水溶性有机物荧光特性是评价有机废弃物堆肥腐殖化程度的重要手段之一。 针对现有方法大都局限于腐殖化程度的定性表征等问题, 基于投影寻踪方法, 该研究开展了堆肥腐熟程度分级评价的定量表征。 通过对不同来源有机废弃物堆肥过程中样品水溶性有机物(DOM)荧光特性参数获取, 采用统计分析表明, 荧光参数I436/I383, FLR, PHA/Pro, A4/A1, r(A,C)两两之间显著相关(p<0.01), 可作为综合评价指标。 在此基础上, 确定完全腐熟(Ⅰ级)、 较腐熟(Ⅱ级)、 基本腐熟(Ⅲ级)、 未腐熟堆肥(Ⅳ级)4个腐熟等级荧光参数取值区间。 模型运算得到各等投影值分别为2.01～2.22(Ⅰ级)、 1.21～2.0(Ⅱ级)、 0.57～1.2(Ⅲ级)、 0.10～0.56(Ⅳ级)。 模型验证证实, 各样品的实际腐熟度等级与模型所得到腐熟与未腐熟样品的评价结果准确率为100%, 因此, 该评价方法对有机废弃物的实际堆肥具有重要的指导意义。

在中国,厌氧发酵的渣滓——沼渣的主要处理方式是作为有机肥直接施用于土壤,此方式对土壤存在不利影响,本研究采用畜禽粪便与沼渣混和堆肥的方式处理沼渣,可避免传统沼渣处理方式的缺陷,改善土壤质量.初始原料组成对堆肥过程有显著影响.为揭示初始物料组成对堆肥理化、生物和光谱学性质的影响,进行了15组不同物料配比的沼渣、猪粪和鸡粪混合堆肥试验.对堆肥理化和生物指标进行了测定,并采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、同步和三维荧光光谱(3D-EEM)结合区域体积积分(FRI)和平行因子分析(PARAFAC)识别特征光谱参数,表征堆肥光谱学特性,采用典型对应分析(CCA)分别建立堆肥理化生物学性质和光谱学性质与初始物料组成的关系.结果显示:堆肥理化、生物学性质和光谱学性质都与初始物料组成有较高相关性,前4个排序轴分别合并解释了83.9%和97.5%的样本总变异.影响堆肥理化、生物学性质和光谱学性质的环境因子排序分别为:猪粪量＞鸡粪量＞沼渣量和沼渣量＞猪粪量＞鸡粪量.富碳原料有利于堆肥腐熟,高比例富氮原料不会导致堆肥氨氮累积.在沼渣混合物料堆肥中,低比例的沼渣有利于腐殖质形成.对沼渣与畜禽粪便混合堆肥发酵效果的评价应综合考虑理化、生物学指标和光谱学参数.

水溶性有机物(DOM)紫外-可见吸收光谱特性是评价堆肥腐熟度重要方法之一,但由于紫外-可见吸收光谱指标众多,单指标评价具有较大局限性.因此,本研究开展了影响堆肥腐熟度的关键紫外-可见光谱特性指标识别,并采用化学剂量学方法评价了不同来源堆肥腐熟程度.与传统单一物料评价相比,优选的评价指标及评价方法更具普适性.不同物料堆肥过程中DOM紫外-可见光谱特性分析结果表明,SUVA254和SUVA280值呈明显的增加趋势,E250/E365和E4/E6值呈相反的趋势,而A226～400,S275～295,S350～400值则在堆肥末期变化显著.相关分析表明不同紫外-可见光谱参数(E2/E4和E235/E203除外)彼此之间相关性显著;主成分分析显示,DOM紫外-可见光谱指标A226～400,SUVA254,S350～400,SUVA280,S275～295可作为堆肥腐熟程度关键影响评价指标.在此基础上,采用筛选的特性指标对堆肥末期进行聚类分析,可将九种不同来源堆肥分为两大类,第一类为猪粪、鸡粪、污泥、秸秆、园林垃圾、果蔬及生活垃圾等腐熟程度较低的堆肥;第二类为杂草和厨余腐熟程度较高的堆肥。

采集黑龙江省兴凯湖4个点位沉积物样品（样品号HXXD, HXXX, HXDX, HXDB）, 开展了沉积物富里酸(fulvic acid, FA)荧光特性研究。 二维荧光光谱、 三维荧光光谱均显示HXXD点位FA的主要荧光峰均出现在较长波长处。 FA荧光光谱特征参数分析表明, 各点位富里酸腐殖化程度为: HXXD>HXDX>HXDB>HXXX。 其中HXXD点位FA以陆源输入为主, 而其他点位FA则陆源与水生生物源并存。 利用荧光区域积分（FRI）技术, 对FA的三维荧光光谱5个区域（Ⅰ-Ⅴ）的荧光响应值比例（percent fluorescence response, Pi, n）比较证实, 所有点位类胡敏酸区域（Ⅴ区）的PⅤ, n、 类富里酸（Ⅲ区）的PⅢ, n均占有较大的比例, 同时采用三维荧光区域积分法判断各点位FA腐殖化程度与二维荧光特性结论一致。 三维荧光光谱中r(A, C)值与区域积分（FRI）中PⅤ, n/PⅢ, n及(PⅤ, n+PⅢ, n)/(PⅠ, n+PⅡ, n+PⅢ, n)均具有显著的相关性, 因此, r(A, C)值是兴凯湖沉积物FA腐殖程度表征的一个方便、 快捷的参数。

通过黑龙江省区域镜泊湖水体6个点位样品采集(样品号J1-J6), 利用荧光检测技术, 结合三维荧光光谱区域积分(FIR), 研究了水溶性有机物(DOM)的荧光特性。 传统荧光光谱显示J4和J5 DOM分子缩合度较高; 三维荧光光谱显示J6点位DOM中类蛋白特征峰最为显著; 对所有点位DOM的三维荧光光谱5个区域积分(AⅠ, AⅡ, AⅣ: 类蛋白区域; AⅢ: 类富里酸区域: AⅤ: 类胡敏酸区域)显示: 所有点位DOM区域积分中AⅤ区域占有比例最大, 并且以J4和J5点位最高, J6点位最低。 通过对腐殖酸区域(AⅢ和AⅤ积分比例之和)与类蛋白区域(AⅠ, AⅡ, AⅣ积分比例之和)积分比值表明, J4(4.94)和J5(5.18)点位比值相近; J1(3.52)和J2(3.66)点位比值接近; 最小值为J6点位(2.11)。 综合以上分析证实, 镜泊湖水体各点位DOM腐殖化程度为: J4, J5>J1, J2>J3>J6点位。

选取哈尔滨长期定位施肥对照处理(CK)、 施用氮磷钾化肥(NPK)、 有机肥马粪(OM)及有机肥与无机肥混施(MNPK)四个不同处理的土壤样品, 利用荧光检测技术对土壤富里酸(Fulvic acid, FA)组分进行分析。 荧光发射、 激发与同步扫描主要特征峰及三维荧光图谱Peak a, b, c均显示: 与CK比较, NPK处理均出现明显蓝移, 而OM与MNPK出现不同程度红移, 表明NPK可使土壤FA结构趋于简单化, OM与MNPK处理则使FA结构趋于复杂。 通过对不同处理土壤FA荧光指数f450/500与A1 370～412 nm/A370～600 nm, A4 538～600 nm/A370～600 nm, A4/A1荧光面积积分比值等参数比较分析, 进一步说明NPK处理土壤FA芳构化程度较低, 而OM与MNPK长期施肥均使FA缩合度与芳构化程度升高。

为了筛选生活垃圾堆肥过程中最佳的复合菌剂接种方式, 试验对堆肥起始接种、 高温期接种、 高温后接种、 后腐熟接种和不接种菌剂五种不同接种方式下的生活垃圾堆肥过程中水溶性有机物(DOM)进行光谱分析, 考察了生活垃圾堆肥中DOM组成随堆肥时间的变化规律。 DOM荧光光谱解析表明: 随着堆肥时间的增加, 五个不同处理堆体中的DOM光谱学特性呈现出一定规律的变化趋势, 结构复杂的大分子物质和腐殖质类物质不断增多, DOM性质逐渐趋于稳定化。 从DOM的荧光图谱及相关参数综合比较而言, 堆肥起始和越过高温期的高温后接种微生物复合菌剂, 能够明显地加速堆肥的腐殖化进程。

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, 226～400 nm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203 nm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。

荧光是由具有芳香结构或共轭生色团以及未饱和脂肪链的物质产生的, 可以评价土壤腐殖化程度。 该技术广泛用于检测土壤腐殖质水溶液荧光, 很少用于直接检测土壤固体表面荧光。 本文选取乌梁素海周围盐角草、 碱蓬、 盐爪爪和苦豆子群落的土壤作为研究对象, 分别采集0～20, 20～40和40～60 cm的12个混合土样, 分析土壤固体表面荧光光谱特征, 提出一个基于固体表面荧光光谱的土壤腐殖化指数(HIXSSF), 并与I400/I360, I465/I399和A4/A1等常规腐殖化指数有显著的线性正相关。 盐角草和碱蓬群落的HIXSSF比盐爪爪和苦豆子群落的小, 并且随土层深度变化小。 腐殖化指数与土壤盐度有显著的线性负相关, 土壤腐殖化程度随盐度的减小而增强。 HIXSSF不仅表征土壤腐殖化程度, 而且表征土壤盐碱化进程.

采用荧光分析技术和数学分析方法， 对不同阶段鸡粪堆肥样品提取出的水溶性有机物进行了特征荧光参数定量化表征。 结果显示： 随着堆肥的进行， 类腐殖质荧光峰与类蛋白荧光峰荧光强度的比值I330/I280、 465 nm激发波长下发射光谱中470～640 nm范围内荧光积分面积A470～640及240 nm激发波长下发射光谱中后四分之一波段与前四分之一波段的荧光强度积分面积比A435～480 nm/A300～345 nm均不断增大， 表明堆肥腐殖化程度加大。 三维荧光光谱显示， 随着堆肥的进行类蛋白峰强度不断降低， 而类富里酸峰强度不断增大， 至堆肥结束类蛋白荧光基本消失； 紫外区与可见区类富里酸峰荧光强度的比值r(A, C)随着堆肥的进行总体呈明显下降趋势， 但出现了较大波动。 相关性分析显示， I330/I280， A470～640及A435～480 nm/A300～345 nm两两间显著相关， 而r(A, C)受其他因素影响较大， 与上述３个参数未达到显著相关水平。 结果表明， I330/I280， A470～640及A435～480 nm/A300～345 nm均能有效表征堆肥腐殖化进程。