杉木人工林土壤微团聚体中铁铝氧化物与微生物的分布及其关系

[目的]探究亚热带红壤区土壤微团聚体中铁铝氧化物与微生物的分布及其关系,为该区域土壤结构的改良提供理论依据.[方法]以亚热带红壤区典型林分杉木人工林为对象,研究不同粒级微团聚体胶结物中铁铝氧化物含量、结合态有机碳含量和微生物群落多样性在不同土层中的分布,并分析各形态铁铝氧化物含量与微生物群落多样性的关系.[结果]微团聚...     

九宫山土壤剖面中黏土矿物的组成特征

以湖北省九宫山的4种垂直地带性土壤为对象,研究其剖面层次的黏土矿物组合和铁、铝氧化物的特征,揭示山地土壤中黏土矿物的变化特点。结果表明,随海拔升高,土壤中黏土矿物类型从以高岭石为主,逐渐变为以14.0?矿物、伊利石及三水铝石为主,有从1︰1型向2︰1型矿物过渡的趋势;不同层次的土壤中黏土矿物类型和相对含量变化明显;土壤随垂直高程的升高,其中游离态铁、铝减小,非晶形和络合态铁、铝增加,各种形态铁、铝氧化物的总量也增加。     

海拔与岩性变异对石灰岩发育土壤黏土矿物组成的影响

用X射线衍射法研究了中亚热带区海拔、岩性变异对石灰岩发育土壤黏土矿物组成的影响。结果表明:在海拔约2 000 m的重庆金佛山山顶区,灰黑色钙质页岩石灰岩发育的黑色石灰土,矿物组成复杂,除伊利石为主外,还有少量蛭石、绿泥石、高岭石和蒙脱石,有一定量的母质残留矿物(滑石和滑间皂石);由砂页岩和灰岩互层母质发育的山地黄棕壤,以蛭石为主,伊利石和高岭石其次,有三水铝石和弱结晶针铁矿。在金佛山中下部(600~1 200 m),石灰岩发育的黄色石灰土以蛭石或伊利石为主,有一定量的高岭石,普遍出现针铁矿。湖南怀化盆地海拔200多米,纯灰岩发育的红色石灰土为伊利石、蛭石和高岭石(含埃洛石)组合型,有结晶好的针铁矿和少量赤铁矿。海拔显著影响高岭石含量、针铁矿结晶度,海拔降低时高岭石含量增加,针铁矿结晶度提高。在金佛山山顶区,石灰岩母质岩性和微地形变异对土壤成土过程和黏土矿物组成影响显著。     

几种土壤及黏土矿物对多氯联苯吸附特性的研究

采用批量平衡试验,研究了不同土壤及长黏土矿物对多氯联苯吸附特性。结果表明:多氯联苯浓度范围为0.25~5.0mg L-1时,不同土壤及黏土矿物对多氯联苯的吸附均能用Freundlich方程很好地拟合,随着溶液中多氯联苯浓度的增加,土壤及黏土矿物对多氯联苯的吸附量增加;几种土壤对多氯联苯吸附量大小顺序为:红壤>黄褐土>砂姜黑土,土壤有机质、粘粒等对多氯联苯吸附起主要作用,土壤更易吸附高氯代PCB77;黏土矿物对多氯联苯吸附量大小顺序为:纳米蒙脱石>纳米SiO2>凹凸棒石,黏土矿物吸附多氯联苯能力的大小与黏土矿物的比表面积、粒径、层状结构等有关;多氯联苯本身分子的大小影响其在黏土矿物上的吸附;土壤中添加黏土矿物可以提高对多氯联苯的吸附。     

土壤微团聚体中矿物-有机复合体特征

以国家肥力网湖南祁阳红壤长期定位试验站的长期施有机肥和长期施化肥的土壤为研究对象,采用干筛法获得土壤微团聚体。利用同步辐射红外显微成像法研究土壤微团聚体中黏土矿物和有机官能团的原位分布图谱及其相关性。结果表明:土壤中黏土矿物(3 620 cm-1)和大分子有机物(脂肪,2 920 cm-1;蛋白质,1 650 cm-1;多糖,1 080 cm-1)呈高度异质性的分布规律。其中,黏土矿物和多糖有较为相似的分布模式;而黏土矿物和脂肪、蛋白类物质则呈现差异较大的分布模式。与长期施化肥处理的土壤微团聚体相比,长期施有机肥处理的土壤微团聚体中黏土矿物和大分子有机物呈现更高的分散性。此外,施有机肥和化肥处理土壤微团聚体样品中黏土矿物与有机官能团的决定系数(R2)均为:黏土矿物-脂肪黏土矿物-多糖黏土矿物-蛋白质,表明土壤微团聚体中黏土矿物和大分子有机物的亲和性有差异,且该差异不受长期施肥处理的影响。同步辐射微区域红外谱进一步表明,从土壤微团聚体外部到内部,黏土矿物的特征峰和大分子有机物的特征峰强度均逐渐增加。     

不同林地类型土壤团聚体稳定性与铁铝氧化物的关系

[目的]探究浙江省凤阳山保护区内土壤铁铝氧化物对土壤团聚体稳定性的影响机理,为该区恢复与保护土壤资源提供理论依据。[方法]以浙江省凤阳山保护区内黄棕壤地带4种林分类型(阔叶混交林、针阔混交林、杉木林、竹林)为对象,测定不同土层(0—10cm,10—20cm,20—30cm)水稳定性团聚体粒径分布以及不同形态的铁铝氧化物含量,分析各形态铁铝氧化物含量对土壤团聚体稳定性的影响。[结果](1)4种林分类型土壤团聚体水稳性大团聚体(0.25mm)含量均在90%以上,水稳定性大团聚体含量和平均质量直径(MWD)均表现为:杉木林针阔混交林阔叶混交林竹林。(2)不同形态铁铝氧化物含量大小整体上表现为:游离态氧化铁Fe_d游离态氧化铝Ald无定形氧化铁Fe_o无定形氧化铝Alo络合态氧化铁Fe_p络合态氧化铝Al_p,各形态的氧化铁含量随土层加深均增加。(3)增强回归树BRT分析结果显示,对土壤团聚体MWD影响最大的是Al_p,贡献率为43.6%;其次是Ald(23.5%)和Fe_d(19.5%);Fe_o(6.9%),Alo(4%)及Fe_p(2.4%)的影响程度较小。[结论]Al_p,Ald和Fe_d能促进土壤团聚体稳定,络合态氧化铝Al_p对土壤团聚体稳定性的促进作用大于游离态铁铝氧化物Ald和Fe_d。     

土壤有机质周转过程及其矿物和团聚体物理调控机制

土壤有机质是陆地最大的碳库,是保障土壤健康和粮食安全的基础资源,其微量变化就会对气候产生巨大的影响。全球气候变暖背景下,植被初级生产量的增加将导致输入土壤的植物凋落物和根际分泌物量增加。输入有机物驱动土壤有机质循环,其分解产物转化为新的土壤有机质,同时促进原土壤有机质分解,进而更新土壤肥力并反作用于气候变化,相关研究是土壤有机质研究的热点和重点,但是关于矿物和团聚体物理保护的研究较少。本文从生态系统角度综述了对土壤有机质周转中形成和分解过程的新认识,明确了土壤矿物和团聚体物理保护的重要性,并阐述了未来的研究方向。     

准噶尔和塔里木盆地盐渍化土壤黏土矿物组成特征及成因

新疆是中国盐渍化土壤主要分布区,本研究在新疆准噶尔盆地和塔里木盆地采集不同盐化程度土壤,利用X-射线衍射仪、透射电镜、X射线荧光光谱技术,研究两个盆地内盐渍化土壤中黏土矿物的分布特点。结果表明:受干旱气候的影响,两大盆地盐渍化土壤中黏土矿物主要包括伊利石、蒙脱石、绿泥石和高岭石,其中塔里木盆地盐渍化土壤中蒙脱石含量极少。土壤次生碳酸盐δ13C和δ18O及黏土矿物D和δ18O测定结果显示,塔里木盆地采样点土壤形成期气候相对准噶尔盆地更干旱,这种干旱气候导致伊利石中K+不易脱去,从而影响蒙脱石形成。在相对湿润的准噶尔盆地,采样点盐渍化土壤中蒙脱石含量较高,且蒙脱石含量随着伊利石含量减少而增加,两者之间达到极显著负相关关系(r=0.81,n=30,P0.01),表明土壤中存在伊利石向蒙脱石的转化过程。准噶尔盆地盐渍化土壤具备伊利石向蒙脱石转化所需要的水分条件和化学组分:①相对湿润气候条件下伊利石发生脱K+;②盐渍化土壤pH8.5,使长石中的Si4+溶解,参与矿物转化过程;③盐渍化土壤溶液中大量Ca2+、Na+和Mg2+可进入伊利石层间占据K+空位,形成蒙脱石。同时,研究结果还显示10 cm以下土层土壤盐分含量与伊利石含量存在极显著负相关关系(r=0.76,n=22,P0.01),表明10 cm以下土体中,盐分的存在利于准噶尔盆地盐渍化土壤中伊利石向蒙脱石转换。因此,气候和盐分含量是新疆两大盆地盐渍化土壤中黏土矿物形成和转化的主要影响因素。     

有机磷与土壤矿物相互作用及其环境效应研究进展

土壤有机磷是土壤环境中重要的磷组分,其在环境中的界面反应影响着磷素的迁移、转化、生物有效性以及环境行为。本文主要总结了土壤中典型有机磷在矿物表面的吸附-解吸、溶解-沉淀等反应特性和微观机制,以及有机磷-矿物相互作用对有机磷形态、金属离子界面反应行为,以及矿物胶体化学稳定性与溶解转化的影响等环境效应。土壤有机磷可含多个磷酸基团,相对分子质量大,电荷密度高,通过界面反应与环境矿物发生强烈的相互作用,并影响矿物的电荷性质、共存金属离子的吸附特性、以及胶体化学稳定性。有机磷界面反应特性和机制受矿物类型和结晶度、有机磷相对分子质量、pH、温度和共存离子等因素的影响。有机磷在矿物表面的吸附密度一般随着体系pH、矿物结晶度和有机磷相对分子质量的升高而降低。有机磷一般可在矿物表面形成内圈络合物,某些情况下还存在氢键作用,甚至转化形成表面沉淀。有机磷和金属离子在矿物表面的吸附一般存在协同效应(尤其是在低pH条件下),即金属离子促进了有机磷的吸附,有机磷也促进金属离子的固定;吸附机制因反应体系而异,主要包括形成三元表面络合物和表面沉淀等,多数时候存在多种机制的共同作用。最后讨论了环境中有机磷与矿物相互作用的主要研究热点和方向。     

西辽河平原两种常见土壤颗粒中黏土矿物的组成特征

【目的】土壤是由大小和形态各异的颗粒构成,各级颗粒包含丰富的黏土矿物演化信息。明确西辽河平原黏土矿物组成及演化特征有助于了解该地区土壤发育程度及肥力状况,为当地土壤资源合理利用提供理论依据。【方法】以西辽河平原分布较多的栗钙土和盐碱土为研究对象,采集表层土壤并分离不同粒级的土壤颗粒(<2、0.45～2、0.1～0.45μm),利用X射线衍射(XRD)和化学分析等方法研究黏土矿物组成及相关土壤指标。【结果】XRD分析结果表明,西辽河平原栗钙土和盐碱土的黏土矿物均以伊利石-蛭石-绿泥石为主,栗钙土中伴有少量高岭石和伊/蒙混层矿物,而盐碱土中含有少量高岭石、蒙脱石和1.4 nm过渡矿物;随粒径减小,栗钙土和盐碱土颗粒中绿泥石、高岭石、蒙脱石(伊/蒙混层矿物)和1.4 nm过渡矿物含量均减少,伊利石和蛭石含量增加;伊利石结晶度在栗钙土、盐碱土以及不同粒级的土壤颗粒中也存在明显差异。盐碱土中伊利石结晶程度较栗钙土弱。随粒径减小,栗钙土和盐碱土中伊利石结晶程度均变弱。化学分析结果表明,西辽河平原盐碱土中Na₂O的含量明显高于栗钙土,栗钙土和盐碱土颗粒的风化程度均随粒径减...     

土壤粘土矿物含量计算方法研究

土壤中粘土矿物的种类和含量在环境、农业、地质等领域有重要的意义。目前,在粘土矿物种类鉴定方面已有一些成熟的方法技术,而土壤中粘土矿物含量定量方面尚没有成熟的方法。本文基于土壤化学成分分析数据,提出了一种计算土壤粘土矿物含量的新方法。较系统地阐述了该方法的基本原理、计算方法,并对一些实例进行了计算,其结果令人满意。该方法简单易行、干扰少,具有良好的应用前景。     

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。     

BS-12改性不同磁性黏土矿物对苯酚吸附及机制的比较

采用共沉淀法制备磁性海泡石（MST）、磁性沸石（MZT）和磁性凹凸棒石（MAT）,并以两性表面活性剂十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12）对其进行改性,以X射线衍射（XRD）对不同吸附剂材料进行表征分析,通过批处理法比较了BS-12改性不同磁性黏土矿物对苯酚的吸附特征,同时考察了温度、pH和离子强度对不同磁性黏土矿物间及不同改性比例下吸附苯酚的影响。结果表明,三种黏土矿物原样和磁化样对苯酚的吸附能力分别呈NAT＞NST＞NZT、MAT＞MST＞MZT的大小顺序,磁化对凹凸棒石的苯酚吸附能力影响最大,这与Fe3O4在凹凸棒石上的覆盖度较高有关。经BS-12改性后,三种改性磁性黏土矿物对苯酚的吸附量均随改性比例的增大而增加,具有一致性;三种磁性黏土矿物中,BS-12改性对磁性海泡石的苯酚吸附能力提升最多,这与BS-12在磁性海泡石的改性率较高有关。温度和溶液初始pH值的升高不利于BS-12改性磁化样对苯酚的吸附,但离子强度的增加对BS-12改性磁化样吸附苯酚具有促进作用。BS-12改性磁性黏土矿物对苯酚的吸附以疏水分配作用为主,吸附能力取决于有机碳含量。三种改性磁性黏土矿物中,BS-12改性磁性凹凸棒石上的有机碳含量最高,对苯酚的吸附能力最强,且吸附受温度、pH和离子强度的影响最小。     

淳化黄土—古土壤序列黏土矿物分布特征及古环境意义

黄土-古土壤序列是记录第四纪气候环境变化的良好信息载体之一。以黄土高原南缘陕西省淳化黄土-古土壤序列为研究对象,通过X射线衍射法对黄土-古土壤剖面黏土矿物进行定性与半定量分析,调查不同土层黏土矿物相对含量及伊利石/绿泥石比值(I/C值)的变化规律,并结合伊利石结晶度的变化特征,探讨不同土层黏土矿物特征所对应的气候变化规律,揭示黄土高原南部地区在更新世时期的气候环境演变规律。结果表明:(1)淳化剖面黏土矿物的相对含量、I/C值以及伊利石结晶度IC值在反演古气候方面具有较好的指示性。(2)淳化剖面不同土层的黏土矿物类型基本相同,但其相对含量存在差异。在WL-3~S5阶段,即早更新世至中更新世中期,黏土矿物的组合类型为伊利石-蒙脱石-绿泥石-高岭石-蛭石,其中早更新世至中更新世早期(WL-3~L11阶段),伊利石相对含量相对偏低,气候以温凉为主,而中更新世中期(S10~S5阶段),伊利石相对含量上升,但蒙脱石、绿泥石含量均降低,气候相对温湿;在中更新世晚期(L5~S1阶段),黏土矿物的组合类型改变为伊利石-绿泥石-蛭石-高岭石-蒙脱石,以伊利石和绿泥石为主,气候较为干冷。黏土矿物类型及含量表明淳化地区从早更新世早期到中更新世晚期气候环境总体干冷化,并经历了温凉-温湿-干冷的变化过程。(3)I/C值以及伊利石结晶度IC值从剖面底部到顶部均经历了由小到大再到小的过程,它们与黏土矿物的含量所反映的气候变化规律一致。本研究有助于探索黄土高原南部地区在更新世时期的气候环境变化,为全面了解更新世黄土高原不同地区第四纪气候环境演变提供依据。     

不同改性黏土矿物吸附净化磷污染水体的性能比较

比较了酸、热及其复合改性对凹凸棒石黏土、膨润土和高岭土等3种黏土矿物吸附净化不同程度磷污染水体能力的影响。结果发现,2%浓度酸处理、300℃热活化及酸热复合改性均可以显著提高凹凸棒石黏土的磷吸附净化能力,且以复合改性效果最好,Ⅴ类和劣Ⅴ类水的磷去除率均比原土提高30%以上;酸、热改性均能显著提高膨润土的磷吸附净化能力,但综合不同程度磷污染水体来看,热活化略优于酸改性,但酸热复合改性没有呈现更佳的效果;热改性显著提高高岭土的磷吸附净化能力,而酸改性却不同程度地降低了高岭土的磷吸附净化能力,酸热复合改性的效果亦不如热单独改性。结果表明,在针对不同程度磷污染水体时需根据黏土矿物特性选用酸处理、热活化或酸热复合改性方法来提高污水的吸附净化效率。     

Clay minerals in a soil chronosequence derived from basalt on Hainan Island, China and its implication for pedogenesis

A soil chronosequence consisting of six profiles formed on quartz tholeiite basalt ranging in age from 10,000 years to 1. 8 Million years (My) was studied here. Soil clays were identified using XRD diffractogram decomposition methods for samples obtained from the A and C horizons of profiles. The results showed that kaolinite minerals dominated in all the clay fractions. Gibbsite was prominent in the C horizons in the soils from older rocks. Clays in the A horizon of relatively young soils showed an initial stage of illite formation, followed by smectite mixed layer minerals (illite-smectites and then vermiculite-illite) and finally by vermiculite. The initial presence of illite is interesting as there is no magmatic micaceous or phyllosilicate phase in these basalts and the formation of illite we attribute to a secondary process, probably created by alkali transport by plant materials. The change in 2:1 clay mineralogy reflects the overall change in Si/Al ratios in the soils over longer periods of weathering. In all cases gibbsite is more abundant in the C horizons than the A horizons. The difference in gibbsite content between the A and C horizons we attribute to plant transport of siliceous phytolite material to the surface. Continued high rainfall over long periods of time removed the alkali faster than the plants could bring it to the surface, which led to continuous lowering of 2:1 minerals from younger to older in the soil chronosequence. Nevertheless a 2:1, silica-rich mineral persists in the clay assemblages although in very minor amounts.     

土壤含钾矿物的释钾研究进展

介绍土壤中含钾矿物的类型、结构特点、钾素含量与钾素释放的关系,区分了含钾矿物在土壤中的构成及分布特点,同时对国内外关于含钾矿物钾素释放规律的研究状况,钾素释放的作用机理、动力学特性,以及影响土壤含钾矿物钾素释放的因素做了综述。