荧光光谱特性表征堆肥腐熟程度应用研究

由于堆肥腐熟度判断的具有复杂性，通常堆肥的腐熟度的判断，需要进行化学、物理、生物学等多个指标的检测，然后根据这些指标综合反应堆肥的腐熟度。本研究拟通过对不同来源、不同时期堆肥样品的采集，将样品按发芽指数差异划分腐熟度等级；通过对不同等级样品中有机物质组分（水溶有机物、腐殖酸组分等）荧光光谱特性分析，建立不同来源、不同堆肥时期堆肥样品的荧光图谱库；采用回归分析、相关分析等多种统计学分析方法，在阐明堆肥不同时期腐熟程度与有机物质组分荧光光谱特性参数互动机理的基础上，筛选评价堆肥腐熟程度的分级荧光特性指标；通过荧光分析指标的成分分析、TOPSIS、秩和比法、灰色关联分析等多种评价方法进行比对，结合堆肥模拟其它化学、生物学指标验证，优选荧光特性指标评价堆肥腐熟的最佳评价方法，进而为制定堆肥腐熟度方便快捷判断方法提供技术支持。

一、项目背景.由于传统堆肥腐熟度评价通常是利用物理、化学方、生物活性和植物毒性指标等多个指标的检测，然后根据这些指标综合反应堆肥的腐熟度。因此，工作量大，评价周期长。针对上述问题，项目开展堆肥过程有机物质转化的荧光特性研究，建立堆肥腐熟程度荧光特性指标评价方法。.二、主要研究内容：.（1）不同来源腐熟堆肥样品有机物质荧光特性辨识.（2）有机物质组分荧光特性指标体系的筛选与构建.（3）堆肥腐熟度荧光光谱特性评价方法优选及验证.三、重要结果.(1) 利用理化、生物学指标，评价了不同来源堆肥腐熟特性：阐明了堆肥过程中主要理化指标变化规律，多指标分析证实物料组成不同其腐熟程度亦不相同；通过统计分析，确定了腐熟度评价的理化、生物学指标，为不同物料堆肥腐熟程度的识别提供了依据。（2）基于水溶性有机物荧光特性，揭示了堆肥腐殖化进程：通过堆肥过程中水溶性有物荧光特性分析证实，各种废弃物堆肥水溶性有机物均呈现蛋白类物质明显下降、分子的缩合程度增强态势。三维荧光结合平行因子将堆肥不同腐熟阶段均分为4个组分，堆肥未腐熟、腐熟、较腐熟阶段三个时期组成相似，但各组分所占比例不同，类腐殖酸物质比例随着腐熟程度的提高呈明显增加的趋势；堆肥完全腐熟阶段（发芽指数GI>80%），发射波长300nm类蛋白组分消失，但在Ex/Em=(200，290)/400处产生1新类腐殖酸组分，该组分可作为堆肥完全腐熟的标志。（3）评价了不同来源腐熟堆肥腐殖化特征及生物可利用性：研究证实腐熟堆肥水溶性有机物在类富里酸物为主，通过荧光参数多指标评价，建立了不同来源腐熟堆肥腐殖化程度分级模式。结合水溶性有机物不同分子量组分分析证实，生物利用率较低的大分子物质（>5k Da）占主要比例（约60%以上）。研究成果为腐熟堆肥分质利用提供了支撑。（4）构建了堆肥腐熟度评价的荧光指标体系：通过相关分析、主成分分析等方法，确定了I436/I383、FLR、HLR、I450/I388、PHA/Pro、PHA/FA、r(A,C)、A4/A1、f450/500等参数为堆肥腐熟度评价传统荧光指标。基于平行因子分析，建立了水溶性有机物荧光组分指标评价体系。（5）建立了堆肥腐熟度荧光特性评价方法：分别选取上述荧光指标体系，建立腐熟程度分级指标，通过物元模型、灰色关联、回归分析模型、投影寻踪等多种评价方法比较，优选了投影寻踪为堆肥腐熟程度评价模型