不同来源有机肥释放的溶解有机质粒径分布与光谱特征

  【目的】  研究不同来源有机肥释放的溶解有机质 (DOM) 的粒径分布与光谱特征,为有机肥在农业生产中的应用及DOM后续环境行为的研究提供理论指导。  【方法】  本研究选择海藻、羊粪、虾肽以及小麦秸秆生物炭4种有机肥,提取有机肥中的DOM (<0.7 μm)。利用超滤分级技术对提取的DOM进一步区分为 <1 kDa、1～100 kDa、100 kDa～0.2 μm和0.2～0.7 μm 4个粒级,使用总有机碳 (TOC) 分析仪测定各粒径DOM的含量并使用傅里叶变换红外光谱 (FTIR)、紫外?可见吸收光谱 (UV-Vis) 和三维荧光光谱 (3D-EEM) 进行光谱表征。  【结果】  从全量 (粒径<0.7 μm) 溶解有机碳(DOC)来看,小麦秸秆生物炭 (308 mg/kg)<虾肽 (1060 mg/kg)<海藻 (1266 mg/kg)<羊粪 (2989 mg/kg)。供试有机肥中不同粒径的DOC所占比例和含量差异明显,均以最小粒径 (<1 kDa) 所占比例最高,除海藻为47%外,其余有机肥处理皆达到50%及以上。4种不同来源有机肥DOM的紫外和荧光特征值表明,4种有机肥的荧光指数 (FI) 和自生源指数(BIX)随着DOM粒径的减小而增大,而SUVA₂₅₄、SUVA₂₆₀和腐殖化指数 (HIX)随着DOM粒径的减小而减小。虾肽DOM各粒径的类蛋白组分含量高且主要为内源DOM,自生来源有机质丰富,生物可利用性高;羊粪DOM各粒径受人类活动影响较大;而小麦秸秆生物炭的DOM大粒径(>100 kDa)组分的FI<1.4,表明其大粒径DOM主要为外源性的,自身生产和微生物活动贡献相对较低。此外,尽管海藻、羊粪和虾肽各粒径的DOM的HIX值随着粒径的减小而逐渐减小,除虾肽DOM的<1 kDa组分外,其腐殖化程度依旧较高 (HIX>10),而小麦秸秆生物炭小粒径DOM的HIX<4,表明小麦秸秆生物炭的小粒径DOM疏水组分含量高,腐殖化程度相对较低。荧光组分和红外光谱表明了4种不同来源有机肥DOM以类腐殖质物质为主,且含有大量氨基酸N—H键、O—H键和C—O键等官能团。  【结论】  依据有机肥释放的DOM的粒径分布和光谱特征,海藻、羊粪、虾肽有机肥中的DOM主要以小粒径为主,其腐殖化程度高,蛋白组分含量较低。小麦秸秆生物炭DOM的生物稳定性要高于其他有机肥,生物可利用性较低,因此,施加过量的生物炭不利于微生物对土壤DOM的降解利用;而虾肽来源有机肥的DOM类蛋白组分贡献最大,生物可利用性高,施用虾肽有机肥可能有利于微生物对土壤DOM的降解利用。     

溶解性有机质影响土壤吸附重金属的研究进展

溶解性有机质(Dissolved organic matter,DOM)由于含有羧基、羟基、羰基和甲氧基等活性功能团,能作为重金属在环境中的迁移"载体"或"配位体",通过与土壤中重金属之间的离子交换吸附、络合、螯合等一系列反应抑制或促进重金属在土壤中的吸附,影响重金属的沉淀、迁移转化和生物有效性,进一步影响生态环境安全和人类健康。因此,详细介绍了DOM尤其是外源DOM的来源、提取和组成,同时综述了溶解性有机质对土壤吸附重金属的影响及其影响机理的研究进展。     

矿物对溶解性有机质及其不同组分的吸附作用

溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)在土壤矿物表面的吸附控制着其在土壤中的迁移,会影响土壤/矿物对重金属、有机污染物等的传质过程[1～3]。已往资料揭示,土壤中黏土矿物是DOM的重要吸附质;但迄今,有关DOM在不同类型黏土矿物表面吸附的差异及机制尚很不清楚。另外,不同DOM组分在土壤矿物上的吸附各异,土壤矿物对DOM不同成分的吸附具有选择性;因此分离DOM不同组分,分别研究其在土壤矿物上的吸附有助于揭示DOM与土壤矿物的结合机理,但该研究尚待深化。此外,目前研究中DOM多以土壤中提取的为主[4],对于因污泥农用等农业管理措施而从外部引入土壤的DOM的研究还较     

溶解性有机质在土壤固碳中的意义

随着全球变暖的加剧,土壤圈作为全球碳循环中的重要碳库受到日益关注。土壤有机碳固定对大气温室效应和气候变暖有重要影响。溶解性有机质(DOM)是土壤中最活跃的有机碳库,其含量与土壤CO2、CH4、N2O的排放显著正相关,DOM的矿化成为土壤有机碳损失的重要途径。DOM可通过与Fe、Al共沉淀、吸附于土壤矿物表面而改变其生物降解性,从而在土壤中稳定和保留下来,对土壤有机碳积累中具有重要贡献。DOM的化学组成和结构特征影响其生物降解性,同时也影响其沉淀吸附效应。其稳定机制不同,对土壤有机碳积累的贡献也存在差异。目前估算DOM对土壤有机碳的贡献尚无普遍认可的方法,具体数值因估算方法不同而存在较大差异,有效的估算方法仍有待于进一步研究。     

生物质炭和有机肥配施对水稻土溶解性有机质光谱学特征的影响

为探究生物质炭对水稻土壤溶解性有机质（DOM）的影响及其与有机肥配施的协同效应,通过5年连续定位试验,探讨了生物质炭施用5年后不同施肥处理：对照(CK)、生物质炭 (BC)、化肥(F)、生物质炭+化肥(F+BC)、化肥+有机肥（25%氮替代, MF）和化肥+生物质炭+有机肥（25%氮替代, MF+BC）对水稻产量和土壤pH、全氮、有效磷、速效钾、有机碳、易氧化有机碳（ROC）及溶解性有机碳的影响。采用紫外-可见光谱、荧光光谱结合平行因子分析方法对土壤中DOM的光谱特征和荧光组分进行表征,分析了DOM的紫外光吸收系数和紫外光斜率系数以及荧光指数、腐殖化指数、生物指数和富里酸、色氨酸、胡敏酸相对含量。结果表明：施用生物质炭和有机肥均能有效提高水稻产量,缓解土壤酸化,并且MF+BC处理水稻产量和土壤有效磷含量最高。水稻产量与DOM生物可利用性、芳香化程度、腐殖化程度、色氨酸组分含量和亲水性呈显著正相关(P＜0.05)。提高DOM生物可利用性和腐殖化程度均表现为有机肥大于生物质炭。生物质炭显著增加DOM富里酸和色氨酸组分含量,并且促进了水稻土中ROC向难氧化有机碳转化;而有机肥有效增加DOM富里酸、色氨酸、胡敏酸和ROC含量。生物质炭和有机肥协同配施对提升水稻产量及增加ROC、DOM富里酸和色氨酸含量、芳香化程度、腐殖化程度和生物可利用性方面具有交互作用。综上所述,在本研究条件下生物质炭配施有机肥在水稻增产和水稻土有机碳及DOM组分功能多样性提升方面具有长期效应。     

土壤中溶解性有机质及其对污染物吸附和解吸行为的影响

溶解性有机质（DOM）已成为环境科学、生态学和土壤科学等学科的研究热点。DOM对重金属、养分和有机污染物的环境化学行为有很大影响,因此开展DOM与污染物（或养分）之间相互作用的研究,具有重要的理论与实践意义。本文系统地评述了DOM的来源、组成、分级及其对土壤中污染物吸附一解吸行为的影响。尽管关于土壤中DOM的研究还不完善,许多工作也只是刚刚开始,至今对土壤中DOM的性质、组成和分类方法等问题都不是很清楚,但现有的结果已经表明,DOM是土壤圈中一种十分活跃的重要化学组分,它对土壤中化学物质的溶解、吸附、解吸、吸收、迁移和生物毒性等行为均有显著的影响。     

基于傅里叶变换离子回旋共振质谱测定的土壤溶解性有机质研究进展

溶解性有机质(DOM)是土壤溶液中的一种常见组分,对生物地球化学和碳循环过程起着重要作用。然而由于组成复杂且难以分离,多数研究只能提供不同官能团信息以及一些分类数据,对该类化合物的组成研究非常薄弱。电喷雾电离源(ESI)结合傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)具有超高质量分辨能力,近年来开始应用于土壤DOM分析领域。本文概述了(ESI)FT-ICR-MS高分辨率质谱检测特性,并重点阐述了依托该技术测定的土壤DOM在不同土地利用方式、土层深度和土壤温度下的组成和特征。在此基础上,指出了目前研究中(ESI)FT-ICR-MS技术存在的局限性,并提出了有待于进一步研究的一些问题。     

河岸带土壤溶解性有机质垂直分布特征及其性质研究

河岸带有机质（Soil organic matter,SOM）的迁移转化在有机碳从陆地生态系统向水域生态系统中迁移转化及污染物的迁移转化中起到了重要的作用。以崇明岛典型河岸带为研究对象,分析了不同区域河岸带土壤有机碳（Soil organic carbon,SOC）、土壤溶解性有机碳（Soil dissolved organic carbon,SDOC）垂直分布特征和三维荧光光谱（Excitation—Emission matrix,EEM）特征,探讨了河岸带对土壤溶解性有机质（Soil dissolved organic matter,SDOM）性质及其潜在环境影响。结果表明：表层土壤（0—30cm）SOC储量占采样深度土壤SOC的40％左右,SDOC占SOC的5％左右,从陆上区域到缓冲区域表层土壤SDOC呈累积效应。河岸带有机质主要来自河岸带植物残体及其代谢产物,地下水也可能是河岸带土壤DOM的另一来源,河岸带土壤中大部分类腐殖质被表层矿物质所吸附。在土壤系统中,综合应用荧光指纹指数[荧光指数（Fluorescence index,FI）,生源指数（The index of recent autochthonous contribution,BIX）和腐殖化指数（Humification index,HIX）]可以有效地揭示其来源和特性,但在土壤体系中单独应用指纹指数需审慎。     

生物炭添加对旱作农田土壤溶解性有机质及其

为揭示生物炭添加对旱作农田土壤溶解性有机质（DOM）及其动态的影响,通过定位试验,探讨了不同生物炭施用量小区土壤在2012—2017年间溶解性有机碳、溶解性无机碳和DOM的荧光光谱组分及其紫外光谱特征的变化特征。结果表明：添加生物炭总体上能够提高土壤DOC和DIC含量,且随着添加量的增加而递增。相同生物炭添加量处理中,DOC含量随施用时间增加显著降低,而DIC含量呈逐渐升高的趋势。DOM芳香化程度随施用时间延长而显著增大,施用3年后3%和5%添加量处理的芳香化程度较CK显著降低,而1%添加量处理与CK无显著差异。DOM分子量在不同施用年限之间呈增大趋势。随着生物炭添加量的增加,分子量在不同施用年限间的差异逐渐减小。土壤DOM主要由UVC类腐殖酸（C1）、UVA类腐殖酸（C2）、土壤富里酸（C3）和类色氨酸（C4）4种物质组成,其中以C1和C2为主。整体而言,除添加1%生物炭时C2随施用年限增加而降低之外,不同处理中C1及C2均随着施用年限的增加而逐渐增加,而C3和C4则显著降低。不同处理下DOM的来源以外源输入为主,微生物内源输入为辅,添加生物炭在一定程度上增强了DOM的生物可利用性。生物炭的长期施入会引起旱作农田土壤DOM组分变化,总体趋势是大分子量腐殖酸类物质在增加,而小分子量蛋白类物质在减少。     

不同生物有机肥用量对土壤活性有机质和酶活性的影响

通过盆栽试验研究了不同有机质含量的土壤中,不同用量生物有机肥对棉花苗期土壤活性有机质和5种酶活性的影响。结果表明,不同土壤随着生物有机肥施用量的增加,其活性有机质及碳库管理指数(CMI)均显著增加。其中高有机质含量土壤施用生物有机肥20 g/kg效果显著,中等有机质含量土壤和低有机质含量土壤施用生物有机肥30、40 g/kg效果显著。5种土壤酶活性施肥处理均高于对照(CK),并且土壤酶活性与施用量成正比。脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶在施用生物有机肥10、20 g/kg与其它处理相比变化显著,过氧化氢酶、蛋白酶变化不显著。相关分析表明,有机质与活性有机质和CMI在棉花出苗0 d相关系数分别为0.831**、0.542*;在出苗后60 d相关系数分别为0.928**、0.635**,其中有机质与活性有机质相关性最高。而CMI与有机质和活性有机质在棉花出苗0 d相关系数分别为0.542*、0.896**,在出苗后60 d分别为0.635**、0.842**,说明活性有机质相对于有机质与CMI关系更为密切。蔗糖酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶与土壤有机质和活性有机质在棉花出苗0 d和出苗后60 d存在显著相关,表明活性有机质与土壤酶活性能够较好的反映肥力水平。     

土壤中可溶性氮和pH对有机肥和化肥的短期响应

通过温室盆栽试验,施用猪粪堆肥(PC)、污泥堆肥(SC)、菜籽饼肥(CM)和无机化肥(IF)后,对土壤pH值和不同形态氮素的短期响应进行研究,探讨土壤可溶性无机氮、有机氮及土壤pH值之间的相互关系。结果表明,CM,PC和IF处理的pH值都呈现先快速下降后缓慢回升的趋势,但PC处理下降幅度较小;而SC处理和不施肥对照(CK)处理的pH值基本不变;不同施肥处理均提高了土壤中氮素水平,3种有机肥中以CM处理最显著地提高了土壤中总可溶性氮(TDN)、NH4+-N、NO3--N和可溶性有机氮(DON)浓度,PC处理的次之,SC处理的最弱,而IF处理与CM处理提高幅度相似。不同施肥处理中土壤可溶性氮表现出不同的短期响应,IF处理和CM处理的TDN分别经过11,13d的稳定期后迅速上升到一个较高的水平,至31d开始下降;PC处理和SC处理未出现突然升高的现象,而是前20d较稳定在一定的范围内波动,之后缓慢下降,总体与对照趋势一致。不同处理土壤中NH4+-N均呈下降趋势;IF处理、CM处理的NO3--N呈增加趋势,PC处理的呈先增加后降低趋势,而SC处理的呈缓慢下降趋势,结果说明不同有机肥在土壤中的转化存在明显的差异。相关性分析显示,CM处理、IF处理的土壤pH值与NH4+-N呈极显著正相关,而与NO3--N呈极显著负相关;除PC处理外,其他处理的DON含量与TDN具有显著正相关性,而PC处理的DON同时与NH4+-N、NO3--N呈显著负相关。     

红壤侵蚀退化地土壤对不同来源可溶性有机碳的吸附特征

选取南方典型红壤侵蚀退化地恢复后的马尾松林为研究对象,通过在室内模拟芒萁(Dicranopteris dichotoma)和马尾松(Pinus massoniana)的鲜叶与凋落叶的浸提液在侵蚀退化地原状土柱的淋溶过程,分析了植被恢复过程中马尾松林土壤对不同来源可溶性有机碳(DOC)吸附特征及影响因素。结果表明:(1)红壤侵蚀退化地对不同来源DOC的吸附作用具有明显差异,来自马尾松鲜叶的DOC平均截留量最大为2.39mg/kg,来自芒萁鲜叶的DOC平均截留量最小为1.67mg/kg,说明马尾松鲜叶的DOC更易被表层土壤吸附,芒萁鲜叶的DOC更易进入深层土壤,不同来源DOC组成和性质的差异是其主要原因。(2)随着退化地的植被恢复,土壤渗滤液的DOC浓度增加,土壤截留DOC能力下降。土壤DOC截留量与粉粒和土壤pH呈正相关,与土壤DOC含量、土壤有机碳含量和砂粒呈负相关,其中土壤有机碳含量可以解释DOC截留量变化的51.4%,是影响土壤DOC截留能力的关键因素。(3)光谱特征表明芳香类化合物、腐殖类物质易被土壤吸附,吸附能力更强的物质可以解吸土壤中亲水性腐殖类物质。淋溶后DOC光谱特征的变化由不同来源DOC的化学组成和土壤有机碳的性质共同决定。红壤侵蚀退化地对不同植物来源的DOC吸附作用特征主要受DOC和土壤SOC性质的共同调控,对进一步认识退化红壤的固碳机制具有重要参考价值。     

土壤中溶解性有机物及其影响因素研究进展

溶解性有机物(DOM)是陆地生态系统中极为活跃的有机组分,是土壤圈层与相关圈层(如生物圈、大气圈、水圈和岩石圈等)发生物质交换的重要形式。它不但是土壤微生物最重要的能量与物质来源,影响微生物的新陈代谢,而且对土壤营养元素(如C,N,P)和污染物的化学活性与生物活性也有直接影响。因此,土壤中溶解性有机物的消长动态已成为当前农业生态学领域的研究焦点问题之一。本文综述了土壤中溶解性有机物的迁移转化规律和主要影响因素,并指出未来的研究重点应在以下几个方面:(1)土壤有机质性质对DOM释放的影响。(2)有机质对DOM数量和质量的影响(3)生物和物理化学因素对土壤中DOM吸附和解吸的影响(4)DOC、DON和DOP迁移转化的差异。     

生物炭与强还原处理对设施蔬菜土壤可溶性有机质的影响

利用田间试验,探讨生物炭与强还原处理(RSD)对退化设施蔬菜土壤可溶性有机质(DOM)的影响.处理为对照(CK)、生物炭修复(BC)、淹水(SF)、淹水覆膜(SFF)、强还原修复(RSD)、RSD与生物炭联合修复(RSD+BC),对比研究不同处理对0-20,20-40 cm 土壤DOM含量及光谱特征的影响.结果表明:0...     

胶州湾滨海湿地土壤溶解性有机碳淋溶特征

[目的]在山东省青岛市胶州湾滨海湿地采集光滩、碱蓬、芦苇和米草4种不同植被类型土壤,探究滨海湿地土壤溶解性有机碳淋溶特征。[方法]通过室内土柱淋溶试验,测定土壤淋出液溶解性有机碳(DOC)浓度,利用紫外—可见分光光度法对土壤淋出液DOC结构进行分析。[结果]土壤淋出液DOC浓度随土层深度增加而增加;芦苇湿地的土壤淋出液DOC浓度最高,为23.12mg/L,其次分别为碱蓬湿地,米草湿地和光滩湿地,分别为15.22mg/L,14.44mg/L与8.38mg/L。4种土壤淋出液DOC光谱特征值存在一定的差异性,碱蓬湿地土壤淋出液DOC的芳香性和腐殖化程度最高,米草湿地土壤淋出液DOC的分子量和团聚化最大;随土层深度的增加土壤淋出液DOC的芳香性、腐殖化程度增大,分子量以及团聚化程度逐渐减小。[结论]植被残体的分解以及土壤的解吸附能力的差异是造成不同土层土壤淋出液DOC浓度差异的主要原因;而植被类型是影响土壤淋出液DOC结构变化的关键因素。     

褐潮土的光谱特性及用土壤反射率估算有机质含量的研究

本文通过ASDFR便携式光谱仪对132个风干土壤样品的光谱反射率进行了实验室测定。根据土样光谱反射率变化,获得了褐潮土土壤剖面的不同诊断层反射光谱特征。结果表明,在400～1200nm范围之间,土壤有机质含量与土壤光谱反射率有较好的相关性。利用导数光谱方法建立了预测土壤有机质含量的方程,提出了预测北京地区褐潮土有机质光谱的最佳波段。在波长447nm处采用反射率和A值(反射率倒数的对数)所建立的预测方程的预测精度较高。采用反射率的一阶微分建立的预测方程的最佳波段在516nm处。而A值一阶微分光谱在615nm处相关性最好。作为一项参考指标用光谱分析法评价土壤中有机质含量,以期对精准农业中土壤养分或肥力的预测具有一定的指导作用。     

不同施肥及秸秆还田对潮土有机质及其组分的影响

基于长期田间定位试验样地,研究了裸地(CK1)、不施肥秸秆移除(CK2)、不施肥秸秆还田(CK3)、施无机肥秸秆移除(NPK)、有机无机肥混施秸秆移除(1/2NPK+1/2OM)、有机肥秸秆移除(OM)、无机肥秸秆还田(NPK+S)、有机肥秸秆还田(OM+S)8种处理对土壤有机质及其组分含量的影响。结果表明,CK1土壤有机质及有机质各组分含量最低,但有机质稳定性较CK2、CK3高。与CK2相比,施肥处理(NPK、1/2NPK+1/2OM、OM)、秸秆还田处理(CK3)以及秸秆与肥料混施处理(NPK+S、OM+S)均能不同程度地增加土壤有机质及其各组分的含量,提高土壤有机质稳定性。其中OM处理效果最为显著,有机质含量比CK2高155.1%;有机质各组分中可溶性有机质DOM、富里酸FA、胡敏酸HA、胡敏素HM比CK2分别高39.1%、133.7%、540.0%、152.5%;HA/FA值为0.43,比CK2高173.9%。在CK3的基础上施用肥料(NPK+S、OM+S),土壤有机质含量以及有机质稳定性均有所增加,并且有机肥(OM+S)效果好于无机肥(NPK+S)。可见秸秆还田及有机肥施用对潮土有机质及其各组分含量均有提升作用,促进有机质积累并提高其稳定性。     

农艺措施对土壤可溶性有机质的影响研究进展

土壤可溶性有机质(DOM)是土壤有机物中的高活性组分，在土壤养分的生物地球化学循环、重金属和有机污染物的迁移转化、土壤矿物质的活化及土壤肥力的保持等过程中发挥着重要作用。农艺措施可通过内外源同步作用显著影响土壤DOM的含量、组分及性质，本文综述了近年来相关研究中不同农艺措施下土壤DOM的变化，总结了不同耕作管理、种植制度、施肥措施以及新型土壤改良剂等对土壤DOM的影响。分析表明，免耕加秸秆覆盖方式可显著提高土壤DOM含量，与单一耕作相比轮作可提升土壤DOM含量，绿肥配施有机肥较单一化肥施用可显著改善土壤DOM的组成和结构，合理调控热解炭和水热炭等土壤调理剂的施用时间、施用量、C/N等性质可优化土壤DOM结构和性能。本综述分析了农艺措施对土壤DOM的影响效果及作用途径，指出了当前的研究热点和难点，并对未来研究方向进行了展望，可为今后合理的农艺措施管理和土壤健康调控提供科学指导。