黄河中下游湿地土壤铁还原氧化过程的温度敏感性

土壤中铁的还原氧化过程因与重金属的生物有效性、有机污染的降解及含碳温室气体排放等环境问题关系密切而备受关注。温度可能通过影响铁还原菌或者Fe(II)氧化菌的活性、底物的生物可用性等而影响铁的还原过程。以黄河中下游地区新乡市原阳大米产区的湿地土壤为样品,利用厌氧泥浆控温培养试验方法研究了黄河中下游湿地中土壤铁还原氧化过程的温度敏感性。结果表明:黄河中下游湿地土壤铁的还原容量在16~31℃范围内不受温度影响,但在16~40℃之间升高温度可显著增加铁还原过程的最大速率、速率常数,亦可缩短最大速率出现的时间。铁还原的温度敏感系数介于1.18~3.05之间,且随温度上升而升高。光照可降低铁还原的温度敏感性,平均降幅39.0%。光照时土壤中Fe(II)氧化对温度不敏感。光照条件和铁氧化物的种类和数量可能是影响土壤有机碳矿化的因素之一。研究结果对于深入理解土壤铁的生物地球化学循环及其与土壤呼吸的关系具有重要意义。     

pH与石灰性水稻土铁氧化还原过程的关系

光照和pH是调控土壤铁氧化物厌氧生物氧化还原的关键环境因素。本文采用恒温厌氧培养试验研究了黑暗、光照条件下土壤pH的变化及pH对铁氧化还原的影响,探索了pH与Fe(II)和水溶性无机碳的关系。结果表明,光照可改变土壤厌氧培养过程中pH的变化趋势,避光培养时土壤pH呈降低趋势,光照时呈先降低后增加趋势。pH介于4~9之间均可发生铁的还原反应,pH=7时还原量最大,128.5μmol g-1,pH调至4和9均可抑制避光条件下的铁还原。光照条件下pH 6~8时可发生Fe(II)的再氧化,控制初始pH为7时可使其再氧化量增加77.13%,达49.17μmol g-1。厌氧培养过程中Fe(II)与水溶性无机碳在避光时存在显著线性正相关关系,pH与Fe(II)和水溶性无机碳之间均存在显著线性负相关关系。     

旱作褐土中氧化铁的厌氧还原与光合型亚铁氧化特征

土壤中铁的氧还过程与碳氮转化及自净能力关系密切,已还原亚铁的氧化受土壤性质的影响。采用室内恒温培养试验研究了旱作褐土中铁还原氧化过程、及其与水溶性碳、NO3-、SO42-的关系。结果表明旱作褐土中铁氧化物在厌氧光照条件下可先被还原后被再次氧化,其再氧化量介于1.46~3.00 mg g-1之间,平均2.09 mg g-1;再氧化速率常数介于0.23~0.80 d-1之间,平均0.48 d-1。再氧化量与土壤无定形铁、水溶性硫酸盐含量、阳离子交换量显著负相关,与土壤总氮、总磷显著正相关;再氧化速率常数与土壤有机碳显著负相关,与黏粒含量极显著正相关。厌氧光照培养可使旱作褐土水溶性无机碳平均降低52.74%,水溶性NO3-降低92.15%,水溶性SO42-增加55.38%。研究结果为深入理解旱作土壤潜在的微生物铁循环转化方式提供理论支持。     

褐土中铁的氧化还原与碳素转化

采用泥浆厌氧恒温培养的方法,研究了光照对旱作褐土中氧化铁的厌氧还原过程的影响,探讨了土壤中铁氧化物的还原-氧化过程与碳素转化的关系。结果表明,旱作褐土中游离铁氧化物的55.31%可在厌氧避光条件下发生还原,厌氧光照条件下游离铁氧化物的还原率最大仅为38.90%,还原产生的Fe(Ⅱ)可能被蓝细菌中的鱼腥蓝细菌属光合过程产生的氧氧化,40 d培养后其游离铁氧化物还原率低至7.95%。厌氧避光条件下培养40 d后土壤中水溶性总碳、无机碳含量分别增加了69%和246%,厌氧光照条件下水溶性总碳和无机碳则呈现先增加后降低的趋势,40 d培养后仅为反应前的47%和70%。水溶性总碳和无机碳含量分别与Fe(T)和Fe(Ⅱ)含量呈极显著线性正相关关系。     

亚热带土壤亚铁与厌氧反硝化

本文就亚热带土壤亚铁参与反硝化的可能性进行了探讨。研究结果表明:厌氧还原条件下加入KNO3的处理中,Fe2+浓度随培养时间延长而下降,且Fe2+浓度的降低和NO3–-N浓度的降低呈显著正相关。预培养结束后的亚铁浓度(In-Fe2+)和厌氧培养期间Fe2+浓度降低速率与反硝化势表征指标k、b、v7,以及与无定形铁氧化物(活性铁)含量的显著正相关性初步证明,活性铁通过不同价态铁离子(Fe2+和Fe3+)之间的转化,参与了反硝化的电子传递过程。当有机碳等电子供体受限时,Fe2+可作为电子供体参与反硝化还原NO3–-N。这一结果表明,NO3–-N作为电子受体参与厌氧条件下Fe2+氧化成Fe3+的反应可能在铁氧化物含量丰富的亚热带土壤中普遍存在。     

模拟硝田土壤铁和硫的形态转化特征及其影响因素

采用室内培养试验,在确定模拟硝田土壤硫酸钠含量的基础上,观测并探讨落干/淹水状况、有机物质种类与数量对模拟硝田土壤铁和硫形态转化特征的影响。结果表明:全铁(Fet)和游离铁(Fed)受落干/淹水状态和有机物质种类与数量的影响均不显著,而活性铁(Feo)、络合铁(Fep)、亚铁离子(Fe(II))及有效铁(Fea)受淹水及有机物质数量的显著影响,Fe(II)、Fea还受有机物质种类的显著影响;硫形态转化同时受淹水及有机物质种类与数量的影响;土壤铁、硫形态转化一方面通过有机物质与铁、硫的直接作用实现,一方面通过改变土壤氧化还原电位(Eh)及还原性物质总量(TARM)等氧化还原状况实现;铁与硫的形态转化也表现出一定的耦合关系。     

淹水对石灰性土壤无机磷形态转化的影响

  【目的】  磷肥施入土壤后大部分转化为与铁氧化物关系密切的Fe-P和O-P,而淹水后土壤中铁的氧化还原过程可能影响与铁氧化物结合的磷的形态及有效性的变化。研究不同施磷处理下淹水土壤Fe (II) 、无机磷组分等的变化,以期明确淹水后土壤无机磷形态及磷有效性变化及其与铁氧化还原过程的关系。  【方法】  用不施磷土壤 (P0) 和连续6年施用P 180 kg/hm2的土壤 (P180) 进行室内模拟培养试验。将土壤装于西林瓶内,加水模拟淹水条件,西林瓶密封后,分别在避光或者光照条件下,于 (30 ± 1)℃恒温培养40天。测定供试土壤以及淹水培养土壤中的速效磷、无机磷以及不同形态无机磷组分含量,测定培养过程Fe (II) 的动态变化,以探讨磷形态转化与铁氧化还原过程的关系。  【结果】  施用磷肥显著增加土壤中的速效磷含量和无机磷总量,P0处理土壤速效磷含量为 (7.65 ± 1.65) mg/kg,P180处理土壤速效磷含量高达 (33.5 ± 2.01) mg/kg。施入土壤中的磷只有很小部分以Ca₂-P存在,主要以Ca₁₀-P、Ca₈-P、Al-P和Fe-P形态存在。避光淹水培养后,土壤速效磷含量增加,P0和P180处理土壤速效磷含量的增量分别为8.44、2.95 mg/kg。淹水培养降低了土壤Ca₈-P含量,提升了Fe-P、O-P、Al-P含量。光照和避光条件下P180处理土壤中Ca₈-P含量分别降低106.8、156.2 mg/kg,Fe-P含量分别增加23.4、47.0 mg/kg,O-P含量分别增加64.1、92.9 mg/kg,Al-P含量分别增加38.8、34.7 mg/kg,避光时Ca₈-P降幅以及Fe-P和O-P的增量均大于光照条件下。避光条件下,铁还原量和还原最大速率与Ca₈-P变化量之间存在显著负相关关系,与Fe-P、O-P增量之间存在显著正相关关系。  【结论】  淹水条件下,石灰性土壤中的Fe (Ⅲ) 还原形成Fe (Ⅱ) 和Fe (Ⅲ) 混合物,增加了铁氧化物的比表面积和磷吸附点,可促进Ca₈-P向O-P、Fe-P和Al-P转化。光照降低了Fe (Ⅲ) 的还原量,可能是Ca₈-P向O-P、Fe-P和Al-P转化率低的原因之一。     

民勤绿洲膜果麻黄周围土壤盐分分布规律研究

以民勤绿洲膜果麻黄为研究对象,对其生境土壤的盐渍化类型、盐渍化程度及其盐分离子的空间分布规律进行了研究。结果表明,膜果麻黄生境土壤盐渍化程度总体以轻度盐渍化及轻度盐渍化以下为主。在垂直方向上土壤盐渍化程度随土层的加深而加重,土壤盐分含量呈明显的底聚分布特征;在水平方向上,膜果麻黄有一定的聚盐效果。在距膜果麻黄树干30 cm处,剖面0~60 cm土层土壤在轻度盐渍化以下,60~100 cm土层土壤轻度盐渍化;在距膜果麻黄树干60 cm处,剖面0~40 cm土层土壤在轻度盐渍化以下,40~100 cm土层土壤轻度盐渍化;在距膜果麻黄树干90 cm处,剖面0~80cm土层土壤在轻度盐渍化以下,80~100 cm土层土壤轻度盐渍化。而在距膜果麻黄树干30 cm处,0~10 cm土层为亚氯盐渍土,10~40 cm土层为亚硫酸盐渍土,40~80 cm土层为亚氯盐渍土,80~100 cm土层为氯盐渍土;在距膜果麻黄树干60 cm和90 cm处,0~60 cm土层为亚氯盐渍土,60~100 cm土层为氯盐渍土。同时各土层土壤阳离子以Na+为主,占到了对应土层阳离子摩尔质量的47.54%~82.57%;各土层土壤阴离子以Cl-为主,占到了对应土层阴离子摩尔质量的58.65%~84.84%,土壤盐分主要是氯化钠。     

鹅凰嶂季雨林土壤有机碳特征及空间分布规律

为了解土壤总有机碳和易氧化有机碳的空间分布格局及其剖面垂直分布规律,量化了广东鹅凰嶂季雨林不同空间位置的0～10、10～30、30～60和60～100 cm土层的总有机碳和易氧化有机碳的分布特征及其他理化因子。结果表明:鹅凰嶂季雨林土壤4个土层平均总有机碳含量为22.73 g·kg-1,易氧化有机碳含量为2.96 g·kg-1。0～10与10～30 cm土层土壤的总有机碳和易氧化有机碳含量有显著差异。土壤总有机碳含量在土壤剖面表现的大小关系为:0～10 cm(30.60 g·kg-1)>10～30 cm(19.44 g·kg-1)>30～60 cm(16.31 g·kg-1)>60～100 cm(15.63 g·kg-1)。土壤易氧化有机碳含量的大小关系为:0～10 cm(3.16 g·kg-1)>10～30 cm(2.34 g·kg-1)>30～60 cm(0.81 g·kg-1)>60～100 cm(0.40 g·kg-1),土壤易氧化有机碳占总有机碳的比例呈现随土层加深先上升后下降的趋势,30～100 cm土层土壤有机碳稳定性优于0～30 cm土层的土壤。坡向和坡度对土壤总有机碳和易氧化有机碳含量影响均不显著。土壤含水量、土壤全磷含量对土壤总有机碳和易氧化有机碳影响极显著(P<0.01),土壤全氮含量与土壤总有机碳呈极显著正相关(P<0.01),与易氧化有机碳呈显著正相关(P<0.05)。研究结果揭示了土壤有机碳与易氧化有机碳存在不一样的空间横向分布规律,可为该区域准确估算森林土壤碳储量和资源合理利用提供数据支撑。     

免耕对土壤剖面孔隙分布特征的影响

探明长期免耕措施对土壤孔隙特征、土壤结构及土壤水分参数等影响,可为阐明在小麦、玉米轮作过程中,长期进行免耕对土壤剖面物理特征的改善及其作用机理提供科学依据。采用CT扫描法定量分析了免耕和常规耕作0~100 cm土层土壤孔隙(80~1 000μm、1 000μm、80μm)的数目、孔隙度及孔隙在土壤剖面上的分布特征,同时采用常规方法测定了土壤大团聚体、土壤容重、有效水含量及饱和导水率等。结果表明:长期免耕不仅提高了土壤1 000μm、80~1 000μm、80μm孔隙数,且其孔隙度也相应提高,较常规耕作孔隙数分别提高55.3%、58.2%、57.9%,孔隙度分别提高97.4%、39.4%、72.6%。同时土壤孔隙形态也得到了改善,孔隙成圆率提高。对不同土层而言,免耕更利于提高0~25 cm土层80~1 000μm和80μm孔隙数以及0~45 cm土层1 000μm孔隙数,且显著提高了0~20 cm和25~40 cm土层1 000μm、80μm及0~20 cm土层80~1 000μm的土壤孔隙度。说明长期免耕对土壤剖面孔隙的分布产生一定影响。此外,免耕提高了0~25 cm土层土壤的有效水含量、0~55 cm土层饱和导水率和0.25 mm水稳性团聚体含量,降低了土壤容重,其作用深度在55 cm以上土层。通过CT扫描测得的土壤孔隙参数与常规方法测定的土壤物理参数之间存在极好的相关性,说明可从微观土壤孔隙特征来表征宏观的土壤物理性质。总之,长期免耕有利于改善土壤结构和土壤孔隙状况,提高土壤的渗透能力及土壤水分的有效性,促进作物的生长。     

Soil and Plant Testing for Iron: An Appraisal

Iron (Fe) deficiency chlorosis in crops is common in high-pH calcareous soils. Soil and plant testing is routinely used for diagnosing iron (Fe) deficiency chlorosis in crops, with mixed results. This article presents an overview of the factors that influence soil and plant tissue testing results. It is clear that soil tests for Fe are dominantly influenced by soil pH, bicarbonate, and moisture regime rather soil test result per se. This is because the solubility of Fe is more regulated by soil pH and moisture regime. Plant tissue testing for Fe can complement the results of soil testing for Fe. But at times, especially in calcareous soils, total Fe in plant tissue is not related to Fe deficiency, but metabolically active Fe is better at diagnosing the occurrence of the disorder. A combined use of soil and plant tissue testing seems more helpful in diagnosing Fe deficiency chlorosis disorder in crops.     

沈阳市郊耕地土壤交换性铁含量的空间异质性

利用地统计学和地理信息系统相结合的方法研究了沈阳市郊耕地1991个样本0～20cm耕层土壤交换性铁含量的空间异质性特征,绘制了交换性铁含量的空间分布图,结果表明,土壤交换性铁含量基本符合正态分布,变异函数的最佳理论模型为球状模型,交换性铁含量具有中等的空间相关性（Co与Co C比值为41.3%,空间自相关距离为34.9km）,Kriging内插图显示出交换性铁具有较强的空间质异性,其空间异质性主要受成土母质,成土过程和土壤类型等结构性因子的影响。     

铁炉渣施加对稻田水养分动态的影响

为了阐明铁炉渣施加对稻田水养分动态的影响,对福州平原稻田不同铁炉渣施加水平下稻田水养分动态进行测定与分析。结果表明:对照、处理一、处理二、处理三样地稻田表层水中磷酸盐含量分别为657.3,622.2,546.8,474.1μg/L;铵氮含量分别为3.9,3.5,3.1,2.4mg/L;硫酸盐含量分别为82.8,69.1,66.0,69.6mg/L;溶解性有机碳含量分别为13.1,14.4,14.2,13.4mg/L。0-10cm土壤水中磷酸盐含量分别为135.4,141.7,161.1,201.4μg/L;铵氮含量分别为3.0,4.8,5.5,5.1mg/L;硫酸盐含量分别为84.6,59.1,81.6,70.6mg/L;溶解性有机碳含量分别为37.6,46.0,44.5,43.6mg/L。10-20cm土壤水中磷酸盐含量分别为68.6,100.3,113.8,141.6μg/L;铵氮含量分别为4.7,4.9,8.7,5.6mg/L;硫酸盐含量分别为81.9,75.1,62.8,60.0mg/L;溶解性有机碳含量分别为55.5,43.8,58.3,48.8mg/L。20-30cm土壤水中磷酸盐含量分别为138.0,156.1,166.6,188.6μg/L;铵氮含量分别为2.3,2.3,4.2,4.7mg/L;硫酸盐含量分别为78.6,61.5,70.2,73.3mg/L;溶解性有机碳含量分别为49.4,42.8,50.1,45.4mg/L。表层水中磷酸盐、铵氮和硫酸盐含量对照样地高于处理样地,0-30cm土壤水中磷酸盐、铵氮对照样地低于处理样地,硫酸盐含量高于处理样地,溶解性有机碳变化特征不明显。     

生物质炭对水稻土中脱氢酶活性和铁还原过程的影响

为探究添加生物质炭对淹水稻田体系脱氢酶活性及土水界面铁还原过程的影响,选择2种不同地区水稻土,采用土壤泥浆厌氧培养试验方法,分析添加不同粒径生物质炭后泥浆培养体系中脱氢酶活性、pH以及Fe(Ⅱ)浓度的变化。结果表明:生物质炭能够提高水稻土厌氧培养体系的脱氢酶活性,促进微生物铁还原进程。脱氢酶活性和铁还原能力随着生物质炭粒径的减小而增大。未添加生物质炭的处理中,2种水稻土脱氢酶活性最大分别为3.13,2.60μg/(ml·g·min),Fe(Ⅱ)累积量最高分别为8.07,7.44mg/g;通过添加生物质炭,2种水稻土培养体系脱氢酶活性最大分别达4.35,4.18μg/(ml·g·min)、Fe(Ⅱ)累积量最高分别为9.01,8.18mg/g。典范对应分析显示,水稻土初始pH与最大铁还原潜势及达到最大铁还原速率对应的时间呈极显著相关,表明生物质炭对铁还原过程的影响因土壤性质不同而存在差异;脱氢酶活性、Fe(Ⅱ)累积量之间呈现极显著的相关关系,两者在培养过程中相互促进。     

Iron chlorosis and the iron status of soils

Abstract

The iron status of soils and its relation to iron uptake and iron‐chlorosis is discussed. In many soils, the soluble iron level is so low that rather than having to screen against iron uptake, plants are likely limited in their iron uptake by diffusion. The relationship between the plant root‐soil‐iron environment and the plant's ability to alter this environment is related to the development of iron‐chlorosis.     

澧阳平原古水稻土铁形态演变特征

采用野外采样与室内分析的方法,研究了澧阳平原杉龙岗遗址埋藏古水稻土与现代耕作水稻土铁形态、含量变化及剖面演变特征,探讨了土壤铁形态变化与成土过程的关系。结果表明:澧阳平原现代耕作水稻土与埋藏古水稻土铁形态及含量分别为:全铁31.61~35.10 g/kg和33.97~46.88 g/kg,游离铁8.88~13.92 g/kg和11.10~20.36 g/kg,无定型铁2.52~4.06 g/kg和2.64~3.35 g/kg,结晶态铁5.06~11.40 g/kg和8.46~17.43 g/kg。澧阳平原水稻土各形态铁含量除无定型铁外,其他形态铁含量总趋势为埋藏古水稻土现代耕作水稻土,且古水稻土各形态铁分异明显。现代耕作水稻土全铁、游离铁、结晶铁含量均呈现随深度加深而增加趋势,而无定型铁则相反,且各形态铁含量波动性较小;埋藏古水稻土全铁含量随土层增深而增加,无定型铁含量呈现微幅增加趋势,但游离铁和结晶铁含量变化有异,PA剖面减少,PC剖面增加,埋藏古水稻土中各形态铁含量变化趋势多样。澧阳平原古水稻土的铁有明显的淋溶淀积特征,不同形态铁在各土层变异较大,埋藏古水稻土铁富集明显。     

Integrated Flow-based System Displaying an In-line Mini Soil Column to Monitor Iron Species in Soils Leachates

ABSTRACT

Contamination of ground water as a consequence of soil leaching processes is an issue of major concern. In this context, a simulation of the soil leaching process was designed. A sequential injection (SI) method to monitor the soil leaching of iron complexes with in-line rain simulation for leachate production is described. The developed methodology comprises the SI determination of both iron(III) and 3-hydroxy-4-pyridinones iron(III) complexes, coupled to a mini soil column (mSC) for displaying in-line rain simulations. The described SI method enabled iron(III) determination within the range 2.0–35 µmol L^?1, with a detection limit of 0.42 µmol L^?1, and determination of iron(III) complexes in the range 1.0–45 µmol L^?1. It was successfully applied to leachates from laboratory scale soil columns (LSSC), with good precision for both iron(III) and iron complexes determinations: calculated relative standard deviation (RSD) of 5% and 6%, respectively. A step further in automation and miniaturization was attained with the incorporation of a mini soil column for the in-line leachate production. The system enabled the soil leachate production and assessment in less than 5 min, including determinations in triplicate.     

水稻土中铁还原与无机磷有效性的关系

采集我国吉林省吉林市(1号)、四川省邛崃市(2号)、江西省安福县(3号)及广东省雷州半岛(4号)等地区的四种典型水稻土,通过模拟厌氧培养试验,研究在厌氧还原条件下不同水稻土中Fe(II)产生量、有效性磷浓度及A l-P、Fe-P和O-P等无机磷形态变化情况。结果表明,淹水后四种水稻土中Fe(II)含量均有不同程度的增加,土壤有效磷浓度也呈现相同的变化趋势。淹水60天后在1、2、3、4号土壤中,Fe(II)的净增加量分别为5.5mg g-1,4.3mg g-1,2.1mg g-1和3.7mg g-1;有效磷的增加量分别为50 mg kg-1,18.6 mg kg-1,23 mg kg-1和12.4 mg kg-1。厌氧培养30天内土壤Fe(II)产生量与有效磷浓度的变化呈极显著的相关关系。在1、2、3、4号土壤中,Fe(II)与有效磷的相关系数依次为0.9679、0.9744、0.8949和0.7501。     

Morphological Changes in Leaves of Mexican Lime Affected by Iron Chlorosis

Iron (Fe) chlorosis reduces the concentration of photosynthetic pigments, photosynthates, and crop yield. The effect of Fe chlorosis on leaf composition and cell structure was evaluated in Mexican lime (Citrus aurantifolia) with different degrees of Fe chlorosis. Iron chlorosis significantly reduced concentrations of chlorophylls a, b, and a + b, and caused thickening of leaves, due to the increase in palisade and spongy parenchyma cells. The chloroplasts of the chlorotic and albino leaves showed a disorganized ultrastructure; they had an elongated shape with disarrayed thylakoids, underdeveloped grana, scarce starch granules, and hole-like folds in the thylakoid membranes. The accumulation of calcium oxalate crystals in the upper and lower sides of the epidermis, crystal length, and total crystal content increased with Fe chlorosis severity. The green leaves, in contrast, had chloroplasts with typical ultrastructure. The degree of Fe chlorosis in the leaves significantly affected the concentrations of potassium (K); Fe, manganese (Mn), Fe²⁺, and the phosphorus (P)/Fe and K/calcium (Ca) ratios.     

施用生物炭和零价铁粉对土壤中镉形态变化的影响

通过施用生物碳和还原性铁粉,研究其对土壤镉形态变化的影响.结果表明:生物碳或还原性铁粉单施及二者配施均极显著改变土壤镉形态.其中生物炭、还原性铁粉二者配施效果优于单施;单施生物炭主要对交换态镉的降低效果显著,同时对碳酸盐结合态镉、有机结合态镉及残渣态镉的形成起显著作用;而单施还原性铁粉对铁锰氧化结合态镉的形成起显著作用.另外,镉的活性指数从4.36降到0.97,不同形态镉含量的最大变化为,交换态镉比例从81.04％降到49.16％;碳酸盐结合态镉从9.44％升到17.93％;铁锰氧化结合态镉从2.95％升到10.88％;有机结合态镉从2.66％升到11.33％;残渣态镉从3.91％升到14.42％.在16个处理中,I3B2(铁粉0.045 g/kg土和生物炭3.0 g/kg土)处理为最佳组合.