土壤水溶性有机物的紫外光谱特征及地域分异

土壤的光谱特征
土壤的光谱特征是指在不同波长范围内土壤对光的吸收、反射和透射特性。

这些特征反映了土壤的化学成分、物理性质和水分状况等信息。

土壤的光谱特征具有以下几个方面：
1. 反射率：土壤对不同波长的光线具有不同的反射率。

在可见光范围内，土壤通常呈现较低的反射率，而在近红外和红外波段，土壤的反射率会显著增加。

2. 吸收带：在土壤光谱中，通常可以观察到一些波段上的吸收带。

这些吸收带通常由土壤中的有机质、矿物质和水分等物质引起。

3. 特征峰：土壤光谱中还会出现一些特征峰，这些峰值通常与土壤中特定物质的吸收或反射有关。

例如，土壤中的铁氧化物通常表现为可见光谱中的吸收峰。

4. 反射比：土壤的反射比是指土壤在不同波段上的反射率比值。

通过分析土壤的反射比，可以推断土壤的水分含量和质地等信息。

土壤的光谱特征对于土壤理化性质的研究和土壤类型的划分具有重要意义。

利用遥感技术可以获取大范围的土壤光谱信息，并应用于土壤状况的监测和评估、农作物生长的监测和预测等领域。

第38卷㊀第11期2020年11月环㊀境㊀工㊀程Environmental EngineeringVol.38㊀No.11Nov.㊀2020崇明东滩湿地土壤溶解性有机质的光谱特征分析许金鑫㊀王㊀初∗㊀姚东京㊀顿佳耀㊀黄敏慧㊀孙赫晨(上海师范大学环境与地理科学学院,上海200234)摘要:为了解滨海湿地土壤中溶解性有机质(DOM )的组成㊁分布及来源特征,采用紫外可见光谱和三维荧光光谱技术,并结合平行因子模型(PARAFAC )对崇明东滩湿地表层土壤DOM 进行研究㊂结果表明:东滩表层土壤DOM 吸收系数a(355)的均值为(13.72ʃ9.47)m -1,呈由高潮滩向低潮滩递减的趋势;光谱斜率S 275-295的均值为(15.22ʃ2.07)μm -1,反映出湿地南部土壤DOM 的分子量较高,受大分子有机质影响较大㊂PARAFAC 解析出的DOM 含有2类3个荧光组分,即F C1类蛋白质㊁F C2陆源类腐殖质和F C3自生源类腐殖质,各组分对总荧光强度的贡献率分别为40.70%㊁23.04%和36.26%㊂空间分布上,3组分荧光强度的高值集中于北部互花米草(Spartina alterniflora)和芦苇(Phragmites australis)湿地,且自北向南逐渐递减㊂荧光指数(FI )㊁生物源指数(BIX )和腐殖化指数(HIX )显示东滩湿地表层土壤DOM 的自生源特征显著㊂另外,DOM 荧光组分之间呈显著正相关,且各组分与碳氮元素的迁移转化密切相关,DOM 生色团和荧光团存在共源性㊂关键词:崇明东滩;溶解性有机质;紫外可见光谱;三维荧光光谱;平行因子分析DOI:10.13205/j.hjgc.202011035㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2019-10-17基金项目:国家自然科学基金面上项目 长江河口潮间带碳埋藏通量和碳汇潜力:来源辨析与转化机制 (41977321);华东师范大学河口海岸学国家重点实验室开放课题基金(SKLEC-KF201404)㊂第一作者:许金鑫(1994-),男,硕士研究生,主要从事潮间带生物地球化学研究㊂xjx11_1@ ∗通信作者:王初(1978-),男,副教授,博士,主要从事河口海岸带物质循环研究㊂chuwang@SPECTRAL CHARACTERISTICS OF SOIL DISSOLVED ORGANIC MATTERS IN CHONGMINGDONGTAN WETLANDXU Jin-xin,WANG Chu ∗,YAO Dong-jing,DUN Jia-yao,HUANG Min-hui,SUN He-chen(School of Environmental and Geographical Sciences,Shanghai Normal University,Shanghai 200234,China)Abstract :In order to elucidate the composition,distribution and source characteristics of soil dissolved organic matter (DOM)in coastal wetland,ultraviolet-visible absorption spectrum and excitation-emission matrix spectroscopy combined with parallel factor analysis (PARAFAC )were applied to investigate the DOM in the surface soil of Dongtan in Chongming District,Shanghai.The results indicated that the mean value of DOM absorption coefficient (a (355))was (13.72ʃ9.47)m -1,whichshowed a trend of decreasing from high tide beach to low tide beach.The mean value of the spectral slope (S 275-295)was(15.22ʃ2.07)μm-1and it reflected that the soil DOM had a higher molecular weight in the south of the wetland,which wasgreatly affected by macromolecular organic matter.Three fluorescence components were identified by PARAFAC,includingprotein-like component named F C1,land-sourced humic-like component named F C2,and authigenic-source humic-like componentnamed F C3.The contribution rates of F C1,F C2and F C3to total fluorescence intensity were 40.70%,23.04%and 36.26%,respectively.Spatially,the peak values of the intensity of three components were observed in the Spartina alterniflora andPhragmites australis wetland,and gradually decreased from the north to the south.Fluorescence index (FI),biogenic index (BIX)and humification index (HIX)showed that the soil DOM in Dongtan was mainly derived from endogenous sources.The fluorescence components were significantly positively correlated with each other,and each component was closely related to themigration and transformation of carbon and nitrogen.Chromophores and fluorophores of DOM shared a common source.Keywords :Chongming Dongtan;dissolved organic matter;ultraviolet-visible absorption spectrum;fluorescence excitation-emission matrix;PARAFAC第11期许金鑫,等:崇明东滩湿地土壤溶解性有机质的光谱特征分析0㊀引㊀言土壤溶解性有机质(dissolved organic matter, DOM)是指由腐殖质以及各类亲水性有机酸㊁氨基酸㊁碳水化合物等组分构成的有机质混合体[1,2],主要来源于植被凋落物㊁根系分泌物㊁动物残体㊁微生物残体及其分泌物等[3]㊂作为土壤有机质中最活跃的组分之一,其不仅影响金属离子和有机污染物在土壤中的迁移转化,同时也对土壤肥力及营养元素的生物有效性起重要影响[4]㊂此外,DOM作为重要的溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC)储库,对其研究有助于全球碳循环乃至气候变化的研究[5],因而受到众多学者的关注㊂目前,针对DOM的表征手段多种多样,其中紫外可见光谱和三维荧光光谱(EEMs)具有灵敏度高㊁分析速率快㊁所需样品少等优点,被广泛运用于DOM分子量特征㊁物质组成和来源研究中[6-9]㊂近年来兴起的平行因子模型(PARAFAC)也为荧光图谱的解谱和组分辨识提供了便捷,现已成为DOM定性和定量分析的重要工具[10]㊂现阶段,国内利用光谱技术对土壤DOM的研究主要集中于农业及森林土壤和湖泊沉积物中,如李璐璐等[11]利用紫外可见光谱与DOM浓度之间的经验关系反演,以此估算三峡库区消落带土壤DOM浓度;Liu等[12]利用荧光光谱分析了酸雨淋溶对红壤DOM及其组分的影响;冯可心等[13]利用EEMs-PARAFAC研究了丹江口水库表层沉积物的荧光组分以及与N㊁P等污染物的相关性;Fu等[14]将紫外光谱和荧光光谱相结合,分析了洱海沉积物DOM 的光学特性在沉积物-水界面的变化规律㊂滨海湿地是连接海洋生态系统和陆地生态系统的重要交错带,同时也是脆弱的生态敏感区[15],了解湿地土壤DOM的结构及来源对于海陆生态系统间的物质循环研究和湿地生态环境的保护具有重要意义,但近年来针对滨海湿地土壤DOM的研究鲜有报道[16]㊂崇明东滩位于长江入海口,海陆交互作用强烈,南北水沙条件迥异,滩内植被构成多种多样,使得湿地土壤DOM的组成和来源变得尤为复杂㊂本研究基于紫外可见光谱和三维荧光光谱,并结合平行因子模型对崇明东滩湿地表层土壤DOM的组成㊁分布特征和来源进行初步探讨,以期为东滩湿地生态系统的保护提供参考㊂1㊀材料与方法1.1㊀研究区概况崇明岛位于长江入海口,是我国的第3大岛,也是世界上最大的河口冲积岛㊂崇明东滩湿地(31ʎ25ᶄN 31ʎ38ᶄN,121ʎ50ᶄE 122ʎ05ᶄE)位于崇明岛的最东端(图1),属于典型的亚热带季风气候,四季分明,温暖湿润,年平均气温15.3ħ,年均降水量1003.7 mm,受非正规半日潮的作用,其每日潮汐有昼夜2次变化,平均潮差为2.66m[17,18]㊂滩内盐沼植被主要有互花米草(Spartina alterniflora)㊁芦苇(Phragmites australis)㊁藨草(Scirpus triqueter)和海三棱藨草(Scirpus mariqueter),光滩分布有硅藻等藻类[19]㊂由于东滩湿地是亚太候鸟迁徙路线中重要的停歇地,具有重要的生态功能价值,现已成为国际重要湿地和国家级自然保护区㊂1.2㊀样品采集根据东滩湿地水文条件及植被分布状况,自北向南设立5条样带,于2013年5 6月间采集了18根土壤柱样(图1),GPS定位中心点位置,记录采样时间和典型植被类型㊂其中A1㊁A2㊁B1㊁C4样点的植被类型为互花米草;B2㊁B3㊁C1㊁C2㊁C3㊁D4㊁E1为芦苇; C5㊁E3为海三棱藨草;D1㊁D2㊁D3㊁D5㊁E2为藨草㊂柱样深度为30cm,按1cm间隔分样,共获得540个土壤样品,样品经自然风干㊁研磨,过1.00,0.25mm土筛,置于聚乙烯袋中保存㊂选取柱样中1,5,11,20, 30cm深度的分样进行测定(90个)㊂图1㊀采样点分布Figure1㊀Distribution of sampling sides1.3㊀测定项目与方法1.3.1㊀DOM提取称取10g土样于离心管中,按土水比为1ʒ2.5注入超纯水,加盖手动混匀并静置平衡30min;混合液于25ħ下以250r/min振荡30min,再以4500r/ min离心20min;取上清液过0.45μm的GF/F滤膜912环㊀境㊀工㊀程第38卷装入棕色瓶,所得滤液即DOM溶液,4ħ下避光保存待测㊂1.3.2㊀紫外可见光谱测定及参数计算紫外可见光谱采用DU-800紫外分光光度计(美国贝克曼)测定,光谱为200~800nm,步长1nm㊂根据式(1)计算吸收系数[6]:a(λ)=2.303ˑA(λ)/L(1)式中:a(λ)为波长λ处的吸收系数,m-1;A(λ)为波长λ处的吸光度;L为光程路径,m㊂根据式(2)计算光谱斜率[6]:a(λ)=a(λ0)exp[S(λ0-λ](2)式中:λ0为参考波长,nm,通常取440nm;S为光谱斜率,nm-1;拟合波段为275~295nm㊂1.3.3㊀三维荧光光谱测定及参数计算三维荧光光谱采用Cary Eclipse荧光分光光度计(美国安捷伦)测定,扫描速度为1200nm/min,激发光源为150W氙弧灯,PMT电压600V㊂其中,E x(激发波长)为210~450nm,E m(发射波长)为230~600nm,狭缝宽度分别为20,10nm,步长均为5nm㊂将扫描的荧光光谱扣除Milli-Q水的光谱信号,以去除拉曼散射影响;将光谱中λEmɤλE x+26nm和λE mȡ2λE x-20nm的区域以及负值置0,以去除瑞利散射影响㊂荧光强度采用1μg/L的硫酸奎宁稀硫酸溶液进行定标,数据单位以QSU/g表示[20]㊂采用荧光指数(FI)㊁自生源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)来探讨DOM的来源特征㊂FI为激发波长E x在370nm时,发射波长E m在470,520nm处荧光强度的比值[21]㊂BIX为E x在310nm时,E m在380,430nm处荧光强度比值[22]㊂HIX为E x在254nm时(此处为255nm),E m在435~480,300~345 nm波段内的荧光强度积分值之比[23]㊂1.3.4㊀土壤参数测定土壤溶解有机碳(DOC)和溶解性总氮(DTN)采用TOC-V CPN总有机碳分析仪(日本岛津)测定㊂1.4㊀数据统计分析研究区采样点分布图及插值图采用ArcGIS10.2和Surfer13绘制,数据采用SPSS22进行显著性检验和相关性分析㊂利用Matlab R2014a对光谱斜率进行非线性拟合,并结合DOMFluor工具箱[10]对三维荧光矩阵组进行平行因子分析㊂2㊀结果与分析2.1㊀DOM含量土壤DOM含量通常采用DOC来衡量,崇明东滩湿地表层土壤的DOC含量介于8.77~314.11mg/kg,均值为(57.55ʃ50.42)mg/kg㊂研究区各柱样DOC含量的空间差异明显,含量自北向南逐渐降低,其中A1柱样最高,均值为(142.74ʃ46.36)mg/kg;D3柱样最低,均值仅为(19.43ʃ6.95)mg/kg(表1)㊂不同植被类型湿地土壤中的DOC含量表现为互花米草>芦苇>海三棱藨草>藨草,除芦苇和海三棱藨草湿地间DOC 差异不显著外,其余湿地间均存在显著差异(ANOVA, P<0.05)㊂此外,研究区土壤含水率介于0.21~0.93,均值为0.44ʃ0.16,与DOC一样呈北高南低的分布特征,相关性分析显示二者存在显著正相关(P<0.01),表明淹水条件有助于土壤有机碳的溶出和团聚体的分散,进而提高湿地土壤的DOC含量[16]㊂表1㊀东滩湿地土壤的理化性质及DOM光谱参数Table1㊀Physicochemical indicators and DOM spectral parameters of soil in Dongtan Wetland植被柱样含水率ω(DOC)/(mg/kg)ω(DTN)/(mg/kg)a(355)/m-1S275-295/μm-1互花米草A10.68ʃ0.23142.74ʃ46.3619.85ʃ10.2522.73ʃ9.8415.15ʃ1.07 A20.57ʃ0.07132.91ʃ122.5510.32ʃ2.229.74ʃ5.4015.79ʃ1.16B10.81ʃ0.10103.19ʃ20.8521.36ʃ9.7514.22ʃ3.4818.51ʃ0.83C40.45ʃ0.0343.14ʃ12.107.71ʃ2.237.85ʃ4.2616.53ʃ1.88芦苇B20.41ʃ0.0252.88ʃ18.6412.45ʃ5.3618.48ʃ8.8214.06ʃ0.64 B30.57ʃ0.08110.89ʃ42.8811.31ʃ4.238.21ʃ3.3715.72ʃ1.76C10.43ʃ0.1665.10ʃ35.2511.46ʃ7.5324.04ʃ9.8414.30ʃ0.44C20.50ʃ0.0952.35ʃ21.4014.13ʃ8.6413.57ʃ4.0114.59ʃ0.56C30.40ʃ0.0532.54ʃ17.869.87ʃ5.0510.12ʃ6.4614.60ʃ0.94D40.49ʃ0.0748.17ʃ15.3811.91ʃ3.44 5.77ʃ3.0015.15ʃ1.05E10.29ʃ0.0928.84ʃ11.319.90ʃ5.3024.45ʃ8.9813.65ʃ0.68海三棱藨草C50.44ʃ0.0551.79ʃ19.4812.54ʃ7.627.05ʃ6.6419.28ʃ3.61 E30.31ʃ0.0334.65ʃ27.8610.11ʃ11.7511.05ʃ13.6514.67ʃ1.92藨草D10.30ʃ0.0223.26ʃ6.417.71ʃ3.2014.44ʃ5.5213.47ʃ0.72 D20.30ʃ0.0440.71ʃ36.32 5.07ʃ3.8121.25ʃ7.2113.82ʃ0.26D30.29ʃ0.0319.43ʃ6.95 5.70ʃ1.7416.88ʃ21.1113.22ʃ1.51D50.41ʃ0.0921.34ʃ12.86 5.03ʃ2.827.98ʃ6.9315.96ʃ1.94E20.32ʃ0.0632.07ʃ8.418.73ʃ1.6811.54ʃ3.7015.05ʃ1.56 022第11期许金鑫,等:崇明东滩湿地土壤溶解性有机质的光谱特征分析2.2㊀DOM 紫外吸收特性崇明东滩湿地表层土壤DOM 的紫外可见光谱呈从紫外区向可见区以指数形式递减的规律,光谱形状无明显差别,具体紫外可见光谱参数见表1㊂东滩表层土壤吸收系数a (355)的变化为0.41~48.33m -1,均值为(13.72ʃ9.47)m -1㊂各柱样a (355)的空间差异明显,高值主要分布于近98大堤的柱样,如A1㊁B2㊁C1㊁D2和E1等,低值则多分布于近光滩的B3㊁C5㊁D5等柱样,总体呈由高潮滩向低潮滩递减的变化趋势,潮水稀释可能对研究区a (355)的分布有着重要影响㊂此外,a (355)与DOC 存在显著相关(P <0.05),随着湿地土壤DOC 含量的上升,DOM 中的芳香结构和共轭生色团逐渐增多,为此可用吸收系数a (355)对湿地土壤DOM 的相对含量进行表征和估算㊂相较于吸收系数,光谱斜率更能反映DOM 的特性,如分子量状况和光化学活性等,其值往往与DOM分子量成反比[6]㊂研究区S 275-295介于10.74~25.10μm -1,均值为(15.22ʃ2.07)μm -1,基本处于以往研究中自然水体S 275-295的变化范围内,如Spencer 等[24]测定的美国主要河流S 275-295的变动为12.5~23.0μm -1,陈小锋等[25]测得江苏西部湖泊的变动为15.3~26.6μm -1,说明东滩湿地表层土壤DOM 的分子组成特征与水体相似㊂空间分布上,D㊁E 样线柱样的S 275-295要显著低于B㊁C 样线(ANOVA,P <0.05),表明湿地南部土壤DOM 的相对分子量较高,可能更多地受到陆源大分子有机质的影响㊂2.3㊀DOM 荧光组分特征通过PARAFAC 模型对东滩湿地90个土壤样品的DOM 三维荧光光谱矩阵进行解析,通过裂半分析及残差分析等步骤,最终确定最优的荧光组分数目为3种,分别为FC1㊁FC2和FC3,各组分的最大激发/发射波长分布及主成分的荧光图谱见图2和表2㊂E x ;------E m ㊂图2㊀3荧光组分的EEMs 及最大激发/发射波长分布Figure 2㊀EEMs and the maximum excitation /emission wavelength distribution of the three components表2㊀DOM 荧光组分的特征及来源分析Table 2㊀Characteristics and sources analysis of fluorescence components of soil DOM组分激发/发射波长/nm性质描述主要来源同类研究比较F C1215,275/365类蛋白质(色氨酸)自生源类,生物代谢<250,280/358[26];225,275/350[27]F C2270,335/455类腐殖质(腐植酸)陆生植物和土壤有机质260,360/450[13];260,360/460[28]F C3240,310/410类腐殖质(富里酸)自生源类,生物降解240,310/420[28];<250,320/400[29]㊀㊀东滩湿地表层土壤DOM 各组分中均存在单一的发射峰和2个激发峰㊂其中,F C1(215,275/365nm)为类蛋白质组分,其激发/发射波长与色氨酸单体的荧光峰相近,主要源于原位微生物㊁浮游植物的生命代谢活动,同时也受生活污水和工业废水等外源输入携带的微生物影响[30],一般被定义为T 峰[8,27]㊂F C2122环㊀境㊀工㊀程第38卷(270,335/455nm)为陆源类腐殖质组分,其荧光特性和腐植酸相似,与腐殖质结构中的羰基和羧基等有关[31],较高的分子量和高芳香性基团使其在激发波长发生红移,通常定义为C 峰[8,27]㊂F C3(240,310/410nm)为自生源类腐殖质组分,与早期研究中代表海洋腐殖质的M 峰相似[8],以低分子量㊁高荧光效率的富里酸为主,与微生物活动相关,在农业集水区和污水中也有发现该组分[29]㊂2.4㊀DOM 荧光组分的分布特征以PARAFAC 模型输出的各组分最大荧光强度F max 来表示其强度的相对大小,并计算总荧光强度F CTot [32]㊂其中F C1㊁F C2㊁F C3组分的荧光强度均值分别为(21.86ʃ14.23),(11.85ʃ6.39),(19.28ʃ12.14)QSU /g,F C1和F C3组分要显著高于F C2组分(ANOVA,P <0.01)㊂如图3a 所示,3组分荧光强度的最高值均出现于A1柱样,类蛋白和类腐殖质荧光的最低值分别出现于湿地南部的D2和D4柱样,整体荧光强度存在着较大的空间差异,且都表现为自北向南递减的趋势(图4)㊂对于不同植被类型湿地,3组分的荧光强度都表现为互花米草>芦苇>海三棱藨草>藨草湿地㊂F C1;F C2;F C3㊂图3㊀DOM 各组分荧光强度及其贡献率Figure 3㊀Fluorescence intensity and contribution rate of each component of soilDOM图4㊀东滩湿地表层土壤DOM 荧光强度的空间分布Figure 4㊀Spatial distribution of fluorescence intensity of DOM in the surface soil of Dongtan Wetland㊀㊀从各荧光组分对F CTot 的贡献率来看,F C1㊁F C2㊁F C3组分的贡献率均值分别为(40.70ʃ7.05)%㊁(23.04ʃ3.79)%㊁(36.26ʃ4.76)%(图3b)㊂可以发现,相较于F C2陆源腐殖质组分(腐植酸为主),F C3自生源腐殖质组分(富里酸为主)在DOM 中占据了较大比重,表明富里酸是东滩湿地土壤腐殖质的主要成分㊂从荧光组分的来源看,自生源类荧光(F C1+F C3)占据了F CTot 的76.96%,因此细菌及微生物的代谢㊁降解等生物源活动对东滩湿地DOM 的整体荧光特性具有重要影响㊂3㊀讨㊀论3.1㊀DOM 荧光强度分布特征分析由图4可见,DOM 荧光强度的高值主要分布于北部的互花米草和芦苇湿地㊂对于类蛋白组分而言,222第11期许金鑫,等:崇明东滩湿地土壤溶解性有机质的光谱特征分析色氨酸的产生和微生物活动密切相关,互花米草和芦苇湿地较高的植物生物量和土壤有机质含量可以促进更多根系分泌物的生成,为微生物的生长繁衍提供充足底物[33]㊂研究表明,互花米草在东滩北部的入侵生长过程中,根际细菌和土壤微生物的多样性和丰富度均有明显提高[34],由此带来的微生物群落变化会促进更多类蛋白物质的生成㊂对于类腐殖质组分而言,一方面互花米草㊁芦苇的促淤效应能够促使陆源腐殖质在湿地北部沉积并储存于土壤;另一方面,由于二者植物生物量高于藨草种群[19],其较多的植被枯落物和微生物降解产物也给原位土壤中腐殖质提供了重要来源,为此湿地北部类腐殖质荧光明显偏高㊂值得注意的是,光谱斜率S 275-295指示湿地南部土壤DOM 受大分子有机质影响较大,但研究发现南部土壤的腐殖酸荧光反而偏低,且3组分荧光均在湿地南部达到最低值㊂其原因可能是湿地南部土壤以沙质土为主,土壤含水率低于北部,良好的通气透水性使得土壤氧化分解能力较强[35],有机质的矿化速率逐渐加快,DOM 中荧光基团随之被分解;此外,由于南部土壤盐度较低,形成了大面积的藨草种群区,其较低的植物生物量也使得枯落物和降解产物对于F CTot 的贡献降低㊂3.2㊀DOM 荧光参数及来源分析荧光指数(FI)可用以反映DOM 腐殖质的来源㊂当FI>1.9时,主要源于微生物活动,包括细菌和藻类的胞外释放以及渗出液等;FI<1.4时则主要源于陆地,包括陆生植物和土壤有机质等[9]㊂东滩湿地表层土壤DOM 的FI 介于1.64~2.57,均值为1.94ʃ0.15,总体高于内源特征值1.9,表明DOM 腐殖质成分主要来源于微生物降解的内源,分子芳香程度较低㊂生物源指数(BIX)用以衡量DOM 中自生源的相对贡献㊂当BIX 为0.6~0.7时,DOM 具有较少的自生成分;为0.7~0.8时具有中度新近自生源特征;为0.8~1.0时,具有较强自生源特征;>1则为微生物或细菌等产生[22]㊂研究区DOM 的BIX 值介于0.51~1.25,均值为0.80ʃ0.14,其中BIX >0.70的样品占79%,整体符合中度至较强的自生源特征,生物利用度较高㊂腐殖化指数(HIX)可表征DOM 腐殖化程度或成熟度[23],其值越高表明DOM 腐殖化程度越高,在环境中存在时间越久㊂当HIX <4时,DOM 呈微弱腐殖化特征且有重要的近期自生源;在10~16时,DOM 呈强腐殖质特征,以陆源输入为主[22]㊂研究区DOM 的HIX 值介于1.58~8.34,均值为3.91ʃ1.42,表明DOM 总体呈弱腐殖化特征且以新近自生源为主㊂BIX㊁HIX 与自生源有机质贡献率((F C1+F C3)/F CTot )显著相关(P <0.01),见图5,自生源成分的增加会促进结构复杂的大分子有机质分解成微生物可利用的小分子有机质,从而提高有机质的生物利用度,这一过程在HIX㊁BIX 数值上会有所体现㊂而荧光指数FI 可能易受DOM 来源㊁光学特性和光照等因素影响[36],较为不稳定,研究中未发现其与自生源贡献率显著关联(P >0.05)㊂图5㊀BIX㊁HIX 与自生源组分贡献率的相关性Figure 5㊀Correlation between BIX,HIX and the contribution rates of endogenous components3.3㊀DOM 荧光组分和土壤理化指标的关系采用主成分分析对东滩湿地表层土壤的DOC㊁DTN㊁a (355)㊁S 275-295及荧光组分含量进行分析,识别出的2个主因子,共解释上述参数的78.23%(图6),其中主成分1的方差贡献率为59.00%,主要与DOM 荧光组分及碳氮含量有关㊂DOM 荧光组分与其他指322环㊀境㊀工㊀程第38卷标的相关性见表3㊂可知,3组分荧光强度显著正相关(P<0.01),表明DOM各荧光组分存在相同的来源或变化趋势㊂一方面,受东滩湿地植被分布和有机质矿化速率影响,土壤微生物群落水平较高区域往往陆源性DOM输入也较多,且土壤中DOM累积量较大,类蛋白质和类腐殖质荧光的变化过程趋于同步㊂另一方面,作为一种可能的作用机制,较小的有机物(如色氨酸)为抵抗微生物的分解作用,可能会形成分子量较大的腐植酸物质[27,37],从而对陆源腐殖质荧光的上升具有一定贡献㊂㊀㊀图6㊀土壤DOM主成分分析结果Figure6㊀Principal components analysis result of soil DOM 表3㊀DOM荧光组分和其他指标的相关性Table3㊀Correlation between fluorescence components of DOM and other parameters项目F C2F C3F CTot含水率DOC DTN a(355)S275-295 F C10.805∗∗0.851∗∗0.956∗∗0.581∗∗0.846∗∗0.616∗∗0.393∗∗-0.020 F C20.869∗∗0.914∗∗0.661∗∗0.676∗∗0.730∗∗0.438∗∗-0.037 F C30.959∗∗0.576∗∗0.769∗∗0.593∗∗0.438∗∗0.014 F CTot0.627∗∗0.827∗∗0.664∗∗0.442∗∗-0.011㊀㊀注:∗∗P<0.01;∗P<0.05㊂㊀㊀此外,DOC㊁DTN与各荧光组分在主成分1上关系密切,而与a(355)相距较远,表明相较于DOM中生色团,DOC㊁DTN与荧光团的联系更为紧密,荧光团在一定程度上左右着DOM中碳氮营养元素的迁移转化㊂而生色团中由于包含一些不能发射荧光的组分,其与碳氮元素的关联性有所降低㊂主成分2的方差贡献率为19.23%,a(355)和S275-295在该成分上提取因子较高,主要与DOM吸收特性有关㊂结合表3可知:a(355)与各荧光组分显著相关(P<0.01),且a(355)在主成分1上的提取因子有39%,说明DOM中生色团与荧光团存在共源性㊂研究未发现S275-295与各荧光组分存在关联(P>0.05),原因可能是湿地土壤DOM较天然水体复杂,受光漂白㊁生物降解等影响,DOM中生色团所占比例波动较大,DOM分子结构逐渐趋于复杂[11];同时DOM也易与有机污染物和金属离子形成络合物,络合物中的氢键可能导致荧光淬灭[38],从而导致二者关系出现波动㊂4㊀结㊀论1)崇明东滩湿地表层土壤DOM的a(355)均值为(13.72ʃ9.47)m-1,呈由高潮滩向低潮滩递减的趋势;S275-295均值为(15.22ʃ2.07)μm-1,D㊁E样线柱样S值偏低,表明湿地南部土壤DOM相对分子量较高,受陆源大分子有机质影响较大㊂2)东滩湿地表层土壤DOM由3种荧光组分构成,即F C1类蛋白质㊁F C2陆源类腐殖质和F C3自生源类腐殖质,其中自生源类荧光组分在DOM中占有较大比重㊂空间分布上,3组分荧光强度的高值集中于北部互花米草和芦苇湿地,且都呈自北向南递减的趋势㊂3)荧光参数显示东滩湿地表层土壤DOM以新近的自生源为主,陆源腐殖质特征较弱㊂DOM的3荧光组分之间相互呈显著正相关,且各组分与碳氮元素的迁移转化密切相关,DOM生色团和荧光团存在共源性㊂参考文献[1]㊀LEENHEER J A,CROUÉJ P.Peer reviewed:characterizingaquatic dissolved organic matter[J].Environmental Science andTechnology,2003,37(1):18A-26A.[2]㊀吴丰昌,王立英,黎文,等.天然有机质及其在地表环境中的重要性[J].湖泊科学,2008,20(1):1-12.[3]㊀王美丽,李军,朱兆洲,等.土壤溶解性有机质的研究进展[J].矿物岩石地球化学通报,2010,29(3):304-310,316.[4]㊀郭旭晶,席北斗,何小松,等.乌梁素海周边土壤溶解性有机质荧光特性及其与Cu(Ⅱ)的配位研究[J].环境化学,2010,29(6):1121-1126.[5]㊀FARRINGTON J.Overview and key recommendations:marineorganic geochemistry workshop,January1990[J].MarineChemistry,1992,39(1/2/3):5-9.[6]㊀HELMS J R,STUBBINS A,RITCHIE J D,et al.Absorptionspectral slopes and slope ratios as indicators of molecular weight,source and photobleaching of chromophoric dissolved organic matter422第11期许金鑫,等:崇明东滩湿地土壤溶解性有机质的光谱特征分析[J].Limnology and Oceanography,2008,53(3):955-969. [7]㊀ARTINGER R,BUCKAU G,GEYER S,et al.Characterization ofgroundwater humic substances:influence of sedimentary organiccarbon[J].Applied Geochemistry,2000,15(1):97-116. [8]㊀COBLE P G.Characterization of marine and terrestrial DOM inseawater using excitation-emission matrix spectroscopy[J].MarineChemistry,1996,51(4):325-346.[9]㊀MCKNIGHT D M,BOYER E W,WESTERHOFF P K,et al.Spectrofluorometric characterization of dissolved organic matter forindication of precursor organic material and aromaticity[J].Limnology and Oceanography,2001,46(1):38-48. [10]㊀STEDMON C A,BRO R.Characterizing dissolved organic matterfluorescence with parallel factor analysis:a tutorial[J].Limnologyand Oceanography:Methods,2008,6(11):572-579. [11]㊀李璐璐,江韬,卢松,等.利用紫外-可见吸收光谱估算三峡库区消落带水体㊁土壤和沉积物溶解性有机质(DOM)浓度[J].环境科学,2014,35(9):3408-3416.[12]㊀LIU L,SONG C Y,YAN Z G,et al.Characterizing the release ofdifferent composition of dissolved organic matter in soil under acidrain leaching using three-dimensional excitation-emission matrixspectroscopy[J].Chemosphere,2009,77(1):15-21. [13]㊀冯可心,李永峰,姜霞,等.丹江口水库表层沉积物有色可溶性有机物空间分布特征及其来源分析[J].环境化学,2016,35(2):373-382.[14]㊀FU P Q,WU F Q,LIU C Q,et al.Spectroscopic characterizationand molecular weight distribution of dissolved organic matter insediment porewaters from Lake Erhai,Southwest China[J].Biogeochemistry,2006,81(2):179-189.[15]㊀白军红,王庆改.中国湿地生态威胁及其对策[J].水土保持研究,2003,10(4):247-249.[16]㊀訾园园,孔范龙,郗敏,等.胶州湾滨海湿地土壤溶解性有机质的三维荧光特性[J].应用生态学报,2016,27(12):3871-3881.[17]㊀王江涛,仲启铖,欧强,等.崇明东滩滨海围垦湿地生长季CO2通量特征[J].长江流域资源与环境,2015,24(3):416-425.[18]㊀曹浩冰,葛振鸣,祝振昌,等.崇明东滩盐沼植被扩散格局及其形成机制[J].生态学报,2014,34(14):3944-3952. [19]㊀张天雨,葛振鸣,张利权,等.崇明东滩湿地植被类型和沉积特征对土壤碳㊁氮分布的影响[J].环境科学学报,2015,35(3):836-843.[20]㊀ROCHELLE-Newall E J,FISHER T R.Chromophoric dissolvedorganic matter and dissolved organic carbon in Chesapeake Bay[J].Marine Chemistry,2002,77(1):23-41.[21]㊀CORY R M,MCKNIGHT D M.Fluorescence spectroscopy revealsubiquitous presence of oxidized and reduced quinones in DOM[J].Environmental Science and Technology,2005,39(21):8142-8149.[22]㊀HUGUET A,VACHER L,Relexans S,et al.Properties offluorescent dissolved organic matter in the Gironde Estuary[J].Organic Geochemistry,2009(40):706-719.[23]㊀ZSOLNAY A,BAIGAR E,Jimenez M,et al.Differentiating withfluorescence spectroscopy the sources of dissolved organic matter insoils subjected to drying[J].Chemosphere,1999,38(1):45-50.[24]㊀SPENCER R G M,BUTLER K D,Aiken G R.Dissolved organiccarbon and chromophoric dissolved organic matter properties ofrivers in the USA[J].Journal of Geophysical ResearchBiogeosciences,2015,117:G03001.[25]㊀陈小锋,揣小明,刘涛,等.江苏省西部湖泊溶解性有机物光谱学特征和来源解析[J].湖泊科学,2012,24(2):259-266.[26]㊀郭卫东,杨丽阳,王福利,等.水库型河流溶解有机物三维荧光光谱的平行因子分析[J].光谱学与光谱分析,2011,31(2):427-430.[27]㊀李磊,刘明,李燕丽,等.浮水植物处理对猪场污水中可溶性有机物组成的影响[J].环境化学,2016,35(5):865-874.[28]㊀陈俊伊,王书航,姜霞,等.蠡湖表层沉积物荧光溶解性有机质(FDOM)荧光光谱特征[J].环境科学,2017,38(1):70-77.[29]㊀STEDMON C A,MARKAGER S.Resolving the variability indissolved organic matter fluorescence in a temperate estuary and itscatchment using PARAFAC analysis[J].Limnology andOceanography,2005,50(2):686-697.[30]㊀江俊武,李帅东,沈胤胤,等.夏季太湖CDOM光学特性空间差异及其来源解析[J].环境科学研究,2017,30(7):1020-1030.[31]㊀傅平青,刘丛强,吴丰昌.溶解有机质的三维荧光光谱特征研究[J].光谱学与光谱分析,2005,25(12):2024-2028. [32]㊀LAMBERT T,TEODORU C R,NYONI F C,et al.Along-streamtransport and transformation of dissolved organic matter in a,largetropical river[J].Biogeosciences,2016,13(9):2727-2741.[33]㊀布乃顺,杨骁,郭昊,等.互花米草入侵对长江河口湿地CH4排放的影响[J].中国环境科学,2018,38(10):3949-3958.[34]㊀章振亚,丁陈利,肖明.崇明东滩湿地不同潮汐带入侵植物互花米草根际细菌的多样性[J].生态学报,2012,32(21):6636-6646.[35]㊀王红丽,肖春玲,李朝君,等.崇明东滩湿地土壤有机碳空间分异特征及影响因素[J].农业环境科学学报,2009,28(7):1522-1528.[36]㊀高洁,江韬,李璐璐,等.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[J].环境科学,2015,36(1):151-162.[37]㊀YAMASHITA Y.Chemical characterization of protein-likefluorophores in DOM in relation to aromatic amino acids[J].Marine Chemistry,2003,82(3):255-271.[38]㊀彭志刚,刘晓庆.不同深度土壤中水溶性有机物荧光光谱特征研究[J].现代农业科技,2011(5):272-273.522。

爱考机构-北大考研-城市与环境学院研究生导师简介-曹军首页>师资队伍>曹军曹军北京大学城环学院--资源与环境学地理系职称：副教授研究方向：可溶态有机物对重金属污染物在土壤中迁移过程的影响联系方式：北京大学城市与环境学院（邮编：100871）Tel：62758502个人简历科研课题主要论文教学与指导研究生曹军，女，北京大学城市与环境学院，副教授通讯地址：北京大学城市与环境学院，100871办公电话：62758502学历博士（自然地理学）北京大学城市与环境学系毕业时间：1，2005学士（自然地理学）<北京大学城市与环境学系毕业时间：7,1994工作经历97-北京大学城市与环境学院副教授主要研究方向：环境生物地球化学污染物在环境中的行为微量无机/有机污染物的生物有效性环境影响评价与环境风险评价研究项目02-2004可溶态有机物对重金属污染物在土壤中迁移过程的影响国家自然科学基金2008-2010半挥发持久性有机污染物被动采样装置，863国家高技术研究发展计划，2008-2010手性有机氯农药在土壤与植物中对映体选择性降解行为的研究，国家自然科学基金面上项目参与2005-2006ExposuremodelingforcopperinTianjin,China，国际铜协会2006全国土壤环境质量状况调查与评价，国家环保局2007-2012京津渤区域主要污染物的源解析与时空分布规律，国家科技部973计划项1993-95水生腐殖酸起源研究国家自然科学基金1993-95深圳河治理工程环境影响评估研究深圳-香港政府1997秦皇岛3-26海上油田环境影响评估壳牌石油公司1998盘锦Qing22深井环境影响评估研究壳牌石油公司1997天津ColArt颜料厂扩建环评研究ColArt公司01-2004典型微量有机污染物的区域环境过程国家自然科学基金周东旭;礼晓;杨意峰;岳大攀;刘志刚;张骞;关天嘉;杨宇;王文涛;曹军;陶澍，六六六在饲养鸡体内的残留水平[J]，环境科学，2008,(1).裴娟,曹军,陶澍,.天津地区人群对铜(Cu)的暴露水平[J].农业环境科学学报,2006,(5).陶澍;骆永明;朱利中;王学军;曹军;李本纲;徐福留;张枝焕，典型微量有机污染物的区域环境过程[J]，环境科学学报，2006,(1).林卉,曹军,陶澍.水溶性有机碳对玉米根部Cu吸收过程的影响[J].农业环境科学学报,2004,(6).龚钟明,曹军,李本纲,徐福留,陶澍,沈伟然,张文具,韩宝平,孙韧.天津地区土壤中六六六(HCH)的残留及分布特征[J].中国环境科学,2003,(3).张甲申,曹军,陶澍.土壤水溶性有机物的紫外光谱特征及地域分异[J].土壤学报,2003,(1).龚钟明,王学军,李本纲,曹军,徐福留,崔艳红,张文具,沈伟然,秦宝平,孙韧,陶澍.天津地区土壤中DDT的残留分布研究[J].环境科学学报,2003,(4).曹军,徐福留,李本纲,陶澍,林健枝.河水可溶性有机物与Cu~(2+)络合常数的确定[J].环境科学学报,2002,(3).曹军,徐福留,李本纲,陶澍,林健枝.河水DOC络合特性测定方法比较[J].环境科学,2002,(1).龚钟明,朱雪梅,崔艳红,徐福留,李本纲,曹军,陶澍,沈伟然,赵喜梅,韩兰香.天津市郊农田土壤中有机氯农药残留的局地分异[J].城市环境与城市生态,2002,(4).张甲珅,陶澍,曹军.中国东部土壤水溶性有机物含量与地域分异[J].土壤学报,2001,(3).陶澍,曹军,李本纲,徐福留,陈伟元.深圳市土壤微量元素含量成因分析[J].土壤学报,2001,(2).曹军,李本纲,徐福留,陶澍,林健枝.水体与土壤中天然有机物与铜的络合作用及其影响因素[J].环境科学学报,2001,(6).曹军,李本纲,徐福留,陶澍,林健枝.土壤中水溶性有机碳与铜的相互影响[J].环境化学,2001,(6).曹军,陶澍.土壤与沉积物中天然有机物释放过程的动力学研究[J].环境科学学报,1999,(3).Zhang,YX;Tao,S;Cao,J;etal.EmissionofpolycyclicaromatichydrocarbonsinChinabycou nty.ENVIRONMENTALSCIENCE&TECHNOLOGY,41(3):683-687FEB12007CaoJ,XueHB,SiggL.EffectsofpHandCacompetitiononcomplexationofcadmiumbyfulvicacidsandby naturalorganicligandsfromariverandalake.AQUATICGEOCHEMISTRY12(4):375-387DEC2006 Li,BG;Cao,J;Liu,WX;etal.GeostatisticalanalysisandkrigingofHexachlorocyclohexaneresiduesintop soilfromTianjin,China.ENVIRONMENTALPOLLUTION,142(3):567-575AUG2006Sigg,L;Black,F;Buffle,J;Cao,J;parisonofanalyticaltechniquesfordynamictracemetalspeciat ioninnaturalfreshwaters.ENVIRONMENTALSCIENCE&TECHNOLOGY,40(6):1934-1941MAR 152006Cao,J;Lam,KC;Dawson,RW;etal.TheeffectofpH,ionstrengthandreactantcontentonthecomplexation ofCu2+byvariousnaturalorganicligandsfromwaterandsoilinHongKong.CHEMOSPHERE,54(4):50 7-514JAN2004Tao,S;Cui,YH;Cao,J;etal.DeterminationofPAHsinwastewaterirrigatedagriculturalsoilusingaccelerat edsolventextraction.JOURNALOFENVIRONMENTALSCIENCEANDHEALTHPARTB-PESTIC IDESFOODCONTAMINANTSANDAGRICULTURALWASTES,37(2):141-1502002Tao,S;Lu,XX;Cao,J;etal.Acomparisonofthefragmentconstantandmolecularconnectivityindicesmod elsfornormalizedsorptioncoefficientestimation.WATERENVIRONMENTRESEARCH,73(3):307-313MAY-JUN2001Tao,S;Xu,S;Cao,J;etal.Bioavailabilityofapparentfulvicacidcomplexedcoppertofishgills.BULLETI NOFENVIRONMENTALCONTAMINATIONANDTOXICOLOGY,64(2):221-227FEB2000 Tao,S;Liang,T;Cao,J;etal.Synergisticeffectofcopperandleaduptakebyfish.ECOTOXICOLOGYAN DENVIRONMENTALSAFETY,44(2):190-195OCT1999Cao,J;Tao,S;Li,BG.Leachingkineticsofwatersolubleorganiccarbon(WSOC)fromuplandsoil.CHEM OSPHERE,39(11):1771-1780NOV1999Lu,XX;Tao,S;Cao,J;etal.Predictionoffishbioconcentrationfactorsofnonpolarorganicpollutantsbased onmolecularconnectivityindices.CHEMOSPHERE,39(6):987-999SEP1999Tao,S;Lam,KC;Cao,J;putersimulationofmetalcomplexdissociationduringfreemetaldetermi PUTERS&CHEMISTRY,23(1):61-681999教授课程"环境土壤学""微机应用""环境模型"。

第42卷第6期东北农业大学学报42(6):135~140 2011年6月Journal of Northeast Agricultural University June2011不同来源水溶性有机物光谱学特性研究王威１，李成１，魏自民１*，何小松２，李鸣晓１，耿春茂１，胡春明１（1.东北农业大学生命科学学院，哈尔滨150030；2.北京师范大学环境学院，北京100875）摘要：利用紫外光谱法和荧光光谱法研究了鸡粪、厨余、植物、污泥各自好养堆肥腐熟产品水溶性有机物的光谱特性。

结果表明，4个堆肥产品的紫外SUVA254值由大到小的顺序为：鸡粪（14.13）、厨余（6.53）、植物（6.50）、污泥（3.97）；4个产品的ABS285值由大到小的顺序为：鸡粪（116）、厨余（59.67）、植物（54）、污泥（40.33）；在各样品的同步荧光光谱中，鸡粪主峰位于389nm、厨余位于382nm、植物位于355nm、污泥样品没有明显的主峰，其短波长278nm处类蛋白基团占发光基团的比例较其他3种样品高。

紫外光谱和同步荧光光谱均表明腐殖化程度最高的堆肥产品为鸡粪，其次为厨余和植物，腐殖化程度最低的为污泥；在发射荧光光谱中，4个产品均在430nm左右出现最大荧光峰；在激发荧光光谱中，鸡粪和厨余堆肥产品390nm处的荧光峰为主峰；三维光谱表明，4个样品均出现两种类富里酸荧光峰。

其中鸡粪的可见区类富里酸荧光强度最大，污泥最低，鸡粪样品含结构简单的类蛋白物质最少，污泥最多。

经过分析比较，在4种不同来源的堆肥产品中，鸡粪产品对土壤腐殖质含量的提高最有益处，其次为厨余、植物，最后为污泥。

关键词：堆肥；水溶性有机物；紫外光谱；荧光光谱中图分类号：X705文献标志码：A文章编号：1005-9369（2011）06－0135－06 Study on spectra characteristics of dissolved organic matters from different sources/WANG Wei1，LI Cheng1，WEI Zimin1，HE Xiaosong2，LI Mingxiao1，GENG Chunmao1，HU Chunming1(1.College of Life Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.School of Environment,Beijing Normal University,Beijing100875,China)Abstract:This study applied ultraviolet spectra and fluorescence spectra methods and investigated the spectral characters of DOM from compost maturity matters of chicken manure,kitchen waste,plants and sludge.The results showed that the four samples'ultraviolet SUVA254values order from big to small as followed,chicken manure（14.13），kitchen waste（6.53），plant（6.50），and sludge（3.97）.The ABS285showed chicken manure（116），kitchen waste（59.67），plant（54），and sludge（40.33）.In synchronous fluorescence spectra,chicken manure's main peak position at389nm;kitchen waste's main peak position at382nm;plant's main peak position at355nm,sludge sample showed no apparent main peak,but its percentage of protein-like fluorescence group at278nm of short wavelength was the highest in the four samples.Both ultraviolet spectra and fluorescence spectra indicated that chicken manure had the highest humification degree,the lowers were kitchen waste and plant,sludge had the lowest humification degree.In fluorescence emission spectra,fluorescence peaks of the four samples all lied in430nm around.In fluorescence excitation spectras of chicken manure and kitchen waste samples,the fluorescence main peaks both lied in390nm.The3DEEM spectra indicated all the four samples were mainly composed of收稿日期：2010-10-28基金项目：国家科技支撑计划（2007BAD87B03）(2009BADC2B04)；作者简介：王威（1979-），女，硕士研究生，研究方向为应用微生物。

实验三：典型土壤类型的波谱特征（3学时）
原理与方法
土壤的理化性质差异决定着反射波谱性质的差异性，通常来说自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，它随着波长的增长反射率逐步增加，但是由于不同的土壤类型理化性质也不相同，其反射率受到土壤质地、有机质量、土壤含水量等方面的影响。

土壤质地越细反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低。

因此可以通过实验的方法探讨不同土壤类型的光谱特征，以及根据光谱特征分析土壤的理化性质。

实习仪器
学生实习机房
图象处理软件（ENVI3.5）
ASD野外光谱仪
实验目的
1、了解典型土壤的波谱特征；
2、分析不同土壤类型有机质含量的反射波谱特征差异。

实验报告
内容包括：实验目的、典型土壤类型的反射率曲线图、不同土壤类型光谱差异的影响因素。

地物光谱特征
地物光谱特征是指不同地物（如植被、土壤、水体等）在不同波段的光谱反射特性。

1. 植被光谱特征：植被在可见光谱区域（400-700nm）表现出明显的吸收特征，主要是由于叶绿素的吸收作用。

在红光（约650-700nm）处，植被的反射率较低，而在近红外光（约700-1300nm）处，植被的反射率较高。

这种反射特征可用于估算植被的叶绿素含量和植被覆盖度。

2. 水体光谱特征：水体对可见光和近红外光呈现不同的反射和吸收特性。

水体对蓝光（约400-500nm）吸收较高，对绿光（约500-600nm）吸收较低，而对近红外光（约700-800nm）反射率较高。

这种反射特征可用于水质参数（如浊度、叶绿素浓度等）的监测。

3. 土壤光谱特征：土壤的光谱反射特性受土壤类型、含水量、有机质含量等因素的影响较大。

一般来说，裸露土壤在可见光谱区域呈现较高的反射率，而在近红外光谱区域呈现较低的反射率。

土壤的反射特征可用于土壤类型分类、土壤有机质含量和水分含量估算等。

不同地物的光谱特征可以通过遥感技术获取和分析，从而实现对地物类型、分布、变化等的监测和研究。

土壤特征光谱测定与分类技术研究作者：杨心怡来源：《农家科技下旬刊》2017年第12期摘要：随着人口的增多，现代农业发展压力越来越大，种植植物的土壤质量已经成为现代农业快速发展的重要条件，但是农业种植中对于土壤质地无法实现精确的识别，因此选择合适的检测方法来研究测定土壤质地状况，并根据土壤类型选择合适的作物进行种植，对指导现代农业生产发展有决定性的帮助。

一旦确定可精确识别的技术手段，对于农业、林业等多方面的统计和种植都有着革新的科研价值与意义。

关键词：土壤特征；光谱测定现如今的技术手段来说，土壤质地的室内测定一般采用“比重计法”和“吸管法”。

其中，吸管法操作较为繁琐，计算较多，但测定结果较为精确，而比重计法操作较为简单，但精度较差，计算也较为繁琐，而野外则采用“干试法”和“湿试法”进行简易速测，但这两种方法均使用手掌研磨辨别土壤质地，无法在精度上得到保证。

土壤的检测是实现农业快速发展的前提，而光谱技术在土壤检测方面中已得到了广泛的应用，主要应用在土壤肥力指标的测定、土壤有机质等参数测定、红外反射光谱对土壤参数的定量化研究、红外定标技术得到较大的土壤参数。

近年来，光谱特征技术被用于识别土壤质地。

本次课题阐述以采用光谱检测土壤识别技术选择种植土壤。

一、土壤光谱特性测试实验本次实验采用的光谱仪光谱量程在390nm到1000nm之间，分辨率在1.5nm。

实验光源选取钨灯。

实验材料选择工地细沙、植树园林、种植农田、工地石子、道路沥青进行实验。

采集到的土壤保存在室外，温度约为0℃。

不同土壤的颗粒大小不同，而颗粒较小的土壤种植作物易导致水土流失，颗粒较大的土壤种植作物不易使作物生根。

在实验室中将土壤以颗粒大小分成细沙、农田、园林、小石子、沥青五类，在0℃左右、干旱条件下进行测量。

室外一年四季夏季温度最高，冬季最低，而大多数作物均为春夏秋开花结实，因此，经过查找夏季与冬季平均气温后，将土壤温度调整数据为冬季0℃左右，夏季50℃左右，测量不同温度下光谱。

土壤光谱指数
土壤光谱指数是土壤光谱数据处理的结果之一，是反映土壤表层矿质质量、土壤有机质含量、土壤水分等因素影响的结果，是理解土地资源的重要参数。

土壤光谱指数通常是通过对土壤反射光谱数据进行分析，得到的可以表征土壤性质和土地利用的参数。

在农业、生态和环境等领域，土壤光谱指数在土地利用和土地资源管理中起着至关重要的作用。

在农业生产中，土壤光谱指数的应用可以提高农作物产量和质量。

例如，通过分析绿色植物指数（NDVI），我们可以了解作物的生长状况、生长速率以及受到的氮素、磷素等养分的限制情况；通过分析土壤水分指数（SMI），我们可以合理调控农田的水分状况，提高农田利用效益。

在自然环境保护方面，土壤光谱指数也有着重要的应用。

例如，在沙漠化区域的治理中，通过分析沙漠土壤的光谱数据，可以了解沙漠化进程中土壤的物理、化学、生物等变化特征和分布规律，从而制定治理措施，推动沙漠化区域的治理工作。

综上所述，土壤光谱指数在农业、生态环境、资源管理等方面都具有重要作用。

通过对土壤光谱指数的分析，我们可以了解土地资源的状态，制定出更加合理的利用和管理策略，从而为可持续发展提供科学依据。

未来，随着技术的不断发展，土壤光谱指数的应用将会越来越广泛，也会为保护地球环境提供更多的支持和保障。

紫外-可见光谱研究堆肥水溶性有机物不同组分演化特征李丹;何小松;高如泰;席北斗;檀文炳;张慧;黄彩红;许鹏达【摘要】The dissolved organic matter (DOM) extracted from chicken manure composting samples during different stages were divided into hydrophobic acid (HOA), hydrophobic base (HOB), hydrophilic matter (HIM) and acid insoluble matter (AIM) according hydrophobic and polarity. The composition and transformation of different components were analyzedby ultraviolet-visible spectra, and 14 characteristic parameters were selected. The humification level of AIM was highest, followed by HOA, HOB and HIM. The molecular aggregation of HOB and HIM increased obviously, the molecular weight of HOA, HOB and AIM increased appearently, andthe aromatic substance content of AIM and HOA increased significantly. The correlation analysis showed that the different band area integral could reach significant level, the correlation between S275-295 and many other characteristic parameters were significant or highly significant, so S275-295, A226-400, Am/As, Al/As and Al/Am were more precise than other ultraviolet-visible parameters to characterize humification level of organic matter.%按亲疏水-极性不同将鸡粪不同堆肥阶段样品提取出的水溶性有机物(DOM)分成疏水酸性(HOA)、疏水碱性(HOB)、亲水性(HIM)及酸不溶性(AIM)4个组分,通过紫外-可见光谱,选取了14个特征参数,研究了不同组分的组成与演化特征。

土壤有机质测定常用重铬酸钾—硫酸溶液氧化——分光光度法用水浴加热试管时，（设定最高温度为95），一个小时后取出。

（标准溶液的制备:与土壤样品溶液制备的同时作一组(7个)空白处理，用石英砂代替样品，其他过程同上。

即取7支试管各加入0.4 mol/L的重铬酸钾硫酸溶液2mL，和土壤样品一起硝化后分别加入0.12 mol/L 硫酸亚铁标准溶液0、1、2、3、4、5、6 mL，再分别加入0.1 mol/L H2SO4溶液10、9、8、7、6、5、4 mL，摇匀澄清或离心待用。

）一、土壤有机质测定——分光光度法光度法测定土壤中的有机质具有设备简单、操作简便、测定结果准确等特点，适合大批样品的快速测定。

1测定原理在加热的条件下，用过量的重铬酸钾—硫酸(K2Cr2O7－H2SO4)溶液，来氧化土壤有机质中的碳，Cr2O72-等被还原成Cr+3。

以硫酸亚铁为标准溶液，取不同量的硫酸亚铁分别与重铬酸钾—硫酸(K2Cr2O7－H2SO4)溶液进行反应，由于在585nm波长处对Cr3+有最大吸收而Cr6+却无吸收，且对一定浓度的H2S04溶液均无吸收。

通过分光光度测定，根据标准样制作的标准曲线，找到样品所对应消耗的硫酸亚铁的量，再通过转换得到有机碳量，再乘以常数1.724，即为土壤有机质量。

其中的反应式为：重铬酸钾—硫酸溶液与有机质作用：2K2Cr2O7+3C+8H2SO4=2K2SO4+2Cr2(SO4)3+3CO2↑+8H2O硫酸亚铁与重铬酸钾—硫酸溶液的反应：K2Cr2O7+6FeSO4＋7H2SO4=K2SO4＋Cr2(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2O2仪器、试剂分析天平(0.0001g)、硬质试管、长条腊光纸、温度计(0-360℃ )、滴定管(25ml)、吸管(10ml)、三角瓶(250ml)、小漏斗、烧杯、量筒(100ml)、角匙、滴定台、吸水纸、滴瓶(50ml)、试管夹、吸耳球、试剂瓶(500ml)、恒温箱7230型分光光度计、5B-1型加热器、离心沉淀机。

第27卷,第4期 光谱学与光谱分析Vol 127,No 14,pp73527382007年4月 Spectroscopy and Spectral Analysis April ,2007　生活垃圾微生物堆肥水溶性有机物光谱特性研究魏自民1,2,席北斗1,赵　越2,王世平33,刘鸿亮111中国环境科学研究院城市环境系统研究室,北京　10001221东北农业大学生命科学院,黑龙江哈尔滨　15003031中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京　100083摘　要　利用外源微生物(MS ,Z J )进行城市生活垃圾工厂化堆肥,在堆肥前后对水溶性有机物的紫外、红外、荧光光谱进行了分析,探讨外源微生物堆肥对水溶性有机光谱学特性的影响。

结果表明,堆肥结束后,不同处理水溶性有机物紫外、红外、荧光光谱形状基本相似,但特征峰强度有明显区别。

与C K 相比,接种微生物处理堆肥后,水溶性有机物紫外光谱280nm 附近类肩峰明显减弱;红外光谱解析表明,水溶性有机物中小分子糖类物质减少,芳族类物质增加;荧光同步扫描光谱进一步证实,水溶性有机物中多环芳族类化合物增加,其荧光光谱特征峰与污泥中富里酸相似。

试验结果证实,接种外源微生物可明显增加堆肥水溶性有机物芳构化程度,各处理芳构化程度依次为:MS +Z J >Z J >MS >C K 。

关键词　城市生活垃圾;堆肥;水溶性有机物;外源微生物;光谱中图分类号:X705 文献标识码:A 文章编号:100020593(2007)0420735204　收稿日期:2005212208,修订日期:2006203228　基金项目:国家重点基础研究发展计划项目“973”(2005CB724203),哈尔滨科技攻关项目(2002AA3CN109)及黑龙江省教委项目(10551041)资助　作者简介:魏自民,1969年生,东北农业大学副教授,中国环境科学研究院博士生 e 2mail :weizm691120@ 3通讯联系人引　言 利用城市生活垃圾进行堆肥是一个好氧发酵过程,微生物利用有机物质作为能源[1]。

不同种植年限苏打盐碱型水稻土水溶性有机物三维荧光光谱特征分析李亚男;武俊男;高强;高云航;刘淑霞【摘要】Objective] To investigate the changing patterns of water extractable organic matter ( WEOM) in soda saline-alkaline paddy soil in the fields with different planting years of rice, and provide a theoretical basis for increasing organic carbon fixation in such soil. [Method] Three-dimensional fluorescent spectroscopy was performed to study the contents and fluorescence characteristics of WEOM in soda saline-alkaline paddy soil with 0, 1, 3, 5, 15 and 20 planting years of rice. [Result] With the increase of planting age, the content of WEOM in soil first increased and then decreased, reached the maximum ( 259. 29 mg · kg-1 ) after planting rice for three years, and was the lowest ( 19. 29&nbsp;mg·kg-1 ) after planting rice for 20 years. The absorbance of WEOM at UV 254 nm increased with planting age. The shape of the three-dimensional fluorescence spectra of WEOM was different from fluorescence linear density which increased with planting age. There was a blue shift in the emission wavelength of the fluorescence peak in region I and region II of paddy soil, and a red shift in region Ⅲand region Ⅴ. The fluorescence regional integration values were region Ⅴ> region Ⅲ> region Ⅳ>region Ⅱ> regionⅠ. The prop ortion of humic acid-like substance in WEOM was reduced after planting rice for 20 years. [Conclusion] The humic substances, fulvic acid-like substance and unsaturated aromatic compounds in sodasaline-alkaline paddy soil increase with planting age. Three-dimensional fluorescence technique can be applied to study the structure and composition of WEOM in soil.%【目的】揭示不同种植年限苏打盐碱型水稻土水溶性有机物( WEOM)的变化规律，为苏打盐碱型水稻土固定有机碳提供理论基础。

鸡粪堆肥水溶性有机物特征紫外吸收光谱研究鸡粪堆肥水溶性有机物特征紫外吸收光谱研究摘要：采用紫外-可见吸收光谱,对不同堆肥时期样品中水溶性有机物(DOM)的特征吸收参数进行了研究.结果显示,堆肥进行时样品DOM 中的'非腐殖质物质不断转化为腐殖质类物质,并且腐殖质物质的芳构化及分子量增加,腐殖化程度加大,同时苯环结构上的脂肪链降解成羰基、羧基等官能团.相关性分析显示,相同DOM浓度(DOC)样品在254与280 nm的吸收值SUVA254,SUVA280,226～400mm吸光度的积分A226～400两两间均达到极显著正相关,与DOC均显著负相关,但以A226～400与DOC相关性最高;253和203nm吸光度比值E253/E203与SUVA254,SUVA280及A226～400均达到显著相关,但与DOC的相关性不如后三者;250和365 nm吸光度比值E250/E365及465和665 nm吸光度比值E465/E665与其他参数均不相关.分析结果表明,随着堆肥的进行DOM稳定度增加,对重金属配位能力增强;在所研究的紫外-可见光谱吸收参数中,A226～400最能反映堆肥腐熟度变化. 作者：李鸣晓[1]何小松[2]刘骏[3]席北斗[3]赵越[4]魏自民[4]姜永海[3]苏婧[2]胡春明[4] Author：LI Ming-xiao[1] HE Xiao-song[2] LIU Jun[3] XI Bei-dou[3] ZHAO Yue[4] WEI Zi-min[4] JIANG Yong-hai[3] SU Jing[2] HU Chun-ming[4] 作者单位：东北农业大学,黑龙江,哈尔滨150030;中国环境科学研究院水环境系统工程研究室,北京,100012中国环境科学研究院水环境系统工程研究室,北京,100012;北京师范大学环境学院,北京100875中国环境科学研究院水环境系统工程研究室,北京,100012东北农业大学,黑龙江,哈尔滨150030 期刊：光谱学与光谱分析 ISTICEISCIPKU Journal： SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS 年，卷(期)： 2010, 30(11) 分类号： X705 关键词：堆肥水溶性有机物紫外-可见吸收光谱相关性分析机标分类号：S14 X51 机标关键词：鸡粪堆肥水溶性有机物特征紫外吸收光谱研究 during Dissolved Organic Matter UV Absorption 吸光度非腐殖质吸收参数样品物质可见吸收光谱比值 DOM DOC 相关性分析堆肥腐熟度显著相关基金项目：国家重点基础研究发展(973计划)项目，国家自然科学基金资助项目，国家科技支撑计划课题项目，和国家科技支撑计划课题项目。

土壤光谱测量与影响其光谱特征的因素分析2北斗导航位置服务（北京）有限公司，北京海淀100010摘要:本文通过对土壤进行光谱测量，制定出了一套完整的光谱测量流程，并对测量数据进行处理及定性分析找出了影响土壤光谱特征的部分因素，并探讨了土壤光谱遥感的应用前景。

关键词：光谱测量规范土壤分析1.引言1.1光谱遥感的作用和研究现状任何物体都有自己特有的反射光谱而同类物体的反射光谱特性大同小异,不同物体光谱反射率的差异要比同一物体大得多。

光谱遥感技术就是以物体的反射率随波长的变化为依据,通过适当的光谱段的选择和组合,有效地区分出各种不同类型的物体。

在近年来的地物波谱特性研究中，人们的注意力由地物波谱与地物自身性质的关系上转移到了与地表特征关系的研究中,从而使地物波谱特性研究更深入一步。

1.2土壤波谱特性研究的发展和现状在可见光波段范围内，光谱仪接收的是太阳发射的信息，裸露土壤反射率一般随波长增加而增加，不同类型土壤的反射率也不同。

对于给定的土壤类型，反射率随水分含量的增加而减少。

但是，不同类型土壤间的反射率差别可能与不同水分引起的差别相当，甚至更大，加上太阳高度、大气条件和地表状况引起的误差，要定量估算土壤水分是比较困难的。

所以，一直以来，人们都在对该领域进行试验、研究。

国外利用遥感方法进行土壤水分监测的可行性研究开始于60年代，那时，科学家们通过在实验室对图样进行光谱观测，提出随土壤含水量的增加，其光谱反射率整体下降，这为后来利用遥感方法进行土壤水分监测提供了理论依据。

美国也在60年代末研究了土壤水分，包括沙漠区的土壤水分，对反射率的影响，发现干燥土壤具有较高的反射率。

70年代，日本学者测量了5种土壤的反射率，建立了土壤水分含量的多员回归方程。

另外，印度国家遥感局利用MSS和TM资料，评价了局部某一地区的土壤干旱程度。

后来，各国学者都曾进行过土壤水分监测和旱情方面的遥感研究，取得了一些阶段性成果。

我国学者自20世纪80年代，也开始了这方面的研究，2002年，刘伟东和国外科学家共同研究，证明了土壤光谱反射率在一定的水分含量临界值之下时随土壤湿度的增加而降低，但当超过该临界值后，随土壤水分的增加而增加。

土壤光谱学土壤光谱学是研究土壤反射光谱特性及其与土壤物理化学性质、生物多样性、气候变化等方面关联的科学。

土壤光谱学的研究是近年来发展迅速的一个新型领域，其主要研究对象是土壤的光学特性。

土壤作为自然资源的重要组成部分，其物理化学性质和生态环境质量直接影响着生态系统的稳定性和生态安全。

土壤光谱学的研究可帮助人们更全面、准确地了解土壤的物理化学特性，从而为人类对土地的利用、保护、修复和管理提供科学依据。

土壤光谱学主要通过利用遥感技术对土壤进行高光谱图像的获取和处理，从而获得土壤体系的反射光谱。

土壤反射光谱的特征主要受土壤颗粒大小、质地、质量、湿度、有机质含量、微生物共生关系等多种因素的影响。

因此，通过对土壤光谱特征的分析和解读，可以得到土壤有关信息。

土壤光谱学在环境监测、土地利用评估、土地修复和管理等领域具有广泛的应用价值。

具体地说，土壤光谱学可用于下列方面：（1）土壤质量评价。

根据土壤光谱特征反演土壤质量指标，如有机质含量、pH值、土壤湿度等，从而对土壤的质量进行准确评估。

（2）土地利用监测。

利用土壤光谱学技术可以监测农田、林地、草地等不同类型土地的植被盖度、土壤湿度和肥力等关键指标，从而为土地的合理利用和管理提供科学依据。

（3）土地修复和管理。

土壤光谱学可通过反演土壤质量及其空间分布特征，为土地修复和管理提供数据基础。

例如在矿区土地修复过程中，通过监测土壤光谱特征可以评估土壤质量的恢复情况。

（4）环境污染监测。

土壤光谱学可监测土壤中有害元素和化学物质的污染情况，为环境污染治理提供科学依据。

例如利用土壤光谱学技术可定量检测土壤中汞、铝等有害元素的含量。

综上所述，土壤光谱学是一门多学科交叉的新型研究领域，其在环境保护、土地利用与管理、土地修复等方面有广泛的应用。

未来，随着遥感技术、机器学习技术和数据挖掘技术的不断发展，土壤光谱学在农业、生态、环保等领域的应用将越来越广泛，推动土地保护和可持续发展。