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随着染料工业的发展，染料废水的污染越来越严重，废水处理问题引起了社会各界的广泛关注[1]。刚果红是一种基于联苯胺的阴离子双偶氮染料，在生产和使用过程中易产生流失进入水体，且难以降解，对水生动植物微生物都具有毒害作用[2]。目前处理有机染料废水的有效方法主要分为物理法和化学法，具体有吸附法[3]、絮凝法、膜分离法[4-5]和光催化法[6]等。相较于其他方法，吸附法是一种更为经济有效的方法，具有成本低、可得性好、操作简单、去除效率高等优点，被广泛用于处理染料废水[7]。
木质素磺酸钠是造纸工业副产物，结构中包含的芳香族酚羟基、脂肪族羟基以及侧链的负电荷基团可有效吸附溶液中的染料离子和金属离子，同时含有磺酸基官能团，具有良好的水溶性、分散性和表面活性[8]。利用其独特结构开发天然生物质吸附剂具有环境友好、成本低廉等特点，在水处理方面得到了广泛的研究和应用[9]。单纯的木质素磺酸盐虽然表现出一定的吸附性能，但是自身吸附性能有限，对染料的亲和性不高，限制了它的广泛应用，因此，需要利用木质素磺酸盐表面丰富的官能团进行化学改性制备木质素基吸附材料，从而进一步增强其吸附性能。目前存在的改性方法主要包括酚化、磺化、曼尼希反应、羧甲基化、接枝共聚、复合改性等[10−11]。例如，谷飞[12]利用木质素磺酸钠与壳聚糖复合制备吸附材料，用于吸附阴离子染料罗丹明B和刚果红，表明随壳聚糖含量的增加，胺基数目增多，复合吸附剂对刚果红的吸附效果增加。薛蓓等[13]利用曼尼希反应将不同比例的木质素与磁性材料结合，制备了磁性木质素纳米材料，对刚果红的吸附量达234.1 mg·g−1，同时缓解了吸附材料难回收的问题。任建鹏等[14]使用聚苯胺和木质素磺酸盐复合，引入胺基、亚胺基等活性基团的同时改善了聚苯胺在溶液中易聚合的特点。目前，木质素磺酸钠用于刚果红吸附的研究大多集中在利用木质素与其他材料复合提高其吸附性能，对木质素磺酸钠直接化学改性用于刚果红吸附的研究较少。因此，本研究利用化学改性方法制备胺化木质素磺酸钠，并将其与共价有机框架聚合物复合制备吸附剂，进一步增强材料的吸附效果，为化学改性木质素磺酸钠以及共价有机框架聚合物在有机污染物吸附领域的应用提供参考。
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将10.0 g木质素磺酸钠，0.5 g 氢氧化钠(NaOH)溶解于23.0 mL水中，加入3.0 g二乙烯三胺升温至85 ℃；缓慢滴加4.5 mL质量分数为36%的甲醛水溶液，冷凝回流条件下反应4 h；反应结束冷却至室温，滴加1.0 mol·L−1盐酸(HCl)直至无棕色沉淀析出，过滤，分别使用异丙醇和石油醚洗涤产物至滤液无色，放入干燥箱中烘干。研磨后再次抽滤，用蒸馏水洗涤至滤液无色，得到最终产物ASLS，胺值为2.34 mmol·g−1。
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将36 mg四氟-1,4-苯醌(TFBQ)、96 mg二羟基蒽醌(DHAQ)、4 mL 1,4-二氧六环、156 µL三乙胺加入到充有氩气的10 mL反应瓶中，混合均匀，超声5 min，随后放入120 ℃烘箱反应72 h；反应结束后冷却至室温，离心，收集棕色沉淀物；随后用大量丙酮、二氯甲烷、四氢呋喃洗涤产物。用丙酮索式提取24 h后收集产物，60 ℃真空干燥后得棕色粉末为AQ-COF。称取一定质量的ASLS粉末、AQ-COF粉末放入研钵中，混合并研磨均匀，制得AQ-COF/ASLS复合材料。
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采用Nicolet 6700傅里叶变换红外光谱仪对样品进行表征分析。具体流程如下：取1~2 mg 样品在玛瑙研钵中研磨成细粉末与干燥的溴化钾混合均匀，装入模具内，在压片机上压制成片测试，扫描范围为400~4 000 cm−1。
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准确称量2 g样品到250 mL烧瓶中，加入50 mL乙醇，加热至沸腾1 min以除去可能存在的游离氨，冷却至室温。滴加5滴溴酚蓝指示剂并搅拌，使用0.2 mol·L−1的盐酸标准溶液滴定至黄色终点出现，记录消耗的HCl体积。总胺值(A)计算公式为：$ A=56.1VN/S $。其中：V为样品滴定所需的HCl体积(mL)；N为HCl溶液的浓度(mol·L−1)；S为使用的样品质量(g)。
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使用S20206414 SU 8010冷场发射SEM，观察样品表面形貌。将样品粉末分散于少量乙醇中，超声使其分散均匀，对样品表面进行喷金处理，观察样品表面形貌。
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配制质量浓度为200 mg·L−1的刚果红溶液，根据实验需要进行稀释或者调节pH。吸附实验的具体步骤如下：取25 mL一定浓度的刚果红溶液于锥形瓶中，分别加入一定质量的吸附剂，在磁力搅拌器上以300 r·min−1转速进行搅拌吸附。吸附一定时间后，将悬浮液在8 000 r·min−1下离心取上清液，利用分光光度计测定其吸光度，计算刚果红质量浓度，并按以下公式计算刚果红的吸附率及吸附量。
$$ R=\frac{{c}_{0}-{c}_{\mathrm{t}}}{{c}_{0}}\times 100\mathrm{\%} \text{；} $$ (1) $$ q=\frac{{(c}_{0}-{c}_{\mathrm{t}})\times V}{m} 。 $$ (2) 式(1)~(2)中：R为刚果红平衡吸附率；$ {c}_{0} $为初始时刚果红质量浓度(mg·L−1)；${c}_{\mathrm{t}}$为吸附结束后刚果红质量浓度(mg·L−1)；q为单位质量吸附剂上的吸附量(mg·g−1)；V为液相体积(mL)；m为吸附剂质量(g)。
刚果红起始质量浓度对吸附效果的影响实验中，刚果红起始质量浓度分别为50、100、150、200、250 mg·L−1；pH对吸附性能的影响实验中，利用0.1 mol·L−1 HCl或NaOH调节刚果红溶液pH变化为1~11。
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取25 mL质量浓度为200 mg·L−1刚果红溶液，加入70 mg ASLS，分别在吸附时间为20、40、60、80、100、120 min时测定刚果红溶液的吸光度，计算t时刻的吸附量qt，采用准一级动力学和准二级动力学模型对数据进行拟合。方程如下所示：
$$ \mathrm{ln}({q}_{{\rm{e}}}-{q}_{t})=\mathrm{ln}{q}_{{\rm{e}}}-{k}_{1}t\text{；} $$ (3) $$ \frac{t}{{q}_{t}}=\frac{1}{{k}_{2}{{q}^{2}_{{\rm{e}}}}}+\frac{t}{{q}_{{\rm{e}}}}\mathrm{。} $$ (4) 式(3)~(4)中：k1为准一级动力学方程的速率常数；k2为准二级动力学方程的速率常数；t为吸附时间(min)；qe为平衡吸附量(mg·g−1)；qt是t时刻对刚果红的吸附量(mg·g−1)。
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ASLS对刚果红的吸附过程分别采用Langmuir和Freundlich吸附模型[15−16]进行拟合，其等温线模型分别如下所示：
$$ \frac{{C}_{{\rm{e}}}}{{q}_{{\rm{e}}}}=\frac{{C}_{{\rm{e}}}}{{q}_{{\rm{m}}}}+\frac{1}{{q}_{{\rm{m}}}{k}_{{\rm{L}}}} \text{；} $$ (5) $$ \mathrm{ln}{q}_{{\rm{e}}}=\mathrm{ln}{k}_{{\rm{F}}}+\frac{1}{n}\mathrm{ln}{C}_{{\rm{e}}} 。 $$ (6) 式(5)~(6)中：Ce为吸附后溶液中刚果红的剩余质量浓度(mg·L−1)；qe为平衡吸附量(mg·g−1)；qm为吸附剂理论最大吸附量(mg·g−1)；kL为Langmuir等温线模型与吸附能有关的常数；kF为Freundlich等温线模型与吸附容量相关的常数；n为Freundlich等温线模型的经验参数。
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将吸附饱和后的吸附剂过滤收集，在0.2 mol·L−1的NaOH溶液中解吸30 min，后用蒸馏水洗涤，重复3次，真空干燥至恒量得到再生的吸附剂，用于循环吸附实验，最后用紫外分光光度计测定吸光度，并计算吸附率。
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如图1所示：胺化前后SLS和ASLS都出现了典型的木质素磺酸钠的红外吸收峰。例如，3 425、2 937 cm−1处分别为木质素磺酸钠中O—H、C—H伸缩振动吸收峰，1 614、1 507 cm−1处分别为木质素磺酸钠芳环上C=C双键吸收峰和芳环骨架伸缩振动吸收峰，1 032 cm−1处为木质素磺酸钠结构中磺酸基团的特征吸收峰，说明胺化后并未改变木质素磺酸钠的骨架结构。SLS谱图中1 386 cm−1处为芳环上的C—H面内弯曲振动吸收峰，该峰在ASLS谱图上减弱，说明芳环上的氢原子被取代；同时ASLS谱图中1 461 cm−1处吸收峰增强，是因为引入了二乙烯三胺，其亚甲基上C—H面内弯曲振动峰所致。同时1 340 cm−1处出现了C—N键的伸缩振动吸收峰。以上吸收峰的出现和强弱变化说明了胺化木质素磺酸钠与甲醛、二乙烯三胺之间发生了曼尼希反应，成功引入胺基。
图 1 SLS、ASLS、AQ-COF、AQ-COF/ASLS的红外光谱图
Figure 1. Infrared spectra of SLS, ASLS, AQ-COF, AQ-COF/ASLS
AQ-COF谱图中，1 665 cm−1为—C=O伸缩振动吸收峰，1 582 cm−1处为C=C吸收峰，1 298 cm−1为C—C单键伸缩振动吸收峰，说明富含醌结构的共价有机框架聚合物成功制备。AQ-COF/ASLS红外光谱图中，无明显新增特征吸收峰出现。与复合前相比，AQ-COF和ASLS的特征吸收峰均无明显变化，说明两者之间无化学反应发生，可能依靠物理相互作用复合。
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如图2所示：ASLS表面含有粗糙鳞片状结构的聚集体结构；AQ-COF为颗粒状聚集体，颗粒直径为0.5~1.0 μm；AQ-COF/ASLS中含有大量的棒状纳米结构，表面附着许多颗粒，棒状结构直径约500 nm，这种棒状结构为ASLS在AQ-COF的作用下自组装形成。表明ASLS和AQ-COF复合后表面形貌发生显著变化，ASLS被AQ-COF分散得更为均匀，提高了吸附剂的比表面积，可为吸附剂提供更多的可吸附位点。
图 2 ASLS、AQ-COF、AQ-COF/ ASLS的扫描电子显微镜(SEM)照片
Figure 2. Scanning electron microscope (SEM) images of ASLS, AQ-COF, AQ-COF/ASLS
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当吸附剂ASLS用量为10 mg，刚果红溶液体积为25 mL，保持刚果红初始pH不变的情况下，考察室温下刚果红初始质量浓度对吸附量的影响。从图3可以看出：随着刚果红溶液初始质量浓度的增加，ASLS对刚果红的吸附量先逐渐增加，后达到平衡吸附量。这是由于吸附通常为物质在两相界面处的接触，初始质量浓度较低时，刚果红分子与ASLS中的大量活性位点产生强烈吸附，并很快达到平衡。随着刚果红初始质量浓度的增加，刚果红与吸附剂表面的接触概率增大，活性吸附位点得到充分利用，增强了吸附效果，因此吸附量增加。当刚果红初始质量浓度达200 mg·L−1时，吸附量最大，达153 mg·g−1；继续增加刚果红初始质量浓度，更多的刚果红分子吸附在ASLS表面，使有效吸附活性中心被占据。当刚果红分子数量大于或等于吸附位点数目时，ASLS的吸附达到上限，即达到平衡吸附量，因此，继续增加刚果红质量浓度，吸附量不再上升[17]。
图 3 ASLS对不同初始质量浓度刚果红染料的吸附量
Figure 3. Adsorption of congo red dyes at different initial concentrations by ASLS
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当刚果红初始质量浓度为200 mg·L−1，体积为25 mL时，保持刚果红初始pH值不变，改变ASLS用量，测定刚果红吸附量和吸附率随ASLS用量的变化。从图4可以看出：随着ASLS用量增加，对刚果红的吸附率从29.6%逐渐增加到98.3%，但单位质量的ASLS对刚果红的吸附量从148.00 mg·g−1降低到70.19 mg·g−1。这是因为随着ASLS用量的增加，吸附剂吸附面积增大，活性吸附位点数量增加，因此对刚果红的吸附率逐渐增大；但是体系中刚果红总质量浓度一定，随ASLS用量增加，部分ASLS分子间可能会发生团聚，导致部分活性位点被包埋，降低了吸附率[18]，因此单位质量的ASLS对刚果红的吸附量降低。
图 4 刚果红吸附率和吸附量随ASLS用量的变化关系
Figure 4. Relationship between congo red adsorption rate and adsorption capacity with ASLS dosage
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溶液pH是影响吸附材料吸附性能的关键因素之一，染料和吸附材料在溶液中的表面电荷差异对整个吸附过程起重要作用[19]。当温度为25 ℃，刚果红质量浓度为200 mg·L−1，体积为25 mL，ASLS用量为50 mg时，研究溶液pH对刚果红吸附率的影响。从图5可见：在pH低于5时，ASLS对刚果红保持了较好的吸附能力，去除率达96.8%以上；随着pH的增大，吸附效果降低，当pH大于5时，去除率下降明显。这可能是在酸性环境中，ASLS中的—NH2被质子化，形成带正电荷的${\rm{NH}}_3^+ $。刚果红是一种阴离子染料，结构中含有2个带负电的磺酸基团，可以与质子化的胺基之间形成强烈的静电相互作用，因此酸性环境中，对刚果红的去除率比较高；随着pH的升高，溶液中OH−增大，OH−与刚果红之间存在竞争，因此对刚果红的去除率逐渐降低。
图 5 pH对吸附效果的影响
Figure 5. Effect of pH on adsorption
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从图6可以看出：ASLS对刚果红的吸附分为2个阶段，吸附时间低于70 min时，随时间增加，吸附率增长较快；吸附时间达70 min时，吸附率接近98%；继续延长吸附时间，吸附率增加趋于平缓，80 min时达到吸附平衡。这是因为吸附初期，ASLS有较多吸附位点，且与刚果红接触良好，因此刚果红较容易被吸附；随着吸附时间延长，ASLS表面吸附位点逐渐达到饱和，因此吸附速率逐渐下降，直至达到吸附平衡状态。
图 6 ASLS在不同时间对刚果红的吸附率
Figure 6. Adsorption rate of Congo red by ASLS at different times
图7为准一级动力学和准二级动力学模型拟合曲线，表1为准一级动力学和准二级动力学模型参数。由表1和图7可以看出：准二级动力学模型拟合参数中的决定系数R2为0.999 9，高于准一级动力学模型(R2为0.953 0)。说明二级动力学模型可以更好地描述ASLS对刚果红的吸附过程，因为ASLS对刚果红的吸附过程主要由化学吸附控制[20]。
图 7 ASLS吸附刚果红的准一级动力学模型(A)和准二级动力学模型(B)拟合
Figure 7. Quasi-first-order kinetics (A) and quasi -second-order kinetics (B) fitting of ASLS adsorption
表 1 ASLS对刚果红吸附的准一级动力学和准二级动力学模型参数
Table 1. Quasi-first-order kinetic and quasi-second-order kinetic model parameters for the adsorption of congo red adsorbed by ASLS
动力学模型 qe/(mg·g−1) 速率常数(k) R2 准一级动力学 50.63 −0.083 6 0.953 0 准二级动力学 71.94 0.013 9 0.999 9 -
从表2可见：Langmuir模型的R2为0.990 4，大于Freundlich模型的决定系数(R2为0.958 9)，说明ASLS吸附刚果红的过程遵循Langmuir模型，为单分子层吸附，其理论最大吸附量为174 mg·g−1。Freundlich模型中n为经验参数，通常1/n小于1时有利于吸附过程，1/n大于1时不利于吸附过程。本研究的1/n为0.283 1，说明吸附过程易于进行。
表 2 等温吸附线的拟合参数
Table 2. Fitting parameters for isothermal adsorption lines
Langmuir方程 Freundlich方程 KL qm/(mg·g−1) R2 KF 1/n R2 0.042 173.913 0.990 4 1.280 9 0.283 1 0.958 9 -
由图8可以看出：ASLS经过6次循环吸附实验后，仍然能够保持91.38%的吸附率，少量吸附效率的损失可能是由于ASLS中部分官能团的不可逆结合，导致吸附位点减少，从而导致吸附率下降。综上，说明ASLS在使用过程中具有良好的再生性能。
图 8 ASLS吸附剂的循环使用性能
Figure 8. Recycling performance of ASLS adsorbent
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为了探究AQ-COF对ASLS吸附性能的影响，将2 mg AQ-COF与30 mg ASLS复合，制备AQ-COF/ASLS复合吸附剂。当温度为25 ℃，刚果红质量浓度为200 mg·L−1，体积为25 mL时，研究复合吸附剂对刚果红的吸附效果。如图9所示：复合前ASLS的吸附率为58.90%，AQ-COF对刚果红吸附率仅为8.20%，复合后AQ-COF/ASLS吸附剂对刚果红的吸附率达83.15%，吸附率明显提升，推测在AQ-COF和ASLS的相互作用下，ASLS被AQ-COF分散得更为均匀，因为AQ-COF中含有大量的醌结构，电负性较大的羰基结构与ASLS中带负电的磺酸基及电子云密度较高的胺基之间相互作用进行自组装[21]，使ASLS中活性位点更多暴露出来，这与SEM的分析结果相一致。刚果红分子与吸附剂之间主要通过磺酸基、胺基、羟基等官能团之间的静电作用、氢键作用、π—π相互作用等进行吸附。并且胺化木质素磺酸钠、AQ-COF均为三维多孔结构，两者复合自组装之后增大了三维空间复杂性，为吸附剂提供更多的可吸附位点，从而有效提高吸附效率。
图 9 不同吸附剂对刚果红的吸附效果
Figure 9. Adsorption effect of different adsorbents on congo red
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本研究制备的胺化木质素磺酸钠、AQ-COF/胺化木质素磺酸钠复合吸附剂对刚果红的最大平衡吸附量分别为153.0和216.7 mg·g−1，与其他生物质材料吸附剂相比，铁改性香蒲生物质炭为45.3 mg·g−1[22]，Fe3O4@壳聚糖磁球为29.8 mg·g−1[23]，葡萄糖酸钠派生多孔碳为102.0 mg·g−1[24]，EL-PEI@Fe3O4-Mg为74.7 mg·g−1[25]。可见，本研究制备的胺基官能团化学改性的吸附剂吸附能力普遍高于没有经过官能团化学改性的吸附剂，说明通过化学改性引入活性胺基，在酸性环境中有利于提高质子化氨基的质量浓度，从而有效提升木质素磺酸钠对刚果红等阴离子染料的吸附性能。而任建鹏等[14]研究表明：木质素-聚苯胺复合材料的最大平衡吸附量为431.2 mg·g−1，吸附效果优于本研究制备的吸附剂，是因为其结构中含有大量的活性伯胺、仲胺官能团，可以通过静电作用、氢键作用、π—π作用等对染料分子进行吸附，因而吸附效果明显，进一步说明在木质素磺酸钠中引入活性胺基是提升其对刚果红吸附效果的有效方法。
此外，共价有机框架材料具有丰富的活性位点和高的比表面积，可与胺化木质素磺酸钠结合，利用两者之间的协同与自组装作用，可有效提高胺化木质素磺酸钠吸附剂的比表面积，为吸附剂提供更多的可吸附活性位点。本研究表明：复合前ASLS对刚果红的吸附率为58.90%，复合后AQ-COF/ASLS吸附剂对刚果红的吸附率达83.15%。可见，利用胺化木质素磺酸钠与COF复合可以明显提升材料的吸附效率，为木质素磺酸钠在刚果红吸附中的应用提供了新的思路。AQ-COF/胺化木质素磺酸钠复合吸附剂结构调控、吸附条件的优化，以及其对刚果红吸附性能的进一步提高可在后续进一步研究。
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以木质素磺酸钠为原料，成功制备了ASLS、AQ-COF/ASLS 2种吸附剂，表明木质素磺酸钠成功胺化，且具有较强吸附效果。当ASLS用量为10 mg，染料初始质量浓度为200 mg·L−1，温度为25 ℃时，实际最大吸附量可达153.0 mg·g−1，并在80 min时达到吸附平衡，酸性环境可显著提高吸附效率；吸附等温线和吸附动力学分别符合Langmuir方程和准二级动力学方程，表明胺化改性的木质素磺酸钠对刚果红具有良好的吸附效果和循环使用性能。此外，AQ-COF/ASLS最大平衡吸附量为216.7 mg·g−1，因此，利用胺化木质素磺酸钠与COF复合是制备高效吸附剂的有效方法。
Preparation of sodium lignosulfonate adsorption materials and their adsorption properties for Congo red
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摘要:
目的 以木质素磺酸钠(SLS)为原料，制备胺化改性的木质素磺酸钠以及共价有机框架聚合物/胺化木质素磺酸钠复合材料，考察它们作为吸附材料对刚果红的吸附性能。 方法 木质素磺酸钠与甲醛、二乙烯三胺经曼尼希反应制得胺化木质素磺酸钠(ASLS)，采用红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对吸附剂的表面官能团和形貌进行了表征。考察刚果红起始质量浓度、ASLS用量、溶液pH、吸附时间等对材料吸附效果的影响；探究ASLS的吸附动力学和循环再生性能。制备富含醌共价有机框架聚合物(AQ-COF)，对比ASLS、AQ-COF、AQ-COF/ASLS材料对刚果红的吸附效果。 结果 FTIR和SEM表征结果显示：木质素磺酸钠成功胺化，ASLS与AQ-COF复合后自组装成棒状纳米结构。ASLS吸附结果表明：刚果红起始质量浓度为200 mg·L−1，ASLS用量为70 mg，pH为1~5时，吸附率达95%以上，并在80 min内达到吸附平衡，吸附过程符合准二级吸附动力学模型和Langmuir等温吸附模型，吸附过程主要为化学吸附。30 mg ASLS中添加少量AQ-COF (2 mg)，复合吸附剂吸附率可达80%以上。 结论 胺化改性木质素磺酸钠对刚果红有良好的吸附效果，且具有优秀的再生性能，可以作为刚果红的优良吸附剂；共价有机框架聚合物AQ-COF与ASLS复合制备的复合吸附剂可以提升ASLS对刚果红的吸附能力，表明共价有机框架聚合物在刚果红吸附领域有良好的应用前景。图9表2参25 Abstract:Objective Aminated sodium lignosulfonate (SLS) and covalent organic framework polymer/aminated sodium lignosulfonate composites were prepared with SLS as raw materials, and their adsorption properties for the Congo red (CR) were investigated. Method Aminated sodium lignosulfonate (ASLS) was prepared by Mannich reaction of sodium lignosulfonate with formaldehyde and diethylenetriamine. The surface functional groups and morphology of ASLS were characterized by infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). The effects of initial concentration of CR, ASLS dosage, the pH value of the solution, and the adsorption time on the adsorption efficiency of the materials were investigated. The adsorption kinetics and regeneration performance of ASLS were analyzed. The AQ-COF was prepared, and the ASLS, AQ-COF, AQ-COF/ASLS on the adsorption for CR was compared. Result FTIR and SEM characterization results showed that sodium lignosulfonate was successfully aminated, and rod-like nanostructures were self-assembled after the combination of ASLS and AQ-COF. ASLS adsorption experiment showed that when the initial concentration of CR was 200 mg·L−1, the dosage of ASLS was 70 mg, and the pH was 1 − 5, the adsorption rate reached above 95%, and adsorption equilibrium was achieved within 80 minutes. The adsorption process was in line with the quasi second order adsorption kinetics model and Langmuir isotherm adsorption model, and the adsorption process was mainly chemical adsorption. When a small amount of AQ-COF (2 mg) was added to 30 mg ASLS, the adsorption rate of the composite adsorbent could reach more than 80%. Conclusion The modified aminated lignin has good adsorption effect on CR and excellent regeneration property, which can be used as an excellent adsorbent for CR. The composite adsorbent prepared by combining covalent organic framework polymer AQ-COF with ASLS can significantly improve the adsorption capacity of ASLS for CR, indicating that covalent organic frame polymers have good application prospects in the adsorption of organic pollutant CR. [Ch, 9 fig. 2 tab. 25 ref.] -
Key words:
- sodium lignosulfonate /
- amination modification /
- organic framework polymers /
- Congo red /
- adsorption
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开展珍稀濒危植物的群落生态学研究有助于野生植物资源的保护、恢复和可持续更新。群落生态学研究一般通过探究物种的分布范围、群落结构及种内与种间联结关系等，揭示群落生活史、适应性、生长趋势等[1-3]。物种组成与群落结构在一定程度上展现植物对资源的利用能力和群落的稳定程度[4]。汪国海等[5]通过研究濒危植物单性木兰Kmeria septentrionalis的群落结构与空间分布格局，探究其聚集方式和传播途径。濒危物种的生态位宽度与群落总体关联度能够反映物种间的相互关系(竞争或促进作用)及对生境条件的适应状况和资源利用情况等[6-8]。刘万德等[9]对藤枣Eleutharrhena macrocarpa的生境特征和种间联结研究发现：藤枣与下层木呈极显著负相关，减少群落内下层木可以促进藤枣群落可持续生长[3, 9-11]。杨国平等[12]通过建立预测景东翅子树Pterospermum kingtungense群落动态的Lefkovitch矩阵模型，探究濒危物种在特定的小生境片段中的分布区间。因此，基于群落生态学的研究方法，有助于全面评估珍稀濒危物种的内外致濒因子，缓解其濒危态势，实现有效的拯救保护[10-11]。
细果秤锤树Sinojackia microcarpa为中国特有的极小群落野生植物，多分布在浙江临安、建德等地，处于极度濒危和受胁迫状态[13-17]。目前，对秤锤属Sinojackia的研究相对较多。杨国栋等[18]采用生态学理论结合自组织特征映射网络(SOM)方法，划分了野生秤锤树群落的群丛类型。徐惠明等[19]分析了狭果秤锤树S. rehderiana的群落年龄结构，发现该群落具有良好的更新潜力。周赛霞等[20]研究发现：受密度制约或种子扩散限制等，狭果秤锤树的空间聚集分布趋势逐渐减弱。秤锤属物种多表现出竞争能力相对较弱，对外界干扰的响应较为显著[18-19]。本研究通过对细果秤锤树群落的长期动态监测，分析细果秤锤树群落的物种组成、生态位宽度及其与主要树种的种间关联，揭示细果秤锤树的生境适应性与竞争强度，有助于在就地、迁地保护回归实践中建立适宜的生存环境。
1. 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
浙江省建德市属亚热带北缘季风气候，雨量充沛，四季分明，年平均气温为17.4 ℃。土壤类型以凝灰岩发育的红壤、黄棕色壤土为主，土层浅薄且质地较为疏松，钱塘江水系中上游，境内以低山丘陵地貌为主。细果秤锤树集中分布于浙江省建德市建德林场乌石滩林区(29°32′56″~29°35′43″N，119°33′08″~119°34′05″E)，主要分布在林区乌石滩、富家坞和灵山顶，海拔为23~429 m。多生长在岩石裸露率较大的山谷溪沟边的灌丛林中，呈条带状分布，群落生境数年前遭受人为砍伐干扰较严重。
1.2 样地设置与调查
细果秤锤树为典型极小群落野生植物，残存数量较少，因适存的小流域生境使得群落呈带状分布，样地设置受限。2020年8—9月，在全面踏查细果秤锤树野生群落的基础上，参照热带森林科学研究中心(CTFS)的样地建设技术规程，建立0.18 hm2的固定监测样地。使用全站仪在乌石滩、富家坞和灵山顶分别设置3个典型样方开展群落调查，共计9个10 m×20 m样方；在每个样方内设置3个5 m×5 m的下层木样地以及3个1 m×1 m的草本层样地。开展树种定位、地形测定(海拔、经纬度、坡向坡位等)、生境因子测定(土壤理化性质等)。
1.3 物种重要值计算
本研究计算上层木与下层木的物种重要值。上层木重要值=(相对多度+相对频度+相对显著度)/3；下层木重要值=(相对多度+相对频度)/2；相对多度=(某种植物的数量/样地植物的总数量)×100%；相对频度=(某种植物的频度/样地所有植物物种的频度总和)×100%；相对优势度=(某种植物的胸高断面积之和/样地所有物种的胸高断面积之和)×100%。
1.4 生态位特征与种间联结性
物种生态位特征主要采用Levins指数、Shannon-Wiener指数[21-23]反映生态位宽度，Schoener生态位相似性[24-25]与Pianka生态位重叠指数[26]反映生态相似与重叠程度。种间联结分析主要采用总体联结指数[6, 8]、卡方检验(χ2)、联结系数(AC)[24]和Pearson相关系数[8, 22]探究物种间关联性。采用R 4.1.0中spaa包计算生态位宽度、生态位相似性和生态位重叠程度、χ2检验、Pearson相关系数检验结果。
2. 结果与分析
2.1 细果秤锤树群落野外分布与生境分析
细果秤锤树总计509株，其中富家坞分布个体数量最多(243株)，灵山顶最少(71株)。群落里单丛萌蘖枝干中的最大胸径为8.10 cm，平均树高为5.40 m(表1)。乌石滩、富家坞、灵山顶细果秤锤树群落的胸径变异系数分别为34%、33%和33%，均表现为较低变异性。
表 1 细果秤锤树群落资源组成Table 1 Composition of population resources of S. microcarpa分布区 数量/
株胸径/
cm树高/
m胸径变异
系数/%树高变异
系数/%乌石滩 195 3.07±1.05 5.00±1.87 34 38 富家坞 243 3.05±1.02 5.40±1.98 33 41 灵山顶 71 2.95±0.98 4.90±2.41 33 54 说明：胸径和树高数值为平均值±标准差 细果秤锤树分布在海拔23~429 m的区域(表2和表3)，乌石滩和富家坞受人工干预程度较高，存在人为滥砍及割灌除草等抚育过程。土壤呈较疏松多孔的黏质土，土壤容重为1.06~1.19 g·cm−3，pH为4.72~5.79，偏酸性土壤，有效磷和速效钾偏低。细果秤锤树群落土壤有机质、氮、磷、钾及其速效成分中等，土壤养分条件一般。
表 2 细果秤锤树群落生境调查Table 2 Environmental survey of S. microcarpa population分布区 样地 海拔/m 纬度(N) 经度(E) 坡向 群落特征 乌石滩 P1 58 29°34′16″ 119°33′10″ 西 樟树Cinnamomum camphora-板栗Castanea mollissima混交林 P2 45 29°34′18″ 119°33′60″ 西 板栗林 P3 64 29°34′17″ 119°33′00″ 东北 板栗林 富家坞 P4 58 29°34′57″ 119°33′42″ 东南 柏木Cupressus funebris-南酸枣Choerospondias axiliaris混交林 P5 95 29°34′57″ 119°33′36″ 东南 柏木林 P6 128 29°35′20″ 119°33′24″ 东 柏木-拟赤杨Alniphyllum fortunei混交林 灵山顶 P7 190 29°35′35″ 119°33′52″ 东北 樟树林 P8 384 29°35′11″ 119°33′11″ 东北 毛竹Phyllostachys edulis林 P9 396 29°35′40″ 119°33′10″ 东北 毛竹林 表 3 细果秤锤树群落的生境因素Table 3 Habitat factors of S. microcarpa分布区 海拔/m 土壤容重/
(g·cm−3)土壤pH 土壤有机
质/(g·kg−1)土壤总孔
隙度/%土壤碱解氮/
(mg·kg−1)土壤有效磷/
(mg·kg−1)土壤速效钾/
(mg·kg−1)乌石滩 70±26 a 1.01±0.10 a 5.46±0.20 a 38.84±3.66 a 61.74±3.67 a 103.41±3.08 a 6.23±0.82 a 82.46±3.22 a 富家坞 109±39 a 1.12±0.06 a 5.47±0.43 a 40.76±1.22 a 57.72±2.25 a 97.61±6.90 a 5.79±1.26 a 82.93±6.82 a 灵山顶 370±110 a 1.07±0.09 a 5.23±0.15 a 45.74±3.42 a 59.72±3.44 a 107.71±8.72 a 5.54±1.45 a 95.48±14.02 a 变化范围 23~429 1.00~1.19 4.72~5.79 36.81~48.38 55.20~62.42 91.04~113.67 5.30~7.84 75.69~102.80 说明：数值为平均值±标准差。同列不同小写字母表示同一指标不同分布区之间差异显著(P＜0.05) 2.2 细果秤锤树群落物种组成
细果秤锤树样地内共记录到胸径≥1 cm的木本植物401株，隶属于35科50属51种。其中优势科有樟科Lauraceae (5属6种)、山茶科Theaceae (3属4种)、壳斗科Fagaceae (3属3种)、马鞭草科Verbenaceae (3属3种)、安息香科Styracaceae (2属3种)、大戟科Euphorbiaceae (2属2种)、金缕梅科Hamamelidaceae (2属2种)、漆树科Anacardiaceae (2属2种)、茜草科Rubiaceae (2属2种)、榆科Ulmaceae (2属2种)。樟树的平均胸径最大，达30.8 cm，有22株；平均胸径较大的树种有臭椿Ailanthus altissima、枫香Liquidambar formosana、柏木、南酸枣和毛竹。
样地中重要值≥1%的上层木物种共16种，重要值排前4位的物种是毛竹、柏木、板栗和细果秤锤树，这4个物种重要值之和为49.85%，是群落优势树种(表4)。下层中阔叶箬竹Indocalamus latifolius的重要值最高，为15.48%；重要值排前3位的物种有水团花Adina pilulifera、毛花连蕊茶Camellia fraterna和细果秤锤树(表5)。细果秤锤树在上、下木层中重要值分别为9.50%和4.60%，是主要建群种之一。
表 4 细果秤锤树群落上层木主要物种的重要值和生态位宽度Table 4 Important values and niche breadth of the dominant species in upper wood layer of S. microcarpa community编号 物种 重要值/
%生态位宽度 编号 物种 重要值/
%生态位宽度 Levins
指数Shannon-Wiener
指数Levins
指数Shannon-Wiener
指数1 毛竹 19.63 1.96 0.68 11 杉木 2.00 1.78 0.63 2 柏木 10.84 2.48 1.00 12 黄檀 1.95 2.29 0.90 3 板栗 9.88 2.80 1.13 13 白花泡桐 1.70 1.00 0.00 4 细果秤锤树 9.50 5.87 1.92 14 盐肤木 1.51 1.00 0.00 5 樟树 8.44 1.82 0.64 15 木油桐 1.27 1.96 0.68 6 南酸枣 2.75 1.83 0.80 16 大叶白纸扇 1.21 2.00 0.69 7 拟赤杨 2.34 1.95 0.68 17 厚壳树 0.99 1.00 0.00 8 枫香 2.32 1.00 0.00 18 臭椿 0.96 1.00 0.00 9 木蜡树 2.18 2.70 1.05 19 檵木 0.88 1.63 0.00 10 棕榈 2.09 2.78 1.06 说明：木蜡树Toxicodendron sylvestr；棕榈Trachycarpus fortunei；杉木Cunninghamia lanceolata；黄檀Dalbergia hupeana；白花泡桐Paulownia fortunei；盐肤木Rhus chinensis；木油桐Vernicia montana；大叶白纸扇Mussaenda shikokiana；厚壳树Ehretia thysiflora；檵木Loropetalum chinensis 表 5 细果秤锤树群落下层木主要物种的重要值和生态位宽度值Table 5 Important value and niche breadth of the dominant species in lower wood layer of S. microcarpa community编号 物种 重要值/% 生态位宽度 编号 物种 重要值/% 生态位宽度 Levins
指数Shannon-Wiener
指数Levins
指数Shannon-Wiener
指数1 阔叶箬竹 15.48 1.98 0.84 9 短柄枹栎 2.41 1.84 0.65 2 水团花 8.45 3.43 1.30 10 紫麻 2.30 1.08 0.16 3 细果秤锤树 4.60 6.82 2.00 11 木荷 1.86 1.00 0.00 4 毛花连蕊茶 4.58 4.95 1.77 12 华箬竹 1.63 1.00 0.00 5 茶 4.44 4.09 1.73 13 杉木 1.59 1.28 0.38 6 檵木 3.05 4.39 1.60 14 海金子 1.58 1.92 0.74 7 窄基红褐柃 2.98 1.00 0.00 15 黄檀 1.54 2.81 1.06 8 杭州榆 2.69 1.00 0.00 16 朱砂根 1.45 3.90 1.57 说明：窄基红褐柃Eurya rubiginosa var. attenuata；杭州榆Ulmus changii；短柄枹栎Quercus glandulifera；木荷Schima superba；华箬竹Sasa sinica；朱砂根Ardisia crenata 2.3 细果秤锤树群落生态位宽度
细果秤锤树具有最大的生态位宽度，Levins的生态位宽度指数及Shannon-Wiener的生态位宽度指数在上层木中分别为5.87%和1.92%(表5)，板栗、棕榈、木蜡树与柏木的生态位宽度依次降低。细果秤锤树在上层木林层与下层木林层中生态位宽度差异不明显，说明细果秤锤树的种对竞争具有一定优势，在所调查的小流域生境中具有较强的适应能力，分布幅度较广。
2.4 细果秤锤树群落生态位相似性与重叠程度
细果秤锤树群落上层木物种生态位相似性和生态位重叠值最大均为盐肤木-臭椿(表6)。细果秤锤树与上层优势树种樟树生态相似性值最高(0.62)，白花泡桐次之(0.59)。生态位宽度较大的柏木和黄檀的生态位相似性达0.65，而生态位宽度较窄的枫香和臭椿的生态位相似性为0，说明生态位相似性与生态位宽度有一定关联。生态位重叠值在0.8~1.0的种对有杉木-盐肤木和南酸枣-枫香，大于0.5的种对有39对(占20.53%)，其中生态位重叠值小于0.1的种对共有90对(占47.37%)。上层木树种间生态位重叠值总体偏低，对资源利用的利用策略存在差异。细果秤锤树与樟树(0.62)和黄檀(0.59)具有较大的生态位重叠，存在较大的生态和资源利用相似性。
表 6 细果秤锤树群落上层木主要优势种间的生态位相似性比例和生态位重叠指数Table 6 Niche similarity and niche overlap of dominant plant species in S. microcarpa community in the upper wood layer编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1 0 0 0.06 0 0 0.14 0 0 0.27 0.58 0 0.07 0.42 0 0 0 0.42 0 2 0 0.04 0.34 0 0.23 0.41 0.45 0.26 0.43 0 0.52 0 0 0.19 0.74 0.19 0 0.55 3 0 0.02 0.35 0.15 0.41 0.04 0.04 0 0.04 0 0.04 0.52 0 0.04 0.04 0.04 0 0 4 0.09 0.54 0.47 0.42 0.43 0.18 0.15 0.13 0.25 0.20 0.21 0.38 0.04 0.02 0.21 0.16 0.04 0.19 5 0 0 0.11 0.62 0.40 0 0 0 0 0.42 0 0.34 0 0 0 0.52 0 0 6 0 0.15 0.49 0.48 0.68 0.23 0.23 0.09 0.14 0.40 0.14 0.27 0 0.14 0.14 0.54 0 0 7 0.12 0.46 0.01 0.33 0 0.22 0.57 0.71 0.29 0.14 0.15 0 0.14 0.15 0.15 0.15 0.14 0 8 0 0.49 0.05 0.22 0 0.32 0.72 0.42 0.49 0 0.58 0 0 0.58 0.42 0.48 0 0 9 0 0.41 0 0.32 0 0.17 0.96 0.59 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0.27 0.58 0.05 0.25 0 0.22 0.24 0.65 0 0.27 0.73 0 0.27 0.49 0.66 0.48 0.27 0.24 11 0.64 0 0 0.32 0.62 0.54 0.12 0 0 0.28 0 0.07 0.38 0 0 0.42 0.38 0 12 0 0.65 0.06 0.24 0 0.25 0.18 0.73 0 0.89 0 0 0 0.68 0.75 0.48 0 0.32 13 0.09 0 0.63 0.59 0.30 0.39 0 0 0 0 0.04 0 0 0 0 0 0 0 14 0.59 0 0 0.09 0 0 0.19 0 0 0.45 0.63 0 0 0 0 0 1.00 0 15 0 0.30 0.06 0.04 0 0.27 0.20 0.81 0 0.80 0 0.90 0 0 0.42 0.48 0 0 16 0 0.87 0.04 0.40 0 0.16 0.12 0.48 0 0.79 0 0.88 0 0 0.59 0.42 0 0.58 17 0 0.20 0.04 0.28 0.66 0.75 0.13 0.55 0 0.54 0.52 0.61 0 0 0.67 0.40 0 0 18 0.59 0 0 0.09 0 0 0.19 0 0 0.45 0.63 0 0 1.00 0 0 0 0 19 0 0.86 0 0.46 0 0 0 0 0 0.39 0 0.43 0 0 0 0.80 0 0 说明：编号所代表物种见表4。对角线下方为生态位相似性，对角线上方为生态位重叠值 下层木物种生态位相似性为0~0.96，生态位重叠为0~0.10，最大值种对均为海金子Pittosporum illiciodes-紫麻Oreocnide frutescens。细果秤锤树与下层优势树种檵木生态相似性值最高(0.86)；与水团花(0.51)和茶Camellia sinensis (0.48)具有较大生态重叠(表7)。下层木主要物种生态位重叠平均值为0.23，且多数种对的生态位重叠在其平均值附近，表明下层木主要物种的竞争关系相对稳定。
表 7 细果秤锤树群落下层木主要优势种间的生态位相似性比例和生态位重叠指数Table 7 Niche similarity and niche overlap of dominant plant species in S.microcarpa community in the lower wood layer编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 0.09 0.32 0.21 0.16 0.20 0.34 0.02 0.25 0 0 0.09 0.09 0 0 0 2 0.04 0.51 0.43 0.53 0.52 0.29 0.46 0 0 0.13 0.56 0.19 0 0 0 3 0.30 0.65 0.36 0.48 0.63 0.33 0.38 0.23 0.01 0.10 0.07 0 0.01 0 0 4 0.34 0.58 0.38 0.59 0.53 0.46 0.54 0 0.08 0.39 0.24 0.11 0.11 0.17 0.08 5 0.18 0.58 0.53 0.64 0.55 0.27 0.47 0 0.34 0.19 0.21 0.11 0.34 0.06 0 6 0.19 0.65 0.86 0.52 0.62 0.44 0.34 0.04 0.04 0.24 0.13 0.13 0.07 0.09 0.12 7 0.31 0.27 0.32 0.47 0.21 0.36 0.14 0.34 0 0.39 0.29 0.24 0.04 0.17 0.16 8 0.02 0.56 0.47 0.75 0.48 0.41 0.15 0 0.05 0.18 0.17 0 0.06 0.03 0.01 9 0.35 0 0.41 0 0 0.09 0.70 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0.02 0.20 0.75 0.07 0 0.08 0 0.01 0 0 0.96 0 0 11 0 0.12 0.03 0.41 0.10 0.29 0.44 0.10 0 0.01 0.11 0 0.05 0.22 0.64 12 0.06 0.77 0.12 0.44 0.32 0.12 0.33 0.24 0 0 0.14 0.35 0 0 0 13 0.13 0.35 0 0.29 0.23 0.26 0.50 0.01 0 0 0 0.48 0 0 0 14 0 0 0.02 0.21 0.75 0.08 0.01 0.08 0 1.00 0.05 0 0 0 0.04 15 0 0 0 0.45 0.13 0.19 0.35 0.05 0 0 0.32 0 0 0 0 16 0 0 0 0.21 0 0.24 0.33 0.02 0 0 0.93 0 0 0.04 0 说明：编号所代表物种见表5。对角线下方为生态位相似性，对角线上方为生态位重叠值 2.5 细果秤锤树群落联结性与Pearson相关分析
细果秤锤树群落上层木12个优势种间总体联结性方差比率为1.23，大于1，即种间存在一定程度正联结；其显著检验统计量为11.05，高于χ2分布临界值，表明上层木群落间总体上呈显著的正联结关系。下层木12个优势种间总体联结性方差比率为0.58，小于1，即种间存在一定程度负联结；其显著检验统计量为5.19，介于χ2分布临界值之间，即下层木12个优势种间呈不显著负联结关系。
χ2检验主要反映不同种对之间联结的显著度。联结系数检验结果显示：上层和下层各12个优势木中，正、负联结种对数相接近。细果秤锤树群落上层木中正、负联结的种对分别为27和28个(各占种对数的40.91%和42.42%)，正负关联比为0.96∶1.00。种对间总体显著率为12.12%，种间联结较松散，无联结的种对占16.67%，细果秤锤树与其他种之间都不存在联结性。下层木种对联结显著度的分布大致与上层木相似，正负关联比0.83∶1.00。细果秤锤树与水团花呈显著正联结关系。细果秤锤树-阔叶箬竹、细果秤锤树-茶、细果秤锤树-檵木、细果秤锤树-窄基红褐柃表现出极显著负关联(表8)。
表 8 细果秤锤树群落12个优势种χ2检验、联结系数(AC)及Pearson相关检验结果Table 8 Result of χ2 test, association coefficient (AC) and Pearson correlation coefficient of the 12 dominant species in S. microcarpa community检验方法 检验结果 数值范围 上层木 下层木 检验方法 检验结果 数值范围 上层木 下层木 种对数 占比/% 种对数 占比/% 种对数 占比/% 种对数 占比/% χ2 正相关 P≤0.01 0 0 0 0 AC 负相关 −0.2≤AC＜0 2 3.03 2 3.03 0.01＜P≤0.05 2 3.03 7 10.61 −0.6≤AC＜−0.2 3 4.54 3 4.54 P＞0.05 25 37.88 22 33.33 AC≤−0.6 23 34.85 30 45.46 无关联 χ2=0 11 16.67 2 3.03 负相关 P≤0.01 0 0 0 0 Pearson
相关检验正相关 P≤0.01 13 19.70 0 0 0.01＜P≤0.05 6 9.09 5 7.58 0.01＜P≤0.05 0 0 0 0 P＞0.05 22 33.33 30 45.45 P＞0.05 25 37.88 31 46.97 无关联 0＜P＜0.20 0 0 0 0 AC 正相关 AC≥0.6 9 13.64 20 30.30 负相关 P≤0.01 0 0 0 0 0.2≤AC＜0.6 8 12.12 2 3.03 0.01＜P≤0.05 0 0 0 0 0＜AC＜0.2 8 12.12 7 10.61 P＞0.05 28 42.42 35 53.03 无关联 AC =0 13 19.70 2 3.03 上层木中总体显著率为19.70%(极显著正关联13个，P＜0.01)，不显著(P＞0.05)正关联25个，占37.88%；不显著负关联28个，占比42.42%。细果秤锤树与其他树种为无联结关系，整个细果秤锤树群落处于优势发展趋势(表8)。下层木中总体显著率为0，不显著正关联31个，占46.97%；不显著负关联35个，占53.03%。细果秤锤树与水团花、毛花连蕊茶、杭州榆、短柄枹栎呈不显著正关联，与阔叶箬竹、茶、檵木、窄基红褐柃呈不显著负关联。
3. 讨论
3.1 物种组成与群落结构
建德市野生细果秤锤树群落动态监测样地内树种组成相对简单，细果秤锤树多生长在次生常绿阔叶林和针阔混交林中，群落优势树种主要为毛竹、柏木、板栗和细果秤锤树。这与秤锤属调查样地内的物种组成及数量相类似[13, 15-16]。调查发现：细果秤锤树群落中缺乏小径级个体或幼苗，这可能是因为秤锤属的种子萌发困难或遭受了人为的抚育等干扰，影响了幼苗的更新[13-14]。细果秤锤树是小流域生境群落中的优势种，早期生长喜较为荫蔽的环境，群落中高大上层木树种如樟树、毛竹、柏木等可在其幼苗更新时期起到遮光作用，以保护幼苗不受高温、强光照影响。在细果秤锤树生长后期，对光照需求增强，可间伐上层木，对高度接近细果秤锤树的树种进行一定程度的抚育，降低群落郁闭度[12, 16-17]。
3.2 生态位宽度与生态位重叠程度
生态位宽度作为植物群落的环境适应力和资源利用能力的衡量性指标，值越大，反映物种适应能力越强，在群落中更具优势[22, 27]。细果秤锤树在群落物种中重要值排在第4位，但生态位宽度却排在首位。可能是其喜光、耐贫瘠、喜微酸性土壤等生长特性有利于细果秤锤树在小溪流水域附近广泛分布。细果秤锤树的生态位宽度较大还可能与本研究的样地设置有关。本研究以细果秤锤树生长的位置为核心展开设置并调查，且呈聚集分布均匀的群落使得其占较大资源位或较大资源量，与极小群落植物圆叶玉兰Magnolia sinensis[28]、小花木兰Oyama sieboldii[29]、缙云秋海棠Begonia jinyunensis[30]在所处群落中生态位宽度均较大这一研究结果相同，表明在该分布点的研究区域生境条件下，生态位宽度大小与细果秤锤树致濒机制无必然联系。研究中有一些物种的生态位宽度大小排序与其重要值大小排序不同，如樟树、南酸枣等，这说明生态位宽度和重要值在物种之间的表现方式略有不同且并无显著关联性。
生态位相似性特征反映种间资源利用的相似程度，重叠值特征衡量生态位相似的树种在特定空间环境下资源利用的差异性，两者结合衡量种间资源竞争程度[31-33]。细果秤锤树与上层优势树种樟树和黄檀的生态相似性与生态重叠性均最高。可能是因为樟树、黄檀是对环境适应性广泛的泛化种，也可能是适合调查区域环境的特化种，因此出现与细果秤锤树较高的生态位重叠值，也表明这些种对间生态学特性比较一致，或者对生境的要求比较相似[8]。一般来说，当多个物种同时具有较大的生态位宽度时，它们之间存在较高生态位重叠的可能性更大[21]。但是，具有较大生态位宽度的物种也可能与较小生态位宽度的物种间存在较大的生态位重叠[21, 31]。这是因为细果秤锤树与水团花、毛花连蕊茶为中生植物，在资源有限的条件下，它们对资源环境的竞争比较大，且对资源的利用和需求相近[32]，因此，它们之间的联系也更为紧密，具有较高的生态位重叠[22, 26]。且细果秤锤树所在群落中物种之间的生态位重叠程度总体偏低，说明细果秤锤树群落中大多物种对资源利用的相似程度降低，物种之间竞争较弱，生态位可通过产生分化来降低种间竞争使得物种间在群落的结构与功能上互补且稳定[7, 22]。本研究发现：细果秤锤树群落大部分种对间的相关性比较弱，表明物种联结性较弱。种间负联结关系占主导，但大部分优势种种对间关联性比较低，说明样地中的不同物种间不存在紧密的相互关系，缺乏竞争或相互促进的趋势，物种间具有独立性，受外界的干扰较小[30]。
4. 结论
细果秤锤树群落中物种组成较为简单，群落结构相对单一，细果秤锤树群落幼树较少，更新相对较差。细果秤锤树生态位宽度最大，在时空上占据着优势地位，属于稍耐阴、耐贫瘠、适应力较强的植物，能更好利用资源和空间。调查样地中多数树种生态位重叠度较高，大部分物种间的竞争较强，对资源利用的相似程度高。树种间不存在较显著的种间相关联结，植物种间缺乏较强的相互依赖或竞争趋势。本研究明确了细果秤锤树生存的独特环境结构和群落间相互关系，对维持其野生群落的幼苗更新和群落规模增长具有重要作用。
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图 1 SLS、ASLS、AQ-COF、AQ-COF/ASLS的红外光谱图
Figure 1 Infrared spectra of SLS, ASLS, AQ-COF, AQ-COF/ASLS
图 2 ASLS、AQ-COF、AQ-COF/ ASLS的扫描电子显微镜(SEM)照片
Figure 2 Scanning electron microscope (SEM) images of ASLS, AQ-COF, AQ-COF/ASLS
图 3 ASLS对不同初始质量浓度刚果红染料的吸附量
Figure 3 Adsorption of congo red dyes at different initial concentrations by ASLS
图 4 刚果红吸附率和吸附量随ASLS用量的变化关系
Figure 4 Relationship between congo red adsorption rate and adsorption capacity with ASLS dosage
图 6 ASLS在不同时间对刚果红的吸附率
Figure 6 Adsorption rate of Congo red by ASLS at different times
图 7 ASLS吸附刚果红的准一级动力学模型(A)和准二级动力学模型(B)拟合
Figure 7 Quasi-first-order kinetics (A) and quasi -second-order kinetics (B) fitting of ASLS adsorption
表 1 ASLS对刚果红吸附的准一级动力学和准二级动力学模型参数
Table 1. Quasi-first-order kinetic and quasi-second-order kinetic model parameters for the adsorption of congo red adsorbed by ASLS
动力学模型 qe/(mg·g−1) 速率常数(k) R2 准一级动力学 50.63 −0.083 6 0.953 0 准二级动力学 71.94 0.013 9 0.999 9 
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表 2 等温吸附线的拟合参数
Table 2. Fitting parameters for isothermal adsorption lines
Langmuir方程 Freundlich方程 KL qm/(mg·g−1) R2 KF 1/n R2 0.042 173.913 0.990 4 1.280 9 0.283 1 0.958 9
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链接本文:
https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.20230585
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