低分子量有机还原性物质与土壤的相互作用 Ⅱ. 低分子量有机还原性物质与土壤作用的化学反应

论述了有机还原性物质与土壤作用的吸附、氧化还原和络合反应。土壤对该类物质的吸附量达加入量的60%～75%,其中强、弱还原性有机物质各约占1/2。负电荷物质的吸附量随土壤铁、锰氧化物及其所带负电荷量而变,并表现为电性吸附。对含—COOH、—C—NOH2功能团物质的吸附佐证了固相表面存在络合作用;在氧化-还原平衡中该类物质作为电子供体还原了铁、锰而自身被氧化;络合态亚铁、亚锰的形成服从络合-离解平衡,有机配位体的数量和H+离子争夺配位体的络合基可对其产生强烈的影响。     

低分子量有机酸对可变电荷土壤和矿物表面化学性质的影响

低分子量有机酸是土壤中广泛存在的,它们参与土壤中许多化学过程,在营养元素活化、解铝毒和矿物风化等方面发挥重要作用。本文综述了可变电荷土壤和矿物对低分子量有机酸的吸附及这类有机酸对土壤的表面电荷、动电性质和土壤吸附无机阴、阳离子的影响,为从事相关研究工作的同志提供参考。     

低分子量有机酸对可变电荷土壤吸附性氟解吸的影响

低分子量有机酸可增加可变电荷土壤中吸附性F的解吸,4种有机酸对F解吸影响的大小顺序为:草酸>丙二酸>柠檬酸>苹果酸。有机酸对F解吸的增加作用随有机酸浓度的增加和pH的升高而增加。有机酸可以通过两种机制来增加F的解吸量,一是有机酸阴离子与F对土壤表面吸附位的竞争作用;另一机制是有机酸通过促进土壤氧化铝的溶解来增加F的解吸量。从短程反应看,第一种机制是主要的。     

低分子量有机酸对砖红壤表面电荷的影响

本文研究了4种低分子量有机酸对砖红壤表面电荷性质的影响,结果表明存在于体系中的有机酸增加了表面负电荷量,同时减少表面正电荷的量。在低有机酸加入量下,有机酸对正电荷的影响程度比其对负电荷的影响程度大得多。4种酸对土壤表面电荷影响的大小顺序为:柠檬酸>苹果酸>草酸>醋酸。有机酸对表面电荷的影响随体系pH而变化,它们对正电荷的影响程序随pH的增加而减小,而对负电荷的的影响呈相反的变化趋势。有机酸主要通过其阴离子在土壤表面的吸附来影响土壤的表面电荷性质。     

低分子量有机酸对土壤中铝的化学行为的影响

本文从Al在土壤中的水解-沉淀、吸附-解吸、活化、迁移、降低毒性以及对含Al矿物的表面性质的影响等方面综述了低分子量有机酸对Al的化学行为的影响,并提出了今后需要进一步加强研究的一些方面。     

铜污染土壤修复的有机调控研究Ⅲ.EDTA和低分子量有机酸的效应

通过盆栽试验研究了EDTA和低分子量有机酸对土壤溶液性质、土壤铜形态变化和印度芥菜生长及铜吸收的影响。结果表明 ,施用pH6.3的EDTA溶液 ( 3mmolkg- 1 )显著地增加了土壤溶液铜 ,特别是难解离态铜的含量 ,其消长规律与土壤溶液TOC的变化相一致 ,也显著地增加土壤NH4NO3提取态和NH4OAc提取态铜量 ,但对芥菜生长没有显著影响。EDTA的加入显著地增加芥菜各组织铜浓度和铜吸收量 ,从而增加了芥菜的铜总吸收量 ,提高了植物修复效率。施用 3mmolkg- 1 pH6.3的草酸、柠檬酸或苹果酸对土壤铜含量及其形态分配和芥菜生长及铜吸收均无明显影响     

低分子量有机酸类物质对红壤和黑土磷有效性的影响

在20℃恒温培养条件下,研究低分子量有机酸类的钠钙盐(LA)和低分子量有机酸类与混合氨基酸的钠钙盐(LAA)不同用量水平对红壤和黑土磷有效性的影响。研究表明,两种低分子量有机酸类混合物在各不同水平下均能显著提高红壤和黑土磷有效性;随着培养的进行,添加有LA、LAA的各处理对红壤和黑土中磷有效性均有明显提高。无论是LA或LAA,红壤中以半量处理对提高磷有效性作用效果更为明显,而黑土中则以LAA作用效果更好,且以常量LAA处理的效果最好,常量LA和LAA处理间差异显著。在添加磷肥的基础上,与不加有机酸物质处理(CKp)相比,添加常量LA、LAA和半量LA(0.5 LA)、LAA(0.5 LAA)处理,在红壤中磷固定率平均值分别降低10.5%、22.3%和11.3%、19.4%;在黑土中分别降低8.6%、10.6%和14.1%、11.8%。LA和LAA对降低红壤和黑土磷固定率效果显著,红壤以半量处理的效果较好,黑土则以常量LAA处理效果最好。     

集约经营下雷竹林土壤低分子量有机酸的初步研究

低分子量有机酸对养分循环与植物生长起着重要作用,雷竹具有发达的鞭根系统,因此了解其土壤中的有机酸状况显得尤为重要。本研究采集了雷竹主产区浙江省临安市太湖源镇不同种植年限的雷竹土样,通过高效液相色谱法对其中的低分子量有机酸进行初步的定性和定量分析。结果表明:雷竹林土壤中主要含有马来酸和丁二酸,并含有少量富马酸;随着雷竹种植年限的增加,土壤中有机酸总量有增加的趋势。     

低分子量有机酸对可变电荷土壤中铝吸附的影响

铝毒是酸性土壤上植物生长不良的主要限制因素,铝的生物毒性与铝离子的化学形态有密切的关系[1, 2],而铝的化学形态又受包括低分子量有机酸在内的多种因素的影响[3, 4].低分子量有机酸是土壤中广泛存在的一类非常活泼的物质,植物在生长过程中其根系会不断分泌出各种有机酸,植物残体分解过程中和土壤微生物代谢过程中均会产生有机酸[5, 6].一些有机酸阴离子可以被可变电荷土壤吸附,并影响土壤的某些表面化学性质;另一方面某些有机酸阴离子能够与铝形成稳定的络合物从而改变铝离子在溶液中的存在形态,这两方面的原因都有可能对可变电荷土壤中铝的吸附产生影响.     

水溶性有机还原物质研究: Ⅲ. 稻草分解产物的电化学性质及其与可变电荷土壤的相互作用

Some electrochemical properties,such as pH,Eh,and voltammetric behavior.of the decomposition products of rice straw and the interactions of these products with soils were studied.The pH,Eh,and amounts of organic reducing substances changed markedly during the 6-day anaerobic decomposition.pH decreased sharply to pH 5 on the tenth day and then increased gradually to 7 on the 45rh day.The amounts of organic reducing substances increased almost synchronously with the fall of redox potential during the first 15 days.The differential pulse voltammetric(dpv) behavior changed not only in the peak current but also in the peak potential.The fractions with apparent molecular weights lower than 200 daltons appeared to be active in dpv behavior.The electric charge and positively charged,respectively.The group with a low apparent molecular weight and a negative charge was the main components responsible for the lower anodicpeak potentials.They were oxidized first during the interactions of the organic reducing substances with soils.     

红壤主要土壤组分对低分子量有机酸吸附的研究

通过一次平衡法研究了双氧水去除有机质、添加1%腐殖酸和DCB法(连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠)去除游离氧化铁、铝对红黏土发育的红壤吸附草酸、柠檬酸、酒石酸和苹果酸的影响。结果表明,去除有机质后,由于受溶液pH、表面吸附点位变化、土壤结构变化、表面基团活性变化、草酸根生成等多种因素的影响,红壤对低分子量有机酸的吸附量虽略有增加,但增加并不明显。添加腐殖酸培养一个月后,由于受土壤表面电荷变化、吸附点位覆盖、氧化铁活性改变、基团质子化等因素的影响,红壤对低分子量有机酸的吸附量虽有轻微的减少,但减少也不明显。去除占土壤总量3.79%的游离氧化铁、铝后,土壤表面正电荷将会显著减少,而导致红壤对低分子量有机酸的吸附量显著减少,其减少程度因有机酸种类而异,与原土对有机酸的最大吸附量(Sm)大小顺序相反。     

Comparison of Analytical Methods for Organic Matter in Composts and Organic Mulches

Abstract

The conventional dichromate (Walkley and Black), carbon analyzer, and weight loss‐on‐ignition (WLOI) methods are compared for determination of organic matter contents in composts and organic mulches. The objective of this study was to evaluate these three methods for their reliability in determining the organic matter contents of composts and organic mulches that also contain inorganic carbon. The carbon analyzer method overestimated organic matter contents for samples containing inorganic carbon (C) as carbonate or charcoal C. The removal of inorganic C improved the correlation coefficients (r) of results obtained by the carbon analyzer method and the Walkley and Black method (0.95 vs. 0.89). The WLOI method produced results more similar to those obtained with the Walkley and Black method than with a carbon analyzer. Oven drying samples for 16–24 h at 105°C as a basal temperature for WLOI improved results compared with a basal temperature at 70°C, which is commonly used. A heating temperature of 500°C for 12 h resulted in organic matter determinations by the WLOI method in the closest agreement with those obtained by the Walkley and Black method.     

土壤溶解性有机质分子特征对不同来源有机肥分解的响应

从有机肥料中提取的溶解性有机质（DOM）可为不同的商业有机肥料的潜在应用提供新的见解。选用四种不同来源有机肥（生物质炭肥,WSB;羊粪有机肥,SM;海藻有机肥,SW;虾肽有机肥,SP）与昌化矿区周边土壤为研究材料,进行为期三个月的培养试验,采用多元光谱分析研究土壤DOM分子特征对有机肥分解的响应。与对照组相比,在培养过程中添加四种有机肥均增加土壤DOM的含量,WSB处理增加量最低,SW处理增加最高。激发发射矩阵结合平行因子分析 (EEM-PARAFAC) 表明培养过程中添加WSB提高了土壤DOM中类胡敏酸组分,减少了类富里酸组分;添加SM、SW和SP在0~45 d内降低了土壤DOM中微生物转化的类胡敏酸组分的比例而提高类富里酸组分,在45~90 d内增加难降解的类胡敏酸组分的比例。二维红外相关分析 ( 2D-FTIR-COS) 表明CK和SP处理中土壤DOM的芳香性或羧酸碳优先对分解时间发生响应;而添加WSB、SW和SM处理组中土壤DOM的烯烃或多糖类碳优先对分解时间发生响应;添加WSB和SP处理土壤提取液中也出现了Si-O-Al等土壤纳米矿物类官能团响应信号。碳近边X射线吸收精细结构 (C 1s NEXAFS) 分析结果表明：培养结束后,与未添加有机肥处理相比,WSB处理提高土壤DOM中含氧脂肪族碳组分比例,而减少芳香与酚类碳比例;SW处理主要增加了芳香碳、羰基碳的比例,而减少了脂族碳和氧烷基碳含量;SM、SP处理增加了酚类碳、芳香碳以及脂族碳比例,减少了羧基碳、氧烷基碳和羰基碳比例。本研究结果可增强对不同来源有机肥分解影响土壤DOM分子特征的了解,对于评估土壤中施用商品有机肥料的生态环境效应至关重要。     

长期施肥对水稻根系有机酸分泌和土壤有机碳组分的影响

本研究以江西省红壤研究所水稻土长期定位试验田(始于1981年)为对象,分析了不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、有机无机配施(NPKM)3种施肥措施对水稻根系有机酸分泌速率及土壤有机碳组分的影响。结果表明:NPK和NPKM处理水稻根系分泌有机酸总量均显著高于CK处理(P0.05,下同),其中NPKM处理最高,提高了54.78%;相对于CK处理,NPK处理水稻根系酒石酸分泌速率显著增加,提高了82.63%,NPKM处理的草酸与苹果酸分泌速率显著增加,分别增加了69.93%、110.98%,而NPK和NPKM处理的柠檬酸分泌速率分别降低了36.57%与40.57%。与CK处理相比,NPKM处理土壤有机碳、颗粒有机碳、微生物生物量碳与可溶性有机碳均显著增加,而NPK处理却无显著变化;可溶性有机碳结构的进一步分析表明,NPKM处理促进了可溶性有机碳中类胡敏酸和类富里酸物质的累积,在可溶性有机碳中所占比例分别为31%、44%,NPK处理可溶性有机碳结构无明显变化;CK和NPK处理中可溶性有机碳的有机物来源主要是植物与微生物的混合源,而NPKM处理主要是微生物代谢所分泌的产物。     

低分子量有机酸对高岭石中铝释放的影响

选择了几种土壤中可能存在的低分子量脂肪羧酸 ,研究了它们对高岭石中铝释放的影响。结果表明 ,有机酸可以通过络合作用促进高岭石中铝的释放。几种有机酸对体系中可溶性铝影响的大小顺序为 :草酸 >柠檬酸 >丙二酸 >苹果酸 >乳酸。草酸、柠檬酸和乳酸对可溶性铝释放的促进作用随体系pH的升高而减小 ,其中草酸体系中可溶性铝随pH的变化幅度最大。在苹果酸体系中 ,可溶性铝随pH的升高而稍有增加。体系中的可溶性铝随有机酸浓度的增加而增加 ,而交换性铝随柠檬酸浓度的增加而减少 ,先随苹果酸浓度增加而增加 ,然后又逐渐减少。与对照相比 ,柠檬酸和草酸使交换性铝的量减小 ,苹果酸和乳酸在低pH下使交换性铝明显增加 ,而苹果酸在较高pH下使交换性铝减少。有机酸影响释放出的铝在固液相间的分配比 ,苹果酸在低pH下使体系中释放出的大部分铝以交换性形态存在 ,而在较高pH下 ,大部分铝以可溶形态存在。在草酸体系中 ,释放出铝的大部分都以可溶形态存在。不同有机酸的不同表现与体系中铝的溶解平衡、铝的吸附 -解吸平衡、有机酸的吸附 -解吸平衡、有机酸的离解平衡和铝与有机酸的络合 -离解平衡有关。     

有机无机肥配施对潜育化水稻土的改良效应

为探索潜育化水稻土改良培肥措施,采用田间试验研究了工程排水条件下有机无机肥配施对潜育化低产水稻土的改良效应。结果显示:有机无机肥配施增加了早、晚稻的有效分蘖数。在早稻齐穗期,与CK和NPK处理相比,有机无机肥配施的叶绿素(SPAD值)均显著增加。有机无机肥配施显著增加了晚稻的产量,与NPK处理相比,产量增加了10.0%~23.7%;其中早稻配施紫云英、晚稻配施猪粪处理产量最高。在工程排水基础上,配施有机肥处理在早、晚稻收获时耕层土壤还原物质总量分别比单施化肥处理减少了15.0%~25.3%和32.5%~37.5%。这表明,在工程排水条件下,配施一定的有机肥可以明显提高潜育化稻田水稻产量,降低表层土壤还原物质总量,对改良潜育化水稻土有明显作用。     

共沉淀引发的溶解性有机质在水铁矿/水界面的分子分馏特性

土壤矿物与溶解性有机质（DOM）的相互作用会引起DOM在矿物/水界面的结构分馏,进而影响DOM在土壤中的长期保存及其环境行为。水铁矿在环境中广泛存在,可通过两种不同方式（表面吸附或共沉淀）与DOM结合。目前,鲜有研究从分子尺度上揭示共沉淀反应诱发的DOM在水铁矿/水界面的结构分馏特性。针对此,通过共沉淀方式在C/Fe不同的溶液中制备水铁矿-DOM复合体,将传统光谱手段（如,紫外（UV）-可见光光谱、Fe K边X射线吸收光谱（XAS）等）和近年来兴起的电喷雾-傅立叶变换-离子回旋共振质谱（ESI-FT-ICR-MS）相结合,从分子水平解析共沉淀过程中DOM在水铁矿/水界面的结构分馏行为。结果显示：水铁矿-DOM复合体中Fe主要以水铁矿的形式存在,所占比例与C/Fe值有关,介于68.0%~95.9%之间。UV和ESI-FT-ICR-MS分析共同表明在共沉淀过程中,水铁矿优先固定DOM中具有高分子量的富含氧的芳香性组分（主要燃烧过程中产生的致密多环芳香类物质和维管植物来源的多酚类物质）,该分子分馏特性与前人报道的因表面吸附引发的DOM在水铁矿/水界面的分馏现象基本一致,表明无论表面吸附还是共沉淀,水铁矿均倾向于固定芳香性强的高分子量组分。此外,本研究率先发现水铁矿对DOM的结构选择性随反应时间呈一定动态变化,表现为：燃烧过程中产生的致密多环芳香类组分优先被固定在复合体中,随着反应推进,维管植物来源的多酚类组分被固定。本研究结果有助于深入理解水铁矿形成过程中,通过共沉淀作用影响DOM环境地球化学行为的分子分馏机制。     

低分子量有机酸强化烟草修复镉污染土壤的适用性研究

采用盆栽试验,以0.125mmol/kg EDTA为对照,研究3种低分子量有机酸(酒石酸、柠檬酸和草酸)在强化烟草修复镉污染土壤中应用的可行性。3种低分子量有机酸(LMWOA)均可显著降低土壤pH,提高镉的有效含量,酒石酸和草酸对镉在烟草中转运有抑制作用,柠檬酸在酸性土壤中促进镉在烟草中转运,在中性土壤中则起抑制作用。31.25mmol/kg LMWOA对烟草地上部的生长有一定的促进作用,该浓度的柠檬酸和草酸使酸性土壤中烟草地上部镉累积量分别提高42.95%和28.67%,柠檬酸还使中性土壤中烟草地上部镉的累积量提高40.91%,所有酒石酸处理镉在烟草地上部的累积量均降低,EDTA使酸性土壤中烟草地上部镉的累积量提高24.56%,对中性土壤中烟草地上部镉累积量的影响不显著。表明柠檬酸和草酸具有强化烟草地上部对镉的吸收、提高烟草提取土壤镉效率的作用,但要获得与EDTA相当的效果,需大大提高其用量,这必然导致修复成本大大提高,故不宜用于强化烟草修复镉污染土壤。