不同物料堆肥过程中腐殖质形成机理的多样性,Environmental Science & Technology

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不同物料堆肥过程中腐殖质形成机理的多样性
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2019-03-25 , DOI: 10.1021/acs.est.8b06401
Xintong Gao ₁ , Wenbing Tan ₂ , Yue Zhao ₁ , Junqiu Wu ₁ , Qinghong Sun ₁ , Haishi Qi ₁ , Xinyu Xie ₁ , Zimin Wei ₁

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腐殖质（HMs）在各种环境过程中起着非常重要的作用，对于调节各种生态系统中的全球碳和氮循环至关重要。堆肥是受控的分解过程，伴随着有机固体废料的稳定化。在堆肥过程中，有机物的活性成分可以转化为含有稳定和复杂大分子的HM。然而，HMs在与各种基质堆肥过程中的结构异质性和形成机理尚未阐明。在这里，通过激发-发射矩阵光谱法和傅里叶变换红外光谱法研究了堆肥过程中从牲畜粪便（LM）和稻草（SW）中提取的HMs的结构和组成。结果表明，LM-HM的稳定性和腐殖化程度均低于SW-HM。LM堆肥中HM的平行因子分析成分包含相同的荧光单元，纤维素降解的中间产物影响SW堆肥中HM的结构。结构方程模型表明，低分子量化合物是腐殖化的关键因素。根据影响HM的结构和关键因素，我们构建了两种通过不同堆肥过程形成HM的机理。来自不同腐殖化过程的LM-HM具有多个相同的荧光结构单元，而SW的高腐化度受到其多糖成分的影响，多糖成分的骨架中含有荧光成分，为研究HM堆肥提供了基础。LM堆肥中HM的平行因子分析成分包含相同的荧光单元，纤维素降解的中间产物影响SW堆肥中HM的结构。结构方程模型表明，低分子量化合物是腐殖化的关键因素。根据影响HM的结构和关键因素，我们构建了两种通过不同堆肥过程形成HM的机理。来自不同腐殖化过程的LM-HM具有多个相同的荧光结构单元，而SW的高腐化度受到其多糖成分的影响，多糖成分的骨架中含有荧光成分，为研究HM堆肥提供了基础。LM堆肥中HM的平行因子分析成分包含相同的荧光单元，纤维素降解的中间产物影响SW堆肥中HM的结构。结构方程模型表明，低分子量化合物是腐殖化的关键因素。根据影响HM的结构和关键因素，我们构建了两种通过不同堆肥过程形成HM的机理。来自不同腐殖化过程的LM-HM具有多个相同的荧光结构单元，而SW的高腐化度受到其多糖成分的影响，多糖成分的骨架中含有荧光成分，为研究HM堆肥提供了基础。纤维素降解的中间产物影响了SW堆肥中HM的结构。结构方程模型表明，低分子量化合物是腐殖化的关键因素。根据影响HM的结构和关键因素，我们构建了两种通过不同堆肥过程形成HM的机理。来自不同腐殖化过程的LM-HM具有多个相同的荧光结构单元，而SW的高腐化度受其多糖成分的影响，多糖成分的骨架中含有荧光成分，为研究HM堆肥提供了基础。纤维素降解的中间产物影响了SW堆肥中HM的结构。结构方程模型表明，低分子量化合物是腐殖化的关键因素。根据影响HM的结构和关键因素，我们构建了两种通过不同堆肥过程形成HM的机理。来自不同腐殖化过程的LM-HM具有多个相同的荧光结构单元，而SW的高腐化度受到其多糖成分的影响，多糖成分的骨架中含有荧光成分，为研究HM堆肥提供了基础。根据影响HM的结构和关键因素，我们构建了两种通过不同堆肥过程形成HM的机理。来自不同腐殖化过程的LM-HM具有多个相同的荧光结构单元，而SW的高腐化度受到其多糖成分的影响，多糖成分的骨架中含有荧光成分，为研究HM堆肥提供了基础。根据影响HM的结构和关键因素，我们构建了两种通过不同堆肥过程形成HM的机理。来自不同腐殖化过程的LM-HM具有多个相同的荧光结构单元，而SW的高腐化度受到其多糖成分的影响，多糖成分的骨架中含有荧光成分，为研究HM堆肥提供了基础。

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Diversity in the Mechanisms of Humin Formation during Composting with Different Materials

Humins (HMs) play a very important role in various environmental processes and are crucial for regulating global carbon and nitrogen cycles in various ecosystems. Composting is a controlled decomposition process accompanied by the stabilization of organic solid waste materials. During composting, active fractions of organic substances can be transformed into HMs containing stable and complex macromolecules. However, the structural heterogeneity and formation mechanisms of HMs during composting with various substrates have not been clarified. Here, the structure and composition of HMs extracted from livestock manure (LM) and straw (SW) during composting were investigated by excitation–emission matrices spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy. The results showed that the stability and humification of LM-HM were lower than that of SW-HM. The parallel factor analysis components of the HM in LM composting contained the same fluorescent unit, and the intermediate of cellulose degradation affected the structure of the HM from SW composting. Structural equation modeling demonstrated that low-molecular-weight compounds were key factors in humification. On the basis of the structure and key factors impacting HM, we constructed two mechanisms for the formation of HM from different composting processes. The LM-HMs from different humification processes have multiple identical fluorescent structural units, and the high humification of SW is affected by its polysaccharide constituents, which contains a fluorescent component in their skeleton, providing a basis for studying HM in composting.

更新日期：2019-03-25

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