大豆和小麦对矿物钾的活化作用研究

大豆、春小麦均能有效地活化利用白云母、钾长石中的结构性钾,结构钾释放量为19.53mg kg-1~45.46mg kg-1。春小麦和大豆根系分泌的有机酸主要为草酸、酒石酸和柠檬酸,其次为乳酸、乙酸和苹果酸。草酸溶液酸性较强,络合能力也强,其活化钾的能力最强。苹果酸、酒石酸、柠檬酸、乙酸和乳酸亦可有效地促进白云母和钾长石的分解,但活化土壤钾的能力比较低。低分子量有机酸作用下矿物钾的释放是酸性水解和络合溶解双重作用的结果。草酸、酒石酸、柠檬酸是影响大豆、春小麦吸收利用矿物钾的主要低分子量有机酸。     

低分子量有机酸对红壤和黄褐土K+吸附动力学的影响

采用连续流动法研究了低分子量有机酸影响下供试土壤的钾素吸附动力学特征,探讨了描述土壤K 吸附动力学的最优模型。结果发现,有机酸（苹果酸、柠檬酸）作用下,红壤吸附的K 量均低于对照（不加有机酸）处理,0.1 mmol/L草酸处理除外。黄褐土对K 的吸附因K 浓度的不同而差异明显。当K 浓度为0.1 mmol/L时,有机酸作用下黄褐土吸附的K 量低于对照,而当K 浓度为1.0 mmol/L时,有机酸作用下的黄褐土K 吸附量高于对照。K 吸附反应速度与时间的自然对数lnt间存在良好的线性关系（R0.05=0.754,R0.01=0.874）。1.0 mmol/L KCl处理的初始吸附速率较高,反应速度降低的较快。对红壤、黄褐土吸附K 的数据进行拟合,双常数方程、指数方程和Elovich方程拟合效果较好,都达到了极显著水平,一级动力学方程拟合效果不好。双常数方程的相关系数（R）高于Elovich方程和指数方程,双常数方程是描述红壤和黄褐土在有机酸作用下K 吸附动力学的最优模型。结果表明,有机酸对两种土壤吸附能力的影响均表现为草酸＞柠檬酸＞苹果酸。有机酸作用下红壤和黄褐土的K 吸附过程主要受土壤电荷的影响。     

淋溶条件下低分子量有机酸对淋出液及三峡库区典型土壤性质的影响

[目的]研究低分子量有机酸(草酸、柠檬酸、酒石酸)作用下淋出液及土壤(紫色潮土和灰棕紫泥)性质的变化,以期为三峡库区的环境管理提供参考和科学依据。[方法]采用间歇式土柱模拟试验进行研究。[结果]高浓度低分子量有机酸(≥50mmol/L)能够破坏灰棕紫泥的酸碱缓冲体系,当草酸、柠檬酸和酒石酸浓度≥50mmol/L时,灰棕紫泥土壤pH值均从8左右降到了4.11以下;而紫色潮土的缓冲性能较强,经淋溶后土壤pH值变化不大,仍然维持在6.84~8.71左右,与空白处理差异性不显著。另外,灰棕紫泥淋出液电导率变化较紫色潮土明显,高浓度低分子量有机酸处理下,灰棕紫泥淋出液电导率最高值达到了34.400mS;灰棕紫泥在3种低分子量有机酸淋洗下淋溶出离子量的大小顺序为:柠檬酸酒石酸草酸。[结论]低分子量有机酸的酸解作用和络合作用是影响淋出液pH值、淋出液电导率和土壤pH值变化的主要原因,并能够参与紫色潮土和灰棕紫泥的化学和生物化学过程。低分子量有机酸的存在对三峡库区水环境恶化存在一定的风险。     

低分子量有机酸对不同合成磷源的释磷效应

采用化学浸提方法,研究了5种低分子量有机酸(草酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、乙酸)对不同合成磷源的释磷效应。结果表明:供试有机酸(低浓度乙酸除外)均能促进不同合成磷源(DCP、OCP、FA、Fe-P、A l-P)中磷素的释放;其释磷效果与有机酸的种类和浓度有关,强弱顺序依次为柠檬酸、草酸、酒石酸、苹果酸、乙酸,有机酸浓度越高其释磷效果越好;有机酸与氟磷灰石(FA)反应后,溶液pH值升高。低浓度条件下pH值变化较大,而高浓度条件下pH值变化较小。     

草酸和酒石酸促进花岗岩中钾释放的实验研究

利用浸提实验研究了草酸和酒石酸作用下花岗岩中钾的释放量与低分子量有机酸种类、浓度和时间的关系,同时讨论了释放出来的钾的可能来源。研究结果表明:草酸浸提钾的能力强于酒石酸,在相同的条件下草酸浸提的钾量是酒石酸的2~27倍;在0.005~0.500 mol L-1浓度范围内,浸提的钾量随着有机酸浓度的升高而增大;浸提的钾量随着浸提时间的延长而增大,最后趋于稳定;在实验过程中,花岗岩的矿物组成未发生明显的变化,说明进入到溶液中的钾并非来自晶格内部,很有可能是来自于正长石、白云母表面及其边缘断键。     

低分子量有机酸对石灰性土壤磷素形态转化及有效性的影响

采用室内培养和化学分析的方法研究了几种低分子量有机酸对石灰性土壤中磷的活化作用。结果表明:供试有机酸通过溶解、螯合等作用均能不同程度地促进合成磷酸盐的磷素释放。活化DCP、ODP、Fe-P、A l-P的能力依次为柠檬酸>草酸>苹果酸>酒石酸>乙酸;活化FA的能力是草酸>柠檬酸>苹果酸>酒石酸>乙酸。同种有机酸作浸提剂时,有机酸浓度越高磷酸盐中磷素释放量也越大。施加各种有机酸可以不同程度地降低土壤中Fe-P、A l-P和Ca10-P,增加Ca2-P、Ca8-P和O-P含量,总的趋势是促进土壤中植物难以利用的无机磷形态向有效性较高的形态转化。这种促进作用大小顺序为草酸>柠檬酸>酒石酸。     

低分子量有机酸对红壤磷酸单酯酶活性的影响

采用室内模拟试验研究了低分子量有机酸(柠檬酸、草酸、苹果酸、酒石酸)对红壤磷酸单酯酶活性的影响。结果表明,低浓度有机酸(<1μmol g-1)对磷酸单酯酶活性有促进作用,且促进作用大小依次为柠檬酸≈草酸>苹果酸>酒石酸;而高浓度有机酸(>5μmol g-1)则为抑制作用,且抑制作用大小依次为柠檬酸>草酸>苹果酸>酒石酸。当体系pH趋向酶促反应最佳pH时,磷酸单酯酶活性增强;反之,当体系pH远离酶促反应最佳pH时,磷酸单酯酶活性减弱。有机酸根一方面通过羧基的辅助作用提高磷酸单酯酶活性;另一方面通过释放土壤A l3+、Fe3+等金属离子,对土壤磷酸单酯酶活性有一定的抑制作用。     

红壤中低分子量有机酸的吸附特征

应用平衡法研究了红壤对草酸、柠檬酸、酒石酸和苹果酸的吸附行为。结果表明:红壤对有机酸的吸附量随着有机酸平衡溶液浓度的增加而增加,有机酸种类不同,吸附量也不同。有机酸在红壤中的吸附行为均可以很好地用Langmuir、Freundlich和Temkim方程描述,其中以Langmuir方程的拟合效果最好。红壤对有机酸均具有较高的吸附率,在0.5～20mmolL-1初始浓度范围内,草酸、柠檬酸、酒石酸和苹果酸的吸附率最大分别可达89.2%、77.5%、67.4%和47.1%。红壤对柠檬酸、酒石酸和苹果酸的吸附率均随着有机酸初始浓度的增加先急剧下降(<5mmolL-1),之后缓慢下降至趋于平稳;草酸的吸附率则随着初始浓度的增加而增加,在3mmolL-1左右时达到最大,随后降低至趋于平稳。     

pH、离子强度和介电常数对低分子量有机酸在红壤中吸附行为的影响

通过一次平衡法考察了pH、离子强度和溶剂介电常数对红壤吸附低分子量有机酸的影响。研究结果表明,随着溶液pH值的升高有机酸的吸附量降低,其中草酸和酒石酸的吸附量在pH 3.5 ~ 5.0范围内随着pH值的升高而急剧下降,之后缓慢下降（pH 5.0 ~ 7.0）。柠檬酸、酒石酸和苹果酸的吸附量在1 ~ 2 mmol/L初始浓度范围内随着离子强度的增加没有明显变化,但在2 ~ 20 mmol/L初始浓度范围内却随着离子强度的增加而增加。红壤对草酸、柠檬酸、酒石酸和苹果酸的吸附量均随着溶剂介电常数的减小而增加。当溶剂中含6% 的乙醇时,草酸、柠檬酸、酒石酸和苹果酸的吸附量分别是对照（不含乙醇）的1.05、1.05、1.11和1.31倍。     

有机化合物和硝酸溶液对复合污染土壤中Cu、Zn、Pb释放的影响

研究了等浓度的不同有机酸、有机盐、人工螯合剂和不同浓度HNO3 溶液对复合污染土壤中Cu、Zn、Pb的浸提性及其潜在释放性。结果表明 :四种有机酸对铜的释放顺序为 :柠檬酸 >草酸 >酒石酸 >苹果酸 ,对锌的释放顺序为 :柠檬酸 >苹果酸 >草酸 >酒石酸 ,对铅的释放顺序为 :柠檬酸 >酒石酸 >苹果酸 >草酸 ;有机盐对这些金属的释放顺序较为一致 :EDTA >柠檬酸钠 >草酸钠 >酒石酸钾钠 (铅为酒石酸钾钠 >草酸钠 )。对这三种金属来说 ,铜是最易释放的元素 ,锌次之 ,铅最差。从释放特征来看 ,各种有机化合物对不同的金属表现不尽相同 ,人工螯合剂EDTA、柠檬酸钠、有机酸对铜 ,EDTA、酒石酸钾钠对铅 ,1molL-1HNO3 和0 .1molL-1HNO3 对铜、锌、铅等的释放速率较快 ;草酸钠对铜、锌 ,草酸对铅 ,0 .0 1molL-1HNO3 对铜、锌、铅等的释放速率较慢 ,其它释放剂的释放速率介于两者之间     

施氮和不同品种水稻对紫色水稻土钾素形态的影响

通过盆栽试验研究了施氮水平和不同品种水稻对四川盆地 3种典型紫色水稻土 5种钾形态的影响以及各种土壤钾形态对水稻钾素营养的贡献。结果表明 ,4个紫色水稻土供钾能力均属中下水平 ,全钾含量为 1.29%～2.62% ,其中矿物钾量平均占 96.82% ,速效钾和非交换性钾仅平均占 0.62%和 2.56% ,土壤供钾能力以中性紫色水稻土 石灰性紫色水稻土 酸性紫色水稻土。施氮 (N 0～ 150mg/kg)促进 4个紫色水稻土钾素的释放 ,提高水稻对非交换性钾和矿物钾的吸收利用 ,使矿物钾和非交换性钾的贡献占植株吸钾的 80.3% ,速效钾仅为 19.7%。中性紫色土供试 4个品种水稻的吸钾能力为开优 5号 汕优 63Ⅱ优 6078引佳 1号。施氮后4个品种水稻吸自非交换性钾和矿物钾量平均占植物吸钾量的 66.9% ,以施中氮 (N 150mg/kg)时植株吸钾量最高 ;而低氮或高氮水平都不利于植物对钾的吸收和土壤钾的释放     

四川盆地紫色母岩中钛与母岩原始风化度关系的研究

用（NH4）2SO4-浓H2SO4-二胺替吡啉甲烷比色法和NaOH熔融-二胺替吡啉甲烷比色法，分别提取和测定了四川盆地几种主要紫色母岩和土壤中无定型TiO2和全钛。将“全TiO2／无定型TiO2”定义为“钛值”，并用钛值代替硅铝铁率衡量紫色母岩的风化程度。结果为：四川盆地的六种紫色母岩中全钛含量变化于2．95～20．0gkg^-1（TiO2）之间，属中等偏高水平；不同岩性间趋势为泥页岩〉泥岩〉粉砂岩〉砂岩；全量TiO2与岩石的总SiO2含量呈显著的负相关（r=-0．7459^＊）。钛值的大小与风化度呈反相关，按钛值的大小，各紫色母岩原始风化度大小顺序如下：三叠纪飞仙关（T1f）〈侏罗纪沙溪庙（J2s）〈侏罗纪自流井（J1-2z）〈侏罗纪蓬莱镇（J3p）〈侏罗纪遂宁组（J3s）〈白垩纪夹关组（K2j）。紫色土壤钛值所反映的风化度与硅铝铁率基本吻合，二者的相关性达到极显著水平（r=0．8615^＊＊）。而土壤胶体的钛值与硅铝铁率的相关系数r=0．8757^＊＊，达极显著相关。土壤钛值所反映的风化度水平与紫色母岩的风化度趋势一致。     

Release of Inorganic Phosphorus from Soils by Low‐Molecular‐Weight Organic Acids

Abstract

Low‐molecular‐weight (LMW) organic acids are found in soils. They originate from the activities of various microorganisms in soils or may be exuded from the roots of living plants. Several of those organic acids are capable of forming stable organo‐metal complexes with various metal ions found in soil solutions. As a result, these processes may lead to the release of inorganic phosphorus (P) associated with aluminum (Al), iron (Fe), and calcium (Ca) in soil minerals. The release of P from soils by LMW organic acids may be important to the P nutrition of plants. Studies on the release of P from soils by a variety of LMW organic acids showed that, in general, the di‐ and tricarboxylic acids were the most effective in releasing P from two Iowa soils, whereas the monocarboxylic, phenolic, and mineral acids released similar amounts of P. Oxalic, malonic, citric, and, in some cases, malic and tartaric acids were the most effective in releasing inorganic P from the two surface soils studied. There was an inverse relationship between the amounts of P released from soils and the pK_a values of the organic acids. The amounts of P released from soils were significantly correlated with the published stability constants for the formation of organic complexes of Al, Fe, or Ca (log K_Al, log K_Fe, or log K_Ca values). In general, the aliphatic acids containing α‐caboxyl and β‐hydroxyl functional groups or phenolic acids containing ortho‐hydroxyl groups were more effective in causing the release of P from soils than similar organic acids having other functional group combinations.     

Potassium dynamics in inceptisols as influenced by graded levels of potash for banana: III. Q/I relations and K kinetics

Quantity–intensity (Q/I) relationships of potassium (K) serve as a better index of K supplying power of soil. A laboratory study was carried out to study the effect of the levels of potash application to banana on Q/I relations and kinetics of potassium in soil. The activity ratio of potassium (AR^k₀), labile potassium (K_L), potassium held at nonspecific site (ΔK₀), and potassium held at specific sites (K_X) tended to increase with increasing K fertilization. As per the threshold values of free energy exchange (ΔG), the soil appeared to possess optimum amount of available K (?2500 to ?3000 cal mol^?1). Among the four equations used to describe the non-exchangeable K release in soils, the zero-order and Elovich models showed excellent linear and distinct differences with increasing time; however, the power function and parabolic models do not differentiate K release pattern at different time intervals.     

MOLECULAR WEIGHT DISTRIBUTION OF SOIL ORGANIC MATTER AS AFFECTED BY ACID PRE-TREATMENT AND FRACTIONATION INTO HUMIC AND FULVIC ACIDS

Effects of acid pre-treatment and fractionation on the molecular weight distribution of OIM Na₄P₂O₇ organic matter extracts were investigated in a chronosequence of weakly weathered soils developed on aeolian sand in New Zealand. Acid pre-treatment of soils with OIM HCl followed by OIM HCI:03M HF was found to enhance the polydispersion in the nominal molecular weights of the extracts. The same treatment resulted in significant increases in yield and reduction in ash content. However, prolonged standing of extracts in the acids led to acid-induced polymerization, resulting in a predominance of organic matter in the higher nominal molecular weight ranges. Fractionation of organic matter extracts by acid precipitation into humic and fulvic acids did not separate them according to molecular weight as commonly believed. Instead, fulvic acids from most soils were found to have similar nominal molecular weight distributions to those of their humic acid counterparts. A large proportion of soil fulvic acid compounds was in the > 100 000 nominal molecular weight range.     

紫色土成土速率的估算与田间测定

成土速率是确定容许侵蚀量的基础之一。本研究应用以物质循环理论为基础的Barth模型,估算了不同母质类型、不同种植植被和不同土层厚度下紫色土的成土速率,并在田间定位试验点测定了这三种不同处理条件下的成土速率,取得了以下结果:(1)用Barth模型估算的成土速率,与田间测定值比较,总体上明显偏小;且估算的成土速率主要与径流量显著相关;不同土壤母质下成土速率的估算差异显著,但不同植被类型和土层厚度下的差异不显著。(2)田间测定的成土速率,由于土壤母质特性和水热条件的差异,在不同条件下的成土速率差异明显,且均反映出一定的变化规律。不同类型紫色土的成土速率大小次序为沙溪庙组>蓬莱镇组>遂宁组;不同植被下的成土速率大小次序为作物>果树>牧草;不同土层厚度下的成土速率,总的趋势是母岩上覆盖的土层愈薄,成土速率愈大。(3)综合考虑田间不同试验条件下的成土速率并分析转换,四川丘陵区沙溪庙组和蓬莱镇组紫色土的成土速率确定为1 200 t km-2a-1,遂宁组的成土速率为800 t km-2a-1。     

低分子量有机酸对土壤有效磷及重金属释放影响的研究进展

农药化肥的过量施用、重金属矿产开发冶炼、污水灌溉等导致土壤磷素养分降低和重金属污染,对生态环境、粮食安全和人类健康带来一定的风险隐患。土壤低分子量有机酸是一类重要的土壤有机活性物质,在土壤质地、养分循环和重金属毒害等方面起重要作用,但低分子量有机酸对土壤磷素和重金属释放影响的研究尚没有系统归纳。本文结合国内外研究进展,综述了土壤低分子量有机酸的来源、浓度、功能及其影响因素,举例说明了低分子量有机酸种类、浓度等对土壤磷及重金属释放的影响。系统总结了低分子量有机酸对土壤磷活化及重金属释放的机制。低分子量有机酸与其他物质协同提升土壤磷素有效性和降低重金属污染,这些结果为土壤磷素有效性的提升和重金属污染土壤修复提供科学依据和技术支撑。     

Release of Carbon in Different Molecule Size Fractions from Decomposing Boreal Mor and Peat as Affected by Enchytraeid Worms

Terrestrial export of dissolved organic carbon (DOC) to watercourses has increased in boreal zone. Effect of decomposing material and soil food webs on the release rate and quality of DOC are poorly known. We quantified carbon (C) release in CO₂, and DOC in different molecular weights from the most common organic soils in boreal zone; and explored the effect of soil type and enchytraeid worms on the release rates. Two types of mor and four types of peat were incubated in laboratory with and without enchytraeid worms for 154 days at +?15 °C. Carbon was mostly released as CO₂; DOC contributed to 2–9% of C release. The share of DOC was higher in peat than in mor. The release rate of CO₂ was three times higher in mor than in highly decomposed peat. Enchytraeids enhanced the release of CO₂ by 31–43% and of DOC by 46–77% in mor. High molecular weight fraction dominated the DOC release. Upscaling the laboratory results into catchment level allowed us to conclude that peatlands are the main source of DOC, low molecular weight DOC originates close to watercourse, and that enchytraeids substantially influence DOC leaching to watercourse and ultimately to aquatic CO₂ emissions.     

紫色土可溶性有机碳的吸附-解吸特征

选择代表性的酸性、中性和石灰性紫色土为实验材料,采用平衡吸附和动力学吸附法研究了紫色土对可溶性有机碳（DOC）的吸附-解吸特征,分析了土壤理化性质与DOC吸附量之间的关系。结果表明,紫色土对DOC的吸附容量呈以下顺序：酸性紫色土〉中性紫色土〉石灰性紫色土。石灰性紫色土对DOC的解吸率明显高于酸性、中性紫色土,其迁移淋失问题值得重视。紫色土对DOC的吸附过程包括快速吸附和慢速吸附2个阶段,0~0.5 h内吸附速率最大,随后吸附速率逐渐减小,4~6 h内基本达到吸附平衡。土壤pH值、有机质、粘粒和活性铁铝氧化物含量是影响土壤DOC吸附量与解吸率的重要因素。通径分析表明,土壤理化性质对DOC吸附量的直接作用系数大小顺序为活性铝含量〉土壤pH值〉有机质,对DOC解吸率的直接作用系数大小顺序为活性铁含量〉粘粒〉有机质。多元线性回归模型能较好地预测土壤对DOC的吸附及解吸的变化。     

电荷辅助氢键对腐殖酸分子量和溶解性的影响

采用体积排阻色谱和总有机碳分析法,分别测定腐殖酸体系中加入盐酸、甲酸、乙酸和丙酸后其分子量和溶解性发生的变化;通过分析抗坏血酸、苯甲酸、苯酚和邻苯二酚4种模型化合物在甲酸影响下的紫外光谱,以验证电荷辅助氢键的存在。结果表明:小分子有机酸能够明显降低腐殖酸的分子量;此外,当腐殖酸体系pH接近小分子有机酸的pKa时(DpKa<0.5),腐殖酸溶解性明显增大。小分子有机酸可能与腐殖酸之间形成电荷辅助氢键,从而打破弱作用力维持的腐殖酸超分子的稳态结构,导致腐殖酸分子量的降低和溶解性的增加;且弱酸与有机物之间的pKa相差越小,形成的电荷辅助氢键能量越高,腐殖酸分子结构受到的扰动程度越大。一维紫外光谱和同步二维相关紫外光谱分析进一步表明,小分子有机酸可能与pKa接近的化合物之间形成电荷辅助氢键,整体跃迁所需能量提高,造成低波长吸收增大而高波长吸收减小的结果。