水稻土中水溶性有机碳对铁还原过程的贡献

【目的】 淹水稻田中Fe (Ⅲ) 还原过程与有机质的厌氧分解和氮、磷、硫等营养元素的有效性密切相关。通过探讨水溶性有机碳 (DOC) 对Fe (Ⅲ) 还原过程的贡献,以期为深入理解淹水稻田中铁循环耦联的碳、氮、磷、硫循环提供理论基础。 【方法】 采集我国不同植稻区的20个典型水稻土,通过有机碳分析仪及三维荧光光谱扫描比较分析不同水稻土DOC的含量及荧光特性;并模拟稻田淹水过程对水稻土进行厌氧淹水培养,采用微生物生长模型对不同水稻土厌氧培养过程中Fe (Ⅲ) 还原特征进行表征;依据相关分析和冗余分析,明确水稻土DOC与Fe (Ⅲ) 还原过程的关系。 【结果】 不同水稻土DOC含量为0.250～1.082 g/kg,仅占土壤有机碳的2.06%～6.86%。三维荧光光谱扫描鉴定得到不同水稻土DOC中4个共有的类腐殖酸荧光组分,其中陆源的UVC类腐殖酸和UVC+UVA类腐殖酸组分在不同水稻土中具有较高荧光强度,分别为0.799～4.570和0.830～5.273。水源的可见光区类腐殖酸和UVA腐殖酸的含量相对较低。各类腐殖酸来源以外源输入为主,内源输入为辅。不同水稻土铁还原潜势a、最大Fe (Ⅲ) 还原速率 (V_max) 及达到最大Fe (Ⅲ) 还原速率对应的时间 (T_Vmax) 间均差异显著,淹水5 d时水稻土中易被还原的非晶态氧化铁已基本被还原。DOC的腐殖化系数与Fe (Ⅲ) 还原特征参数存在显著相关性。其中以陆源的大分子量UVC类腐殖酸对a和V_max的贡献最高,陆源的UVC+UVA类腐殖酸和水源的UVA腐殖酸与a和V_max的相关关系也达到显著或极显著水平,而DOC含量的贡献最小。 【结论】 水稻土DOC的腐殖化程度及其中陆源腐殖酸类组分的荧光强度与Fe (Ⅲ) 还原潜势和Fe (Ⅲ) 还原反应速率呈正相关。水稻土DOC除了作为Fe (Ⅲ) 还原过程的电子供体外,其还以电子穿梭体的形式在Fe (Ⅲ) 还原过程中起重要作用。      

生化黄腐酸对盐碱土水盐运移特征的影响

为改善盐碱胁迫农田土壤水盐环境、缓解西北干旱地区土地次生盐渍化,通过一维垂直入渗试验,对不同生化黄腐酸施加量（0、1、2、4、8 g/kg）条件下新疆地区中度盐碱土的水盐运移特征及入渗模型参数进行了研究。结果表明:在入渗结束后,与未施加生化黄腐酸相比,施加量为1、2、4、8 g/kg条件下的土壤累积入渗量分别增加了1.00%、4.67%、7.14%、3.44%,土壤水分入渗速率随着生化黄腐酸施加量的增加呈现先减小后增大的变化趋势,土壤剖面平均体积含水率分别增加了8.90%、17.70%、20.41%、11.67%;在0～20 cm土层,土壤平均脱盐率分别为5.29%、27.04%、42.77%、14.74%。Philip、Green-Ampt模型和代数模型均能较好地模拟不同生化黄腐酸施加量下土壤水分入渗特征,且模型参数与生化黄腐酸施加量间存在函数关系。与未施加生化黄腐酸相比,施加生化黄腐酸后土壤吸渗率S和土壤饱和导水率K_s均减小,且随着施加量的增加均呈现先减小后增大的变化趋势,施加量4 g/kg时S、K_s最小;湿润锋处吸力S_f     

基于非线性耦合的土壤电导率传感器标定方法

针对土壤电导率传感器测量不准确的问题,提出了不考虑含水率θ与考虑θ的非线性耦合标定模型,并开展了土壤电导率传感器的标定与验证试验。标定试验采用新疆维吾尔自治区阿拉尔市十团苹果园沙土,使用去离子水与NaCl设计了9组含水率梯度与6组含盐量梯度共54组土样,分别使用土壤电导率传感器与高精度电导率仪对土样的电导率进行测量;根据耦合模型分别对不考虑θ、考虑θ以及考虑θ细分的3种处理进行拟合分析;最后对同一苹果园设计了大田验证试验。结果表明,土壤电导率传感器测量的电导率EC₀以及电导率仪测量的电导率EC₁与土壤含盐量均呈正相关,EC₀随θ的增加而增加,EC₁随θ的增加而减少;3次拟合结果表明,θ对电导率测量有显著影响,随θ细分,3个处理的残差逐渐减小,拟合决定系数R²均不小于0.839且逐渐增大;验证试验结果表明所提出耦合模型可以有效提高电导率测量精度,该标定方法可为土壤电导率准确测量以及土壤电导率传感器标定校准等相关研究提供依据。     

磷素添加对土壤水分一维垂直入渗特性的影响

为探究磷素（P）添加对土壤水分一维垂直入渗特性的影响,该研究开展了磷素随水添加土壤入渗试验（CK、P1、P2、P3、P4）和加磷培养土壤入渗试验（ICK、IP1、IP2、IP3、IP4）,各试验均设5个P梯度,依次为0、0.075、0.15、0.225、0.3 g/kg。研究结果表明：1）随水施磷在入渗过程中对土壤入渗特性无显著影响;2）土壤加磷培养90 d后,其水分入渗能力显著增强（P<0.05）,相较于对照ICK而言,处理IP1、IP2、IP3、IP4的累积入渗量分别增加了7.82%、8.85%、9.82%、11.21%,所对应的入渗时间减小幅度分别为7.77%、14.56%、22.33%、27.18%;累积入渗量与湿润锋运移速度均随磷梯度增大而增大,拟合的Kostiakov公式和湿润锋运移距离-时间公式中的入渗参数与磷浓度呈现出很好的线性关系;3）IP3、IP4处理中0.25～2 mm粒级团聚体数量占比显著高于未加磷素的对照ICK（P<0.05）,与ICK相比分别提高了35.9%、51.28%。综上,磷素添加到土壤中时间的长短与土壤结构的变化有直接联系,加磷培养增加了土壤中0.25～2 mm粒级大团聚体的数量占比,从而增强了土壤入渗能力。该研究将施磷与土壤入渗能力相结合,揭示磷素添加对土壤水分入渗能力的影响及其机制,为农业生产中磷肥的合理施用提供理论依据。     

微纳米增氧水添加对土壤中溶解氧耗散的影响

微纳米增氧灌溉可缓解作物根区氧气限制,促进作物代谢活动和生长发育。为探究微纳米增氧水添加后土壤溶解氧耗散规律及其增氧效果,该研究以初始干旱土壤和初始湿润土壤为研究对象,使用微氧电极技术,监测不同微纳米增氧水平下淹水土壤溶解氧浓度变化规律。结果表明：1)土壤溶解氧浓度随时间呈现快速下降阶段、缓速下降阶段两段式规律,其中快速下降阶段土壤溶解氧耗散以气体扩散为主,耗散曲线符合对数函数规律;缓速下降阶段土壤溶解氧耗散以微生物消耗为主,耗散曲线符合Logistic函数或线性函数规律;2)在初始干旱土壤试验的快速下降阶段,与常规对照处理CK(O₂浓度：8～9 mg/L)相比,O1(O₂浓度：15 mg/L)、O₂(O₂浓度：20 mg/L)处理溶解氧留存时间分别延长了40.11%和189.62%;在初始湿润土壤试验的快速下降阶段,O₁、O₂处理溶解氧耗散时间分别延长了445.16%和2741.94%;3)在微生物活性较低的土壤(初始干旱土壤)中,氧气与底物都是溶解氧消...     

培养条件下微纳米增氧水添加对新疆砂壤土硝化作用的影响

为了提升氮素利用效率和生产能力，采用室内培养试验方法，研究不同土壤含水率（田间持水量的30%、60%、100%及175%）条件下增氧水处理对土壤硝化作用的影响，并分别利用硝化动力学方程和硝化作用强度定量评价NH4+-N和NO3--N含量的动态变化特征，比较NH4+-N初始消耗速率、NH4+-N最大消耗速率、达到最大消耗速率所用时间以及NO3--N平均生成速率的变化。结果表明：粉质砂壤土氮素转化以硝化作用为主；随着含水率的升高，土壤硝化作用强度呈现先增加后降低的趋势，并在田间持水量条件下达到最大。在不同含水率条件下增氧水处理对土壤硝化作用的影响具有显著差异（P<0.05）。与常规水处理相比，在田间持水量的60%条件下，增氧水处理对土壤硝化过程的促进作用更为明显，NH4+-N最大消耗速率提高了8.9%，最大消耗速率出现时间提前，NO3--N平均生成速率增加，硝化作用更强；而在田间持水量条件下，增氧水处理的土壤NH4+-N消耗没有显著差异，仅NO3--N平均生成速率增加；田间持水量的175%条件下，增氧水处理土壤NH4+-N最大消耗速率降低了21.5%，最大消耗速率出现时间滞后，但NO3--N平均生成速率没有显著变化。该研究提出了增氧水处理促进氮素转化作用的最适水分条件，为发展农业高效水肥利用技术提供了理论依据。     

生化黄腐酸对盐碱土水盐运移特征及盐基离子组成的影响

生化黄腐酸（biochemical fulvic acid,BFA）在改善土壤结构、促进作物生长与提高肥效方面均表现出较好的应用价值。为探讨添加BFA对盐碱土水盐运移规律的影响,揭示BFA淋盐增效机理,基于一维垂直土柱入渗试验,对不同BFA添加量（0,1,2,4,8 g/kg）条件下盐碱土的水盐运移特征、入渗模型参数及土壤交换性盐基离子组成进行了研究。结果表明,入渗条件下增加BFA能够降低土壤水分入渗速率,延长入渗时间,提高土壤保水性能。Kostiakov模型、Philip模型和代数模型均能较好地描述入渗过程,模型参数中经验系数（K）、吸渗率（S）和综合形状系数（α）均随BFA添加量的增加呈先减小后增加的变化趋势。与对照相比,添加BFA均能提高土壤持水效率和相对脱盐率,在2 g/kg BFA添加量条件下,0—20 cm土层内土壤平均体积含水率提高3.38%,平均持水效率提高10.65%,相对脱盐率提高36.32%。此外,相比对照,添加BFA后土壤交换性盐基总量（total exchangeable base,TEB）均有所增加,TEB组成中Ca²⁺浓度增加,Na⁺浓度降低。因此,在盐碱土中添加BFA能够显著影响土壤水分入渗和水盐运移特征,改善土壤水盐分布状况,对盐碱土具有较好的保水和脱盐效果,且添加BFA后土壤TEB显著增加,能够显著改善土壤交换性盐基离子组成,提升土壤质量。     

生化黄腐酸对不同质地苏打盐碱土水盐运移特征的影响

为了探讨生化黄腐酸（biochemical fulvic acid, BFA）对不同质地（砂质壤土和壤质砂土）苏打盐碱土的改良作用机理，明确BFA对不同质地苏打盐碱土水盐运移特征的影响，该研究通过室内一维垂直入渗试验，对不同BFA施加量（0（CK）、1、2、4、8 g/kg）条件下土壤水盐运移特征、入渗模型参数和土壤八大盐分离子的变化特征进行了研究。结果表明：对于砂质壤土，当入渗至280 min时，与CK相比，BFA施加量为1、2、4、8 g/kg处理的累积入渗量分别减小了3.70%、10.19%、12.04%、25.00%，湿润峰深度分别减小了9.33%、17.00%、24.00%、27.33%；对于壤质砂土，当入渗至40 min时，与CK相比，BFA施加量为1、2、4、8 g/kg处理的累积入渗量分别减小了1.36%、10.51%、18.98%、29.83%，湿润峰深度分别减小了5.00%、11.33%、21.67%、31.33%。土壤水分入渗速率会随着BFA施加量的增加而减小，在0、5、10、15、20、25、30 cm土层深度，8 g/kg施加量处理的砂质壤土含水率分别高于CK处理11.43%、4.99%、8.54%、8.79%、9.02%、4.98%、-7.76%，而壤质砂土含水率分别高于CK处理4.76%、9.28%、6.18%、9.25%、8.05%、8.77%、-0.06%。Kostiakov和Philip模型均能较好地模拟土壤水分入渗过程，且随着BFA施加量的增加，吸渗率逐渐减小。然而施加BFA同样会增加不同深度土层的含盐量，在土壤钙离子、镁离子浓度较低的情况下，可能会使得土壤中富集钠离子。因此，施加BFA能够改变不同质地苏打盐碱土的水盐运移特征，为了防止施加BFA加剧土壤的次生盐碱化以及考虑施加BFA后的经济效益，该研究推荐BFA施加量为2～4 g/kg时对于不同质地苏打盐碱土具有更好的改良效果。