetetraacetic acid(EDTA)extraction rate was affected by environmental factors. At the regional scale, the extraction rate showed a positive relationship with loss on ignition, when the extraction rate was lower than 60%. The extraction rate had no relationship with the loss on ignition when the extraction rate was higher than 60%. The extraction rate showed a negative relationship with p H, which means that the extraction rate was higher in acidic sediment and lower in alkaline sediment. The ratio of TC/TN(the ratio of total carbon to total nitrogen) was considered to represent the origin of organic matter in the sediment. The extraction rate was high when the TC/TN ratio was lower than 20, meanwhile the extraction rate decreased as the TC/TN ratio increased. The results show that the origin of organic matter in sediment significantly affects the Na OH-EDTA extraction rate. This study will give theoretical support for building an effective and general solution ~(31)P-NMR analysis method.     

基于液相31P核磁共振技术的河流沉积物有机磷提取剂选择研究

以高磷污染河流沉积物为研究对象,利用液相31P核磁共振(31P-NMR)技术研究了沉积物中有机磷提取剂的选择和提取过程.结果表明:前提取以BD和EDTA效果最佳,TP和Po的提取量分别为(322.87±13.81)和(119.76±16.00)mg·kg-1、(24.91±15.25)和(20.90±2.58)mg·kg-1,2种提取剂均促进了NaOH的提取效率,前提取后NaOH提取液中TP和Po的提取量分别达到(2271.20±75.63)和(2477.40±112.71)mg·kg-1、(152.04±1.55)和(186.93±20.53)mg·kg-1;对顺磁性离子Fe和Mn而言,利用BD和EDTA+Na2S2O4作为前提取剂可以提取更多的Fe离子,提取液中的浓度分别为(5116.57±24.32)和(10677±215.61)mg·kg-1;EDTA和EDTA+Na2S2O4提取剂对Mn的去除效量较高,提取液中浓度分别为(243.02±2.80)和(266.61±1.61)mg·kg-1.液相31P-NMR图谱显示,上述提取剂处理后均可得到正磷酸盐、焦磷酸、磷酸单酯、磷脂和DNA 5种磷形态,其中EDTA可提高沉积物中正磷酸盐、焦磷酸盐、磷脂和DNA的含量.综合考虑:利用EDTA和NaOH两步提取可实现较高的Po提取量和较低的顺磁性离子干扰,并得到理想的核磁共振图谱,从而保证沉积物中有机磷液相31P-NMR分析的科学性和有效性.     

基于液相31P核磁共振分析的沉积物样品制备方法研究

液相31↑P核磁共振（phosphorus-31 nuclear magnetic resonance,31↑P-NMR）是近年来用于分析沉积物有机磷组成的新技术.本研究围绕31↑P-NMR分析沉积物样品的制备过程（包括样品前处理方法、提取时间、提取剂比例、样品浓缩等）进行探讨.结果表明,采用风干的沉积物样品进行提取,...     

河流沉积物中有机磷提取剂(NaOH-EDTA)提取比例与机制研究

选择海河流域高磷污染河流滏阳新河沉积物为研究对象,利用液相31P核磁共振(31P-NMR)技术优化了沉积物中有机磷提取剂NaOH和EDTA的配比,探讨了提取剂对总磷(TP)、有机磷(P o)及金属离子的提取机制.结果表明,不同配比的NaOH和EDTA提取液提取同一沉积物,所提取的TP和P o的量差异较大,但P o的提取量均高于NaOH单独提取,主要原因为EDTA与Fe、Al等离子的结合促进了无机磷(P i)和P o的释放;TP在1.00 mol·L-1NaOH+75 mmol·L-1EDTA配比的提取液中获得最大提取量,为3.88 mg·g-1,P o在0.25 mol·L-1NaOH+50 mmol·L-1EDTA配比的提取液中提取量最大,为0.24mg·g-1;相同浓度NaOH提取液中金属离子Fe、Mn、Ca、Mg、Al提取量随EDTA浓度增大呈升高趋势,主要是通过螯合作用、金属离子与OH-形成化合物实现.其中,Fe、Mn、Ca提取浓度与提取液pH呈显著负相关(P<0.01),说明其与OH-形成沉淀化合物;Al离子由于既可以与OH-生成可溶性的偏铝酸盐又可以被EDTA螯合形成可溶性络合物,因此其浓度随提取液pH升高呈指数增长趋势(P<0.01);NaOH与EDTA混合提取剂核磁共振图谱优于NaOH提取液,在本研究中均可以检测到膦酸盐、正磷酸盐、磷酸单酯、磷脂、DNA和焦磷酸盐.综合考虑:对北方河流富含Fe和Al的河流沉积物,0.25mol·L-1NaOH与50 mmol·L-1EDTA可以作为理想的沉积物有机磷提取剂.     

基于液相31P核磁共振技术的人工河流沉积物中生物质磷形态特征的研究

利用液相~(31)P核磁共振技术分析了我国北部海河流域典型人工河流滏阳新河沉积物磷形态.结果发现,滏阳新河沉积物中共检测出6类磷化合物:正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷酯(Lipids-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P)、膦酸盐(Phon-P).滏阳新河沉积物中的生物质磷包括膦酸盐(Phon-P,0.11%~1.57%)、磷酸单酯(Mono-P,8.96%~29.58%)、磷酯(Lipids-P,0.28%~2.66%)、DNA磷(DNA-P,0.75%~2.03%)、焦磷酸盐(Pyro-P,0.22%~0.86%),其中,磷酸单酯是生物质磷的主要组成部分.沿艾辛庄闸坝水流方向,磷化合物含量差异明显:闸坝附近TP和生物质磷含量最高,分别为6804.1 mg·kg~(-1)和1709.58 mg·kg~(-1);沿河流流向,TP变化率分别为84.97%、-24.11%、32.84%和-0.11%,生物质磷变化率分别为93.15%、-58.83%、42.65%和18.99%.上覆水中TP和SRP的平均浓度分别为3.0 mg·L~(-1)和2.6 mg·L~(-1),分别超过我国地表水环境质量标准(GB3838-2002)V类水标准(0.4 mg·L~(-1))7.5倍和6.5倍.基于液相~(31)P核磁共振技术,对人工河流水体磷的分布与传输有了全新的认知.因此,本研究可为深入认识磷在典型人工河流沉积物-水体系中的转化提供支持,有助于深入研究典型人工河流磷生物地球化学循环过程,同时为多闸坝人工河流的水流量调度与水生态构建提供数据支持.     

~(31)P-NMR分析湖泊植物和藻类有机磷方法优化及形态研究

应用不同的提取剂和固液比提取湖泊水生植物和藻类中的藻类有机磷(P_0),并进一步采用液态核磁共振(~(31)P-NMR)技术分析其组成特征.结果表明:采用0.5mol/L NaOH+25mmol/LEDTA提取剂,并控制固液比为1:60可获得最优的P_0提取效果;~(31)P-NMR分析测试过程中,设置延迟时间(D1)为5s,扫描分析时间为15h(约扫描24000次)可获得较好的谱图.通过以上实验方法,分析水生植物和藻类中磷均由正磷酸盐、单酯磷、二酯磷及焦磷酸盐组成,其中P_0可分别占总磷(TP)的34-21%~53.36%和31.27%~72.96%.单酯磷是水生植物和藻类P_0的主要组分,其平均含量可占P_0的92%和83%;二酯磷含量均较少,占TP的0~6.65%;藻类体内焦磷酸盐含量可达水生植物的35倍.     

基于液相31P核磁共振(NMR)技术的巢湖沉积物中有机磷形态研究

利用改进的沉积物有机磷提取方法和液相31P核磁共振(NMR)分析方法,研究了巢湖表层沉积物有机磷形态.结果表明:西部湖区表层沉积物总磷含量高于东部湖区,其平均含量分别为(1089.82±108.14) mg·kg-1和(497.80±51.59) mg·kg-1;东部湖区沉积物中有机磷百分含量(31.88％±2.41％)高于西部湖区(20.86％±1.65％);表层沉积物主要磷份组成包括膦酸盐(Phon-P)、正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷脂(Lipid-P)、DNA(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P);磷酸单酯为有机磷的主要组分,平均含量占总磷的22.12％±5.32％;磷酸单酯和DNA百分含量东部湖区大于西部湖区,磷酸单酯百分含量分别为25.99％±2.29％和16.30％±1.06％,DNA百分含量分别为5.61％±0.24％和3.85％±1.01％.31P核磁共振技术可以有效的应用于巢湖等富营养化湖泊沉积物磷形态分析;巢湖表层沉积物以无机磷为主,有机磷种类丰富,以磷酸单酯为主.     

基于液相31P核磁共振技术的不同地理区域湖泊沉积物生物质磷(Biogenic-P)形态特征研究

利用液相~(31)P核磁共振分析方法,研究了我国不同地理区域湖泊表层沉积物中生物质磷(Biogenic-P)的形态特征.结果表明,不同地理区域湖泊表层沉积物磷含量差异较大,湖泊沉积物中的总磷在184.37～1089.41 mg·kg~(-1)之间,青藏高原的青海湖总磷含量最高,达到1089.41 mg·kg~(-1).使用~(31)P-NMR技术在湖泊沉积物中共检测到4类磷化合物,其中生物质磷检测到3类磷化合物,分别为:磷酸单酯(Mono-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P),其中以磷酸单酯为主,含量在5.57～399.18 mg·kg~(-1)之间.随着我国外源性磷的有效控制,内源性磷成为了磷主要的来源,在磷的内源负荷中,生物质磷矿化释放的磷将会影响水体整体生产力,本研究基于液相~(31)P核磁共振技术,对我国不同区域湖泊沉积物中磷形态的分布有了一些新的认识,可为深入认识磷在不同区域湖泊中转化提供支持,有助于深入研究不同区域湖泊磷生物地球化学循环过程,同时为认识我国不同区域湖泊沉积物中磷形态特征提供数据支持.     

白洋淀沟壕系统水陆交错区生物质磷形态特征研究

利用液相31P核磁共振的分析方法,研究了白洋淀水陆交错区中生物质磷(Biogenic-P)的形态特征.结果表明:不同类型水陆交错区磷含量差异较大,水陆交错区中间土壤总磷(TP)含量最高,为1342.81～2444.90 mg·kg-1;水陆交错区Biogenic-P含量为437.65～1309.20 mg·kg-1,占...     

基于31P-NMR与SMT方法的海河流域典型河流沉积物中磷形态特征研究

利用液相~(31)P核磁共振分析方法和SMT分级方法,对比研究了海河流域典型人工河流子牙新河和滏阳新河、自然河流子牙河表层沉积物中磷形态.结果发现,两条河流沉积物中TC、TN、TP含量均很高,且相关性显著,污染较重且具有同源性.沉积物中总磷在568.2~9171.9mg·kg-1之间,其中以HCl-P为主,占总磷的25.5%~81.8%之间,其次为NaOH-P,所占比例为9.3%~55.5%.使用~(31)P-NMR技术在沉积物中共检测到7类磷化合物:正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷脂(Lipid-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P)、膦酸盐(Phon-P)及多聚磷酸盐(Poly-P).Ortho-P和Mono-P分别为总磷和有机磷的主要组成成分,含量分别在113.8~6226.1 mg·kg~(-1_和27.0~1991.9 mg·kg~(-1)之间.子牙河、子牙新河和滏阳新河两条河流在沉积物磷组成方面存在很大的差异子牙新河和滏阳新河沉积物中总磷明显高于子牙河.     

环渤海滨海湿地土壤磷形态特征研究

利用SMT分级方法和液相31P核磁共振分析方法,研究了环渤海典型滨海湿地表层土壤磷形态.结果发现,湿地土壤中总磷在410.35~691.57 mg·kg-1之间,其中以HCl-P为主,占总磷的46.67%~82.95%;较易释放的Na OH-P含量较少,占4.98%~22.31%;同时,由于有机质含量丰富,有机磷含量也较高,在受水产养殖污染的湿地中,有机磷含量明显偏高.使用31P-NMR技术在湿地土壤中共检测到6类磷化合物:正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷脂(Lipid-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P)及膦酸盐(Phon-P),其中以正磷酸盐为主,含量在181.69~350.64 mg·kg-1之间;磷酸单酯为有机磷的主要组分,占总量的5.25%~37.17%.渤海湾南部湿地土壤中有机磷含量明显高于北部湿地,以稳定性较高的磷酸单酯为主,同时,DNA磷较多地存在于南部湿地,北部湿地含量极少,说明南部湿地微生物活性较高.     

太湖不同生态型湖区悬浮颗粒磷空间分布和降解速率

对太湖不同生态型湖区水体悬浮颗粒物含量,有机磷组成及降解特征进行分析,研究了富营养化湖泊颗粒磷性质及其对水体磷循环的影响.太湖颗粒P平均占水体TP浓度的75.86％;不同生态类型湖区间颗粒物性质差异明显,河口区和湖心区的颗粒物含量高于藻型湖区和草型湖区,但颗粒物有机质比例分布却相反.利用³¹P液相核磁共振法（³¹P-NMR）发现太湖悬浮颗粒P的成分包括膦酸酯,正磷酸盐,磷酸单酯,磷酸二酯,焦磷酸盐和多聚磷酸盐6类,含量分别为1.06%,50.99%,33.02%,2.48%,10.68%和3.80%.不同生态型湖区之间颗粒P组成差异明显,河口区正磷酸盐含量最高,达到82.57%,藻型湖区和湖心区颗粒有机磷比例最高,分别达到达到 64.02%和63.95%;颗粒物焦磷酸盐和多聚磷酸盐可能以藻源性颗粒物来源为分别与Chla浓度呈显著相关（P<0.05; P<0.01）.颗粒态生物可利用性磷（PEHP）与正磷酸盐显著相关（P<0.05）,说明颗粒物正磷酸盐是颗粒物生物可利用性磷的重要来源.太湖PEHP降解速率平均为47.3min,PEHP占水体生物可利用磷（EHP）的65.16%,说明颗粒P是水体溶解性反应磷（SRP）补充的重要来源.     

pH,有机质和石灰反应对土壤背景值的影响

从上海全市214个土壤剖面样品的13个元素的背景含量,探讨了pH、有机质和石灰反应对其之影响,并对几个主要土类、亚类和土属进行了详细阐述。调查表明,上海表层土壤中,pH和有机质都与Mn、Hg、Se呈中度相关:水稻土、潮土和盐土等3个主要土类之间的pH值、有机质含量都有极显著差异,一些相应元素也有显著差异:随石灰反应的强烈,含Cu量增加,而Zn、Cr、F、Se的含量减少。     

水溶性有机物在土壤中的吸附及对Cu沉淀的抑制作用

通过室内序批试验研究了来自绿肥(GM)和猪粪(PM)的水溶性有机物(DOM)在潮土和红壤中的吸附行为以及来自绿肥和猪粪堆肥(PMC)的DOM对Cu在高pH下沉淀的影响.结果表明,当没有外源DOM加入时,潮土、红壤中存在DOM的净释放,分别为33.58mg·L^-1和17.17mg·L^-1.随外源DOM加入量的增加土壤净释放量减小,存在土壤对DOM的吸附作用.与绿肥DOM相比,土壤对猪粪DOM的吸附能力更强,m、K_d分别为0.424 1、2.946(红壤),0.284 6、1.58(潮土).比绿肥对应高出32.9%、57.1%(红壤),67%、93.7%(潮土).红壤由于Fe、Al、Mn等氧化物含量较高及低pH值,使其对DOM的亲和力比潮土强.试验结果还表明绿肥和猪粪堆肥DOM能够明显地抑制Cu的沉淀,在pH6～10范围内效果明显,其中Cu的沉淀率分别降低了43.6%(Cu+GM),22.6%(Cu+PMC).     

离子强度、pH值和Ca2+/Al3+对马尾松幼苗的铝毒影响

测定了在不同溶液酸度、不同离子强度和Ca²⁺/Al³⁺比下,铝对马尾松幼苗生长状况的影响。结果表明,溶液酸度增加,离子强度减小时,铝的毒害作用增大。钙对铝毒有明显缓解作用,当Ca²⁺/Al³⁺增大时,铝的毒性减小,但其缓解作用与铝浓度有关,当铝浓度增加,钙的缓解能力下降。     

模拟气候升温对湿地土壤微生物群落及磷素形态的影响

通过构建微宇宙湿地柱模拟气候升温的方法,采用高通量测序和核磁共振技术,分别研究了湿地土壤微生物群落和磷素形态对暖化作用的响应特征.结果表明,暖化作用导致了Firmicutes、Clostridia、Clostridiales、Clostridiaceae和Clostridium的相对丰度分别显著下降65%~98%、69%~87%、67%~87%、73%~97%和74%~93%,这表明暖化作用对不同分类水平上的物种Firmicutes到Clostridium具有显著的抑制效应.通过主坐标分析和聚类分析,不同湿地柱采样点的暖化组与对照组样本表现出显著的分离特征,揭示了暖化作用能够诱导微生物群落组成发生显著性变化.磷酸单酯和正磷酸盐是各湿地柱土壤主导的磷素形态,同时暖化作用导致了XX湿地柱采样点的磷酸单酯和正磷酸盐相对丰度分别显著升高275%和下降20%,JH湿地柱采样点的磷酸单酯和多聚磷酸盐相对丰度分别显著升高85%和下降49%,这表明不同磷素形态对暖化作用的响应具有土壤异质性特征.通过典型对应分析,揭示了暖化条件下微生物群落组成的显著变化对磷素形态具有显著的影响效应.     

Effect of organic matter and pH on mercury release from soils

An investigation was conducted on the effect of organic matter(OM)and pH on mercury(Hg)release from soils.Hg release flux was measured using the dynamic flux chamber(DFC)combined with the Lumex multifunctional mercury analyzer in both laboratory experiment and field monitoring.The results showed that Hg emission from the OM-added soils was apparently low because of the high affinity of OM to Hg,resulting in the reverse order as the amount of OM addition.Meanwhile,Hg release flux from different pH value soils exhibited the same trend for both Hg~(2 )and Hg_2~(2 )treatment,increasing the Hg flux with pH value of soils increasing.The trend of Hg release in the pH dependence experiment has been well in agreement with that from the field test.In addition,Hg release seemed to be related to its species in the soil,the flux from Hg~(2 )-added soil was obviously higher than that of Hg_2~(2 )-added soil by the laboratory experiment.     

堆肥过程水溶性有机物组成和结构演化研究

基于Leenheer的分组方法,用XAD-8树脂将鸡粪不同堆肥阶段样品提取出的水溶性有机物(DOM)按极性和电荷特性分为疏水酸性组分(HOA)、疏水碱性组分(HOB)、疏水中性组分(HON)、酸不溶组分(AIM)及亲水性组分(HIM),采用元素分析、核磁共振(~1H-NMR)及红外光谱(FTIR),对各组分的组成和结构特征进行了研究.结果表明,堆肥DOM中HIM和HOA组分的含量分别为32%~44%和35%~47%,而HOB、AIM及HON组分之和不到25%,经堆肥后HIM组分含量下降,而疏水性组分含量增加.元素分析显示,堆肥过程N、C、S含量呈增加趋势,经堆肥后有机质H/C比降低,腐殖化率提高;~1H-NMR分析表明:HIM组分中烷基链烃的含量最少,支链最短,分支较多,碳水化合物含量高,而HON组分的组成恰好与之相反,AIM组分结构类似胡敏酸,HOB富含含氮化合物.FTIR分析表明,HOA和HOB组分富含羧基、酯基和醇羟基官能团,而AIM和HIM除上述官能团外,还含有大量苯环官能团,HON组分富含脂肪族官能团,该组分官能团种类最多,经堆肥后,脂族官能团含量降低,苯环官能团增加.     

Impacts of soil organic matter, pH and exogenous copper on sorption behaviorof norfloxacin in three soils

Norfloxacin (Nor) sorption and the factors (soil organic matter (SOM), pH, and exogenous copper (Cu) influencing the sorption were investigated in a black soil (soil B), a fluvo-aquic soil (soil F), and a red soil (soil R). With increasing of Nor concentrations, sorption amount of norfloxacin increased in both the bulk soils and their SOM-removed soils, but the sorption capacity in SOM-removed soils was higher than that of their corresponding bulk soils, indicating that the process of norfloxacin sorption in soil was influenced by the soil properties including SOM. The sorption data in all bulk soils and SOM-removed soils were fitted to Freundlich and Langmuir models. The correlation coefficients suggested that the experimental data fitted better to Freundlich equation than to Langmuir equation. Furthermore, the data from soil F and SOM-removed F could not be described by Langmuir equation. The norfloxacin sorption amount decreased in soil B and soil F, whereas it increased in soil R as solution pH increased. The maximum KD and KOC were achieved in soil R when the equilibrium solution pH was 6. And the norfloxacin sorption was also influenced by the exogenous Cu2+ ions, which depended on the soil types and Cu2+ concentrations. With increasing of Cu2+ concentrations in solution, generally, sorption amount, KD and KOC for norfloxacin in soils increased and were up to a peak at 100 mg/L Cu2+, and then the sorption amount decreased regardless of norfloxacin levels.     

低pH值及铝对深鳅吸收45Ca的影响

为了探讨低ｐＨ和铝对水生生物的毒性或联合毒性效应,进一步研究钙缓解作用机理,用放射性核素＾４５Ｃａ作为示踪剂,研究在低ｐＨ值及加铝条件下,泥鳅（Ｍｉｓｇｕｍｕｓａｎｇｕｉｌｌｉｃａｕｄａｔｕｓ）对钙离子的吸收分布情况,结果表明,生长在ｐＨ在７．１０时,＾４５Ｃａ在泥鳅体内各器官的９６ｈ放射性比度为,皮肤３９５３２ｃｐｍ／ｇ,骨骼３８１１６ｃｐｍ／ｇ,鳃２５４９５ｃｐｍ／ｇ,肌肉１６５１ｃｐｍ／ｇ低