亚硫酸盐对三价砷在土壤中氧化固定作用机制研究

土壤中硫的氧化还原过程对砷的释放与固定具有重要的影响,但有关硫形态对三价砷(As(Ⅲ))的氧化过程的机制与贡献并不清楚.基于此,本研究以土壤中普遍存在的硫转化中间产物亚硫酸盐为研究对象,研究其对土壤中As(Ⅲ)的氧化固定机制.结果表明,亚硫酸盐显著促进了土壤中As(Ⅲ)的氧化,与对照组相比,10 h内土壤悬液中As(Ⅲ...     

新书《土壤的氧化还原过程及其研究法》介绍

中国科学院南京土壤研究所丁昌璞、徐仁扣等著的《土壤的氧化还原过程及其研究法》一书已于2011年11月由科学出版社出版。全书44.8万字,327页,每册定价68元,共分十三章,依次是:氧化还原状况;铵的氧化-硝化反应;硝酸盐的还原-反硝化反应;有机还原性物质;铁;锰;硫;砷的氧化还原反应;氧化锰与酚类化合物的氧化还原;铁、锰的有效性与氧化还原状况;稻根和钾与还原性物质的相互作用;氧化还原过程与土壤发生;氧化还原反应与环境污染。本书是国内目前该研究领域的第一部专著。     

土壤氧化还原过程及其生态效应

对土壤中发生的主要氧化还原反应进行了概括，详细讨论了土壤氧化还原过程对土壤圈物质循环以及生态环境的影响。     

豫西旱作褐土剖面土壤的氧化铁还原与亚铁氧化特征

土壤铁氧化物的氧化还原过程不仅与重金属的生物有效性和有机污染物降解转化关系密切,也与旱地土壤肥力关系密切,因而备受关注。然剖面土壤耕层以下是否存在铁氧化物的还原、氧化过程,其特征如何尚未可知。本文采用恒温厌氧泥浆培养的方法研究旱地褐土剖面中铁的氧化还原特征。结果表明,旱地土壤剖面0~100cm中均存在铁的厌氧还原过程,还原潜势、最大速率均随剖面深度增加而显著降低;剖面0~80cm土层中均存在光合型Fe(II)氧化现象,0~40cm土层Fe(II)氧化量和氧化速率显著高于40~80cm。剖面的铁氧化还原过程不仅受有机碳含量影响,也受N、K等养分元素的影响。结果可为拓展对铁氧化还原微生物生境的认识、深入理解土壤剖面中铁氧化还原过程提供依据。     

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。     

土壤微生物铁循环及其环境意义

铁是土壤中重要的高活性高丰度元素。铁的生物地球化学循环包括铁还原与亚铁氧化两个过程,需要微生物提供基本驱动力,已经成为陆地表层系统研究的国际热点。铁循环控制着土壤有机物矿化、反硝化、甲烷产生、重金属固定等环境过程,是连结土壤养分循环与污染物转化的纽带。从生物地球化学循环的角度,综述了微生物作用下的铁还原、亚铁氧化过程及其主要微生物类群,重点论述了厌氧条件铁还原与亚铁氧化的环境效应及其地球化学机理,以及铁还原与亚铁氧化两个过程的协调及其调控因子。本文将有助于深入理解地球表层的关键环境过程与驱动机制。     

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。     

控释尿素硫膜对土壤性质和油菜生长的影响

为预测硫包膜控释肥施用后大量硫膜残留对土壤生态系统造成的影响，设置硫包膜材料添加量不同的盆栽油菜试验，以研究控释尿素硫膜对土壤化学性状及植株生长的影响。研究结果表明：硫膜及硫磺可显著活化土壤的Fe、Mn、Zn等元素，对土壤中水溶性K^＋、Na^＋、Ca^2＋、Mg^2＋、SO4^2-、HCO3^-、Cl^-等含量也有较大影响；同时硫膜和硫磺的施入影响了土壤原有的酸碱平衡和氧化还原平衡，表现为土壤交换性酸和交换性铝含量增加、pH值下降、还原性物质和活性还原物含量下降。另外施硫能促进油菜的生长并显著影响植株对N、P、K、S的吸收，在硫包膜尿素处理基础上继续施用较多的硫磺仍有增产效应。与硫磺相比硫膜短期内对土壤性质的影响较轻。     

微生物影响稻田土壤中砷转化研究进展

稻田砷污染是一个全球性环境问题。稻米是以大米为主食的人群砷暴露的主要途径，稻米砷含量超标，会对动物和人体健康造成威胁。微生物是影响砷环境生物化学行为的重要角色，在植物-土壤-微生物系统的砷循环中发挥着重要作用。了解微生物对砷在土壤-水稻系统中的生物化学循环的影响，能够为稻田砷污染的有效治理提供理论基础。本文综述了砷氧化微生物、砷还原微生物以及砷甲基化微生物分别对砷氧化、还原和甲基化过程的影响（直接作用），并总结了微生物通过间接影响铁、硫的环境生物化学循环，进而影响稻田-水稻系统中砷的赋存形态及其转化与迁移的过程。最后，本文归纳了砷污染农田微生物修复技术的相关研究进展，并提出了研究展望。     

CO2浓度和温度升高对谷子各生育期土壤氧化还原酶活性的影响

研究CO₂浓度和温度升高对作物各生育期土壤氧化还原酶活性的影响,有助于分析气候变化对土壤养分循环过程的影响。本研究结合人工气候室和盆栽控制实验,模拟3种气候情景（当前环境CO₂浓度和温度、仅CO₂浓度升高、CO₂浓度和温度均升高）和2种水分条件（充分供水和轻度干旱）,研究了谷子（Setaria italica）开花期、开花后10 d、灌浆期和收获期4个生育期土壤氧化还原酶活性对CO₂浓度升高和增温的响应。结果表明,CO₂浓度由400 μmol mol?1升至700 μmol mol?1显著抑制了土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶活性,二者降幅分别为2.86% ~ 7.99%和8.63% ~ 27.00%;而温度由22 ℃增加到26 ℃显著增加了土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶活性,二者增幅分别为2.10% ~ 9.83%和10.03% ~ 24.96%;CO₂浓度升高和增温的交互作用对两种土壤酶活性的影响在谷子4个生育期均无显著影响。谷子生育期对土壤氧化还原酶活性有显著影响,CO₂浓度升高与生育期的交互作用对两种土壤氧化还原酶活性均有显著影响,但增温与生育期交互作用仅对土壤多酚氧化酶活性有显著影响。冗余分析（RDA）结果显示,土壤NH₄+和MBN对土壤多酚氧化酶活性的变化有较高的解释度。CO₂浓度升高抑制土壤氧化还原酶活性,增温提高土壤氧化还原酶活性,两者在多数谷子生育期表现为拮抗作用;谷子生育期影响土壤氧化还原酶活性对气候变化的响应;土壤有效N含量是影响土壤多酚氧化酶活性的重要因素。     

红壤性水稻土的形成过程特点及其肥力演变

红壤性水稻土形成过程中,物质转化和移动是在淹水还原占优势的周期性干湿交替和氧化还原交替条件下进行的。它不仅加速有机质的积累,而且E.H./T.H.值和H.A./F.A.比值增大。复盐基作用使酸性和盐基高度不饱和的红壤,发育成为盐基饱和度相当高的红壤性水稻土。氧化还原和络合等淋移作用,导致化学元素在土体中重新分配,红壤富铝化过程减缓,有利于水稻土的培肥熟化。土壤物理性质和剖面特征也发生相应的改变,形成具有核块状结构、胶膜和铁、锰斑淀积明显的渗积层(P层);结构改善;肥力不断提高。上述变化与植稻年限呈正相关趋势,可把红壤性水稻土形成过程划分为雏型淹育型阶段;过渡渗育型阶段;十年左右初步形成具有水稻土基本属性的渗育型水稻土。     

森林采伐对林地表层土壤主要特征及其生态过程的影响

森林采伐是森林经营过程中的一类常见作业,而森林重要生态过程都离不开林地表层(土壤及覆盖物),为此,理解和把握森林采伐对林地表层的影响对于合理经营和管理森林生态系统,实现生态系统的可持续发展等具有重要意义。本文在简单回顾了采伐对森林组成、结构及其功能的影响基础上;介绍了森林采伐对林地表层温度、湿度、土壤结构、pH值、养分(C、N、P、S)等理化特性的影响;分析了土壤生物对森林采伐的反馈过程;阐述了森林采伐对林地水文、C、N转化等生态过程的作用。最后,从研究方法、研究目标和研究内容三个方面提出森林采伐影响林地表层研究的发展趋势,指出森林采伐的边缘效应和空间异质性;森林采伐后土壤生物的响应;森林采伐后的水、C、N转化和循环等生态过程及其耦合作用是目前及今后研究的三大热点。     

控释肥硫膜对酸性棕壤淋溶特性的影响

为预测硫包膜控释肥施用后大量硫膜残留对土壤生态系统造成的危害，设置硫膜材料添加量不同的室内淋溶试验，以研究控释肥硫膜材料对土壤淋溶特性的影响。研究结果表明；成分和量等同于硫膜的粉状硫磺可显著改变酸性棕壤淋溶液的pH和EC值及K^＋、Na^＋、Ca^2＋、Mg^2＋、SO42-的浓度，5次淋溶累计淋失的K^＋、Na^＋、Ca^2＋、Mg^2＋、SO4^2-随粉状硫磺加入量的增加而增加。而硫包膜尿素处理除对土壤SO4^2-、K^＋淋溶影响不明显外，对其他指标的影响较明显。试验同时发现，由于硫膜和粉状硫磺的物理形态不同，短期内对土壤淋溶特性的影响也有较大差异，但粉状硫磺的表现可以反映硫膜积累并转化后对土壤的影响。     

Linking ecosystem engineers to soil processes: a framework using the Jenny State Factor Equation

Understanding biotic influences on soil processes is a major research frontier made challenging by organismal diversity, variation in distribution, and variety of interactions. Nevertheless, two fundamental influences can be recognized: assimilation/dissimilation (uptake, metabolism, wastes, death) and physical ecosystem engineering (non-assimilatory/dissimilatory, organismally-induced, structurally-mediated changes in energy and materials in the abiotic environment). Because many organisms can engineer soils, predicting their effects is particularly challenging. Here we use Hans Jenny’s State Factor Equation as a flexible, integrative tool for understanding these effects. We distinguish organismal influences via engineering from those of assimilation/dissimilation, explicitly placing engineers into the equation as independent state factors. We then ask: What abiotic state factors does an engineer affect? What relationships among state factors does it change? How does this affect soil processes? Using examples from our work, we illustrate use of this conceptual framework for a physical process—soil erosion; a chemical process—desalination; and a biogeochemical process—denitrification. We show that the framework can be used to: Identify conditions for small or large engineering effects on soil processes; assess engineer impacts on multiple soil processes; compare effects of different engineers on a given soil process; and integrate effects of multiple engineers on a single soil process.     

Transformation of chloropicrin and 1,3-dichloropropene by metam sodium in a combined application of fumigants

Combined application of fumigants is a potential strategy to replace methyl bromide in the control of soil-borne pests. Unfortunately, abiotic and biotic interactions among fumigants restrict some combined application approaches. In this study, the kinetics and mechanisms of reaction between metam sodium (sodium methyldithiocarbamate) and the halogenated fumigants chloropicrin (trichloronitromethane) and 1,3-dichloropropene (1,3-D) were investigated in aqueous solution. For chloropicrin, an extremely rapid oxidation-reduction process occurred in the presence of metam sodium. The second-order rate constant for the reaction between chloropicrin and metam sodium was approximately 2 orders of magnitude greater than that for the reaction between 1,3-D isomers and metam sodium. Transformation of 1,3-D by metam sodium was associated with an aliphatic S(N)2 nucleophilic substitution process. The nucleophilic reaction of cis-1,3-D with metam sodium was significantly faster than that of the trans isomer and was correlated with a lower reaction activation energy for the cis isomer in the transition state. Combining Telone C-35 (65% 1,3-D and 35% chloropicrin) and metam sodium in solution might yield some nucleophilic sulfur species, which played an important role in the dissipation of 1,3-D. The incompatibility of chloropicrin and 1,3-D with metam sodium was also examined in soil under different application scenarios. Simultaneous application of metam sodium with chloropicrin or 1,3-D accelerated the transformation of the two halogenated fumigants, reducing their availability in soil. A sequential strategy for multiple fumigants was developed, which could be applied without the loss of active ingredient that occurs due to the reaction between fumigants. The proposed methodology may enhance pest control while maintaining environmental protection.     

江苏省如皋市土壤中量元素含量有效性评价

为平衡施肥提供依据,本文应用GPS定位技术采集了江苏省如皋市290个代表性土样,并对土样中钙、镁、硫、硅4种中量元素有效态含量进行了检测和评价。结果显示,全市土壤交换性钙、交换性镁、有效硫和有效硅平均含量分别为4 570、403、26和144 mg/kg。如皋市土壤交换性钙、镁含量丰富,但在各土系土壤间分布不均。有效硫和有效硅同时存在缺乏和过高现象。整体来看,有近1%的土壤缺硅,约14%的土壤缺硫。土壤交换性镁和有效硅的含量为中等变异,交换性钙和有效硫的含量属于高度变异。相关分析显示,4种中量元素有效性与土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾含量存在不同程度的相关性。如皋市土壤中量元素有效性不仅与成土母质关系密切,同时受土壤理化性状以及肥料施用的重要影响。今后中量元素肥料的施用应考虑多种因素,以实现平衡施肥。     

旱地长期定位施肥土壤剖面中有效硫累积及其影响因素

对设在黄土高原旱地黑垆土上不同N、P配比与用量的长期定位试验土壤剖面有效硫的分布与累积进行了研究。结果表明 ,长期施用不同量及不同配比的尿素与过磷酸钙肥料 ,对土壤剖面有效硫的含量影响明显 ,无硫投入的处理CK、N2、N4剖面有效硫含量低 ,平均分别为 7.73、10 .6 4、12 .16mg/kg ,分布均匀 ,而有硫投入的处理有效硫在剖面形成累积峰 ,最大含量可达 95.42mg/kg。大量的硫素随过磷酸钙施入土壤之后 ,部分以可溶无机硫酸盐形式被下渗水淋溶到土体的深层累积 ,累积量随施硫量的增加而增加 ,由于投入硫量大 ,在同一硫水平上 ,产量随氮肥用量增加而增加 ,但累积硫的量减少不多。石灰性土壤有效硫的下淋累积受作物、土壤、施肥、降水等多种因素影响 ,是长期的累积过程     

一株硫酸盐还原菌DSRBa的分离鉴定及特性分析

从内循环厌氧反应器颗粒污泥中分离、纯化得到一株硫酸盐还原菌命名为DSRBa,经形态和基于16SrDNA序列分析,该菌株归属于脱硫弧菌属（Desulfovibrio）。分别以甲酸钠、乙醇、乳酸钠、葡萄糖等为碳源,以硫酸盐、硫代硫酸盐、亚硫酸盐、单质硫为硫源,研究了不同温度、pH及不同硫酸根浓度对该菌株的影响。结果表明,菌株最适宜生长温度为30～35℃,最佳生长pH为7.0,无需绝对严格厌氧,当溶液中氧化还原电位（ORP）≤-40mV时,该菌株能较好生长,且生长4d后使溶液内氧化还原电位值达到-380mV,随后溶液内氧化还原电位基本保持不变。当系统内乳酸钠和酵母提取物浓度分别为3.5g·L-1和1g·L-1时,硫酸根浓度在1～4.5g·L-1范围对菌株生长无明显影响,且当SO24-浓度≤3g·L-1时,菌株生长4d对硫酸根的去除率达到90%以上。     

湿地松林土壤生化特性和酶活性对模拟硫沉降的响应

以亚热带湿地松人工林为研究对象,通过3种水平(对照CK:pH 6.5;低硫LS:pH 4.5;高硫HS:pH 2.5)的模拟硫沉降控制试验,分析土壤生化特性及酶活性对硫添加的响应。结果表明:(1)硫输入促进了土壤酸化,0—5 cm土层土壤pH在HS处理下显著降低,5—10 cm土层土壤pH在LS和HS处理下显著降低(P0.05);(2)硫输入对土壤有机碳库存在一定影响,土壤总有机碳(TOC)对硫输入无显著响应,但土层间的差异性显著增加(P0.05),土壤可溶性有机碳(DOC)受影响有限,5—10 cm土层微生物量碳(MBC)LS显著降低(P0.05);(3)硫输入对土壤有效氮库影响存在差异,土壤可溶性有机氮(DON)、铵态氮(NH_4~+—N)尚未表现出显著变化,土壤硝态氮(NO_3~-—N)、土壤微生物量氮(MBN)均在HS处理下显著降低,且硫输入加剧土层间的差异性(P0.05);(4)硫输入抑制了酶活性,土壤脲酶活性在HS处理下显著降低(P0.05),土壤蔗糖酶活性无显著变化,但硫输入均弱化了土层间酶活性的差异性。综合分析所有处理下的土壤生化性质和酶活性等指标发现,对硫添加响应敏感的是土壤pH和酶,土层是另外一个主要影响因子,硫添加和土层的交互作用则影响有限。采用Pearson分析得出,硫输入改变了土壤生化特性、酶活性等指标间的相关性程度。可见,酸雨对土壤酸化的影响是一个逐渐累积的过程,外源性硫添加对土壤碳氮及酶活性的影响存在一定差异,这可为硫沉降环境胁迫下森林管理提供科学依据。     

黄褐土和潮土中硫素在植物生长发育关键时期的消长

为了解河南省分布面积最大的两种类型土壤中硫素的转移、转化和积累规律，从而指导硫肥的合理施用，本研究测定了黄褐土和潮土烟田上层（0~20 cm）、中层（20~40 cm）和下层（40~60 cm）土壤在烤烟关键生育期（移栽前、团棵期、现蕾期和收获后）的全硫、有机硫、无机硫和有效硫含量。结果表明：①团棵期，黄褐土上层各形态硫含量降低、中下层各形态硫含量增加，潮土中上层各形态硫含量增加、下层各形态硫含量下降；现蕾期，黄褐土中层无机硫和有效硫含量降低，潮土中层各形态硫和下层无机硫、有效硫含量均下降；收获后，黄褐土中下层无机硫和有效硫含量降低，潮土各土层无机硫和有效硫含量增加、有机硫含量降低。②在黄褐土和潮土烟田，现蕾期烤烟体内的全硫积累量分别约为当地硫肥施用量的25.35%和11.84%，且与移栽前相比，黄褐土各土层各形态硫在烤烟收获后均显著增加；收获后潮土上层有机硫含量略有降低（-10.21mg/kg）、但无机硫（+175.11 mg/kg）和有效硫（+174.99 mg/kg）含量显著增加，中层各形态硫含量均增加显著，下层有机硫和全硫含量降低、但无机硫和有效硫含量增加。综上，黄褐土和潮土试验点的硫肥施用量均大于需求量。但黄褐土中可能因硫素的转移能力较弱、向有机硫转化的能力较强，硫素更容易在各层土壤积累，而潮土中过量的硫则可能较易转移和淋失，污染其他土壤及地表和地下水，因此，黄褐土和潮土烟田的硫肥施用量均应适当减少，且潮土烟田还应适当减少基肥施用量、增加追肥次数并减小施肥深度，以减少土壤硫素的积累和淋失，从而减少土壤面源污染。