核磁共振NMR技术在环境磷素转化与迁移中的应用研究进展

黄彬彬; 邹显花; 吴鹏飞; 马祥庆

doi:10.19303/j.issn.1008-0384.2017.07.019

核磁共振NMR技术在环境磷素转化与迁移中的应用研究进展

doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2017.07.019

黄彬彬^{1, 2,},
邹显花^{1, 2},
吴鹏飞^{1, 2},
马祥庆^{1, 2, ,}

1.
福建农林大学林学院, 福建福州 350002
2.
国家林业局杉木工程技术研究中心, 福建福州 350002

基金项目:

国家科技支撑计划项目 2015BAD09B010102

国家自然科学基金项目 U1405211

国家自然科学基金项目 31370531

详细信息

作者简介:
黄彬彬(1991-), 男, 硕士研究生, 主要从事恢复生态方面的研究(E-mail:jdsall@126.com)

通讯作者:
马祥庆(1966-), 男, 教授, 博士生导师, 从事森林培育研究(E-mail:lxymxq@126.com)

中图分类号: S714.5
计量
- 文章访问数: 1583
- HTML全文浏览量: 140
- PDF下载量: 178
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2017-03-22
- 修回日期: 2017-06-06
- 刊出日期: 2017-07-28

Application of Nuclear Magnetic Resonance in Studying Phosphorus Migration and Transformation in Environment

HUANG Bin-bin^{1, 2
,},
ZOU Xian-hua^{1, 2},
WU Peng-fei^{1, 2},
MA Xiang-qing^{1, 2
, ,}

1.
College of Forestry, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China
2.
State Forestry Administration Engineering Research Center for Chinese Fir, Fuzhou, Fujian 350002, China

摘要

摘要: 核磁共振（NMR）作为一种新兴的技术，能在不破坏土壤和植物的情况下解析磷形态结构及其分布规律，突破了传统环境磷素研究的瓶颈，拓展了环境磷素迁移研究的新途径，而被广泛应用于环境研究。本文根据国内外的研究资料，从NMR技术在环境水体、土壤、植物的应用等方面，综述了NMR技术在环境科学研究中的应用进展，分析NMR技术在磷素形态及其迁移转化等研究中的优势，指出NMR技术在环境领域研究中的存在问题，并提出今后研究的发展方向。
- 核磁共振技术 /
- 磷素转化 /
- 水体 /
- 土壤 /
- 植物
Abstract: This article reviews the potential of using nuclear magnetic resonance technology for non-invasive detection of the morphological structure and distribution of phosphorus in soil and plants. It could resolve the bottleneck in the related research and generate new fields of study on phosphorus clean-up in polluted environment. From the published literature, the advantages of using 31P-NMR for phosphorus migration and transformation are discussed in detail. NMR could be applied for studies on water, soil, plant, etc. as well. Furthermore, the existing problems and direction for future research on the applications are presented.
- 31P NMR /
- water /
- soil /
- plant /
- phosphorus research

HTML全文

图 1 液相核磁共振磷谱不同含磷化学物图谱

Figure 1. Liquid 31P-NMR spectra of phosphorus-containing chemical profiles

下载: 全尺寸图片幻灯片

参考文献(44)

[1]	邱燕, 张鼎华.南方酸性土壤磷素化学研究进展[J].福建稻麦科技, 2003, 21(3):14-17. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-FJDM200303004.htm
[2]	王永壮, 陈欣, 史奕.农田土壤中磷素有效性及影响因素[J].应用生态学报, 2013, 24(1):260-268. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201301040.htm
[3]	陈娜, 王秀荣, 严小龙, 等.酸性土壤上缺磷和铝毒对大豆生长的交互作用[J].应用生态学报, 2010, 21(5):1301-1307. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201005034.htm
[4]	沈乒松, 张鼎华, SHENPING-SONG, 等.酸性土壤无机磷研究进展[J].福建林业科技, 2005, 32(1):75-78. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-FJLK200501023.htm
[5]	QU X, XIE L, LIN Y, et al. Quantitative and qualitative characteristics of dissolved organic matter from eight dominant aquatic macrophytes in Lake Dianchi, China[J]. Environ-mental Science and Pollution Research, 2013, 20(10):7413-7423. doi: 10.1007/s11356-013-1761-3
[6]	高海鹰, 刘韬, 丁士明, 等.滇池沉积物有机磷形态分级特征[J].生态环境, 2008, 17(6):2137-2140. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRYJ200806006.htm
[7]	钱轶超, 陈英旭, 楼莉萍, 等.核磁共振技术在沉积物磷素组分及迁移转化规律研究中的应用[J].应用生态学报, 2010, 21(7):1892-1898. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201007037.htm
[8]	BANK S. Some principles of NMR spectroscopy and their novel application[J]. Concepts in Magnetic Resonance, 1997, 9(2):83-93. doi: 10.1002/(ISSN)1099-0534
[9]	张汉辉.波谱学原理及应用[M].北京:化学工业出版社, 2011.
[10]	曹红婷. 核磁共振代谢组学中体液样品的制备方法及制谱参数研究[D]. 厦门: 厦门大学, 2009. http://dspace.xmu.edu.cn/handle/2288/54824?locale-attribute=zh
[11]	罗敬. 利用核磁共振法分析几种含磷物质中磷的形态与含量[D]. 长沙: 湖南师范大学, 2015. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10542-1015388018.htm
[12]	CADEMENUN B, LIU C W. Solution Phosphorus-31 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy of Soils from 2005 to 2013:A Review of Sample Preparation and Experimental Parameters[J]. Soil Science Society of America Journal, 2014, 78(1):19. doi: 10.2136/sssaj2013.05.0187dgs
[13]	CADEMENUN B J. Characterizing phosphorus in environ-mental and agricultural samples by ³¹P nuclear magnetic resonance spectroscopy.[J]. Talanta, 2005, 66(2):359. doi: 10.1016/j.talanta.2004.12.024
[14]	WETZEL R G. Limnology:Lake and River Ecosystem[J]. Eos Transactions American Geophysical Union, 2001, 21(2):1-9.
[15]	陈琼.氮、磷对水华发生的影响[J].生物学通报, 2006, 41(5):12-14. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SWXT200605006.htm
[16]	WORSFOLD P J, MONBET P, TAPPIN A D, et al. Characterisation and quantification of organic phosphorus and organic nitrogen components in aquatic systems:A Review[J]. Analytica Chimica Acta, 2008, 624(1):37-58. doi: 10.1016/j.aca.2008.06.016
[17]	SOMMERS L E, HARRIS R F, WILLIAMS J D H, et al. Fractionation of organic phosphorus in lake sediments1[J]. Soil Science Society of America Journal, 1972, 36(1):51-54. doi: 10.2136/sssaj1972.03615995003600010011x
[18]	范成新.长江中下游湖泊环境地球化学与富营养化[M].北京:科学出版社, 2007.
[19]	CARPENTER S R, CARACO N F, CORRELL D L, et al. Non-Point Pollution of Surface Waters With Phosphorus and Nitrogen[J]. Ecological Applications, 1998, 8(3):559-568. doi: 10.1890/1051-0761(1998)008[0559:NPOSWW]2.0.CO;2
[20]	DAVELAAR D. Ecological significance of bacterial poly-phosphate metabolism in sediments[J]. Hydrobiologia, 1993, 253(1-3):179-192. doi: 10.1007/BF00050737
[21]	WENTZEL M C, LOTTER L H, EKAMA G A, et al. Evaluation of biochemical models for biological excess phosphorus removal[J]. Waterence and Technology, 1991, 23(4-6):567-576.
[22]	张文强, 单保庆.基于液相³¹P核磁共振(NMR)技术的巢湖沉积物中有机磷形态研究[J].环境科学学报, 2013, 33(7):1967-1973. http://www.oalib.com/paper/4341263
[23]	AHLGREN J, TRANVIK L, GOGOLL A, et al. Sediment depth attenuation of biogenic phosphorus compounds measured by ³¹P NMR[J]. Environmental Science and Technology, 2005, 39(3):867-872. doi: 10.1021/es049590h
[24]	BAI X, DING S, FAN C, et al. Organic phosphorus species in surface sediments of a large, shallow, eutrophic lake, Lake Taihu, China[J]. Environmental Pollution, 2009, 157(8-9):2507-2513. doi: 10.1016/j.envpol.2009.03.018
[25]	冯伟莹, 朱元荣, 吴丰昌, 等.³¹P-NMR分析湖泊植物和藻类有机磷方法优化及形态研究[J].中国环境科学, 2016, 36(2):562-568. http://manu36.magtech.com.cn/Jweb_zghjkx/CN/abstract/abstract14482.shtml
[26]	BAI X L, ZHOU Y K, SUN J H, et al. Classes of dissolved and particulate phosphorus compounds and their spatial distributions in the water of a eutrophic lake:a ³¹P NMR study[J]. Biogeochemistry, 2015, 126(1):227-240. doi: 10.1007/s10533-015-0155-7
[27]	张志超, 黄霞, 杨海军, 等.生物除磷污泥胞外多聚物含磷形态的核磁共振分析[J].光谱学与光谱分析, 2009, 29(2):536-539. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GUAN200902064.htm
[28]	LEMOS P C, SERAFIM L S, SANTOS M M, et al. Metabolic pathway for propionate utilization by phosphorus-accumulating organisms in activated sludge:¹³C labeling and in vivo nuclear magnetic resonance[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2003, 69(1):241-251. doi: 10.1128/AEM.69.1.241-251.2003
[29]	杜成堂, 庄东青, 施波.核磁共振磷谱在羟基亚乙基二磷酸合成中的应用[J].波谱学杂志, 2015, 32(1):116-122. doi: 10.11938/cjmr20150113
[30]	MAKAROV M I, HAUMAIER L, ZECH W. Nature of soil organic phosphorus:an assessment of peak assignments in the diester region of ³¹P NMR spectra[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2002, 34(10):1467-1477. doi: 10.1016/S0038-0717(02)00091-3
[31]	AMELUNG W, RODIONOV A, URUSEVSKAJA I S, et al. Forms of organic phosphorus in zonal steppe soils of Russia assessed by ³¹P NMR[J]. Geoderma, 2001, 103(3-4):335-350. doi: 10.1016/S0016-7061(01)00047-7
[32]	李洁, 张文强, 金鑫, 等.环渤海滨海湿地土壤磷形态特征研究[J].环境科学学报, 2015, 35(4):1143-1151. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJXX201504027.htm
[33]	张广娜, 陈振华, 陈利军, 等.东北地区三种典型土壤磷组分的³¹P核磁共振研究及其与土壤磷酸酶活性的关系[J].土壤通报, 2013, 44(03):617-623. http://www.cqvip.com/QK/91157X/201303/45933592.html
[34]	马瑞, 方海兰, 梁晶, 等.利用³¹P核磁共振技术研究不同磷肥施用方式对土壤磷形态的影响[J].上海农业学报, 2013, 29(3):14-19. http://www.cqvip.com/QK/91627X/201303/46061604.html
[35]	彭喜玲, 方海兰, 占新华, 等.利用³¹P核磁共振技术研究污泥中磷在土壤中的形态转换[J].农业环境科学学报, 2009, 28(10):2104-2110. doi: 10.3321/j.issn:1672-2043.2009.10.018
[36]	邢璐, 王火焰, 陈玉东, 等.施加粪肥对潮土有机磷形态转化的影响[J].土壤, 2013, 45(5):845-849. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TURA201305012.htm
[37]	文甲龙. 生物质木质素结构解析及其预处理解离机制研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2014. http://www.qianluntianxia.com/lunwen/367/1732717.html
[38]	王少光, 武书彬, 郭秀强, 等.玉米秸秆木素的化学结构及热解特性[J].华南理工大学学报:自然科学版, 2006, 34(3):39-42. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HNLG200603008.htm
[39]	董立斌. 木素基碳纤维制备工艺及木素结构对其影响的研究[D]. 济南: 齐鲁工业大学, 2013. https://wenku.baidu.com/view/cf13f1f8bb0d4a7302768e9951e79b896902685a.html
[40]	袁同琦. 三倍体毛白杨组分定量表征及均相改性研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2012. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10022-1012348959.htm
[41]	刘玉, 詹怀宇, 陈嘉川, 等.三倍体毛白杨原料木素结构分析[J].中华纸业, 2006, 27(11):88-91. doi: 10.3969/j.issn.1007-9211.2006.11.027
[42]	肖朝萍, 王红, 卓玉华.核磁共振磷谱与分光光度法联合测定卵磷脂样品中卵磷脂含量[J].广西化工, 2000, (S1):196-205. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXHG2000S1090.htm
[43]	崔常乐, 滕英来, 汪勇, 等.核磁共振磷谱内标法测定磷脂酰胆碱的含量[J].中国粮油学报, 2016, 31(5):158-162. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZLYX201605032.htm
[44]	YAO L, JUNG S.³¹P NMR phospholipid profiling of soybean emulsion recovered from aqueous extraction[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2010, 58(8):4866-4872. doi: 10.1021/jf9041358