黑土无机纳米微粒对Cr(VI)光催化还原的试验条件研究

从黑土中提取铁、铝氧化物为主的无机纳米微粒,在紫外光照射下光催化还原Cr(Ⅵ),研究其行为及影响因素。结果表明:对50 mL反应液[(Cr(Ⅵ)质量浓度30 mg/L,黑土无机纳米微粒质量浓度6.5 mg/mL,H2SO40.5 mol/L]光照时间7 h,Cr(Ⅵ)的光催化还原率在90%以上,符合一级反应速率方程lnc=-0.366t 3.489。芳香族化合物对Cr(Ⅵ)的光催化还原有一定影响。     

核磁共振波谱法研究玉米植株残体培肥对土壤胡敏酸的影响

用核磁共振波谱法研究了施人玉米秸秆和根茬后土壤胡敏酸（HA）的变化。结果表明，玉米植株残体施用后，土壤HA的烷基链变短且多分支；土壤HA的芳香度降低，芳香碳减少，而烷基碳和烷氧碳增加，HA的脂肪族特性增强，氧化程度降低；发生变化最大的时期在施人玉米植株残体60d左右，且玉米秸秆对土壤胡敏酸的影响要大于根茬的影响。     

长期施用畜禽粪对黑土有机无机复合体动态变化的影响

为探究不同畜禽粪长期施用后,对黑土有机无机复合状况及有机碳在土壤有机无机复合体中分布的动态影响,以吉林农业大学教学实验田始于2010年的长期定位试验下的黑土作为研究对象。试验共设4个处理,分别为施用鸡粪（JF）、施用牛粪（NF）、施用猪粪（ZF）以及对照处理（CK）。土壤样品选取连续施用畜禽粪的第1年（2010年）、第3年（2012年）、第6年（2015年）、第9年（2018年）和第11年（2020年）土壤,测定不同处理下黑土重组有机碳含量、有机无机复合度、胶散复合体含量以及有机碳在各组分复合体中的分布。结果表明：试验初期,外源有机物质对土壤复合状况的影响并不显著,但随着时间的延长,并随着畜禽粪的长期施入,更多的有机无机复合体形成,有机质的积累得到显著提升,其中鸡粪效果最好。到2020年使用鸡粪处理下的重组有机碳及原土复合量分别比空白对照提高12.0%和10.0%。施用畜禽粪后,各组分胶散复合体含量也高于空白对照,但G₁复合体含量呈现下降趋势。从有机碳在各组复合体上的分布来看,畜禽粪长期施用可以增加各组分复合体上分布的有机碳。畜禽粪施入可以改善土壤复合状况,提高复合体及其碳含量,其中以鸡粪还田效果最好。     

不同培肥方式黑土腐殖质形态特征研究

针对吉林省黑土区存在的土壤有机质下降、耕地质量退化等问题,利用公主岭国家黑土肥力与肥料效益监测基地连续20年的长期定位试验,采用核磁共振波谱分析法(NMR)、红外光谱分析法(IR)等现代分析方法,研究了不同培肥途径耕层土壤腐殖质的组成、形态结构及动态变化趋势。结果表明:不同培肥途径对耕层土壤腐殖质特征影响明显。施用玉米秸秆处理(S+NPK)和施用有机肥+轮作处理(M+NPK+R)均显著增加了土壤胡敏酸中脂肪族结构成分,单施有机肥处理(M+NPK)显著增加了土壤胡敏酸中羟基含量,S+NPK处理游离羧基含量显著增多。S+NPK、M+NPK及M+NPK+R处理,土壤富啡酸的甲基、亚甲基和次甲基结构成分显著增多,游离羧基含量也显著增多。单施化肥处理,浸提的富啡酸中无机碳酸盐和硅酸盐成分明显增多,化肥长期施用导致土壤中游离富啡酸数量显著减少,土壤的耗竭式利用,导致土壤中铁、铜结合态或络合态的富啡酸增加。不同培肥方式对黑土胡敏酸和富啡酸的元素组成影响有较大的差异,但均可引发胡敏酸C含量降低,N含量增加,富啡酸C、N、H含量增加,O含量降低,可通过不同的培肥方式对土壤腐殖质的元素组成进行调节。     

蜉金龟堆肥施入后土壤腐殖质表征及特性研究

采用元素组成、红外光谱及差热分析对土壤施用蜉金龟堆肥后腐殖质结构特征的变化进行表征。元素分析结果表明,与对照处理相比,土壤施用蜉金龟堆肥后焦磷酸钠浸提胡敏酸(NaHA)、氢氧化钠浸提胡敏酸(PAHA)、焦磷酸钠浸提富里酸(NaFA)及氢氧化钠浸提富里酸(PAFA)的碳含量增加,H/C减小,表明施肥后土壤腐植酸(胡敏酸和富里酸)的芳香性增加。差热分析结果表明,与NaHA相比,对照处理和施蜉金龟堆肥PAHA的高温放热峰消失,说明PAHA的热稳定性低于NaHA;而NaFA在两种处理中的中温反应热也均高于PAFA,进一步说明了氢氧化钠浸提腐植酸的热稳定性高于焦磷酸钠浸提的腐植酸。红外光谱结果表明,两种提取剂提取的土壤腐植酸均含有大量的芳香化合物和碳水化合物。综上,两种提取剂对土壤腐植酸在热性质及官能团的组成上存在着差异性。     

牛粪处理方式对黑土胡敏酸和富里酸的影响

【目的】研究施用经不同方式处理的牛粪后,黑土胡敏酸(HA)和富里酸(FA)元素组成及不同结合态腐殖质中HA和FA的变化。【方法】2011-05-10,通过盆栽试验,以不施牛粪为对照(CK),采用元素分析仪分析新鲜牛粪、腐解牛粪、蛴螬牛粪对黑土中HA、FA组分的影响,通过计算比较不同牛粪处理对黑土HA、FA热力学参数的影响,并对施用不同处理牛粪后土壤中松结态、联结态、稳结态腐殖质中的HA、FA进行分析。【结果】与CK相比,不同牛粪处理提高了土壤中HA和FA的C、H、N含量,降低了O含量。施用牛粪后,FA的能态及热稳定性提高,并且HA和FA的形成都是自发进行的放热反应;松结态和稳结态腐殖质中HA和FA含量提高,且HA分子的复杂程度也明显提高。【结论】施用不同处理的牛粪可改善黑土腐殖质活性,其中以施用腐解牛粪的效果较好。     

秸秆腐解过程中土壤无机纳米微粒对酶活性影响研究

通过玉米秸秆腐解的培养试验,研究了土壤无机纳米粒子(SINP)对玉米秸秆腐解中磷酸酶、蛋白酶、脲酶和蔗糖酶活性的影响。结果表明:SINP加入腐解的玉米秸秆中后,对土壤中的酶活性有显著的影响,但这种影响因酶的种类不同而有显著的差异。SINP对所有磷酸酶(酸性、碱性、中性)活性都有提高作用,并以腐解的初期和后期提高的幅度最大和最显著。在初期和中后期也显著增加了腐解物中蛋白酶的酶活性。SINP对脲酶活性总体趋势具有显著促进作用。对蔗糖酶活性的促进作用在玉米秸秆腐解的前期非常明显,但在中后期起抑制作用。因此,土壤纳米粒子能够促进有机物料腐解过程中的酶活性,继而促进有机物料的矿化。     

不同有机物料对原生盐碱地水稳性团聚体特征的影响

为了研究不同种类和形态的有机物料对原生盐碱地水稳性团聚体特征以及物理性质的影响,以吉林西部地区原生盐碱地为研究对象,通过大田试验,分析了颗粒玉米秸秆、正常玉米秸秆、牧草以及羊粪等有机物料对原生盐碱地的浸水容重、沉降系数、田间持水量和蒸发速率等物理指标的影响,以及对土壤水稳性大团聚体和微团聚体的数量、形态、平均质量直径(MWD)、破坏率(PAD)、水稳系数、平均质量比表面积和分形维数等指标的影响。结果表明:(1)各处理中水稳性团聚体组成以微团聚体占主要成分,其中以0.05~0.25mm粒径为主,不同有机物料处理对各粒级含量影响差异显著。(2)各有机物料处理的土壤水稳性团聚体的稳定性相对CK处理均有所提高,羊粪处理对MWD提高效果最好,提高了104%,而颗粒处理提高水稳系数和降低PAD效果最好。(3)不同有机物料处理对水稳性团聚体形态均有改善作用,颗粒处理改善效果最好,形态圆润表面粗糙,大小孔径分布适中。(4)颗粒处理与其他处理的土壤团聚体分形维数差异显著,其他处理之间差异不显著,颗粒处理分形维数最低,相比CK处理降低了2.62%。各有机物料处理的平均质量比表面积与CK差异显著,其中正常秸秆处理最好,相比CK提高了171.01%。(5)各有机物料处理与CK处理相比,对原生盐碱土物理性质均有改善作用,颗粒处理整体效果最好。浸水容重与PAD和分形维数具有显著正相关性,与水稳系数和平均重量直径呈显著负相关性。沉降系数相关性类似浸水容重,田间持水量相反,蒸发速率则未显示出显著相关性,各物理参数与平均质量比表面积未显示出显著相关性。综合得出,有机物料能够改善原生盐碱土壤结构,同种有机物料不同形态作用效果不同,本试验中经过粉碎高温高压处理的颗粒秸秆效果远好于其他处理,有效地缩短了改良时间。     

外源有机碳对黑土有机碳及颗粒有机碳的影响

为了阐释外源有机碳在土壤有机碳运转中的作用机制,以黑土为供试材料,进行了5年的室外培养试验,并结合室内全土及颗粒组分单独矿化培养试验,研究了不同外源有机碳对黑土有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)含量及其矿化特征的影响。试验包括单施化肥、牛粪配施化肥、鸡粪配施化肥、秸秆配施化肥和树叶配施化肥5个处理。结果表明:(1)单施化肥黑土SOC的损失主要来源于POC的损失,外源有机碳有利于SOC和POC的累积,与对照相比,禽畜粪便处理的SOC和POC平均增加幅度分别为16.6%和27.8%,植物残体处理的SOC和POC平均增加幅度分别为27.0%和46.4%;(2)一级动力学方程能较好地描述SOC和POC的矿化动态(R~20.9),且POC比SOC易矿化,POC的60d累积矿化量是SOC的3倍以上;(3)禽畜粪便处理和植物残体处理的POC平均矿化率分别为31.5%和29.8%,禽畜粪便处理的POC更易矿化;(4)外源有机碳有效降低了黑土有机碳的矿化,尤其是牛粪,其SOC矿化率为1.9%,比对照低了3.4%,其POC矿化率为24.8%,比对照低17.4%;(5)外源有机碳在黑土中的碳累积能力表现为树叶秸秆牛粪鸡粪。     

不同处理牛粪对大豆重茬土壤腐殖质组成和结构特征的影响

【目的】研究施用不同处理牛粪后大豆重茬土壤中腐殖质的组分含量及结构特征变化。【方法】以大豆"九黑1号"为供试品种,设置单施化肥处理(对照,CK)、风干牛粪处理(X)、腐解牛粪处理(F)和蛴螬牛粪处理(Q),采用室内盆栽试验,于2011年5月在施用不同处理牛粪的土壤中第1次播种大豆,09-30收获;2012年5月继续在各处理土壤中播种大豆,09-30收获后采集0~20cm土层土壤,用元素分析法、红外光谱分析法(IR)及核磁共振光谱法(13 C-NMR),研究不同处理牛粪对大豆重茬土壤中胡敏酸(HA)、富里酸(FA)组分的元素组成和结构特性的影响。【结果】不同处理牛粪对大豆重茬土壤HA和FA的元素(C、H、O、N)组成影响有明显差异。不同处理牛粪可以提高大豆重茬土壤HA的氧化度,降低缩合度,使大豆重茬土壤FA氧化度降低。大豆重茬土壤HA含有更多的长链烷烃和酚基碳,FA含有更多的支链和短链烷基碳,且FA的芳化度比HA低。与CK相比,施用牛粪的各处理大豆重茬土壤中HA的烷基成分、羧酸化合物、酰胺类化合物和芳香环类化合物减少,而碳水化合物或多糖类成分增加,脂化度升高,芳化度下降;土壤中FA的烷基成分、多肽类化合物、芳香环类化合物和碳水化合物减少。对不同牛粪处理土壤进行对比分析发现,风干牛粪处理(X)明显增加了大豆重茬土壤HA和FA的羧酸化合物含量,腐解牛粪处理(F)明显增加了大豆重茬土壤FA烷基成分和碳水化合物成分,蛴螬牛粪处理(Q)下大豆重茬土壤HA的碳水化合物或糖类成分明显增加。【结论】不同处理牛粪对大豆重茬土壤HA和FA的元素组成与结构特征产生了不同程度的影响,且明显增加了土壤HA酚基碳含量。