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。     

土壤中水溶性有机物质的数量、性质及其变化

水溶性有机物质的数量可因绿肥种类、土壤和时间而异。该物质是一类分子量低、带不同电荷(正、负电荷)和等电点的物质,并含有羧基和胺基。其中的某些性质随时间而变。该物质的数量与Eh的相关系数显著。其还原性因绿肥种类而异。工作中应用了凝胶层析、红外、可见光谱分析和等电聚焦技术。     

不同开垦年限水稻土还原性物质含量及其分布

以辽宁省各地棕壤型、草甸土型水稻土为研究对象,探讨了不同开垦年限的棕壤型、草甸土型水稻土中还原性物质总量、活性还原性物质、络合态铁、水溶性亚铁、水溶性亚锰含量及其分布状况。结果表明,不同开垦年限供试水稻土随着开垦年限增加表层还原性物质总量、活性还原性物质、络合态铁、水溶性亚铁和水溶性亚锰含量明显增加,且均随土壤深度增加而减少,其积累主要集中在土壤上层。土壤络合态铁与还原性物质总量和活性还原性物质均呈极显著正相关,表层土壤有机质对铁、锰的络合减少了铁、锰元素向剖面下层的迁移数量。开垦10年以上,水稻土耕层中还原性物质就明显积累,直至60年,其积累量仍不断增加,因此生产上必须采取措施抑制水稻土中还原性物质的累积。     

绿肥压青后水稻生育期间土壤中还原性物质的动态变化

绿肥压青后随郎栽换或未经庸妙就栽秧,常会引起水稻黑根枯苗的“烧秧”现象。一般认为,还原性物质的毒害是引起这一现象的原因之一。然而引起毒害的还原性物质,主要是低铁还是硫化氢或其它还原性物质?则一直不大清楚。近年来不少研究者指出,水和土的氧化还原状况对水稻的生长发育和土壤养分状况有很大影响^[1-4],有的研究者指出,对于水稻土的氧化还原体系,应从其彼此相关而又不同的张度因素与数量因素两方面进行研究^[5-4],并提出了相应的研究方法^[6,7]。按照这些方法,1962年我们在研究绿肥压青后水稻生育期间土壤中还原性物质的动态变化时初步看出^[8]:活性有机还原物质在还原性物质总量的变化中起着主要的作用。在此墓础上又于1963年进行了田间小区试验,以探索绿肥压青后土壤中还原性物质舍量的变化及其对水稻生长的影响。现将所得结果整理如下。     

绿肥分解过程中水溶性有机物质的伏安行为及其影响因素

为了进一步了解绿肥分解产物水溶性有机物质,过去我们曾对其进行了极谱区分和动态测定;用伏安法概略区分了包括水溶性有机物质在内的强还原性物质和弱还原性物质。本试验是应用示差脉冲极谱法,结合凝胶色谱分离,研究该类物质的伏安行为及其与某些因素的关系,以期深入揭示其电化学性质。     

水分优化管理对稻虾共作模式水稻产量及土壤还原性物质的影响

通过探索水分优化管理对稻虾共作模式水稻产量及土壤还原性物质的影响,为该模式下水稻水分管理和土壤改良提供科学依据。在水稻直播和机插两种种植方式下,分别设置以水稻分蘖后期和成熟期两次重晒田等措施为主的水分优化管理处理、以水稻分蘖后期和成熟期两次轻晒田等措施为主的水分常规管理处理,于湖北省潜江市采用田间定位试验开展研究。结果表明,在水稻直播和机插条件下,水分优化管理相对于常规管理平均增产率分别为8.5%和9.4%,增产效果均达到显著水平。相对于常规管理,水分优化管理对水稻有效穗数和每穗粒数的正效应大于结实率和千粒质量。水稻分蘖后期,水分优化管理相对于常规管理0～10 cm土层亚铁含量下降40.8%～41.8%,0～20 cm土层还原性物质总量下降45.1%～46.4%;与分蘖后期相比,水稻收获后0～20 cm土层亚铁和还原性物质总量总体呈下降趋势。由此表明,稻虾共作模式下分蘖后期和成熟期两次重晒田等水分优化管理措施能够显著增加水稻产量,缓解土壤潜育化程度。     

微生物腐熟菌剂对牛粪堆肥产品中低分子量有机物的影响

利用固相微萃取—气相色谱—质谱(SPME-GC-MS)技术对奶牛粪堆肥产品中的低分子量有机物质进行了定性分类和定量分析,结果表明奶牛粪堆肥产品中含有大量的低分子量有机物质,其中低分子量有机酸多达16种,并且还含有醛、醇、酮、呋喃和吡嗪等低分子量有机物质。研究证实添加微生物腐熟菌剂的奶牛粪堆肥产品中醛类、醇类、酯类、羧酸类、呋喃类、吡啶类和含硫类等低分子有机化合物的相对含量比未添加NMF微生物腐熟菌剂分别增加6.5%、9.2%、5.7%、15.6%、9.8%、11.3%和28.6%,而酮类、脂肪族碳氢化合物的相对含量则分别减少11.4%和15.5%。添加NMF菌剂比未添加NMF菌剂的奶牛粪便堆肥产品中低分子有机化合物总量增加42.8%。为考察有机肥品质的客观指标和应用微生物调控有机肥对植物有正、负面影响的低分子有机物种类和含量提供基础资料。     

不同改良剂对冬水田水稻产量、养分吸收和土壤还原性物质总量的影响

针对冬水田影响水稻生长的土壤障碍因子,研究了不同土壤改良剂对冬水田水稻产量、养分吸收和土壤还原性物质总量的影响。两年试验结果表明:所有处理中鸡粪和硅钙肥增产效果较好,2011年较对照分别增产11.3%和10.7%,2012年较对照分别增产9.4%和13.0%;在还原性物质总量上,鸡粪处理较对照增加5.7%,在一定程度上提高了土壤有害物质增加的风险,不宜长期在冬水田中施用,而硅钙肥处理则比对照降低19.6%。石灰的效果不稳定,可能与两年遇到的极端天气(第一年严重干旱,第二年涝灾)有关,其效果还需要继续验证;锌肥的效果较差。因此,对长期淹水、地势较低的冬水田来说,硅钙肥是比较理想的土壤改良剂,施用后能保证水稻健壮生长和获得高产。     

铁锰络合物的稳定常数与有机络合剂的分子量的关系

将各种植物或土壤的水溶性分解产物区分为分子量小于500,500—1000和大于1000的三组,测定了其中有机络合剂的浓度及与亚铁、锰的络合物的稳定常数。三组分别占络合剂总量的30%,36%和33%,其中茎秆较多的植物的分解产物中分子量大的组分所占的比例较大。分子量较大的络合剂的铁锰络合物的logk值可比分子量较小者大1—2个数量级。亚铁络合物的logk值较相应的锰络合物者为大。有机络合剂既带负电荷,也带正电荷。亚铁络合物有相当大的抗氧化作用稳定性。     

低分子量有机酸对土壤磷组分影响的Meta分析

【目的】过量施用磷肥导致土壤磷素累积,全磷含量升高,但是有效磷含量往往较低。低分子量有机酸能活化土壤难溶性磷、提高土壤磷素有效性,已成为研究热点之一。为探索提高土壤磷素有效性的途径,本文综合分析了低分子量有机酸对不同类型土壤磷组分的影响,为低分子量有机酸的合理施用和土壤有效磷的提升提供理论依据。【方法】通过收集近30年 (1990—2018年) 来国内外发表的低分子量有机酸活化土壤磷的文章,建立了831组包含“有效磷 (available-P)”相关内容的数据库。基于Meta分析 (Meta-analysis),定量研究了不同土壤pH、全磷、有效磷含量、不同培养方式和培养时间及不同酸种类 (苹果酸、柠檬酸及草酸等) 和浓度等条件下,低分子量有机酸对土壤有效磷含量的影响。【结果】检索论文中的低分子量有机酸添加浓度在0～1 mol/L范围内。与不施低分子量有机酸的对照相比,低分子量有机酸可使土壤中钙磷、铝磷、铁磷、闭蓄态磷和有机磷含量分别降低27.1%、21.3%、15.5%、8.22%、5.42%,有效磷含量增加213%。石灰性土壤中,低分子量有机酸可将难溶性八钙磷 (Ca₈-P)、十钙磷 (Ca₁₀-P) 转化为可吸收态的二钙磷 (Ca₂-P),Ca₈-P、Ca₁₀-P含量分别降低8.36%、11.8%,而Ca₂-P含量增加7.90%。在全磷含量 < 1 g/kg和有效磷含量 < 20 mg/kg的低磷土壤中,低分子量有机酸分别能使有效磷含量增加331%和343%,增磷效果分别比对应的全磷含量 ≥ 1 g/kg、有效磷 ≥ 20 mg/kg的高磷土壤高107%和189%。在酸性 (pH < 6) 和中性 (pH 6～8) 土壤中,低分子量有机酸分别能提高土壤有效磷含量329%和320%,在碱性 (pH > 8) 土壤中其增磷效果仅为56.9%。低分子量有机酸活化难溶性磷具有速效性和时效性,培养第1天土壤有效磷含量可增加257%,之后持续增加,在第10～20天达到最高值372%,20天后增磷效果持续减弱。振荡培养试验条件下,低分子量有机酸能使土壤有效磷含量增加334%,高于常规培养试验294%。当低分子量有机酸的添加浓度低于90 mmol/L时,酸浓度越高,其提升土壤磷有效性的效果越好。在所用的低分子有机酸中,草酸和柠檬酸提升磷有效性的效果较好,分别能增加有效磷含量288%和185%。【结论】低分子量有机酸活化土壤难溶性磷的效果受到土壤pH、全磷和有效磷含量的影响,也与添加的有机酸类型和浓度及添加的时间有关。低分子量有机酸提升土壤磷有效性的效果,在酸性和中性且全磷含量较低的土壤中较好。在低分子量有机酸添加量 < 90 mmol/L范围内,提升效果随添加量的增加而增加。作用的最佳效果出现在添加后的10～20天。添加草酸和柠檬酸对土壤有效磷的提升效果较好。     

有机物质与植物抗逆性关系研究进展

综述了有机物质腐殖酸、氨基酸、VC等与植物抗逆性(抗旱、抗盐、抗高温或低温、抗病虫等)的关系,不仅为有机营养肥料和杀菌、杀虫剂的生产提供了依据,而且为生产栽培管理以及培育高抗逆性作物奠定了理论基础。随着人们对可持续农业发展的重视,以及植物有机营养研究的不断深入,有机物质腐殖酸、氨基酸等在生态农业和绿色食品生产中将发挥重要的作用。     

有机物质与土壤结构

土壤结构是土壤物理学中最本质的部分，而有机物质对土壤结构的形成和稳定起着重要作用，本文就有机物质对在机无机复合机的形成及其对土壤结构的影响进行讨论。     

低分子量岩藻聚糖酶法制备工艺

为了获得分子量集中,生物活性显著的岩藻低聚糖片断,该试验从九孔鲍肝胰腺中分离纯化出岩藻聚糖裂解酶裂解岩藻聚糖。通过等电点法、硫酸铵分布盐析法及Sephadex G-150柱分离纯化出2种底物酶(岩藻聚糖酶、α-L-岩藻糖苷酶),同时采用黏度和还原糖法作为酶活的评价指标评价酶的作用特点。结果表明:等电点法中pH值4.5、5.0时的沉淀物酶活最高,且pH值4.5的沉淀物在硫酸铵质量分数为30%时分离纯化出岩藻聚糖酶,而pH值5.0的沉淀物在硫酸铵质量分数40%时分离纯化出α-L-岩藻糖苷酶。此种工艺方法能得到2种岩藻聚糖裂解酶,底物降解率为8%～15%,获得硫酸基团破坏性小的低分子量岩藻聚糖。因此,九孔鲍岩藻聚糖裂解酶可作为酶法制备低分子量岩藻聚糖的工具酶,具有重要的开发应用价值。     

低分子量有机酸对土壤有效磷及重金属释放影响的研究进展

农药化肥的过量施用、重金属矿产开发冶炼、污水灌溉等导致土壤磷素养分降低和重金属污染,对生态环境、粮食安全和人类健康带来一定的风险隐患。土壤低分子量有机酸是一类重要的土壤有机活性物质,在土壤质地、养分循环和重金属毒害等方面起重要作用,但低分子量有机酸对土壤磷素和重金属释放影响的研究尚没有系统归纳。本文结合国内外研究进展,综述了土壤低分子量有机酸的来源、浓度、功能及其影响因素,举例说明了低分子量有机酸种类、浓度等对土壤磷及重金属释放的影响。系统总结了低分子量有机酸对土壤磷活化及重金属释放的机制。低分子量有机酸与其他物质协同提升土壤磷素有效性和降低重金属污染,这些结果为土壤磷素有效性的提升和重金属污染土壤修复提供科学依据和技术支撑。     

高效液相色谱法测定设施番茄土壤低分子量有机酸的色谱条件研究

为探索利用高效液相色谱法测定设施番茄土壤低分子量有机酸的适宜色谱条件,以Na OH和Na Cl混合溶液为提取剂提取11种土壤低分子量有机酸,通过优化影响低分子量有机酸分离度的流动相浓度、p H、流速、有机改良剂的添加比例、检测波长等条件,确定了高效液相色谱法测定设施番茄土壤低分子量有机酸的最佳色谱条件为:以10 mmol L-1KH_2PO_4-CH_3OH(97∶3,p H 2.6)为流动相,流速为0.8 ml min~(-1),检测波长220 nm,柱温25℃,进样量为20μl。此方法对11种低分子量有机酸的检测限在20~825 ng ml~(-1)之间,回收率在85.57%~100.20%之间,相对标准偏差在0.17%~5.84%之间。实际土壤样品分析结果表明,该方法能够满足土壤低分子量有机酸的痕量检测要求。     

有机物质种类对污染土壤铜形态及活性的影响

本文试验研究了几种有机物质对冶炼厂附近污染土壤中铜形态及其活性的影响 .结果表明 ,有机物质添加后对土壤铜化学形态与活性的影响进程较为迅速 ,半个月内就有明显的表现 :不同类型有机物质都对土壤铜的化学活性有控制作用 ,但控制效果因有机物质种类而异 ,且与有机物质在土壤中腐解转化有关 .     

几种有机物料分解过程中溶解性有机物质化学成分的变化

本研究依据稻草、紫云英和茶树修剪叶分解过程中水溶性有机物质(DOM)的化学组成的变化,认为:随着有机物料的分解,水溶性有机碳(DOC)溶出量减少,21d后出现一溶出峰,35d后趋于稳定。DOM中溶解性有机氮(DON)、水溶性糖、有机酸种类及其含量的动态变化结果表明:不同分解阶段DOM的化学组成有差异,且因有机物料种类不同而不同。35d后DOM的含量与化学组成都已趋于稳定,不同有机物料溶出DOM中化学组成相似,表明有机物料的分解已进入难分解物质的缓慢分解阶段。     

易利用态有机物质对水稻土甲烷排放的激发作用

为探讨外源有机物质对淹水稻田土壤CH4排放的激发作用,对比不同外源有机物质对土壤CH4排放的贡献差别,本研究选取3种标记的易利用态有机物(葡萄糖、乙酸和草酸)分别加入水稻土,进行了为期1个月的培养。结果表明:培养30 d后不同处理CH4的累计排放量差异显著(P0.05),其中,乙酸葡萄糖草酸对照;双因素方差分析结果显示,外源有机物质的添加加速了土壤易利用态有机质的矿化(即产生正激发效应);不同处理条件下激发作用产生的CH4分别占各处理CH4总累计排放量的73.3%(葡萄糖处理)、71.5%(乙酸处理)和40.9%(草酸处理),且CH4排放量与CH4激发效应之间极显著正相关关系说明土壤CH4排放主要要来自于土壤原有机质的分解,外源有机物质可能主要对土壤微生物活性及代谢途径有影响。     

低分子量有机酸作用下土壤中菲和芘的残留及形态

采用微宇宙试验方法,以菲和芘为多环芳烃(PAHs)代表物,研究了几种低分子量有机酸作用下黄棕壤中菲和芘的残留和形态。结果表明,老化60 d后土壤中菲和芘的残留含量明显减少;不施加有机酸的对照土壤中,菲和芘的残留含量为10.13和29.18 mg kg-1,去除率为87.33%和63.50%。与对照相比,供试浓度(0～64 mg kg-1)范围内,柠檬酸、草酸、酒石酸等3种低分子量有机酸作用下土壤中PAHs残留含量提高,去除率减小,表明供试条件下有机酸抑制土壤中菲和芘的降解;进一步分析发现,少量(≤4 mg kg-1)的有机酸即可对PAHs降解产生高的抑制效果。微生物降解在PAHs的去除中起重要作用,且芘比菲更抗微生物降解。供试条件下,可脱附态和有机溶剂提取态是土壤中菲和芘存在的主要形态,而结合态残留占总残留的比例很小(<8.5%)。3种有机酸均提高了土壤中可脱附态和有机溶剂提取态菲和芘的残留含量,施加有机酸使土壤中菲和芘的可脱附态含量较对照分别提高了46.67%～749.1%和1.83%～80.20%,有机溶剂提取态则提高了8.73%～375.2%和22.63%～114.3%;低分子量有机酸作用下结合态的菲和芘含量仍很小。