陳 丹,程 澳,余旭芳,紀(jì)文超,2,劉健健,2,王 翔,2,劉曉龍,范行軍 ,2①

(1.安徽科技學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院,安徽 鳳陽(yáng) 233100;2.安徽省生物炭與農(nóng)田污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 蚌埠 233400)

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展,畜禽糞便對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染日益突出。堆肥是實(shí)現(xiàn)畜禽糞便無(wú)害化和資源化的最有效途徑[1-2]。畜禽糞便堆肥是一類(lèi)性質(zhì)穩(wěn)定且富含養(yǎng)分的腐殖質(zhì)類(lèi)產(chǎn)品,施用于土壤后不僅能提供養(yǎng)分,還有利于恢復(fù)及改善土壤的理化性質(zhì)[3-4]。堆肥是一種通過(guò)微生物作用不斷降解有機(jī)廢棄物,同時(shí)生成大量的高度聚合且穩(wěn)定的腐殖質(zhì)(humic substances, HSs)的生物化學(xué)過(guò)程[5]。堆肥HSs主要包括腐殖酸(humic acid, HA)和富里酸(fulvic acid, FA),具有十分復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和環(huán)境效應(yīng)。堆肥HSs富含高度共軛的芳香族結(jié)構(gòu),能有效提高土壤的抗逆性,改善土壤的穩(wěn)定性[6]。堆肥HSs中的酚羥基、羧基和氨基等活性基團(tuán)具有較強(qiáng)的金屬絡(luò)合潛勢(shì),能夠顯著影響土壤重金屬的遷移和轉(zhuǎn)化[7-8]。堆肥HSs同時(shí)含有復(fù)雜的芳香族、蛋白質(zhì)和多糖結(jié)構(gòu),能顯著影響其電子接收能力和電子供給能力,從而影響土壤重金屬及有機(jī)污染物的氧化還原程度[9]。堆肥HSs的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)是影響其環(huán)境效應(yīng)的重要因素。堆肥原料的理化性質(zhì)對(duì)堆肥HSs的形成和結(jié)構(gòu)等具有重要影響[3,5]。原料中的木質(zhì)素和纖維素能夠促進(jìn)高腐殖化程度的HSs形成[10];而類(lèi)蛋白質(zhì)和類(lèi)酚結(jié)構(gòu)能提升微生物降解速率,促進(jìn)堆肥HSs的聚合生成[11-12]。不同輔料添加對(duì)堆肥HSs的生成和物質(zhì)轉(zhuǎn)化也有重要作用。ZHAO等[12]研究指出,添加不同類(lèi)型作物秸稈對(duì)污泥堆肥HSs的生成量、生成速率及HA/FA相對(duì)組成等均有著不同的影響。盡管已有大量基于小型(或模擬)堆肥實(shí)驗(yàn)的HSs定量和表征研究[3, 6, 10],但是目前針對(duì)不同類(lèi)型工業(yè)化生產(chǎn)堆肥HSs的分離定量和化學(xué)表征等的研究甚少。因此,為更好地認(rèn)識(shí)堆肥化學(xué)性質(zhì)、環(huán)境行為及其農(nóng)藝適用性,開(kāi)展不同類(lèi)型堆肥中HSs的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)等的研究具有十分重要的意義。

中藥渣、小麥秸稈和稻殼是常用的堆肥物料或與畜禽糞便共堆肥的輔料[13-15],當(dāng)前在皖北地區(qū)已被廣泛應(yīng)用于有機(jī)肥生產(chǎn)。該研究以這3類(lèi)工業(yè)化生產(chǎn)的雞糞堆肥為對(duì)象,采用紫外-可見(jiàn)光光譜(UV-vis)、三維熒光(EEM)光譜、紅外光譜及高效體積排阻色譜(HPSEC)等對(duì)堆肥中HA和FA的光譜特征和分子量進(jìn)行系統(tǒng)表征。通過(guò)光譜參數(shù)、三維熒光區(qū)域體積積分(EEM-FRI)、官能團(tuán)組成和分子量分布等分析,進(jìn)一步探究不同類(lèi)型堆肥中HA和FA的化學(xué)組成及分子結(jié)構(gòu)特征,研究結(jié)果可為有效評(píng)估堆肥腐熟程度、堆肥產(chǎn)品質(zhì)量以及農(nóng)業(yè)應(yīng)用性能等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 堆肥收集及處理

研究所用堆肥采自安徽省阜陽(yáng)市、亳州市多家大型有機(jī)肥生產(chǎn)企業(yè),包括分別以中藥渣、小麥秸稈和稻殼為輔料的雞糞工業(yè)化堆肥。雞糞原料與添加輔料的干物質(zhì)質(zhì)量比基本為4∶1,堆肥持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為40～60 d。3類(lèi)堆肥的基本理化性質(zhì)如表1所示,有機(jī)質(zhì)和總養(yǎng)分均符合NY/T 525—2021《有機(jī)肥料》標(biāo)準(zhǔn)。為便于后續(xù)化學(xué)表征,堆肥產(chǎn)品需進(jìn)行冷凍干燥并研磨過(guò)0.15 mm孔徑篩。最終處理得到分別添加中藥渣、小麥秸稈和稻殼的堆肥樣品,并依次標(biāo)記為HR、WS和RH。

表1 不同輔料雞糞堆肥的基本理化性質(zhì)

1.2 腐殖質(zhì)分離與純化

HA與FA分離和純化的方法參見(jiàn)文獻(xiàn)[1]。具體步驟如下:取干燥過(guò)篩樣品按固液比(m∶V)為1∶10 加入0.1 mol·L-1的Na4P2O7與0.1 mol·L-1的NaOH混合溶液。在25 ℃恒溫振蕩器中,以150 r·min-1連續(xù)振蕩浸提24 h。然后將混合液在 8 000 r·min-1下離心30 min(相對(duì)離心力為6 790 g),上清液用0.45 μm孔徑濾膜過(guò)濾。將濾液pH值調(diào)至1后置于水浴鍋中70 ℃持續(xù)加熱1 h,于暗處?kù)o置過(guò)夜,該液體視為FA和HA已經(jīng)完全分離。將沉淀用NaOH重新溶解,加HCl使HA沉淀,沉淀以稀HCl及超純水洗滌2～3次,得到HA。上清液用XAD-8型樹(shù)脂進(jìn)行吸附,后用0.1 mol·L-1的NaOH沖洗樹(shù)脂并收集洗脫液,隨后通過(guò)H型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行脫鹽并收集流出液,得到FA。將純化后的HA和FA進(jìn)行冷凍干燥,制得固體粉末,待測(cè)試。

圖1 雞糞堆肥HA和FA的分離純化

1.3 儀器分析

1.3.1紫外-可見(jiàn)光光譜分析

測(cè)試前分別取一定量的HA和FA加入超純水進(jìn)行再溶解,配制成溶解性有機(jī)碳(DOC)質(zhì)量濃度為10 mg·L-1的溶液樣品。利用島津UV-2600紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)進(jìn)行吸收光譜掃描,掃描范圍為200～700 nm。所有樣品吸收光譜均以超純水作為空白進(jìn)行背景扣除。

1.3.2三維熒光光譜分析

采用日立F-4600熒光分光光度計(jì)測(cè)定EEM光譜。激發(fā)波長(zhǎng)(Ex)和發(fā)射波長(zhǎng)(Em)掃描范圍分別設(shè)置為200～400和290～520 nm,狹縫寬帶均設(shè)為5 nm,掃描速度為2 400 nm·min-1。所有樣品EEM均以超純水作為空白進(jìn)行背景扣除。

1.3.3傅里葉變換紅外光譜(FTIR)

將1 mg經(jīng)冷凍干燥的HA或FA粉末與200 mg KBr(光譜純)混合后充分研磨,利用紅外磨具壓制成光滑薄片。采用Nicolet iS50 FTIR紅外光譜儀(Thermo,美國(guó))進(jìn)行FTIR光譜測(cè)定,掃描范圍為400～4 000 cm-1,分辨率為 4 cm-1,掃描波數(shù)為64。所有樣品掃描條件完全一致,同時(shí)以KBr作為空白扣除儀器背景值。

1.3.4元素分析

準(zhǔn)確稱(chēng)取2 mg冷凍干燥的HA和FA粉末樣品,采用A3000型元素分析儀(Euro Vector,意大利)測(cè)定樣品的C、H、N元素含量,O含量通過(guò)100%減去C、H、N元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算得到。

1.3.5高效液相體積排阻色譜分析

采用Polysep-GFC-P3000(Phenomenex)型凝膠色譜柱和Polysep-GFC-P型保護(hù)柱對(duì)HA和FA進(jìn)行分子量分離。利用高效液相色譜儀(LC-20AT, Shimadzu,日本),并配備折射率檢測(cè)器(RID, 島津)和二極管陣列檢測(cè)器(SPD-6A, 島津),采集不同分子量組分在254 nm處的吸收信號(hào)。以V(甲醇)∶V(超純水)=1∶9且含有25 mmol·L-1乙酸銨的混合液作為流動(dòng)相,流速維持在1 mL·min-1,進(jìn)樣體積為100 μL。以系列聚乙二醇標(biāo)準(zhǔn)品(分子量分別為238、601、1 020、3 450、4 080、11 100、17 900 和41 300 Da)對(duì)色譜柱分離進(jìn)行校正,校準(zhǔn)曲線如圖2所示。

MW—相對(duì)分子質(zhì)量。

根據(jù)下列公式計(jì)算HA和FA的重均相對(duì)分子質(zhì)量(Mw)、數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量(Mn)以及分散系數(shù)(ρ)[16]:

(1)

(2)

ρ=Mw/Mn。

(3)

式(1)～(3)中,m為檢測(cè)器的響應(yīng)次數(shù);hi為洗脫時(shí)間i時(shí)檢測(cè)曲線的響應(yīng)值;Mi為洗脫時(shí)間i時(shí)的相對(duì)分子質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

HA和FA溶液樣品測(cè)試均設(shè)3次重復(fù)。三維熒光區(qū)域體積積分采用Matlab R2017b軟件計(jì)算,試驗(yàn)數(shù)據(jù)由Excel 2010軟件進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析,相關(guān)圖形采用Origin 2021軟件進(jìn)行繪制。

2 結(jié)果與討論

2.1 HA和FA的UV-vis光譜特征

圖3為3種堆肥中HA和FA的紫外-可見(jiàn)光光譜(以DOC校正)?？梢钥闯?HA和FA的吸光度均隨波長(zhǎng)的增加而降低,表現(xiàn)出典型的腐殖質(zhì)UV-vis光譜特征[17]。HA和FA在280 nm左右均呈現(xiàn)出一個(gè)弱吸收平臺(tái),此處吸收峰一般與木質(zhì)素降解產(chǎn)物和醌類(lèi)結(jié)構(gòu)有關(guān)[3],說(shuō)明這類(lèi)物質(zhì)和結(jié)構(gòu)是堆肥HA和FA中的重要組分。不同類(lèi)型堆肥中HA的UV-vis吸收強(qiáng)度表現(xiàn)為HR>RH>WS,說(shuō)明HR具有最強(qiáng)的芳香度,其次為RH,而WS的芳香度最低。HR堆肥中HA與FA具有較強(qiáng)的芳香度,可能與中藥渣富含半纖維素、纖維素、多糖和木質(zhì)素等有重要關(guān)系[18],堆肥過(guò)程中微生物活動(dòng)會(huì)將這類(lèi)碳源轉(zhuǎn)化為高度共軛和芳香化的腐殖質(zhì)。不同類(lèi)型堆肥中FA吸收強(qiáng)度在不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)存在一定的差異。例如,在>260 nm區(qū)域,HR的吸收強(qiáng)度高于RH;在220～320 nm區(qū)域,HR和RH的吸收強(qiáng)度均高于WS。以上結(jié)果均表明,不同類(lèi)型堆肥中HA和FA的分子組成和結(jié)構(gòu)均存在差異,說(shuō)明不同輔料對(duì)雞糞堆肥產(chǎn)品的腐殖質(zhì)組成和性質(zhì)具有重要的影響。值得注意的是,不同類(lèi)型堆肥中HA的校正吸光度均明顯高于FA,表明HA具有更強(qiáng)的芳香度和腐殖化程度[3]。

HR—中藥渣;WS—小麥秸稈;RH—稻殼。

SUVA254值可以表征HA和FA的化學(xué)組成和性質(zhì),其值與腐殖質(zhì)的芳香度、腐殖化程度及分子量大小呈正相關(guān)[19]。該研究中,不同類(lèi)型堆肥中HA的SUVA254值表現(xiàn)為HR〔(20.85±0.42) L·mg-1〕>RH〔(16.40±0.90) L·mg-1〕>WS〔(13.10±0.13) L·mg-1〕;FA組分的SUVA254值則表現(xiàn)為HR〔(7.71±0.16) L·mg-1〕≈ RH〔(7.79±0.10) L·mg-1〕>WS〔(6.52±0.02) L·mg-1〕。對(duì)于不同類(lèi)型堆肥,HR中HSs(HA或FA)的芳香性、腐殖化程度及其分子量要高于RH和WS中的HSs。一般而言,堆肥HSs的芳香性和腐殖化程度越高,其化學(xué)穩(wěn)定性越強(qiáng)[3]。由此說(shuō)明,小麥秸稈添加堆肥的穩(wěn)定性相對(duì)較弱,中藥渣或稻殼添加堆肥施入土壤后更有益于提升土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性[6]。對(duì)于不同類(lèi)型HSs,堆肥HA的SUVA254值為對(duì)應(yīng)FA的2.0～2.7倍,反映出HA的芳香化和腐殖化程度要明顯高于FA。

2.2 HA和FA的EEM-FRI分析

圖4顯示了3類(lèi)堆肥HA和FA的EEM光譜。不同類(lèi)型堆肥中HA具有類(lèi)似的EEM光譜特征,均存在一個(gè)顯著的熒光峰(Ex=260～265 nm,Em=460～485 nm),該峰位于典型的腐殖酸熒光區(qū)域[20]。同時(shí),不同F(xiàn)A也具有相似的光譜特征,均在Ex=210～225 nm、Em=410～425 nm處呈現(xiàn)明顯的熒光峰,位于典型的富里酸熒光區(qū)域[21],表明添加不同類(lèi)型輔料對(duì)雞糞堆肥中腐殖質(zhì)的熒光特征影響不明顯。然而,HA和FA的EEM光譜存在明顯差異。由圖4可見(jiàn),HA的主熒光峰相對(duì)FA存在明顯的紅移,表明前者具有較高的腐殖化程度和高分子量特征[22],這與LANNO等[3]報(bào)道的不同類(lèi)型堆肥HA和FA的EEM特征類(lèi)似。此外,FA在類(lèi)蛋白物質(zhì)熒光區(qū)域(Ex=200～300 nm,Em=290～380 nm)也存在較明顯的熒光信號(hào),說(shuō)明類(lèi)蛋白物質(zhì)亦是FA的重要化學(xué)組分,這與污泥蚯蚓堆肥FA的EEM特征相似[23]。

根據(jù)CHEN等[24]的研究,可以將HA和FA的EEM光譜分為5個(gè)區(qū)域(圖4)。各熒光區(qū)域歸屬參見(jiàn)文獻(xiàn)[20,24],具體信息如表2所示。將各個(gè)區(qū)域熒光強(qiáng)度進(jìn)行區(qū)域體積積分(FRI),并以此計(jì)算不同區(qū)域百分比(圖5),進(jìn)而揭示不同類(lèi)型堆肥中HA和FA的熒光組成特征。

HR—中藥渣;WS—小麥秸稈;RH—稻殼。熒光積分區(qū)域Ⅰ～Ⅴ劃分見(jiàn)表2。

表2 熒光積分區(qū)域劃分及歸屬

由圖5可見(jiàn),不同類(lèi)型堆肥中HA均以類(lèi)富里酸(Ⅲ)和類(lèi)腐殖酸(Ⅴ)熒光物質(zhì)組成為主,相對(duì)含量分別為41%～44%和43%～48%。FA中類(lèi)富里酸(Ⅲ)含量最高(35%～44%),類(lèi)腐殖酸(Ⅴ)和類(lèi)色氨酸(Ⅱ)也是其重要組成部分,相對(duì)含量分別為20%～25%和22%～23%。對(duì)于不同堆肥而言,HA的熒光物質(zhì)組成差異不明顯,而不同輔料添加對(duì)FA的結(jié)構(gòu)影響較為顯著。其中,WS和RH堆肥FA中類(lèi)腐殖質(zhì)熒光組分較多(Ⅲ+Ⅴ,63%～64%),而HR堆肥FA的類(lèi)絡(luò)氨酸組分較多(Ⅰ,14%)。對(duì)于不同類(lèi)型HSs來(lái)說(shuō),HA中類(lèi)腐殖質(zhì)(Ⅲ+Ⅴ)物質(zhì)的含量(86%～91%)要顯著高于FA(56%～64%);而FA中類(lèi)蛋白(Ⅰ+Ⅱ)物質(zhì)含量(28%～37%)要遠(yuǎn)高于HA(5%～9%)。研究指出,類(lèi)腐殖酸與類(lèi)富里酸含量比值(Ⅴ/Ⅲ)能夠有效評(píng)估堆肥的腐殖質(zhì)含量[25]。該研究中,不同堆肥HA的Ⅴ/Ⅲ比值差異不明顯,分布在1.0～1.1之間;而不同類(lèi)型堆肥FA的Ⅴ/Ⅲ比值具有一定的差異,其中HR和WS的Ⅴ/Ⅲ比值(0.60～0.66)高于RH(0.45),表明后者的腐殖質(zhì)含量相對(duì)較低。相對(duì)而言,堆肥HA的V/Ⅲ比值均高于FA,表明HA具有更高的腐殖化程度和更強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性[25],這與UV-vis光譜揭示結(jié)果一致。

2.3 HA和FA的官能團(tuán)組成

HR—中藥渣;WS—小麥秸稈;RH—稻殼。

不同類(lèi)型堆肥中HA的光譜特征十分類(lèi)似,說(shuō)明輔料添加對(duì)堆肥HA官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的影響不明顯,然而不同類(lèi)型堆肥中FA的分子結(jié)構(gòu)存在一定的差異。HR堆肥中FA含有豐富的芳香族羧酸結(jié)構(gòu)(1 645 和1 210 cm-1),WS堆肥中FA富集較多的酰胺(1 560 cm-1)和羧酸(1 410 cm-1)結(jié)構(gòu),稻殼RH堆肥中FA具有較多的酰胺(1 645和1 560 cm-1)和多糖結(jié)構(gòu)(1 034 cm-1)。已有研究指出,堆肥HSs中的羧基和氨基等能與重金屬發(fā)生絡(luò)合,影響其遷移、轉(zhuǎn)化和生物毒性[7-8]。WS堆肥中FA富含酰胺和羧酸結(jié)構(gòu),可提供更多的重金屬絡(luò)合活性基團(tuán)。此外,FA普遍比HA含有更多的酰胺和羧酸結(jié)構(gòu),這與已報(bào)道的牛糞堆肥HSs的官能團(tuán)組成特征相似[30],說(shuō)明堆肥HA具有更加穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

2.4 HA和FA的元素組成

由表3可知,不同類(lèi)型HA的C含量(49.0%～53.1%)明顯高于對(duì)應(yīng)類(lèi)型堆肥中FA的C含量(23.6%～49.6%);HA的O含量(35.3%～37.0%)則顯著低于對(duì)應(yīng)FA的O含量(38.9%～68.3%)。C/H比可以反映有機(jī)質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),其值一般與有機(jī)質(zhì)芳香化和腐殖化程度呈正相關(guān)[30]。該研究中,HA和FA的C/H比基本表現(xiàn)為HR>RH>WS。表明HR堆肥中HA和FA的芳香性和不飽和程度最高,化學(xué)性質(zhì)更為穩(wěn)定[30];而WS堆肥中HA和FA的脂肪化程度最高,化學(xué)穩(wěn)定性相對(duì)較差[30],該結(jié)果同SUVA254的表征結(jié)果一致。C/N比可以表征HA和FA的腐殖化程度,其值越大則腐殖化程度越低[30-31]。從表3可知,HA的腐殖化程度高于FA,這可能與HA形成時(shí)發(fā)生的固氮作用及含氮分解產(chǎn)物的聚合等有關(guān)[31]。相對(duì)而言,RH堆肥的HA和FA均表現(xiàn)出較低的C/N比,說(shuō)明RH堆肥HSs的腐熟度較高,且含有更多的有機(jī)氮(如氨基等)結(jié)構(gòu)[30-31],進(jìn)而能向土壤提供更多的穩(wěn)定態(tài)有機(jī)氮成分[31]。O/C比能夠表征HSs含氧官能團(tuán)的相對(duì)含量,比值越大說(shuō)明含氧官能團(tuán)含量越高[31]。由表3可知,FA的O元素含量和O/C比都高于HA,說(shuō)明FA中含有更多的含氧官能團(tuán)[32]。WS堆肥中FA的C/H比最低(4.1),O/C比最高(2.9),說(shuō)明WS堆肥中FA的芳香化程度較低,氧化性基團(tuán)較多,這與其FTIR中1 410 cm-1處具有顯著的吸收峰結(jié)果一致,表明其富集有較多的羧酸基團(tuán)。

表3 雞糞堆肥中HA和FA的元素組成

2.5 HA和FA的分子量分布

分子量是評(píng)估堆肥腐殖質(zhì)腐熟程度的重要指標(biāo)。采用HPSEC觀測(cè)不同類(lèi)型堆肥中HA和FA的分子量大小及分布,分析結(jié)果如圖7所示。

Mw—相對(duì)分子質(zhì)量;HR—中藥渣;WS—小麥秸稈;RH—稻殼。

由圖7可以看出,不同類(lèi)型HA的分子量分布基本相似,主要分布在1×102～3×105Da之間,在0.5和11.7 kDa左右具有顯著吸收峰,并且在99.5 kDa左右具有弱吸收峰。不同F(xiàn)A也具有類(lèi)似的分子量分布范圍,主要在1×102～4×104Da之間。其次,不同類(lèi)型FA均呈現(xiàn)出3個(gè)明顯的特征吸收峰,包括0.5、1.8、4.1(或5.6) kDa左右,說(shuō)明不同類(lèi)型FA都包含相似的3類(lèi)分子簇。不同堆肥中FA的特征吸收峰位置和吸收強(qiáng)度存在一定的差異,特別是高分子量(4.1或5.6 kDa左右)特征組分。HR中FA高分子量特征組分的相對(duì)吸收強(qiáng)度最高,其次為WS,RH最低。同時(shí),HR中FA的高分子量特征吸收組分(5.6 kDa左右)比WS和RH中FA(4.1 kDa左右)具有更高的分子量。相對(duì)而言,HA具有比FA更寬的高分子量分布特征(>4×104Da)以及更高的特征吸收峰分子量(11.7 kDa),表明HA具有更多的高分子量有機(jī)組分。ZHAO等[33]發(fā)現(xiàn),不同類(lèi)型畜禽糞便和作物秸稈等堆肥中HA均由高分子物質(zhì)(>2×104Da)組成。

由表4可知,不同類(lèi)型HA的平均Mw分布在14 389～17 328 Da之間,平均Mn分布在1 292～1 563 Da之間,均表現(xiàn)為HR>RH≈WS。不同類(lèi)型FA的平均Mw分布在4 331～5 148 Da之間,平均Mn分布在770～1 068 Da之間。其中,HR堆肥中FA的Mw和Mn最高,表明添加藥渣有助于增加雞糞堆肥的分子量和穩(wěn)定性,而RH和WS堆肥含有較多的低分子量HSs,從而更易被土壤微生物利用而發(fā)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化[33]。HA的Mw和Mn分別為FA的2.7～3.1和1.5～1.6倍,表明HA的分子量普遍顯著高于FA。這與SUVA254表征結(jié)果一致,表明HSs中共軛結(jié)構(gòu)和芳香結(jié)構(gòu)與其分子量分布有著密切關(guān)系。

表4 雞糞堆肥中HA和FA的Mw和Mn

3 結(jié)論

(1)UV-vis和EEM-FRI分析結(jié)果顯示,堆肥的HA具有比FA更高的芳香度和腐殖化程度。中藥渣和稻殼添加堆肥HA和FA的芳香性高于小麥秸稈添加堆肥。不同堆肥中HA具有相似的熒光物質(zhì)組成,均以類(lèi)腐殖酸(43%～48%)和類(lèi)富里酸(41%～44%)為主,而FA均以類(lèi)富里酸(35%～44%)為主。不同輔料添加堆肥FA中類(lèi)腐殖質(zhì)含量存在差異,稻殼添加堆肥FA含有最多的類(lèi)富里酸,而小麥秸稈添加堆肥FA含有最多的類(lèi)腐殖酸。

(2)FTIR和元素分析表明,堆肥HA和FA均含有芳香族和脂肪族羧酸及酚類(lèi)等結(jié)構(gòu)。HA的不飽和度與芳香度比FA更高,而FA比HA含有更多的含氧官能團(tuán),包含較多的酰胺和羧酸等基團(tuán)。不同輔料添加堆肥中FA的化學(xué)結(jié)構(gòu)存在差異,中藥渣添加堆肥中FA的不飽和度和腐殖化程度最高,含有較多的芳香族羧酸結(jié)構(gòu),小麥秸稈添加堆肥中FA含有大量的酰胺和羧酸結(jié)構(gòu),而稻殼添加堆肥中FA具有較多的多糖結(jié)構(gòu)。

(3)HPSEC顯示,堆肥HA的分子量分布(102～2×105Da)比FA(102～2×104Da)更寬,表明HA具有更多的高分子量有機(jī)組分和更高的分子量。不同輔料添加對(duì)堆肥中HA和FA的分子量具有重要影響,HA和FA的Mn均表現(xiàn)為HR>RH>WS,表明中藥渣添加雞糞堆肥分子量最大,高分子物質(zhì)相對(duì)含量及腐熟度最高。