添加不同来源生物质炭对暗棕壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响

为了研究暗棕壤添加不同来源的生物质炭对腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响,选用玉米秸秆生物质炭(JG-Bc)、杨木生物质炭(YM-Bc)和毛竹生物质炭(MZ-Bc)进行培养试验,生物质炭(Bc)添加量为10.6 g/kg(相当于24 t/hm~2)。采用腐殖质组成修改法测定胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(Hu)的含量;用国际腐殖质协会(IHSS)推荐的方法提取和纯化HA样品,并研究了胡敏酸的元素组成、红外光谱和热力学性质。结果表明:培养90 d后,添加生物质炭处理显著提高了土壤有机碳(SOC)和腐殖质各组分含量。SOC的增加主要体现在Hu上,由ck的8.40 g/kg增加到16.45～18.04 g/kg。可提取腐殖质总量虽然变化不大,但HA比例增加,PQ值由ck的54.71%上升到75.24%～82.50%。添加Bc不仅提高了HA的含量和比例,同时也影响到HA的结构特征,表现为HA的Δlog K、H/C摩尔比、O/C摩尔比降低;碳元素含量和分子缩合度增加,脂族链烃比例增加,促进HA结构趋于复杂化;HA的高温/中温放热和失重比值增加,热稳定性提高。不同处理之间作用大小顺序:毛竹Bc杨木Bc玉米秸秆Bc。该研究可为分析不同来源的生物质炭与腐殖质的关系及增加土壤有机质积累提供理论依据。     

施用玉米秸秆生物质炭对黑土腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响

为探究不同施加量生物质炭对黑土中腐殖质组成和胡敏酸(Humic acid,HA)结构的影响,进行了盆栽试验研究,设置4个处理,分别为空白,生物质炭施加量为6、12、24 t·hm~(-2)。结果表明:施加生物质炭3年能明显提高土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)含量,SOC随施加生物质炭量增加而提高,不同处理SOC含量较空白分别上升3.61%、13.40%和30.64%;不同处理水溶性物质(Water-soluble substances,WSS)中有机碳含量较空白分别上升30.88%、86.29%和116.18%;不同处理胡敏素(Humin,Hu)中有机碳含量较空白分别上升5.44%、19.46%和51.16%;不同处理HA中有机碳含量较空白分别上升7.89%、13.60%和25%;不同处理富里酸(Fulvic acid,FA)中有机碳含量较空白降低13.11%、24.60%和45.90%。施加生物质炭3年,能使HA分子结构发生变化。相较于空白,不同处理H/C摩尔比值分别降低0.01%、0.03%和0.05%;相对于空白,不同处理O/C摩尔比值分别降低0.05%、0.11%和0.17%,不同处理在2920 cm~(-1)处相对强度分别提高0.38%、0.41%和0.49%,在1620 cm~(-1)处相对强度分别提高0.94%、0.24%和0.39%。施用生物质炭能提高HA缩合度,降低HA的氧化度,增加HA的脂族性和芳香性,使HA结构复杂化。     

纯培养条件下蓝细菌形成腐殖物质的可能性研究

采用红外光谱和元素分析,初步研究了纯培养条件下水华鱼腥藻(一种常见蓝细菌)不同生长期的菌体和胞外代谢物以及作为唯一基质形成的菌体混合物的结构特征。结果表明:蓝细菌样品的红外光谱图中均没有1 720 cm-1峰。2 926/1 650比值显示,水华鱼腥藻对数生长期与衰亡后期的菌体芳香物质含量高,复杂度与土壤富里酸接近,但低于土壤胡敏酸;微生物处理能使菌体混合物具有更多芳香族物质,但1 530 cm-1峰消失,表明部分C=C及氨基酸类物质被分解。相对于土壤腐殖物质,水华鱼腥藻菌体的H/C比值及(O+S)/C比值均较大,即缩合度较低而氧化度较高;经微生物处理后,其缩合度进一步降低,氧化度升高。总之,本实验条件下蓝细菌自发形成腐殖物质的可能性较低,且其作为唯一基质在其他微生物作用下形成的菌体混合物与土壤腐殖物质在结构上存在差距,但从蓝细菌的组成与结构上看,其可为腐殖物质的形成提供物质条件。该结果为土壤腐殖物质的形成研究与起源探索提供了一定的科学依据。     

施用玉米秸秆生物质炭对水稻土黑碳数量和结构特征的影响

通过研究玉米秸秆生物质炭施用对土壤黑碳(BC)数量和结构的影响规律,比较施用生物质炭后不同年限间的差异,为阐明土壤BC在土壤固碳上的作用提供理论依据。选择化学氧化修改法进行土壤BC的提取,采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机碳(SOC)含量,采用元素组成和红外光谱分析对土壤BC进行结构表征。研究结果表明:与对照(未施用玉米秸秆生物质炭)相比,施用玉米秸秆生物质炭后3年间各年土壤BC的含量分别增加177.0%、304.3%和434.2%,土壤BC占SOC的比例分别增加40.2%、143.5%和167.3%,说明玉米秸秆生物质炭有助于表层土壤BC长期稳定的积累,且随时间的延长而增加;与对照相比,施用玉米秸秆生物质炭后表层土壤BC的碳元素含量增加,缩合度和芳香性增加,氧化度和脂族性降低,且随玉米秸秆生物质炭施用年限的延长表现得更加明显。长期施用玉米秸秆生物质炭后使土壤BC的结构向着芳香性增加的方向发展,稳定性增强,因而对于土壤固碳是有利的。