砂土中铵氮的吸附形态研究

[目的]利用浸提试验研究不同粒径组成的砂土中吸附的铵氮存在形态,为了解铵在包气带中的迁移转化提供参考。[方法]首先用不同初始浓度的NH4Cl溶液浸泡采集于某垃圾填埋场背景区的砂土以及从此砂土中筛分出的粗砂和细砂,再用3种不同浸提能力的浸提剂———水、KCl、CaCl2浸提吸附于土样上的不同形态的铵。[结果]不同浸提剂的浸提能力为：水〈KCl〈CaCl2;当溶液中铵浓度低时,铵优先吸附在矿物的可交换点位,此时铵主要以交换态存在,随着溶液中铵浓度的升高,具备了与矿物内部足够的浓度差驱动力,铵才开始进入2∶1型黏土矿物（如伊利石）内部被固定,成为固定态;在粗砂土样中几乎没有固定态铵,即固定态铵主要存在于具有很强吸附能力的2∶1型黏土矿物中。[结论]砂土中铵的存在形态与土壤矿物组成和铵的初始浓度密切相关。     

秸秆与木本泥炭短期施用对潮土有机质及微生物群落组成和功能的影响

直接添加富含腐殖物质的木本泥炭可快速提升土壤有机碳含量,但其与常规施用秸秆相比的效应如何尚不清楚。通过设置不添加物料(CK)、施用秸秆(R)、施用木本泥炭(MT)、秸秆还田和木本泥炭联合施用(RMT)四个田间试验处理,经过一季玉米生长后比较不同处理对玉米产量、土壤肥力、细菌群落组成和功能的影响。结果表明,R和RMT处理的地上生物量与CK无显著差异,而在玉米整个生育期的平均呼吸速率则分别较CK高40%和64%;MT处理的地上生物量较CK低10%,但MT和CK的平均呼吸速率无显著差异。另一方面,R处理的土壤有机质(SOM)含量与CK无显著差异,而MT和RMT处理的SOM含量则较CK分别高79%和56%。基于主成分分析和功能预测发现,与CK处理比,R处理分解利用新鲜秸秆的绿弯菌门、芽单胞菌门、节细菌属、指孢囊菌属和Rubellimicrobiu显著增多,而化能异养、需氧化能异养、尿素代谢功能显著降低;MT处理降解大分子有机物的土壤杆菌属、纤维菌属、德沃斯氏菌属、农研丝杆菌属、类诺卡氏菌属和Rubellimicrobium显著增多,需氧化能异养功能显著降低,纤维素代谢功能显著升高;而RMT处理与CK群落组成和功能类似。因此,在潮土区单独施用MT尽管能迅速提升SOM含量,但可能导致短期内作物产量降低,而R和MT联合施用在迅速提升SOM的同时可提高土壤呼吸,维持稳定的微生物群落和功能。     

木本泥炭对红黄壤性水田土壤有机质提升和细菌群落组成的影响

通过工程措施开发新垦耕地是增加耕地面积的重要方法,这些新垦耕地的主要问题为土壤有机质(SOM)低下,而农田SOM培育是一个漫长的过程。本研究以新垦红黄壤性水田为研究对象,通过施用腐熟秸秆及与土壤腐殖质结构类似的木本泥炭,明确其快速提升SOM效应。此外,为了促进秸秆养分的快速转化,本研究进一步比较分析了3种商用激发剂的激发秸秆分解潜力,并采用16s高通量测序技术阐明其微生物机制。试验包含6个处理:对照(CK)、施用腐熟秸秆(S)、施用腐熟秸秆+木本泥炭(SP)、以及在SP基础上添加激发剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(SPJ1、SPJ2、SPJ3)。结果表明,SP、SPJ1、SPJ2、SPJ3中的土壤有机质(SOM)、易氧化碳(EOC)、可溶性有机碳(DOC)分别比S或CK处理高12.1%～20.6%、29.9%～48.9%、50.8%～75.5%,微生物生物量碳(MBC)则为它们的10.5倍～16.1倍,导致MBC/MBN增加了5.1倍～12.4倍;土壤有效磷(Ava P)和团聚度在SPJ1、SPJ2、SPJ3间类似,并比SP、S、CK处理显著提高44.7%～63.6%、26.4%～43.6%,表明木本泥炭以及本试验所选择的3种激发剂均能显著改善土壤理化性状。细菌多样性和系统发育多样性指数在激发剂施用土壤中均处于较高水平,并分别与DOC和EOC显著正相关。PcoA与Anosim分析发现3种激发剂施用土壤的细菌群落结构类似并与其他处理差异显著,该差异主要与Ava P、DOC、EOC、MBN有关。上述结果表明,通过在新垦水田土壤上施用腐熟秸秆和木本泥炭,可快速提升SOM含量,而在此基础上添加商用激发剂具有激发养分转化功能的微生物的潜力,从而改善土壤理化性质和提升作物产量,并且本研究选择的3种激发剂均有类似效应。     

黄河三角洲不同生境土壤理化特性及细菌群落结构特征

以黄河三角洲翅碱蓬（重度盐渍土S1）、柽柳（中度盐渍土S2）、荻（轻度盐渍土S3）和苦楝（非盐渍土S4）四种不同生境土壤为研究对象,探究从近海到内陆土壤环境和细菌群落结构的变化以及二者之间的耦合关系,并识别各生态系统微生物网络中的关键物种及其功能。结果表明：从近海到内陆随生态系统的变化,电导率（EC）是土壤性质变化最大...     

长期施有机肥和化肥对潮土胡敏酸结构特征的影响

以河南封丘长期肥料试验为平台,选择有机肥(OM)、化肥NPK(NPK)和不施肥(CK)3种处理,研究了不同施肥措施对潮土胡敏酸(HA)结构特征的影响。HA样品经提取纯化后,采用一系列固态~(13)C核磁共振(NMR)技术并结合元素分析和稳定碳同位素(δ~(13)C)技术对其结构进行定量表征。其中NMR技术包括高速多重倾斜幅度交叉极化/魔角自旋(multiCP/MAS)、偶极相移、化学位移各向异性过滤和质子碳编辑技术。结果表明:长期施有机肥和NPK肥增加了HA的饱和程度、氧化程度和极性,但缩合程度降低;HA的δ~(13)C值降低,表明有新的有机碳进入HA中。潮土HA以脂肪族化合物为主,烷基比例最高,占全碳的24.1%~26.3%;δ64~44处同时存在含氮烷基和甲氧基,且含氮烷基比例更高;另外异头碳和烷氧基中的非质子碳比例均很低。HA的芳香族成分中,δ142~113芳香碳以质子碳为主,且有少量质子芳香碳存在于δ113~93。结果还表明施肥均降低了HA的羧基和δ142~113芳香碳比例,增加了烷氧基和甲氧基比例;施有机肥还增加了酚碳和含氮烷基比例,降低了烷基比例。本研究表明长期施用有机肥和NPK肥使潮土HA结构向着疏水性程度和分解程度降低的方向发展;OM和NPK处理均使糖类物质增加,OM处理还使木质素和多肽增加,脂类物质降低。不同施肥模式下HA的形成机制不同。     

长期稻草还田对胡敏酸化学结构的影响——高级13C NMR研究

为了从分析技术上对胡敏酸的结构分异进行定量化研究,以湖南桃源地区的长期(1990—2011年)田间试验为平台,采用元素分析、稳定碳同位素分析和高速多重倾斜幅度交叉极化/魔角自旋(Multiple cross-polarization/magic angle spinning,multi CP/MAS)定量测定技术结合选择性官能团测定的固态13C核磁共振(Nuclear magnetic resonance,NMR)方法,旨在利用系列技术阐明连续22年稻草还田对土壤胡敏酸化学结构的影响。结果表明,稻草还田后胡敏酸含量增加了78%,但元素组成没有发生显著变化,其分子饱和程度、氧化度和极性都与不施肥对照很接近。稻草还田土壤胡敏酸的δ~(13)C值低于对照,表明长期稻草还田提高了非极性物质来源的碳。定量multi CP/MAS NMR方法则证实稻草还田后主要提高了土壤胡敏酸的脂类、芳香族物质和木质素比例,而蛋白质、多肽和糖类物质的比例则有所降低,从而导致烷基/烷氧基比值及疏水性指数增大,表明其分解程度增加,疏水性特征更加明显。高级NMR技术进一步发现胡敏酸中有大量的质子化碳,稻草还田后质子化芳香碳比例增加,但质子化异头碳和烷氧基比例降低,而它们的非质子化碳相对稳定;δ113~93化学位移内除异头碳外还含有芳香碳,且稻草还田的芳香碳在此化学位移内的比例更高。可见稻草还田后土壤胡敏酸的量和结构均有所变化,高级测定技术对结构的刻画有助于了解长期稻草还田肥力的提升机制。     

砂土中铵氮的吸附形态研究

[目的]利用浸提试验研究不同粒径组成的砂土中吸附的铵氮存在形态,为了解铵在包气带中的迁移转化提供参考。[方法]首先用不同初始浓度的NH4Cl溶液浸泡采集于某垃圾填埋场背景区的砂土以及从此砂土中筛分出的粗砂和细砂,再用3种不同浸提能力的浸提剂——水、KCl、CaCl2浸提吸附于土样上的不同形态的铵。[结果]不同浸提剂的浸提能力为：水〈KCl〈CaCl2;当溶液中铵浓度低时,铵优先吸附在矿物的可交换点位,此时铵主要以交换态存在,随着溶液中铵浓度的升高,具备了与矿物内部足够的浓度差驱动力,铵才开始进入2：1型黏土矿物（如伊利石）内部被固定,成为固定态;在粗砂土样中几乎没有固定态铵,即固定态铵主要存在于具有很强吸附能力的2：1型黏土矿物中。[结论]砂土中铵的存在形态与土壤矿物组成和铵的初始浓度密切相关。     

可溶性有机碳在典型土壤上的吸附行为及机理

定量分析可溶性有机碳(DOC)在不同土壤上的吸附行为可为DOC在不同地区土壤中的去向及污染风险评估提供理论基础。本研究以河南潮土(包括砂质、壤质和黏质3种质地)、江苏黄泥土、江西红黏土和海南砖红壤等典型土壤为吸附介质,采用一次平衡法比较了DOC在不同土壤中的吸附容量及平衡液中DOC的结构变化。结果表明,供试土壤对DOC的吸附可用修正的Langmuir模型拟合。最大吸附量(Q_(max))从高到低依次为红黏土(2 892.67 mg/kg)、砖红壤(1 969.77 mg/kg)、黏质潮土(1 803.03 mg/kg)、黄泥土(1 003.84 mg/kg)、壤质潮土(989.31 mg/kg)和砂质潮土(441.18 mg/kg)。黄泥土的亲和系数(k)最大(2.53×10~(–3)),其次为砖红壤、红黏土和3种潮土。吸附后,除砂质潮土和壤质潮土外,其他土壤平衡液的芳香性均降低。相关性分析表明无定形氧化铝显著影响了Q_(max),而氧化铁的形态(无定形、络合态和低结晶态)决定了k值大小。红黏土、砖红壤和黄泥土更容易吸附DOC中的芳香族成分,主要吸附机制可能为配位体交换;砂质潮土和壤质潮土主要为阳离子架桥,而黏质潮土同时存在这两种吸附机制。     

不同配施比例下秸秆和木本泥炭对快速提升土壤有机质和作物产量的耦合影响

木本泥炭和秸秆配施有快速提升土壤有机质（SOM）和作物产量的潜力，但其配施比例如何影响作物产量及其微生物机制尚不清楚。本研究通过田间试验，在施用秸秆和激发剂（RJ）基础上，比较分析了木本泥炭和秸秆三种施用比例2:1（RJM1）、3:1（RJM2）、4:1（RJM3）对土壤理化性质、细菌群落组成和水稻产量影响，并与不施用有机物料的对照（CK）进行比较；同时基于网络分析和路径分析，明确不同处理特定细菌菌群与作物产量之间潜在关系。结果表明，RJM1、RJM2、RJM3间的水稻产量差异不明显，但平均比RJ和CK显著增产16.09%和31.46%。五个处理按土壤理化性质分成显著不同的三组（P < 0.01），第一组为RJM2+RJM3，以pH、SOM、可溶性有机碳（DOC）、有效磷（AP）、速效钾（AK）含量显著升高为特征；第二组为RJ+RJM1，以硝态氮（NO3--N）和可溶性有机氮（DON）含量显著升高为特征；第三组为CK。RJM2+RJM3的SOM、DOC、AP比RJM1处理平均高29.69%、22.65%和23.95%，表示RJM2+RJM3能迅速提升土壤有机质含量。RJM2和RJM3的细菌群落组成类似，并主要受制于土壤pH、SOM、DOC的变化，但与RJM1的群落组成显著不同。RJM2+RJM3显著增加了与水稻产量正相关的盖勒氏菌（Gaiellaceae unidentified）、类诺卡氏菌（Nocardioidaceae unidentified）、土壤球菌（Terracoccus）、从毛单胞菌（Comamonadaceae unidentified）、WD2101 unidentified、鞘脂杆菌（Sphingobacteriales unidentified）的丰度，而RJM1显著增加了上述除鞘脂杆菌外的其它5个物种的丰度，表示RJM2+RJM3比RJM1刺激更多的与作物产量有正相关的优势物种。上述结果表明，RJM2+RJM3通过改善土壤pH、SOM、DOC，比RJM1刺激更多的有利于作物增产的优势物种；同时由于RJM1的SOM含量与对照没有显著变化，导致其增产的可持续性要低于RJM2+RJM3处理。综合上述结果和经济效益，推荐RJM2，即木本泥炭和秸秆的施用比例为3:1时具有同时快速提升SOM和作物产量的效果。     

生物质炭和秸秆施用对黄褐土生化性质及小麦产量的影响

以位于河南省方城县的黄褐土田间定位试验为平台,监测生物质炭和秸秆连续施用4 a后小麦拔节期和成熟期土壤性质变化及其与成熟期籽粒产量的关系,明确影响小麦产量的主要土壤生化因子。试验包含6个处理,即分别在不施用生物质炭(–B)和施用生物质炭(+B)条件下各设置3个处理:(1)对照(CK),(2)单施化肥(NPK),(3)秸秆还田配施化肥(NPK+S)。结果表明:生物质炭和秸秆施用对土壤生化性质和籽粒产量的影响基本上不存在交互作用。连续4a施用生物质炭后,小麦产量平均降低了17.4%。尽管NPK+S与NPK处理间平均产量没有显著差异,但它们比CK处理产量分别增加了33.8%和37.4%。采用偏最小二乘法路径模型(PLS–PM)分别分析了拔节期和成熟期的土壤速效养分、活性有机质和酶活性对产量的影响,发现小麦拔节期的土壤速效养分含量,特别是氮素的供应是直接影响产量的最为重要因子;而成熟期土壤生化性质对作物产量的影响比较小。因此,为防止黄褐土上施用生物质炭和秸秆后小麦产量降低,需要特别注意小麦拔节期土壤氮素的补充。