盐渍土熟化过程中腐殖质特性的研究

综合研究了河北省曲周试验区不同改良年代盐渍土的有机质含量、腐殖质组成、含氧官能团含量及腐殖质红外光谱特征等。研究结果表明：随着盐渍土治理年限的延长，施肥及管理水平的提高，从盐荒地经三代、二代到一代试验区，土壤有机质含量逐步提高；有机质的质量也得到改善，主要表现在：腐殖质总量提高、胡富比增大、E465／E665比值减少、官能团含量上升等。红外光谱分析结果表明：试验区土壤腐殖质是极相似的多官能团复杂体系，表现在胡敏酸的类型上，由盐荒地到一代试区土壤胡敏酸逐渐由Rp型向B型转变，表明土壤腐殖质向着结构复杂化、功能多样化方向发展。盐渍土有机质含量和质量逐渐接近当地非盐渍土——浅色草甸土的水平。     

有机物料对白土土壤胡敏酸结构特征的影响

【目的】研究有机物料施入对白土土壤的腐殖质含量组成和胡敏酸(HA)结构特征的影响,为明确不同腐殖质组分对土壤肥力的影响提供理论依据。【方法】供试土壤为江苏省溧阳市南渡镇"白土改良大田示范试验核心区"的南方中低产水稻土(白土)。试验设秸秆还田(ST)、施有机肥(OM)和对照(CK,不施有机物)3个处理,培肥3年。同时采集试验田周围相邻的江苏省耕地质量监测点(2007~2013年)的每年施化肥(LAF)和长期不施肥(NF)的两种处理土壤进行比对研究。分别测定土壤的基本理化性质及其腐殖质含量的组成,并提取土壤胡敏酸(HA)固体样品利用红外光谱和元素分析来进行结构表征。【结果】秸秆还田和施有机肥处理的有机碳、全氮含量明显高于对照;与对照相比,施有机物料土壤HA的E4/E6比值增加,且秸秆还田施有机肥对照。红外光谱显示,试验区域和耕地监测点的不同处理土壤HA均在1650 cm-1处(酰胺I带)和1550 cm-1处(1500~1580 cm-1酰胺II带伸缩振动)有特征吸收。施有机肥和秸秆还田处理土壤HA的2920/1720、2920/1650比值显著大于对照。在元素组成上,OM、ST处理的土壤腐殖质(HA)中C、H、N的含量比均高于CK,相对长期施化肥(LAF)和不施肥(NF)的土壤有明显提高,而氧元素的含量呈降低的趋势;OM和ST处理土壤HA的[H]/[C]和[O]/[C]原子数比均低于CK;与LAF和NF处理相比,试验区域各处理土壤腐殖质的[H]/[C]和[O]/[C]原子数比均有明显降低。【结论】有机物料施入土壤后可增加土壤有机碳含量,改善土壤理化性质,提高作物产量和品质,且施入土壤的有机物料可转化为新的腐殖质,降低土壤的腐殖化程度。土壤腐殖质(HA)的红外光谱分析说明,白土土壤HA具有明显的酰胺类化合物特征。有机物料施入后使得土壤脂族性增强,羧基量减少,芳香度降低;秸秆还田和施有机肥处理与对照相比,土壤HA的[H]/[C]和[O]/[C]比均有下降的趋势,且HA的氮素含量明显增加,这显示有机物料施入后白土土壤腐殖质发生"脱水"过程,同时也反映了白土土壤腐殖质形成的特征。     

林火对土壤有机质的影响研究综述

火干扰被认为地球化学循环和土壤碳循环的主要干扰因素,主要包括森林火灾和计划烧除。就火干扰对土壤有机质的影响进行归纳总结,火干扰对土壤有机质的影响差异很大,主要取决于火灾类型、火强度、火干扰持续时间、可燃物特性、土壤类型、土壤含水率等,高强度火灾后土壤有机质显著减少、腐殖质急剧转化成溶解性物质,火干扰土壤中各粒度级碳含量增加、游离脂肪链的长度有选择性降低、土壤芳香烃和烷基大量增加、土壤腐殖酸与富里酸中的胡敏素数量增加,更高温度下胡敏素是残留在土壤中的主要有机成分,森林可燃物不完全燃烧后经过冷凝形成黑碳;森林火灾直接杀死部分菌类,改变土壤微生物结构和营养成分,通过核磁共振光谱比较腐殖质中的有机化合物,发现火干扰土壤的腐殖质羧基缺位。根据归纳现有研究现状,并提出今后的研究重点与方向。建立火干扰后土壤有机质连续跟踪调查研究机制,土壤有机质变异数据库,加强火干扰对土壤有机质影响机理的模拟研究。     

小兴安岭不同土地利用方式下的土壤DOC化学光谱特性

在小兴安岭地区选取天然沼泽(兴安落叶松沼泽)、排水造林40a的人工林湿地、由湿地开垦40a的农田、湿地垦殖后弃耕地(弃耕40a)4种样地,研究小兴安岭不同土地利用方式土壤溶解性有机碳(DOC)化学光谱特性。结果表明,在垂直剖面上,排水造林湿地、农田、弃耕地以及天然沼泽的土壤DOC含量均从表层向下逐渐减少,在土壤表层0—10cm,DOC含量关系为:天然沼泽排水造林湿地弃耕地农田(p0.05),在其他深度上,差异不显著(p0.05)。DOC化学光谱特性表现为DOC中芳香族类化合物(SUVA254)、DOC中腐殖质所占比列(C/C)、DOC中腐殖酸与富里酸比例(E4/E6),在垂直剖面上逐渐递增。总体上,DOC化学光谱特性大小关系为:天然沼泽弃耕地排水造林湿地农田。4种土地利用类型土壤SOC的含量均随着土壤深度的增加而出现逐渐递减的规律,在垂直剖面上,天然沼泽SOC的含量大于其他土地利用方式。4种类型土壤DOC占SOC的比例(DOC/SOC)在垂直剖面上无明显变化规律。天然沼泽湿地DOC/SOC只在土壤表层大于其他土地利用方式(p0.05)。     

开垦和长期施肥下青海黑钙土中腐殖质的光谱特征

自20世纪80年代,大面积的青藏高原草甸地被开垦为农田并进行了长期施肥,这可能对其土壤中长期累积的腐殖质产生重要影响,并进而影响肥力供应和土壤环境化学过程。应用紫外—可见光谱、傅里叶变换—红外光谱和平行因子分析—三维荧光光谱技术综合表征未开垦的青海草甸和开垦后不同施肥处理的油菜地中黑钙土腐殖质的光谱特征,以揭示开垦与长期施肥对腐殖质组成与来源的影响,为青藏高原草甸的农业活动管理提供理论支撑。结果表明:开垦使土壤有机质显著降低,而施肥使得土壤保肥与营养供给能力增强。长期施肥在减缓土壤有机质降低的同时会造成土壤酸化。紫外—可见光谱指出开垦后长期施肥可能导致了胡敏酸的腐殖化程度、相对分子量、芳香性和对外源依赖性的提高。富里酸在开垦后长期施肥的处理下则表现为腐殖化程度、相对分子量和芳香性均降低,而对内源依赖性提高。傅里叶变换—红外光谱指出长期施肥有利于土壤中羧酸类物质的生成。同时,长期施肥增加了土壤中作物的生物量而使土壤中的碳水化合物和脂肪族有机物大量消耗。结合平行因子分析的三维荧光光谱识别出青海黑钙土腐殖质中含有5个有机质组分,分别为:两个类胡敏酸组分、两个UVC类富里酸组分和一个水溶微生物副产物组分。开垦与长期施肥还显著影响了腐殖质的分子组成,使胡敏酸的大分子组分相对增加,小分子组分相对降低。富里酸在开垦并长期施肥的处理下,其大、小分子组成数量均增加,但小分子组成增加得更为显著。综上,建议青藏高原的农垦活动应当谨慎进行,可增加施用有机肥以减缓土壤有机质的降低,并在提高土壤腐殖质腐殖化程度的基础上扩展富里酸的来源。应当进一步研究腐殖质功能性结构对青藏高原开垦和长期施肥的响应,以探明土壤碳固定,并提出管理措施来维持青藏高原土壤中的碳平衡。     

长期化肥有机替代对黑土颜色及腐殖物质的影响

基于30年长期定位试验,通过测定黑土光谱反射率和不同腐殖质组分含量,探究了不同施肥对黑土土壤腐殖质含量、土壤颜色及二者之间的关系。试验设置5个处理:(1)休耕(Fallow);(2)不施肥处理(CK);(3)单施化肥(NPK);(4)有机肥部分替代化肥(NPKM);(5)秸秆部分替代化肥处理(NPKS)。结果表明:与NPK处理相比,Fallow、NPKS、NPKM分别显著提高49.7%,74.3%,27.0%的土壤有机碳含量(p<0.05)。NPKM处理中胡敏酸(HA)含量最高为3.9 g/kg,随后依次为CK、NPKS、NPK、Fallow。NPKM、NPKS和Fallow处理中土壤富里酸(FA)含量为2.2~2.3 g/kg,显著高于NPK和CK。NPKM处理中胡敏素(HM)含量为18.6 g/kg,显著高于其他处理(p<0.05)。不同处理间土壤光谱反射率由高到低依次为NPK>Fallow、CK>NPKS>NPKM,与CK处理相比,NPK土壤光谱反射率在平均提高6.5%,NPKS和NPKM则分别降低11.1%和15.1%。根据线性相关分析结果,黑土土壤光谱反射率与土壤HAHM均呈显著负相关关系(p<0.01),相关系数(r)分别为-0.858,-0.681。综合上述结果,长期有机物料投入可以显著提高黑土腐殖物质含量,降低黑土光谱反射率,使黑土颜色加深,而长期化肥施入则使黑土光谱反射率提高,出现"褪色"现象,有机粪肥在黑土中对土壤有机质和腐殖质含量的提升效果优于秸秆。     

土壤铁氧化物与腐殖质的交叉染色效应研究

土壤颜色是土壤分类、气候重建和环境遥感的重要指标。铁氧化物和腐殖质是土壤的两大致色组分,主导了土壤可见光波段的光谱响应特征。基于土壤中铁氧化物和腐殖质交叉致色效应不明确的问题,以高岭石(Kao)为基底,选取典型铁氧化物赤铁矿(Hm)和针铁矿(Gt)以及典型腐殖酸胡敏酸(Ha)和富里酸(Fa),基于高分辨率漫反射光谱方法(DRS),系统探讨了不同含量单一致色组分的光谱特征、颜色指数及其二元交叉干扰效应。结果表明,就单一组分的致色效应而言,红色Hm强于黄色Gt,黑色Ha强于棕色Fa;腐殖质加入对铁氧化物致色有明显影响,通常会使可见光波段平均反射率、明度(V)和彩度(C)降低,色调(H)偏黄,但Hm抗干扰能力大于Gt。Lab颜色系统的a^*、b^*以及DRS的红度(Red%)与黄度(Yellow%)对Hm和Gt含量变化敏感,可作为土壤铁氧化物定量反演的指标,但Ha的加入可导致Hm和Gt估值偏低,Fa对估值的影响较小,干扰形式与Hm和Gt的含量范围有关。基于此,本文给出不同腐殖酸含量条件下土壤Hm和Gt的估算公式,为理解土壤的颜色变化及铁氧化物定量提供重...     

不同植被下复垦土壤腐殖质与Cd形态的关系

[目的]揭示不同植被下土壤腐殖质与镉(Cd)形态的关系,为控制复垦土壤中Cd的活性提供理论依据。[方法]选择淮南市大通区煤矸石充填复垦区3种典型植被恢复模式下(模式A丁香+刺槐、模式B石楠+小巢菜、模式C臭椿+小巢菜)人工恢复7a的土壤,用tessier五步提取法和腐殖质修改法测定其Cd的化学形态及腐殖质组分,运用多元统计分析方法探讨复垦土壤中腐殖质与Cd的有效态间的相互作用。[结果](1)矿区复垦地C(臭椿+小巢菜)植被配置模式的土壤腐殖化程度较A,B模式高;(2)矿区复垦地C植被配置模式下Cd的可交换态含量显著低于其他2种配置模式;(3)矿区复垦区土壤中Cd的有效态与富里酸(FA)的含量显著正相关(p0.01)。[结论]通过适宜的植被模式C(臭椿+小巢菜)调节复垦土壤腐殖质的组成和性质,可以进而控制土壤镉的潜在生物有效性。     

不同有机物料对原生盐碱地土壤腐殖质结合形态及组成的影响

为了探究不同种类有机物料及同种有机物料的不同形态对原生盐碱地土壤腐殖质结合形态及组成的影响。以吉林省西部地区原生盐碱地为研究对象,采用连续3年的大田试验,通过大田取样和室内分析相结合的方式对其进行研究。试验设颗粒秸秆(KL)、正常玉米秸秆(JG)、羊粪(YF)、牧草(MC)和对照(CK)5个处理,采用Anderson结合态腐殖质分组法提取土壤腐殖质,研究了不同有机物料对原生盐碱地土壤腐殖质结合形态及组成的影响。结果表明:(1)施加不同有机物料较CK处理均提高了原生盐碱地土壤腐殖质含量,促进土壤中各种结合形态腐殖质含量的增加,其中KL、MC、YF 3个处理间松结合态腐殖质含量差异不显著,但相比CK处理均差异显著。对联结合态腐殖质含量影响较大,各处理间均差异显著。KL处理与其他处理稳结合态腐殖质含量差异显著,其中JG、MC、YF 3个处理间差异不显著,但相比CK处理均差异显著。紧结合态腐殖质含量各处理同CK相比差异显著,KL处理同JG处理差异显著,其他处理间差异不显著。(2)不同有机物料均能提高松/紧比值和松/稳比值,有利于腐殖质的更新及土壤肥力的提高。(3)对胡富比(H/F)的影响则表现为各处理同CK处理相比差异显著,胡富比(H/F)的增加表征着富里酸的缩合转化,进一步形成结构复杂,芳香化程度高胡敏酸,增加了土壤胡敏酸含量,促进土壤腐殖质的聚合程度以及腐殖化度的提高。综合得出,有机物料能够增加原生盐碱地土壤腐殖质含量,提高各结合形态腐殖质含量。同种有机物料不同形态作用差异显著,中颗粒秸秆(正常玉米秸秆经过粉碎高温高压处理,长2cm、直径0.5cm的圆柱形颗粒)效果远好于其他处理。     

不同经营类型红松林下土壤腐殖质的空间异质性

运用野外调查与室内实验分析相结合的方法,利用SPSS 13.0软件和ArcGis 9.3软件对原始红松林、白桦红松混交林Ⅰ(红松天然更新)、白桦红松混交林Ⅱ(红松人工造林)和红松人工纯林4种经营类型红松林下土壤腐殖质进行经典的统计描述和地统计学的空间异质性分析。结果表明:经营类型不同导致土壤腐殖质含量的差异,白桦红松混交林下土壤腐殖质含量高于红松人工纯林。不同经营方式红松林下土壤腐殖质的空间异质性特征显著不同,4种经营类型红松林下土壤腐殖质空间异质性多受随机因素的影响,但2种白桦红松混交林下土壤腐殖质空间异质性的空间自相关部分大于红松人工纯林,而且2种白桦红松混交林下土壤腐殖质空间异质性的尺度也较红松人工纯林下土壤腐殖质空间异质性的尺度大。2种白桦红松混交林林下土壤腐殖质空间分布格局要明显优于红松人工纯林下的土壤腐殖质空间分布格局。研究结果可为红松林的恢复与持续经营提供理论基础。