基于红外光声效应的土壤粘土矿物--多糖复合体表面层特征研究
土壤粘土矿物-多糖复合体是土壤有机无机复合体形成的前体,在土壤结构稳定、提高土壤持水性及养分有效性上具有重要作用.红外光声光谱反映了物质中各组分及结构信息,与传统红外光谱技术相比,具有样品无需处理且可原位逐层扫描的功能,非常适合于研究不透明、高吸收且不均一性的土壤粘土矿物-多糖复合体结构特征.本文分别利用傅里叶变换中红外光声光谱法和光栅型近红外光声光谱法表征了土壤粘土矿物-多糖复合体的表面层特征.
优化和确定了光谱采集参数:中红外区:扫描次数32次,分辨率8cm-1,动镜速率0.32cms-1;近红外区:调制频率为10和20Hz,分辨率为8nm.分析了傅里叶变换中红外光声光谱仪由于无法实现调制频率连续可调带来的仪器误差问题,组装了光栅型近红外光谱仪,此仪器的最大优点是频率连续可调,能有效地解决逐层扫描中仪器误差问题.
分析了粘土矿物-黄原糖复合体的中红外光谱特征,结果表明,粘土矿物与黄原糖的相互作用主要发生在矿物的表面,形成不均一性的矿物表面层;蒙脱石-黄原糖复合体较高岭石-黄原糖复合体有更强的持水能力,二者在表面层厚度上表现出的差异不如光谱变化和化学测定值变化大,主要原因是傅里叶变换光声光谱仪的调制频率无法实现连续可调,动镜速率调制作用的分辨率过粗,导致较大误差.
比较了不同多糖分子量对复合体中红外光谱特征的影响,结果发现,粘土矿物-葡聚糖复合体的光谱特征因矿物类型及葡聚糖分子量不同而不同:在吸附量上,大分子量葡聚糖的吸附量大于小分子量葡聚糖;在持水力上,高岭石与大分子量葡聚糖形成的复合体的持水力小于小分子量的,而蒙脱石与之相反.
比较了NPK养分离子和黄原糖溶液在不同添加顺序下形成的复合体光谱特征,发现无论是蒙脱石还是高岭石,先加NPK混合液,后加黄原糖溶液形成的复合体具有较强的持水力.蒙脱石-NPK-黄原糖复合体(前者)较蒙脱石-黄原糖-NPK复合体(后者)有更厚的表面层,但表面层厚度与养分含量不是呈正比例关系;前者较后者有更少的含碳量(即更少的黄原糖吸收信息),但却较后者有更强的持水力.高岭石-黄原糖-NPK复合体(前者)与高岭石-NPK-黄原糖复合体(后者)相比,其表面层剖面结构存在明显差异,其中后者较前者有更多的黄原糖吸附信息和较强的持水力.
探讨了土壤蒙脱石-多糖复合体的光栅型近红外光声光谱特征:a.蒙脱石.黄原糖复合体表面层具有不均一性,且越靠近蒙脱石-黄原糖复合体的表面,持水力就越强.B.蒙脱石-葡聚糖复合体的基团吸收大都集中在长波区,即蒙脱石.葡聚糖复合体中主要是一些吸收较强的基团.蒙脱石-葡聚糖复合体的光声强度随着调制频率的升高而逐渐降低,且在同一复合体层结构光谱变化上,蒙脱石-葡聚糖(小分子量)复合体较蒙脱石-葡聚糖(大分子量)复合体有更厚的表面层.近红外与中红外结果相结合说明,葡聚糖吸收信息多少与表面层厚度并没有必然联系.C.蒙脱石-NPK-黄原糖复合体和蒙脱石-黄原糖-NPK复合体的表面层具有不均一性,且越靠近表面持水力就越大;蒙脱石-黄原糖-NPK复合体较蒙脱石-NPK-黄原糖复合体有较多的黄原糖吸收信息,然而持水力却小于后者.
- 作者：
- 周桂勤
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 植物营养学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2011年
- 导师姓名：
- 杜昌文
- 关键词：
- 红外光声光谱；土壤粘土矿物；多糖复合体；表面层特征
-