溶解性有机质影响土壤吸附重金属的研究进展

溶解性有机质(Dissolved organic matter,DOM)由于含有羧基、羟基、羰基和甲氧基等活性功能团,能作为重金属在环境中的迁移"载体"或"配位体",通过与土壤中重金属之间的离子交换吸附、络合、螯合等一系列反应抑制或促进重金属在土壤中的吸附,影响重金属的沉淀、迁移转化和生物有效性,进一步影响生态环境安全和人类健康。因此,详细介绍了DOM尤其是外源DOM的来源、提取和组成,同时综述了溶解性有机质对土壤吸附重金属的影响及其影响机理的研究进展。     

土壤溶解性有机碳(DOC)的影响因子及生态效应

土壤溶解性有机碳(DOC)是陆地生态系统中极为活跃的有机组分,是土壤圈层与相关圈层(如生物圈、大气圈、水圈和岩石圈等)发生物质交换的重要形式。影响土壤中物质的溶解、吸附、解吸、吸收、迁移乃至生物毒性等行为之外,对温室气体CH4的排放、水体水质的污染、岩石圈的风化等的影响也不可忽视。本文以陆地生态系统的中的DOC为主体,探讨了DOC的生态环境意义及其对大气、水体和岩石圈的影响以及DOC对土壤管理措施的响应。     

果园生态养鸡鸡粪DOM的淋溶特征及其对抗生素迁移的影响

为研究粪源溶解性有机物与抗生素的共迁移行为及机制,以川中丘陵区典型石灰性紫色土为对象,通过吸附平衡试验与填装土柱试验,结合光谱学表征手段,研究鸡粪溶解性有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)的淋溶特征及其对磺胺嘧啶(Sulfadizine,SD)、氟苯尼考(Florfenicol,FFC)及泰乐菌素(Tylosin,TYL)吸附和淋溶的影响。结果表明:鸡粪DOM以色氨酸为主要成分,吸附性强于腐殖酸成分,可增加土壤表面对抗生素的吸附位点。3种抗生素的等温吸附过程均符合线性和Freundlich方程,并以物理吸附为主。SD和FFC在紫色土中吸附性较弱,当与鸡粪DOM(200 mg/L)同时进入土壤时,其吸附未发生显著变化;而当鸡粪DOM先与土壤作用后,SD和FFC与土壤表面已吸附的鸡粪DOM成分通过非共价作用结合,吸附显著增加,相应吸附容量参数(K_f值)分别增加77.28%和114.36%。TYL在紫色土中的吸附很强,对鸡粪DOM的影响不敏感。在模拟降雨条件(20 mm/h)下,SD和FFC极易淋溶,与平衡吸附试验结果一致,SD和FFC在鸡粪DOM预先与土壤作用的土柱中穿透分别延迟了0.49和0.25个孔隙体积,淋溶总量减少了12.04%和15.35%,而鸡粪DOM与抗生素同时进入土壤的处理也表现出减少抗生素迁移的趋势。TYL未发生穿透而主要分布在表层土壤中,鸡粪DOM对它的淋溶无显著影响。综上,鸡粪DOM与抗生素发生共迁移的过程中,大量鸡粪DOM中色氨酸物质在土壤中的吸附,对弱吸附性抗生素的淋溶迁移具有显著的阻滞作用。     

生物炭添加对旱作农田土壤溶解性有机质及其动态影响的定位研究

为揭示生物炭添加对旱作农田土壤溶解性有机质(DOM)及其动态的影响,通过定位试验,探讨了不同生物炭施用量小区土壤在2012—2017年间溶解性有机碳、溶解性无机碳和DOM的荧光光谱组分及其紫外光谱特征的变化特征。结果表明:添加生物炭总体上能够提高土壤DOC和DIC含量,且随着添加量的增加而递增。相同生物炭添加量处理中,DOC含量随施用时间增加显著降低,而DIC含量呈逐渐升高的趋势。DOM芳香化程度随施用时间延长而显著增大,施用3年后3%和5%添加量处理的芳香化程度较CK显著降低,而1%添加量处理与CK无显著差异。DOM分子量在不同施用年限之间呈增大趋势。随着生物炭添加量的增加,分子量在不同施用年限间的差异逐渐减小。土壤DOM主要由UVC类腐殖酸(C1)、UVA类腐殖酸(C2)、土壤富里酸(C3)和类色氨酸(C4)4种物质组成,其中以C1和C2为主。整体而言,除添加1%生物炭时C2随施用年限增加而降低之外,不同处理中C1及C2均随着施用年限的增加而逐渐增加,而C3和C4则显著降低。不同处理下DOM的来源以外源输入为主,微生物内源输入为辅,添加生物炭在一定程度上增强了DOM的生物可利用性。生物炭的长期施入会引起旱作农田土壤DOM组分变化,总体趋势是大分子量腐殖酸类物质在增加,而小分子量蛋白类物质在减少。     

土壤中溶解性有机质及其对污染物吸附和解吸行为的影响

溶解性有机质（DOM）已成为环境科学、生态学和土壤科学等学科的研究热点。DOM对重金属、养分和有机污染物的环境化学行为有很大影响,因此开展DOM与污染物（或养分）之间相互作用的研究,具有重要的理论与实践意义。本文系统地评述了DOM的来源、组成、分级及其对土壤中污染物吸附一解吸行为的影响。尽管关于土壤中DOM的研究还不完善,许多工作也只是刚刚开始,至今对土壤中DOM的性质、组成和分类方法等问题都不是很清楚,但现有的结果已经表明,DOM是土壤圈中一种十分活跃的重要化学组分,它对土壤中化学物质的溶解、吸附、解吸、吸收、迁移和生物毒性等行为均有显著的影响。     

农艺措施对土壤可溶性有机质的影响研究进展

土壤可溶性有机质(DOM)是土壤有机物中的高活性组分，在土壤养分的生物地球化学循环、重金属和有机污染物的迁移转化、土壤矿物质的活化及土壤肥力的保持等过程中发挥着重要作用。农艺措施可通过内外源同步作用显著影响土壤DOM的含量、组分及性质，本文综述了近年来相关研究中不同农艺措施下土壤DOM的变化，总结了不同耕作管理、种植制度、施肥措施以及新型土壤改良剂等对土壤DOM的影响。分析表明，免耕加秸秆覆盖方式可显著提高土壤DOM含量，与单一耕作相比轮作可提升土壤DOM含量，绿肥配施有机肥较单一化肥施用可显著改善土壤DOM的组成和结构，合理调控热解炭和水热炭等土壤调理剂的施用时间、施用量、C/N等性质可优化土壤DOM结构和性能。本综述分析了农艺措施对土壤DOM的影响效果及作用途径，指出了当前的研究热点和难点，并对未来研究方向进行了展望，可为今后合理的农艺措施管理和土壤健康调控提供科学指导。     

溶解性有机质对土壤重金属活性的影响探析

随着国家最新颁布的"土十条",土壤环境质量以及污染情况日益受到人们的广泛关注。我国土壤污染多种多样,存在着大量的无机有机复合污染,其中以重金属污染尤为严重。为了防治土壤重金属污染,人们进行了许多的尝试,其中一种方法是添加溶解性有机质(DOM)。DOM能作为配位体与重金属结合在环境中迁移,并通过一系列反应抑制或促进土壤重金属的活性,从而进一步影响生态环境安全和人类健康。总结了关于DOM对土壤重金属活性的研究现状,提出今后研究的2个方向,即:1)借助元素分析、红外光谱等方法对DOM的结构和功能团进行研究。2)进一步深入研究DOM与不同土壤、不同重金属之间的影响关系。     

水溶性有机物在土壤中的化学行为及其对环境的影响

水溶性有机物(Dissolved organic matter,DOM)是能够溶解于水的有机化合物的统称。尽管目前对于陆地生态系统中DOM的研究尚不完善,对其性质、组成和分类方法等问题的看法还没有达成一致,但现有研究结果已经表明DOM是一种十分活跃的重要化学组分。DOM进入土壤后将发生吸附、解吸、迁移、转化等一系列化学过程,进而对土壤及环境产生一系列重要影响:一方面,DOM可以与土壤胶体结合,形成有机无机结合体,从而改善土壤性质,DOM还可以通过其自身的分解产生养分离子,从而提高土壤肥力;另一方面,DOM也可能亲合土壤中原来与土壤胶体结合的养分,使之与DOM一起进入土壤溶液,从而增加土壤中养分离子被淋失的风险,并造成土壤养分的损失以及水体的富营养化,DOM还有可能活化土壤中重金属离子,增加土壤中重金属离子的毒性,并使土壤中的重金属离子向地下水迁移。由于其对土壤和环境的多种效应,水溶性有机物近年来已经逐渐成为土壤学、环境科学、生态学等学科的研究热点之一。     

矿物对溶解性有机质及其不同组分的吸附作用

溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)在土壤矿物表面的吸附控制着其在土壤中的迁移,会影响土壤/矿物对重金属、有机污染物等的传质过程[1～3]。已往资料揭示,土壤中黏土矿物是DOM的重要吸附质;但迄今,有关DOM在不同类型黏土矿物表面吸附的差异及机制尚很不清楚。另外,不同DOM组分在土壤矿物上的吸附各异,土壤矿物对DOM不同成分的吸附具有选择性;因此分离DOM不同组分,分别研究其在土壤矿物上的吸附有助于揭示DOM与土壤矿物的结合机理,但该研究尚待深化。此外,目前研究中DOM多以土壤中提取的为主[4],对于因污泥农用等农业管理措施而从外部引入土壤的DOM的研究还较     

生物炭添加对旱作农田土壤溶解性有机质及其

为揭示生物炭添加对旱作农田土壤溶解性有机质（DOM）及其动态的影响,通过定位试验,探讨了不同生物炭施用量小区土壤在2012—2017年间溶解性有机碳、溶解性无机碳和DOM的荧光光谱组分及其紫外光谱特征的变化特征。结果表明：添加生物炭总体上能够提高土壤DOC和DIC含量,且随着添加量的增加而递增。相同生物炭添加量处理中,DOC含量随施用时间增加显著降低,而DIC含量呈逐渐升高的趋势。DOM芳香化程度随施用时间延长而显著增大,施用3年后3%和5%添加量处理的芳香化程度较CK显著降低,而1%添加量处理与CK无显著差异。DOM分子量在不同施用年限之间呈增大趋势。随着生物炭添加量的增加,分子量在不同施用年限间的差异逐渐减小。土壤DOM主要由UVC类腐殖酸（C1）、UVA类腐殖酸（C2）、土壤富里酸（C3）和类色氨酸（C4）4种物质组成,其中以C1和C2为主。整体而言,除添加1%生物炭时C2随施用年限增加而降低之外,不同处理中C1及C2均随着施用年限的增加而逐渐增加,而C3和C4则显著降低。不同处理下DOM的来源以外源输入为主,微生物内源输入为辅,添加生物炭在一定程度上增强了DOM的生物可利用性。生物炭的长期施入会引起旱作农田土壤DOM组分变化,总体趋势是大分子量腐殖酸类物质在增加,而小分子量蛋白类物质在减少。     

有机质影响溅蚀破坏土壤团聚体的主要作用机制

土壤有机质是团聚体的重要组成部分,其在团聚体形成过程中作用机制已有大量研究,但有机质在团聚体破坏过程中起何种作用尚未明晰,其对团聚体破坏过程中雨滴机械打击和消散作用贡献的影响也有待深入研究。为研究不同有机质含量对土壤团聚体的影响,选取5种不同退耕还林年限的土壤为研究对象,利用95%酒精和超纯水作为降雨液体,分别在4个高度下(0.5、1、1.5和2 m)对其进行溅蚀试验。结果表明:随有机质含量的增加,团聚体稳定性逐渐增强,土壤对雨滴机械打击和消散作用的敏感程度越来越弱,土壤抵抗侵蚀的能力越来越强;降雨前后大团聚体数量随着有机质含量的增加逐渐趋近相似,且酒精雨滴作用下的大团聚体含量明显大于超纯水作用下的大团聚体含量;在相同的降雨动能条件下,有机质含量增加使消散作用的贡献率呈现减小的趋势,且其对消散作用的影响在降雨动能较小时较为显著。研究结果对深入理解溅蚀过程中团聚体稳定性评价以及团聚体破坏因子具有重要作用。     

基于地统计与遥感反演相结合的有机质预测制图研究

土壤水分对土壤光谱反射率有显著影响,而以往有机质遥感反演制图中却很少将水分作为预测建模的变量。为了使遥感制图更加符合野外实际环境,提高有机质预测制图精度,在充分考虑土壤样点空间自相关、异相关与野外复杂环境特点的基础上,通过地统计获得研究区水分的空间分布数据,结合遥感反射率,建立多因子预测模型,得到了吉林省黑土区土壤有机质空间分布图。结果表明,有机质遥感制图中,水分因素的加入,使模型的建立更加符合野外实际情况,显著提高了有机质预测制图的精度。     

基于灰度关联-岭回归的荒漠土壤有机质含量高光谱估算

为改善高光谱技术对荒漠土壤有机质的估测效果,该文采集了以色列Seder Boker地区的荒漠土壤,经预处理、理化分析后将土样分为砂质土和黏壤土2类,再通过光谱采集、处理得到6种光谱指标:反射率(reflectivity,REF)、倒数之对数变换(inverse-log reflectance,LR)、去包络线处理(continuum removal,CR)、标准正态变量变换(standard normal variable reflectance,SNV)、一阶微分变换(first order differential reflectance,FDR)和二阶微分变换(second order differential reflectance,SDR)。通过灰度关联(gray correlation,GC)法确定SNV、FDR、SDR为敏感光谱指标,采用偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)法和岭回归(ridge regression,RR)法,构建基于敏感光谱指标的土壤有机质高光谱反演模型,并对模型精度进行比较。结果表明:砂质土有机质含量的反演效果要优于黏壤土;基于SNV指标建立的模型决定系数R~2和相对分析误差RPD均为最高、均方根误差RMSE最低,所以SNV是土壤有机质的最佳光谱反演指标;对SNV-PLSR模型和SNV-RR模型综合比较得出,SNV-RR模型仅用全谱4%左右的波段建模,实现了更为理想的反演效果:其中,对砂质土有机质的预测能力极强(R_p~2为0.866,RMSE为0.610 g/kg、RPD为2.72),对黏壤土有机质的预测能力很好(Rp2为0.863,RMSE为0.898 g/kg、RPD为2.37)。荒漠土壤有机质GC-SNV-RR反演模型的建立为高光谱模型的优化、土壤有机质的快速测定提供了一种新的途径。     

不同耕作制度对紫色水稻土活性有机质及碳库管理指数的影响

以长期定位试验点的紫色水稻土为研究对象，研究了耕作制度对紫色水稻土活性有机质和碳库管理指数的影响。结果表明：稻田长期垄作免耕0～10cm土层有机质含量比常规平作高，10～60cm土层有机质含量则比常规平作低；表明稻田长期垄作免耕土壤有机质具有表层富集现象；水旱轮作各土层有机质含量均比常规平作低。垄作免耕各土层活性有机质含量普遍增加，水旱轮作表层（0～10cm）活性有机质含量减少，其余土层变化不大。对活性有机质组分含量的研究表明：与常规平作相比，垄作免耕增加了土壤表层活性有机质各个组分的含量，在其余土层增加了低活性有机质含量，而减少了高活性有机质含量；水旱轮作增加了各土层低活性有机质含量而减少了中活性和高活性有机质含量。垄作免耕所有土层的碳库管理指数都在100以上，水旱轮作除表层（0～10cm）小于100以外，其余土层都在100以上。由此可见，农业管理措施对土壤有机质、活性有机质及碳库管理指数有较大影响。     

苜蓿对旱地土壤有机碳氮变化的驱动作用

根据旱地长期定位试验和分离土壤有机质中微粒有机质及矿物结合有机质的方法,研究了长期生长苜蓿对土壤有机碳、全氮变化的驱动作用。结果表明:不施肥条件下,苜蓿地土壤有机碳、全氮的含量比裸地土壤中的含量明显增加,土壤有机碳和氮库中的微粒有机碳、氮的含量没有显著增加,而增加的有机碳、氮主要分布在矿物结合有机碳、氮组分中。在施用有机肥及氮、磷化肥条件下,苜蓿地土壤有机碳和全氮的含量显著地提高,增加的有机碳、氮几乎平均地分布在微粒有机碳、氮和矿物结合有机碳、氮组分中。由此表明,保持适宜的苜蓿生产力并采用合理的施肥措施,长期生长苜蓿能够有效地驱动土壤固定有机碳和氮素,从而保持和提高土壤肥力。     

土壤矿物对有机质的吸附与固定机制研究进展

鉴于土壤有机质在生态系统及碳储存方面的重要性,关于土壤矿物对土壤有机质的吸附与固定机理方面的研究越来越受到了学术界的广泛关注。本文综述了近年来报道较多的土壤矿物对土壤有机质的吸附机制,以及主要影响因素。在众多矿物类型中,水合铁、铝氧化物及黏土矿物对有机质的吸附性较强,配体交换、络合、氢键、阳离子桥接、缩合及范德华力作用是土壤矿物与有机质之间的主要作用机制。土壤pH是影响矿物表面电荷及吸附位点的关键因素,进而影响矿物对有机质的吸附。土壤矿物表面的有机质含量对其继续吸附有机质具有一定的影响。吸附态有机质大多呈层状结构,越接近矿物表面的有机质与土壤矿物的结合越紧密。土壤有机质的稳定性受有机质与矿物间的作用力影响,一般而言,以化学键合吸附在矿物表面的有机质最稳定,其次为直接与矿物表面作用的电子"供体-受体"机制,范德华力和静电作用稳定性较差。近年来,随着分析设备和技术的进步,一些新的表征与探测方法(如热重分析、差示扫描量热法、傅里叶转换红外光谱、扫描电子显微镜、原子力显微镜、扫描透射X射线显微镜、中子散射技术等)被用于"矿物-有机质"结合机制的研究中,这些新手段毫无疑问会帮助更好地认识矿物与有机质间的作用机理。关于微生物在矿物吸附有机质、"矿物-有机质"复合体形成和演化过程中所起的作用,研究相对较少,但很明显这是至关重要的。     

澧阳平原古水稻土有机质红外光谱特征

澧阳平原杉龙岗古水稻土遗址剖面中不同耕作年限、不同环境条件、不同深埋的有机质的积累与迁移变化明显。以澧阳平原杉龙岗古水稻土遗址为研究对象,采用溴化钾压片法对剖面中古水稻土和现代耕作水稻土进行红外光谱测定,分析土壤中有机质的官能基团以及各基团的结构特征。结果表明,古水稻土官能基团的振动主要集中在卤素化合物和无机化合物,有机质对古水稻土官能团影响很大,其中,古水稻土中波数1 882 cm-1(烯烃碳)在去有机质后吸收峰弱化;古水稻土中波数为1 631~470 cm-1段,逐渐形成苯环、烯烃化合物且芳构化程度增加,卤素和无机化合物的结合力增强。由一阶导数可知,古水稻土与现代耕作水稻土相差不大,在去有机质后,波峰均被弱化且FD值峰值均小于去有机质前FD值。     

基于多分辨率遥感数据与随机森林算法的土壤有机质预测研究

遥感数据已经在数字土壤制图中得到广泛应用,并且可以一定程度上提高土壤属性预测的精度。本文以榆阳区的黄土丘陵和风沙滩地两种地貌区为例,利用不同分辨率的专题制图仪(thematic mapper,TM)、先进宽视场传感器(advanced wide field sensor,AWIFS)和中等分辨率成像仪(Moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)的遥感影像数据(分辨率分别为30 m、56 m和250 m)和基于高级热量散射和反射辐射仪全球数字高程模型(advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer global digital elevation model,ASTER GDEM)的地形衍生数据,结合其他影响土壤有机质分布的辅助因子,用随机森林算法(random forest,RF)对表层土壤有机质进行模拟预测,并通过实测数据的百分比抽样对预测结果进行了验证。结果表明,在榆阳区的黄土丘陵区,基于TM数据的土壤有机质预测结果较好;在风沙滩地区,基于AWIFS数据的土壤有机质预测结果较好。基于RF的土壤有机质预测在榆阳区的黄土丘陵区结果较好,三个分辨率下的平均绝对误差在1.27~1.57 g kg-1之间,在风沙滩地区预测精度较低,平均绝对误差在1.46~2.08 g kg-1之间。高程、地理位置和植被是影响黄土丘陵区土壤有机质预测的主要因素,在风沙滩地区,植被、高程和离水源地的距离是影响有机质预测的主要因素。可见,在地貌相对简单的地区进行土壤有机质含量的预测时可以使用较低分辨率的数据代替较高分辨率的数据,同时,RF算法在复杂地貌区的土壤有机质预测更有效。     

土壤有机质周转计算机模拟原理

土壤有机质变化与土壤肥力和大气CO2 变化有密切的关系 ,建立土壤有机质周转计算机模型并进行模拟是预测土壤有机质长期变化的重要手段。本文简要回顾了土壤有机质周转计算机模拟模型的发展和现有主要模型 (如RothC、CENTURY等 )的特点和应用范围 ,着重讨论了建模基本原理 ,包括模型结构和过程、主要因子选择、模拟和预测能力的检验和评估方法等 ,并分析了目前所存在的问题。     

铵、钾同时存在时, 土壤对铵的优先吸附

The water stability of aggregates in various size classes separated from 18 samples of red soils under different managements, and the mechanisms responsible for the formation of water-stable soil aggregates were studied. The results showed that the water stability of soil aggregates declined with increasing size, especially for the low organic matter soils. Organic matter plays a key role in the formation of water-stable soil aggregates. The larger the soil aggregate size, the greater the impact of organic matter on the water stability of soil aggregates. Removal of organic matter markedly disintegrated the large water-stable aggregates (> 2.0 mm) and increased the small ones (< 0.25-0.5mm) to some extent, whereas removal of free iron(aluminium) oxides considerably destroyed aggregates of all sizes, especially the < 0.25-0.5 mm classes. The contents of organic matter in water-stable aggregates increased with aggregate sizes. It is concluded from this study that small water-stable aggregates (< 0.25-0.5 mm) were chiefly cemented by Fe and Al oxides whilst the large ones (> 2.0 mm) were mainly glued up by organic matter. Both free oxides and organic matter contribute to the formation and water stability of aggregates in red soils.