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土壤中可提取腐殖质激发光谱特征分析

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  摘要:测定和分析了土壤中可提取腐殖质的含量及其激发光谱特征,探讨了同一采样点不同土层中可提取腐殖质的含量分布。结果显示,不同作物生长的土壤中可提取腐殖质的含量分布没有一定的规律。对于不同的土层,可提取腐殖质的含量分布一般为表层(0~20cm)>中层(40~60cm)>下层(80~100cm)。土壤中可提取腐殖质的激发态荧光光谱有相似的荧光特征,在390nm和455nm左右有明显的峰。
中国论文网 /6/view-13110708.htm
  关键词:土壤;可提取腐殖质;激发光谱
  Excitation Spectrum Characteristic analysis of the
   Extracted Humus in soil
  Peng TaiPingZhang QinQin Yin LingLi
  Abstract: Contents of extracted humus in soil was determined and excitation spectrum characteristic of extracted humus in the soil was analyzed. The contents distribution of extracted humues in different soil layers of the same sampling point was discussesed. The results showed that there is no obvious rule of the contents of extracted humic substances in soil growed with different crops. For different soil layers, the contents distribution of extracted humues is that: the surface (0 ~ 20cm)> the middle (40 ~ 60cm)> the lower (80 ~ 100cm). The excited state fluorescence spectra of extracted humus in soil have similar fluorescence characteristics, peak obviously presents in about 390nm and 455nm.
  Keywords: soil;extracted humus;excitation spectrum
  
  一、引言
  腐殖质是经过土壤中微生物代谢作用分解动植物(落于土壤中的)后的残余物而形成的,广泛存在于土壤、水体以及沉积物中。腐殖质的分类方式有多种,根据腐殖质的溶解性不同可分为三类:胡敏酸(HA,只溶于碱不溶于酸)、富里酸(FA,即溶于酸又溶于碱)和胡敏素(Humin,酸碱都不溶)。土壤可提取腐殖质(HA+FA)存在各种各样的官能团,组成各种各样的结构,影响和控制水体中的重金属和持久性的有机物的迁移转化,并进而影响其毒性和生物可得性。对于土壤中腐殖质的荧光特征的研究已经很多,但是对于不同土地类型及不同土层中的腐殖质的研究还是很少见。本研究通过测定不同的种植不同的作物的土壤中及不同的土层中腐殖质的激发光谱,分析比较其激发光谱特征。
  二、实验材料与方法
  1.样品的采集及预处理
  本研究的样品采用网格布点法进行布点采集,在采样区设置30个采样点,并在每个采样点采集表层(0~20cm)土、中层土(40~60cm)和下层土(80~100cm)。所采集的土样装袋,密封,带回实验室室温下自然风干,挑出枯枝、枯叶、沙石等杂物,用玛瑙研钵研碎,过60目筛,密封保存备用。
  2.可提取腐殖质的提取
  本实验所研究的为土壤中可提取腐殖质,实验中所用的化学试剂均为分析纯,实验用水均为超纯水。参考国际腐殖质协会(IHSS)推荐的方法,采用0.1mol/L NaOH和0.1mol/L Na4P2O7溶液作为提取液,加入提取液后震荡5min,然后4000r/min离心15min,取上清液过0.45μm滤膜,所得滤液即为可提取腐殖质储备液,主要成分为胡敏酸(HA)和富里酸(FA)。
  3.可提取腐殖质的测定
  可提取腐殖质的浓度以储备液中有机碳(TOC)的浓度来表征,由TOC-VCPH/TOC-VCPN总有机碳分析仪来测定。
  采用日本岛津RF-5301型荧光分光光度计对可提取腐殖质储备液进行荧光激发光谱测定。所用的参数设定为:激发光源为150-W氙弧灯;bandpass:Ex=5nm,Em=10nm;激发光谱扫描参数Em=450nm时:Ex:280~480nm;发射光谱扫描参数:Ex=350nm时:Em:370~570nm;response time:auto。
  三、实验结果与分析
  1.腐殖质的含量分布
  从图1中可以看出不同作物生长的土壤中腐殖质的含量是不同的,没有明显的规律。而对于同一个采样点不同的土层中腐殖质的含量分布也是不一样的,如棉花地、麦田地、花生地、芝麻地、稻田、柿园,这些作物生长的土壤中腐殖质的含量呈现出:表层(0~20cm)>中层(40~60cm)>下层(80~100cm)。因为采样时间为夏季,作物成熟后枯叶落到土地表层,经微生物的代谢作用,使得腐殖质含量增加;而下层腐殖质被微生物无氧分解而减少。秧苗地三层腐殖质含量均较少,是因为秧苗处于水中,在湿润的环境下微生物的种类和数量较多,腐殖质被分解。
  一般随土层深度的增加,可提取腐殖质的含量均为表层(0~20cm)最高,下层(80~100cm)最低,这与前人研究的全土有机碳量的变化一致。土壤表层中有利于HA的积累,腐殖化程度较高;而下层则更有利于FA的积累,腐殖化程度较低。这可能与FA得溶解性较大,易随水分等迁移至下层有关。但是由于不同的土壤其利用方式和种植作物的差别,有机物的含量高低不等,腐殖质的含量也会有所不同。
  图1.不同土层中可提取腐殖质的含量
  Figure 1.Extracted humus content in different layers of soils
  2.腐殖质的激发光谱分析
  土壤腐殖质是一个复杂的多组分体系,其荧光强度的影响因素很多,主要受其结构(有色官能团和非饱和键)的影响,还会受到其来源、分子量、溶液浓度等很多因素的影响,所以说其荧光光谱是胶团中各种荧光团的综合表现。一般荧光光谱的峰较宽并且强度小说明腐殖质的芳化度和不饱和键较高,带有较多的亲电子官能团(羰基、羧基),并且分子量较大;荧光光谱的峰较窄并且强度大说明腐殖质的结构简单、分子量小、芳化度小、生色团少,带有较多的给电子官能团(羟基、甲氧基、氨基)。
  拿棉花地土壤为例,如图2,三层土壤中腐殖质的荧光激发光谱在445nm左右和460nm左右都有两个明显的峰,随着土层的加深这两个峰分开的越明显。而且在380nm左右和410nm左右还有两个较为平缓的峰。据大多数文献报道,FA激发态谱线的峰态出现在350~460nm范围内,前人也研究出相似的结果。荧光强度随着土壤深度的增加而增加,这可能与FA即溶于酸又溶于碱的特性有关,易随着水等其他矿物质迁移所致。
  图2.不同土层可提取腐殖质激发光谱
  Figure 2. Excitation spectrum of extracted humus in different layers of soils
  3.不同土地类型土壤中腐殖质的激发光谱
  一般表层土中腐殖质的含量最高,所以分析种植不同作物的表层土中可提取腐殖质激发Ex光谱图,可以看出,可提取腐殖质的激发态荧光光谱特征峰型相似,在390nm和455nm左右有明显的峰,反映出它们有相似的荧光特性。
  图3. 表层土中可提取腐殖质的激发光谱
  Figure 3. Excitation spectrum of extracted humus in topsoil
  四、结论
  1.不同作物生长的土壤中可提取腐殖质含量分布,没有一定的规律;同一采样点随土层分布特征一般为表层>中层>下层。但也有一些土壤(如小树林、油菜地)中的可提取腐殖质含量表现出不同分布特性。
  2.棉花地土壤可提取腐殖质激发光谱在445nm左右和460nm左右有两个明显的峰,随着土层的加深这两个峰分开的越明显。而且在380nm左右和410nm左右还有两个较为平缓的峰。不同作物生长的土壤的表层土中可提取腐殖质的荧光激发态光谱峰型特征十分相似,都在在波长为390nm和455nm左右有明显的峰,表明他们具有相似的结构和组成。
  
   【参考文献】
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