土壤吸附可溶性有机碳研究进展

可溶性有机碳(DOC)是土壤有机碳(SOC)中最活跃的部分,虽然所占土壤总有机碳比例仅为0.04%~0.22%,但土壤对于DOC的吸附却被认为是深层土壤固定有机碳的主要过程。由此可见,土壤对DOC的吸附行为对于全球碳循环的研究有着深远的意义。文章以土壤对DOC的吸附行为为主体,综述了土壤对DOC的吸附特征,在此基础上总结出其吸附机理,并提出了目前研究的不足之处及对未来研究方向的展望,旨在为深入了解DOC在土壤环境中的迁移转化行为提供依据。     

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。     

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。     

氟在苏打盐碱土中的吸附-解吸特征研究

在室内培养条件下,以苏打盐碱土为供试土壤,采用平衡振荡法,研究该土对氟的吸附和解吸特征。结果表明,苏打盐碱土对氟的吸附量和解吸量均随着初始氟浓度的增加而增加,最大吸附量为216.97 mg kg-1,最大解吸量为200.17 mg kg-1,而解吸率则呈先降低后升高的趋势,最低解吸率为62.79%。Langmuir方程能够较好的拟合该土对氟的等温吸附过程,但分段拟合结果表明,当初始氟浓度较低时,虽然最大吸附量较大,但吸附强度较弱,吸附的最大缓冲容量较低,致使被吸附的氟极易解吸下来;提高初始氟浓度后,吸附强度增强,解吸率下降,吸附比较牢固。这说明苏打盐碱土对氟的吸附强度受初始氟浓度的影响较大。     

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。     

NaCl对辽河口湿地土壤溶解性有机碳吸附解吸的影响

以辽河口芦苇湿地0~40 cm深度土壤作为研究对象,采用平衡吸附法,研究了辽河口湿地土壤对不同浓度溶解性有机碳(DOC)的吸附解吸特征,并分析了不同深度土壤以及NaCl处理对DOC吸附解吸的影响。结果表明:辽河口湿地0~10 cm和10~20 cm深度土壤DOC吸附量随DOC浓度增大而下降;20~30 cm和30~40 cm深度土壤DOC吸附量随DOC浓度增大而上升。NaCl处理中,不同深度土壤DOC的可吸附量分别为0.038、0.044、0.021和0.011 g kg-1。除30~40 cm深度土壤外,DOC吸附量显著高于对照处理,且随DOC浓度的升高而增大,明显促进了辽河口湿地土壤对DOC的吸附。NaCl处理对辽河口湿地0~10 cm和10~20 cm深度土壤DOC的解吸量影响不显著,而对20~30 cm、30~40 cm深度土壤DOC的解吸量起到明显促进作用。     

受钙、锌影响硼在酸性紫色土中的吸附特征

酸性紫色土对硼的等温吸附-解吸和吸附动力学试验表明，硼的等温吸附符合Frendlich方程，根据方程的K值（0．441），供试土壤对硼的吸附较弱。锌与硼复合，对土壤硼的吸附量和解吸量影响均不大，但吸附强度下降。钙则大大地提高了土壤对硼的吸附量和吸附常数，使土壤硼平均吸附量提高191．9％，并使平均解吸率下降6．4％。土壤吸附硼的动力学以Elovich方程（Ct=a＋blnt）描述最佳，反映土壤对硼吸附速率大小的方程参数b值以B＋Ca〉B＋Ca＋Zn〉B＋Zn〉B，钙对硼的吸附速率影响比锌的作用更强。     

长期不同施肥土壤对可溶性有机碳的吸附特征

  【目的】  分析长期不同施肥农田土壤对可溶性有机碳(DOC)浓度与结构的吸附差异特征,以及吸附能力与土壤性质、DOC结构的相关关系,为农田土壤固碳潜力及合理施肥提供理论依据。  【方法】  供试土壤选自长期定位试验中棕壤和红壤两种土壤的不施肥(CK)、单施有机肥(M)、单施化学氮磷钾肥(NPK)和有机肥配施化学氮磷钾肥(NPKM) 4个施肥处理。供试DOC标准溶液由新鲜猪粪提取,提取液DOC浓度为2400 mg/L。以该提取液配置系列DOC浓度溶液,运用Langmuir等温吸附方程拟合土壤对新鲜猪粪来源DOC的吸附浓度变化,采用三维荧光光谱技术分析吸附前后DOC结构及各区域成分相对体积荧光强度变化,分析影响DOC吸附的主要因素。  【结果】  红壤与棕壤对DOC的最大吸附量分别为12.81和10.82 g/kg,两种土壤均表现为NPKM处理的吸附能力高于NPK、CK。新鲜猪粪提取的DOC主要为类酪氨酸蛋白(区域Ⅰ)、类色氨酸蛋白(区域Ⅱ)和溶解性微生物代谢产物(区域Ⅳ)。土壤对这类DOC吸附较多的成分是类酪氨酸和类色氨酸。通过平行因子分析法得出,土壤对新鲜猪粪中的DOC吸附存在2个荧光组分,分子量较高的类蛋白物质(类酪氨酸和类色氨酸)与可溶性微生物代谢产物(C1组分),分子量较小聚合程度较低的类酪氨酸蛋白物质与可溶性微生物代谢产物(C2组分)。不同施肥处理对C1和C2组分的吸附能力差异显著,对C1组分的吸附能力为M≈NPKM>NPK>CK,对C2组分的吸附能力为NPK>M≈NPKM>CK。土壤对DOC的最大吸附量Q_max与土壤中游离态铁(Fe_d)、络合态铁(Fe_p)、土壤有机质(SOM)呈极显著正相关性,与DOC腐殖化指数HIX和C1组分含量呈极显著正相关性 (P<0.01),与荧光指数FI呈极显著负相关性 (P<0.01)。  【结论】  从新鲜猪粪提取的DOC结构简单,类酪氨酸蛋白、类色氨酸蛋白和溶解性微生物代谢产物含量较多,腐殖化程度较低。土壤对DOC的吸附过程会受到DOC结构特征和土壤理化性质的影响。土壤有机质(SOM)、Fe_d和Fe_p含量越高,吸附DOC的能力越强。长期施有机肥土壤对DOC中的类腐殖酸等高聚合度的芳香性大分子物质的吸附比例相对较高,而长期单施化肥土壤对分子量较小、聚合程度较低的类酪氨酸蛋白物质吸附量较高。     

土壤吸附重金属的影响因素研究现状及展望

重金属元素在土壤中的吸附特征是重金属污染研究的重点之一。重金属元素在土壤中的吸附反应极为复杂,受多方面因素的影响。土壤对重金属的吸持依赖于土壤的类型、物理化学性质,如土壤的矿物特性,有机组成,土壤溶液的组成和pH,也与重金属离子本身的特征,外加阴阳离子、人工有机和无机络合剂有关。在今后的土壤吸附研究中应该结合形态分析和放射性同位素示踪的方法,并加强对根际土壤这一新领域的研究。     

温度对土壤吸附有机肥中可溶性有机碳、氮的影响

可溶性有机碳、氮(Soluble organic carbon or nitrogen,SOC和SON)可被土壤吸附.土壤可溶性有机碳、氮组分复杂,土壤对可溶性有机物吸附的不均一性会导致可溶性有机物组分的变化,大部分疏水性化合物被吸附,而亲水性化合物被释放进入溶液中[1].因此,可溶性有机碳、氮在土壤中的吸附,直接影响其在土壤-水系统中的迁移和行为[2-3].林地土壤中含有相当数量的可溶性有机养分,因此,关于林地土壤对可溶性有机养分的吸附特性,国外研究者已开展了不少研究.研究表明,可溶性有机碳吸附特性与土壤性质如pH、表面积、有机碳、铁铝氧化物和黏粒含量等因素有关[4-5].关于农业土壤对可溶性有机碳的吸附特性的影响,国内也开展了一些研究,主要集中在pH、铁铝氧化物含量等对吸附影响方面[6-9].     

吉林西部盐碱地区稻田土壤有机碳矿化特征

以吉林西部盐碱地区(前郭灌区)土壤为研究对象,选取不同盐碱程度的4块水田(P1、P2、P3和P4),采用野外实地调研采样与室内模拟试验相结合的方法,分别在培养期的第1,4,7,10,14,21,28,35,70天测定土壤CO_2气体的排放通量,结合土壤基本理化性质,分析盐碱稻田矿化模拟培养过程中CO_2通量的动态变化,研究土壤盐碱化程度对有机碳矿化过程的影响。结果表明:P1、P2、P3为弱碱化土,P4为强碱化土;各样地土壤有机碳(SOC)含量差异显著,并存在表层富集现象,与碱化度(ESP)呈显著负相关关系(r=-0.945);SOC矿化量累积过程与培养时间符合一级动力学模型C_t=C_0(1-e^-kt),各样地土壤在矿化培养初期CO_2释放量较大,释放强度降低较快,矿化速率随时间延长呈缓慢平稳下降,在培养期结束时降至最低。SOC矿化过程受多种因子共同作用,ESP是该过程的主要影响因子。土壤的盐碱化抑制了土壤碳循环的速度,相对于碳源过程而言,对碳汇的影响更大。伴随SOC含量增加,SOC矿化反应强度和矿化反应的完全程度加强,矿化反应累积量增加,反之,随ESP程度增加而减弱。     

中国稻田土壤有机碳汇特征与影响因素的研究进展

稻田是中国面积最大的耕地之一，稻田土壤有机碳（SOC）是重要的农业碳库，被认为在减缓大气二氧化碳（CO2）浓度上升和全球变暖中起着重要作用。明确中国稻田SOC汇特征与影响因素，有助于制定合理的农业管理措施，科学地增强稻田土壤固碳减排潜力。研究发现，在空间分布上，中国稻田SOC含量具有地域性差异，总体表现为华南、西南高于华北、西北，长江中游高于长江下游；且稻田SOC含量沿海拔升高而增加，随土壤深度增加而减少。在组成上，稻田土壤活性碳比例不超过5.3%，惰性碳比例远大于活性碳，高达60%以上，稻田固碳重点在于惰性组分。在影响因素上，人为管理措施是导致稻田碳汇变化的主要原因，并与自然因素密切相关。为充分发挥稻田土壤碳汇功能，未来研究应加强稻田SOC稳定机制研究，制定因地制宜的农业管理推广方案，为中国“双碳”目标的实现提供科学依据。     

基于荧光分析的不同有机碳水平水稻土添加外源有机物培养对DOC的影响

以江西省红壤研究所内的水稻土有机肥长期定位试验(始于1981年)为研究对象,基于三维荧光技术,在室内培养条件下,研究外源有机物(葡萄糖和秸秆,分别代表易分解和难降解碳)对不同碳水平水稻土可溶性有机碳含量与结构的影响。结果表明:添加葡萄糖对高碳和低碳水稻土可溶性有机碳(DOC)含量均无显著影响(p0.05),但可以促进DOC结构中类溶性微生物代谢产物的增加与类胡敏酸类富里酸的减少。添加秸秆则对高碳和低碳水稻土DOC有不同的影响:低碳土壤中,在培养末期(60d),添加秸秆处理的DOC含量显著提高(p0.05),而高碳土壤处理则无显著变化。在DOC结构方面,秸秆可以促进低碳土壤中类蛋白物质转化为更稳定的类胡敏酸和类富里酸物质;对于高碳土壤,则可以促进类溶性微生物代谢产物的积累,促进类胡敏酸与类富里酸的分解利用。低碳土壤DOC含量相对稳定,结构受外源有机碳影响较大;高碳土壤DOC结构相对稳定,但含量变化较大。     

硫酸铝和有机物料对盐碱土有机碳组成及复合体的影响

通过进行实验室室内培养试验,以盐碱土为研究对象,添加不同梯度有机物料(10,20,30,40,50,60 t/hm²)和同一硫酸铝添加量(0.2 t/hm²),研究硫酸铝和有机物料对盐碱土有机碳组成及复合体的影响。结果表明：施用硫酸铝和有机物料能够显著提高有机碳含量及活性有机碳含量。在施用硫酸铝且有机物料施用量为30 t/hm²时,微生物碳增长趋势开始减缓,土壤微生物商值到达峰值,Kos值与其他处理相比最低;硫酸铝和有机物料的施用可以促进土壤中粒级由小向大聚集,同时使各粒级复合体内有机碳含量增加,在有机物料施用量为30 t/hm²时,可以明显看出土壤结构变化。即在施用硫酸铝且有机物料施用量为30 t/hm²时,既能够有效提高盐碱土土壤肥力,又能改善土壤结构,能够经济合理地改良培肥盐碱地。     

梯田土壤有机碳密度分布及影响因素

研究丘陵地区不同土地利用方式下土壤有机碳密度的分布及其影响因素,为丘陵地区土壤肥力培育和生产力提升提供技术参考。通过密集采样,分析东南丘陵水田、旱地、果园和茶园4种典型利用方式下耕层土壤有机碳密度变化及其影响因素。结果表明,东南丘陵地区土壤有机碳密度平均为4.14kg/m2,其变化受地形、土地利用方式及土壤化学性状等因素影响。海拔为200～800m时有机碳密度最高,平均为4.38kg/m2;坡度对土壤有机碳密度影响表现为2°～6°>6°～15°>15°～25°>0～2°>25°以上;从坡向看,南北坡有机碳密度较高,东西坡较低;不同土地利用方式土壤有机碳密度果园>茶园>水田>旱地;水田土壤有机碳密度与土壤中碱解氮、速效磷和速效钾呈显著正相关,与缓效钾呈极显著负相关,旱地与速效磷和速效钾呈显著正相关,果园与碱解氮和速效钾呈正相关,茶园仅与碱解氮呈显著正相关。     

有机物料对原生盐碱土微团聚体特征及稳定性的影响

为了研究不同有机物料对原生盐碱土微团聚体粒径分布状况及不同粒径微团聚体间有机碳含量的影响,以施用有机物料的原生盐碱土为试验对象,设置空白处理(CK)、颗粒状秸秆处理(GW)、正常玉米秸秆处理(CS)、牧草处理(GS)和羊粪处理(SM),采用大田试验与室内分析相结合的方法,研究不同有机物料施用下土壤微团聚体的粒径分布状况及不同粒径微团聚体间有机碳含量,分析不同粒径微团聚体间有机碳对土壤微团聚体稳定性的贡献。结果表明,施用有机物料各处理较CK处理均增加土壤2~0.25mm的团聚体含量,增幅为9.02%~20.37%,其大小排序为GW>SM>GS>CS>CK。对于其他粒径微团聚体分布影响则有所差异。总体来说,有机物料处理增加了土壤大粒径团聚体含量,减少了土壤小粒径团聚体含量。不同有机物料的施用均能增加各粒径土壤微团聚体间有机碳含量。同时,有机物料的施用增加了土壤微团聚体的稳定性,采用回归模型分析、相关分析、冗余分析以及主成分因子分析,表明施用颗粒秸秆更有利于增加土壤微团聚体的稳定性。     

有机物料输入对干润砂质新成土可溶性有机碳、氮的影响

对采集于干润砂质新成土不同土层土壤分别添加高C/N（黑麦草）和低C/N（苜蓿）有机物料后进行了室内培养试验。结果表明,各土层土壤添加有机物料后,均存在不同程度的矿质氮微生物净固定现象,且氮固定时间及程度与有机物料的C/N和土壤层次密切相关,添加高C/N黑麦草的深层低肥力土壤氮固定现象最明显。添加有机物料后,培养期间可溶性有机碳（DOC）累积量前期较高,中期先减后增,后期趋于稳定,不同土层土壤DOC的变化有所不同。0～20、20～40cm可溶性有机氮（DON）累积同时受矿质氮固定影响,低C/N苜蓿残体加入土壤后,在短暂氮素固定后,后期DON累积量明显提高;而加入高C/N黑麦草残体后,在较长时间内DON累积量无明显增加。添加有机物料导致培养前期土壤DOC/DON上升,随后降低。以上研究结果表明,如果从增加干润砂质新成土土壤有机质角度考虑,应该种植高C/N比的植物。因此,研究有利于进一步深入理解土壤溶液速效C、N养分的来源及其转化,对该地区土壤质量的调控具有一定参考价值。     

秸秆和硫酸铝改良剂对苏打盐碱土吸附腐殖酸性能的影响

为了揭示硫酸铝改良剂对苏打盐碱土在秸秆还田条件下固碳性能的影响,研究了添加秸秆和硫酸铝并于恒温条件下培养300天后的盐碱土对腐殖酸的吸附性能。结果表明:在腐殖酸吸附动力学中,秸秆和硫酸铝不同添加量条件下,盐碱土对腐殖酸的吸附均在120min时达到平衡,准二级动力学方程拟合效果最好,R2值最高(0.936)。Langmuir方程和Freundlich方程均可较好地拟合盐碱土对腐殖酸的等温吸附。添加相同比例的玉米秸秆条件下,Langmuir方程拟合获得的最大吸附量分别表现为69.335,42.830,40.498,42.593mg/g。而添加同等比例的硫酸铝改良剂条件下,最大吸附量分别表现为21.358,32.647,69.335,49.232,62.375,42.830mg/g。