[發(fā)明專利]一種土壤有機(jī)質(zhì)標(biāo)志物的識(shí)別方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010581862.3
• 申請(qǐng)日: 2020-06-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111650271B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔傲;瞿曉磊;高涵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京財(cái)經(jīng)大學(xué);南京大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/62
• 分類號(hào): G01N27/62
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 徐芝強(qiáng);胡建華

本發(fā)明公開(kāi)了一種土壤有機(jī)質(zhì)標(biāo)志物的識(shí)別方法及應(yīng)用，將不同類型土壤的樣本通過(guò)質(zhì)譜儀分析，獲取一組質(zhì)譜數(shù)據(jù)樣本，對(duì)每個(gè)質(zhì)譜樣本進(jìn)行前處理，識(shí)別該土壤質(zhì)譜樣本上的峰，對(duì)不同樣本上出現(xiàn)在近似的保留時(shí)間上的峰進(jìn)行對(duì)齊，得到一個(gè)互不重復(fù)的峰的集合；計(jì)算每個(gè)峰或每?jī)蓚€(gè)峰構(gòu)成的峰對(duì)在不同類別土壤樣本中的出現(xiàn)頻率，篩選出每類土壤樣本中出現(xiàn)頻率較高的峰或峰對(duì)；基于所篩選出來(lái)的峰或峰對(duì)的保留時(shí)間對(duì)不同類型土壤的樣本進(jìn)行二進(jìn)制編碼，并通過(guò)模擬退火算法計(jì)算得出不同類型土壤的標(biāo)志性峰和峰對(duì)，根據(jù)這些峰的保留時(shí)間確定每個(gè)峰對(duì)應(yīng)的有機(jī)物分子構(gòu)成，得到不同類型土壤的有機(jī)質(zhì)標(biāo)志物或有機(jī)質(zhì)標(biāo)志物對(duì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土壤檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種土壤有機(jī)質(zhì)標(biāo)志物的識(shí)別方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

土壤是地球上最大的碳存儲(chǔ)庫(kù)，土壤有機(jī)質(zhì)(Soil Organic Matter，SOM)是全球碳循環(huán)的重要組成部分，其形成、轉(zhuǎn)化和降解過(guò)程控制著土壤碳庫(kù)的變化和溫室氣體的排放通量。SOM結(jié)構(gòu)復(fù)雜，來(lái)源豐富，植物、動(dòng)物、微生物殘?bào)w都是其重要輸入源。SOM也參與著水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)物理、化學(xué)和生物過(guò)程。SOM的結(jié)構(gòu)特征決定其在土壤中的周轉(zhuǎn)周期，與土壤CO₂的排放密切相關(guān)。因此，探究SOM的分子結(jié)構(gòu)特征是認(rèn)識(shí)其生物地球化學(xué)過(guò)程的關(guān)鍵步驟，是解析土壤碳庫(kù)對(duì)全球氣候變化反饋機(jī)制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。SOM結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常用的紫外可見(jiàn)光譜(UV-VIS)、熒光光譜(EM)、核磁(NMR)等分析方法僅能提供SOM的宏觀信息，或推測(cè)SOM的部分化學(xué)信息，無(wú)法實(shí)現(xiàn)分子水平結(jié)構(gòu)解析。

質(zhì)譜儀(MS)是一類廣泛應(yīng)用的化學(xué)分析儀器，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)原理的不同，質(zhì)譜可以分為氣相-質(zhì)譜(GC-MS)、液相-質(zhì)譜(LC-MS)、飛行時(shí)間質(zhì)譜(TOF)等。質(zhì)譜方法特異性強(qiáng)、靈敏度高，可以在一次分析中提供豐富的分子結(jié)構(gòu)信息。將分離技術(shù)與質(zhì)譜法相結(jié)合可以定性定量檢測(cè)混合物中的大量分子化合物。將SOM看做大量小分子化合物的混合物，利用質(zhì)譜方法可以高通量地獲得大量SOM中的分子結(jié)構(gòu)信息。通過(guò)識(shí)別SOM分子種類，鑒定不同分子化合物的豐度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)SOM分子結(jié)構(gòu)的定量解析。然而，由于SOM結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性和復(fù)雜性，其質(zhì)譜峰異常復(fù)雜，基線漂移較大，噪音明顯，出峰數(shù)量極大，通常在數(shù)百至數(shù)千個(gè)。隨著質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，SOM質(zhì)譜分析的出峰數(shù)量仍將逐漸增長(zhǎng)。對(duì)每個(gè)峰進(jìn)行分子識(shí)別和定量分析通量太低，在實(shí)際應(yīng)用中并不現(xiàn)實(shí)。因此，需要從所有檢測(cè)到的分子里篩選出能反映SOM來(lái)源、結(jié)構(gòu)和所處化學(xué)階段的分子標(biāo)志物。這些分子標(biāo)志物可以幫助我們更深入的洞悉SOM特性，為SOM的來(lái)源、轉(zhuǎn)化等過(guò)程研究提供數(shù)據(jù)支撐。目前，仍缺乏適用于SOM質(zhì)譜圖的前處理技術(shù)以及基于SOM高通量質(zhì)譜數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分子標(biāo)志物挖掘方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于高通量質(zhì)譜數(shù)據(jù)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)分子標(biāo)志物進(jìn)行識(shí)別，得到對(duì)應(yīng)不同類型土壤的有機(jī)質(zhì)標(biāo)志物，從而用于不同類型的土壤鑒別。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種土壤有機(jī)質(zhì)標(biāo)志物的識(shí)別方法，包括如下步驟：

(1)將不同類型土壤的樣本用質(zhì)譜儀分析，獲取一組質(zhì)譜數(shù)據(jù)樣本，對(duì)每個(gè)質(zhì)譜樣本進(jìn)行前處理之后，識(shí)別該土壤質(zhì)譜樣本上的峰，對(duì)不同樣本上出現(xiàn)在近似的保留時(shí)間上的峰進(jìn)行對(duì)齊，從而得到一個(gè)互不重復(fù)的峰的集合；

(2)計(jì)算每個(gè)峰在不同類別土壤樣本中的出現(xiàn)頻率，以及每?jī)蓚€(gè)峰構(gòu)成的峰對(duì)在不同類別土壤樣本中同時(shí)出現(xiàn)的頻率，篩選出每類土壤樣本中出現(xiàn)頻率最高的若干峰或峰對(duì)；

(3)基于步驟(2)所篩選出來(lái)的峰或峰對(duì)的保留時(shí)間對(duì)不同類型土壤的樣本進(jìn)行二進(jìn)制編碼，并通過(guò)模擬退火算法計(jì)算得出不同類型土壤的標(biāo)志性峰和峰對(duì)，根據(jù)這些峰的保留時(shí)間確定每個(gè)峰對(duì)應(yīng)的有機(jī)物分子構(gòu)成，即得到不同類型土壤的有機(jī)質(zhì)標(biāo)志物或有機(jī)質(zhì)標(biāo)志物對(duì)。

其中，步驟(1)中，所述不同類型土壤的樣本至少包括耕地土壤樣本、林地土壤樣本和建筑用地土壤樣本。