六氯苯在土壤中的主要迁移转化过程

六氯苯(HCB)是环境中典型的持久性有机污染物(POPs)。土壤是HCB的主要贮存场所,研究土壤中HCB的迁移转化规律对揭示其环境效应有重要意义。本文从以下几方面综述了土壤中HCB的主要迁移转化过程:土壤中累积的HCB不断向大气挥发而造成空气污染;土壤对HCB的吸附影响其在环境中的迁移转化速率;HCB通过多种化学键与土壤形成结合残留,暂时降低其生物有效性;厌氧条件下,HCB可发生还原脱氯降解,使其毒性和持久性大大降低。本文最后展望了关于土壤中HCB迁移转化的下一步研究方向。     

黄河口典型湿地土壤氮素的季节动态及转化过程研究

于2008年10月、2009年5月和8月对黄河口湿地进行了3次野外调查和室内及野外模拟实验,研究了湿地土壤中各形态氮素的季节变化及转化过程,结果表明:农业种植区表层土壤氮素含量明显高于自然湿地,自然湿地全氮的含量低于1 000 mg/kg,铵态氮含量小于10 mg/kg,硝态氮含量小于3 mg/kg,研究区土壤氮素含量处于低营养水平。土壤中氮素的含量8月份最低,其中无机氮的季节变化较有机氮明显;0-10 cm表层土壤氮素含量明显高于下层土壤,10 cm以下氮含量无显著垂直变化。在氮素的转化过程中,氮的反硝化能力最强,硝态氮的最大损失量达到23.44 g/(m3.d),这与研究区域土壤中硝态氮含量较低相吻合;矿化能力较弱,有机氮的最大转化量仅为0.91 g/(m3.d);氮的硝化过程中铵态氮的最大转化量为12.77 g/(m3.d)。芦苇枯落物在分解过程中发生了氮素的净释放,夏季淹水环境芦苇枯落物氮素的日均归还量最高,达到0.039 g/(m2.d),冬季最低,芦苇枯落物分解对土壤氮库的储量有一定影响。     

磷酸铵在三种典型土壤中的转化及其有效性

研究了磷酸二氢铵(MAP)和磷酸氢二铵(DAP)在3种典型土壤中的转化,并评价了其有效性.结果表明:施用磷酸铵可改变肥际微域土壤的pH值,并且这种效应可持续几个月;MAP在黑土中,反应产物主要为Al-P,占38.8%,其次为Fe-P,占12%;在潮土中,Ca_2-P是主要形态,占34%,其次为Ca_8-P,占28%;在水稻土中,We-P是主要形态,占50%以上,其次为Ca_2-P,占20%.在黑土中We-P在DAP处理中所占的比例较MAP处理中高,而Al-P和Fe-P所占的比例正好与之相反;在最初的10 d里,We-P下降显著,随反应时间延长,DAP和MAP处理间We-P所占的比例差异减小;MAP在水稻土中的有效性最高,其次是潮土和黑土;在黑土中DAP的有效性较MAP要好,MAP主要转化成了Al-P.     

华中地区两种典型菜地土壤中氮素的矿化特征研究

以华中地区两种典型的菜地土壤——黄棕壤和潮土为研究对象,利用室内连续培养试验研究了菜地土壤氮素的矿化规律和矿化特征.结果表明,黄棕壤和潮土氮素的矿化以硝态氮量较多,铵态氮较少.两种土壤的矿化速率随培养时间的延长而降低,培养13周以后黄棕壤的矿化速率为N 0.13 mg/(kg.d),潮土为N 0.32 mg/(kg.d).随着培养时间的延长,黄棕壤和潮土的累计氮矿化量缓慢增长.培养结束时黄棕壤矿化量为N 68.65 mg/kg,潮土矿化量为N109.37 mg/kg,分别占土壤全氮量的24.52％和21.45％.黄棕壤和潮土氮素的矿化势分别为N 74.63 mg/kg和123.45mg,/kg,分别占土壤全氮量的26.65％和24.21％.     

两种硝化抑制剂对不同土壤中氮素转化的影响

采用实验室人工气候箱培养的方法,研究了两种硝化抑制剂双氰胺和硫代硫酸钾在两种碱性土壤中对土壤pH值变化、氨挥发特性及铵态氮转化的影响.实验结果表明,各处理在两种碱性土壤中的pH值都是先上升到一个峰值,然后下降,且速率先快后慢.硫代硫酸钾处理和对照处理的pH值约在实验第4天出现峰值,双氰胺处理pH值出现峰值的时间较硫代硫酸钾处理及对照处理土壤推迟了3天左右.整个实验期间,双氰胺处理的pH值一直处于较高水平,硫代硫酸钾处理的次之,对照处理的最小.氨挥发强度与土壤pH值同步,各处理氨的挥发量一般在第7天达到最大值,此时双氰胺处理氨的挥发量最大,硫代硫酸钾处理的次之,对照处理的最少.在晋城菜园土中,双氰胺和硫代硫酸钾处理的土壤比未添加硝化抑制剂的对照土壤中氨挥发的总量分别增加523.0%,33.6%,在北京菜园土中,双氰胺和硫代硫酸钾处理的土壤比未添加硝化抑制剂的对照土壤中氨挥发的总量分别增加575.8%,125.0%.土壤中铵态氮含量与土壤pH值的变化趋势相似,先快速上升到一个峰值,然后开始缓慢下降.硝化抑制剂的添加能使两种碱性土壤中铵态氮的释放时间延长3天左右.     

五价锑在中国南方两类典型土壤中的迁移特征

通过土柱出流实验研究锑在我国南方的红壤和棕色石灰土中的迁移行为,对实验结束后的土柱进行分级提取,得出土壤中不同形态锑的百分比。为分析氧化还原电位对锑迁移的影响,探讨了不同p H条件下锑在覆铁石英砂中的迁移行为。实验结果表明,锑在棕色石灰土中迁移时穿透曲线的峰值(C/C0=0.88)比在红壤(C/C0=0.26)中的高,出流所需时间短;在红壤中迁移时穿透曲线的"拖尾"现象较明显。第二次出流的情况正好相反,锑在红壤中的穿透曲线峰值明显升高C/C0达到0.58,而锑在棕色石灰土中的穿透曲线峰值较第一次明显降低(C/C0=0.70),说明红壤第一次淋洗不彻底,棕色石灰土第一次淋洗比较彻底。土柱实验结束后的土壤中锑主要以铁铝氧化物结合态存在,非专性吸附态、专性吸附态和残渣态含量很少,棕色石灰土中的弱结合态锑含量较红壤中多。不同p H条件下锑在覆铁石英砂中迁移特征为,当p H为4时锑在覆铁石英砂中的穿透曲线对称性较好,"拖尾"现象不明显,随着p H变大穿透曲线对称性变差,"拖尾"现象变明显。     

土壤氮素转化的关键微生物过程及机制

土壤微生物群落组装与演替的机制一直是微生物生态学的研究热点,是生物多样性和生命共同体研究的核心,也是科学管理土壤微生物的基础,对充分挖掘和合理开发土壤微生物资源具有重要意义。本文系统梳理了土壤微生物群落组装的基本理论,分析了影响微生物群落组装的确定性过程与随机性过程之间平衡的因素,比较了自然生态系统和农田生态系统中土壤微生物群落组装过程的异同点,最后提出了微生物群落组装的理论和方法在农田生态系统中的应用潜力,为提升耕地质量和土壤生态系统功能提供重要的科学依据。

     

4种熏蒸剂对土壤氮素转化的影响

采用室内恒温通气培养法,以北京大棚蔬菜地土壤为对象,研究熏蒸剂氯化苦(Pic)、碘甲烷(MeI)、1,3-二氯丙烯(1,3-D)和二甲基二硫(DMDS)对土壤氮素矿化和硝化的影响。结果表明,4种熏蒸剂处理后短期内均能显著增加土壤中氮累积矿化量,在处理后第0d,1,3-D、MeI、DMDS、Pic处理的氮累积矿化量分别为320.62mg·kg-1、317.25mg·kg-1、287.87mg·kg-1、278.73mg·kg-1,较对照(189.89mg·kg-1)分别增加68.85%、67.07%、51.60%、46.78%。4种熏蒸剂处理后土壤硝化作用过程受到显著抑制,在药剂熏蒸处理第0d,各熏蒸处理土壤中铵态氮含量均高于对照组,其中MeI处理组铵态氮含量最高,为194.97mg·kg-1,对照组铵态氮含量最低,为28.82mg·kg-1。Pic、1,3-D、DMDS、MeI处理后第0d硝化抑制率分别为40.8%、20.8%、26.9%、24.1%。Pic、1,3-D、MeI对硝化作用的抑制至少维持两周,DMDS的抑制作用至少维持1周。在后期培养过程中,各处理矿化作用和硝化作用都逐渐恢复至对照水平。     

好氧反硝化菌的分离及其在土壤氮素转化过程中的作用

在土壤厌氧条件下发生的生物反硝化作用是影响作物对土壤氮素利用率和影响环境质量的重要氮素转化过程.本研究从土壤中分离到在好氧条件下也能进行反硝化的3株细菌.其中1株为严格好氧的异养菌,编号为AD26.另外2株为兼性菌,分别为AD7和AD60.根据其形态和生理生化特征初步鉴定为假单胞菌属（Pseudomonas sp.）.在好氧培养的液体培养基中AD26和AD7在24h内能通过反硝化作用使硝态氮表观损失率分别达到21%和18%.而在好氧的土壤培养中,二个菌株在3 d内能使土壤中硝态氮表观损失率达到56%,同时少有反硝化中间产物的积累.因此,在农业生产中不应忽视在好氧条件下的生物反硝化作用.     

不同温度下镉在典型农田土壤中的吸附动力学特征

按土重的3%和5%向采自海南和广西的3种可变电荷土壤中添加由稻草制备的生物质炭,混合培养30 d后用一次平衡法研究了生物质炭对土壤吸附Cd（Ⅱ）的影响及其与土壤表面电化学性质的关系,旨在阐明生物质炭促进可变电荷土壤吸附和固定Cd（Ⅱ）的机制。结果表明,添加稻草炭显著提高了3种土壤的阳离子交换量（CEC）和土壤pH,并使土壤胶体Zeta电位向负值方向位移。因此,添加稻草炭增加了土壤表面的负电荷量,土壤表面对Cd（Ⅱ）的吸附容量增强,使3种可变电荷土壤对Cd（Ⅱ）的吸附量增加,且Cd（Ⅱ）吸附量的增幅随稻草炭添加水平的提高而增加。Freundlich方程和Langmuir方程可以拟合3种土壤对Cd（Ⅱ）的吸附等温线,但Freundlich方程拟合效果更好,该方程表征吸附容量的常数k也随着稻草炭添加水平提高而增大。研究表明在pH3.0~5.0范围内,稻草炭均增加土壤对Cd（Ⅱ）的吸附量。添加稻草炭提高土壤pH,促进Cd（Ⅱ）的吸附,因为Cd（Ⅱ）的吸附量随pH升高而增加。解吸实验表明,添加稻草炭处理Cd（Ⅱ）的解吸量高于对照处理,说明生物质炭提高了土壤对Cd（Ⅱ）的静电吸附量。     

蓄水坑灌单坑土壤氮素迁移转化的数值模拟

为了提高蓄水坑灌条件下土壤氮素的利用率,建立了蓄水单坑土壤氮素迁移转化的数学模型,利用有限体积法进行了求解,并利用室内蓄水单坑灌施尿素条件下土壤水分和氮素运移转化实测数据进行了验证。结果表明,蓄水单坑灌施尿素1 700 mg/L条件下,土壤铵态氮主要分布在20～70 cm深度范围内,1～3 d内土壤铵态氮含量明显增大,7 d后开始减小;土壤硝态氮主要分布在湿润锋附近,1～7 d内硝化作用逐渐增强,20～70 cm范围内硝态氮浓度不断增大。土壤含水率、湿润锋、铵态氮、硝态氮含量计算值与实测值吻合较好,说明所建立的蓄水单坑土壤氮素迁移转化的数学模型是正确的,采用有限体积法求解是可行的。该模型可较好地模拟蓄水坑灌单坑土壤氮素迁移转化的动态变化。     

碳含量对再生水灌溉土壤氮素迁移转化规律的影响

为深入了解碳含量对再生水灌溉系统中氮素迁移转化的影响,该研究进行了碳含量影响下的再生水灌溉系统氮素迁移转化规律试验。利用不同碳含量的再生水灌溉种植在土柱中的黑麦草,测定各试验周期内灌溉水、土壤溶液和排水中不同形态氮的含量,分析不同生育期作物干物质产量和氮含量。结果表明,随灌溉水进入系统的氮素约有34%可被作物吸收利用,62%可通过反硝化作用去除或调节土壤氮库中的氮量,随水分下渗到根系层以下并随排水排出系统的氮量仅占灌溉水中氮量的3%～4%。从作物长势、干物质量和氮的利用量看,高碳处理优于低碳处理。试验条件下,再生水中碳含量较高时有利于氮素的转化、作物吸收利用以及氮的反硝化作用。研究结果对于以灌溉利用为目的的污水处理,具有一定的指导意义。     

温度、水分和施肥对甜菜黑土氮素迁移转化的影响

以东北甜菜主产区的黑土为材料,采用模拟土柱方法,研究了不同温度(5℃和20℃)、水分(10%,20%和30%)和施肥(尿素)条件对甜菜0—90cm土层土壤无机氮(NH4+-N和NO3--N)迁移转化的影响。结果表明:在整个培养期内,温度和水分对不同施肥处理、不同土层土壤NH4+-N和NO3--N含量的影响不同。不施肥土壤NH4+-N和NO3--N含量在不同水分和温度下均无显著差异。不同温度和水分条件下施肥处理各土层NH4+-N、NO3--N平均含量均随土层深度增加而下降,在相同温度条件下,土壤水分为20%时为甜菜土壤矿化和硝化作用的最适水分,而10%水分时,0—15cm土层土壤硝化作用受到明显抑制。施肥明显增加0—15cm土层NH4+-N、NO3--N含量,分别与不施肥相比增加2.71~16.65倍和1.04~9.05倍。5℃时,NH4+-N、NO3--N在土柱内的迁移距离和硝化作用主要发生在0—15cm土层内;20℃时,主要发生在0—15cm和0—50cm土层内。施肥与不施肥土壤NH4+-N含量与温度、水分均呈负相关,NO3--N含量和硝化率(Nr)呈正相关,多因素统计分析表明,温度和水分的提高可以增强施肥土壤的氮素转化,温度、水分和施肥三者对土壤NH4+-N、NO3--N含量迁移有交互作用,但是对土壤氮素的转化没有显著影响。     

岳桦和暗针叶林两种植被类型下土壤碳氮元素的转化过程

Soil samples were taken from an Ermans birch (Betula ermanii)-dark coniferous forest (Picea jezoensis and Abies nephrolepis) ecotone growing on volcanic ejecta in the northern slope of Changbai Mountains of Northeast China, to compare soil carbon (C) and nitrogen (N) transformations in the two forests. The soil type is Umbri-Gelic Cambosols in Chinese Soil Taxonomy. Soil samples were incubated aerobically at 20℃ and field capacity of 700 g kg^-1 over a period of 27 weeks. The amount of soil microbial biomass and net N mineralization were higher in the Ermans birch than the dark coniferous forest (P < 0.05), whereas the cumulative C mineralization (as CO₂ emission)in the dark coniferous forest exceeded that in the Ermans birch (P < 0.05). Release of the cumulative dissolved organic C and dissolved organic N were greater in the Ermans birch than the dark coniferous forest (P < 0.05). The results suggested that differences of forest types could result in considerable change in soil C and N transformations.     

长期施肥对农田土壤氮素关键转化过程的影响

当前,如何合理施肥、提高作物产量、维持土壤肥力、并兼顾生态环境效应是农业研究的主要挑战之一。本文综述了长期施肥对农田土壤氮素关键转化过程的影响,主要从土壤氮转化过程的初级转化速率角度综述肥料(有机肥和化学氮肥)对土壤氮素关键转化过程的影响。土壤氮素矿化-同化循环是自然界氮循环过程中两个至关重要的环节,是决定土壤供氮能力的重要因素。总体而言,长期施用氮肥,尤其是有机肥能显著提高初级矿化-同化周转速率;长期施肥可以刺激自养硝化作用,且有机肥的刺激作用更明显;施用化学氮肥和有机肥均能提高反硝化速率,且有机肥的刺激作用高于化学氮肥。有机肥一直被提倡和实践用来改善土壤肥力和提高土壤固碳能力,无论是单施有机肥还是有机-无机配施,均能有效地减轻硝酸盐污染,改善土壤肥力并提高作物产量。但是有机肥的施用并不是多多益善,有机肥过多施用也会增加氮损失的风险。因此,本文综述了长期施肥对农田土壤氮素关键转化过程初级转化速率的影响,讨论了各个氮转化过程之间的联系,以期增强人们对长期施肥措施影响农田土壤氮素循环的理解,并为合理施用氮肥、提高氮肥利用率、减少与氮相关的环境污染提供理论依据。     

不同栽培模式下塑化剂在两种蔬菜栽培过程中的迁移及残留分析研究

应用HPLC-MS/MS技术对PAEs类胁迫压栽培蔬菜样品PAEs类成分含量进行检测分析及迁移、残留评价。结果表明,蕹菜及西洋菜两种蔬菜样品在土壤栽培、水栽培两种不同模式中的PAEs类成分检出率为68.18%~95.45%,其中DIBP和DINP为检出共有成分;说明了两种蔬菜和两种栽培模式间PAEs类成分的迁移是具有差异显著性;不同样品中的PAEs类成分的检测含量是具有差异显著性,热值图的分析也同样反映出了其迁移和残留的差异性;样品中的DIBP和DINP检测含量均高于CK样品,差异显著;进行了影响因子及其互作效应的差异性分析,讨论了PAEs类成分在蔬菜栽培中迁移、残留规律。     

太湖地区两种典型水稻土中氮、磷迁移转化的研究

研究了饱和状态下,铵态氮(NH4+-N)和速效磷(AP)在太湖地区两种主要水稻土-宜兴白土和常熟王庄黄泥土的原状土和扰动土中的迁移转化情况。结果表明,土壤的饱和导水率、粘粒含量对于铵态氮和速效磷的出流影响很大。在原状土土柱的出流中,白土滤液中NH4+-N、硝态氮(NO3--N)和速效磷浓度峰值出现的时间比黄泥土早,峰面比黄泥土窄,拖尾的时间比黄泥土短。速效磷在土壤中迁移及淋移都比NH4+-N弱,且黄泥土对磷的固定作用强于白土。在本试验NH4+-N的加入情况下,原状土土柱出流的NH4+-N如果进入地下水会造成地下水污染;NO3--N在黄泥土中的积累作用比白土强,出流的NO3--N含量较高;出流的NO2--N含量很低,不会造成地下水的NO2--N污染。土壤中的NH4+-N和速效磷可以通过大孔隙向下运移,并且随着深度的变化呈现降低的趋势。NO3--N在白土中的分布比较平缓。在扰动土的试验中,粘粒含量越低,饱和导水率越高,NO3--N的穿透曲线的峰值越高,峰面越窄。黄泥土的粘粒含量远高于白土,滞留作用较强,对NO3--N的穿透影响较大。本文结果可以为太湖地区地下水环境污染防治、农田水肥管理和防止水体富营养化提供依据。     

不同培肥措施下复垦土壤氮素转化特征

为揭示不同复垦年限和培肥措施对采煤塌陷区复垦土壤氮素转化特征影响,分别采用间歇淋洗好气培养法、室内恒温控湿好气培养法和硝酸盐消失法研究了5种培肥措施下复垦4,8年土壤矿化、硝化、反硝化作用规律。结果表明:随复垦年限增加,土壤的矿化量(Nt)和矿化势(N0)均有增加,但土壤矿化率(Nt/N)及矿化势占全氮的比例(N0/N)无明显变化;不同培肥措施下,复垦8年土壤生物有机肥配施化肥处理(MCFB)Nt、N0、Nt/N和N0/N分别较单施化肥处理(CF)提高65.22%,65.21%,60.42%和60.76%。土壤硝化率和达到最大硝化速率需要的时间(Tmax)受复垦年限影响较小,不同施肥措施均可提高土壤硝化率,但处理间差异不显著;最大硝化速率(Vmax)随复垦年限增加而增大,复垦4,8年土壤Vmax和Tmax总体以MCFB效果优于其他培肥处理。土壤硝态氮损失率和硝酸盐消失速率随复垦年限的增加而增加,经过7天培养,不同培肥措施下复垦4年土壤硝态氮损失率以单施有机肥处理(M)最高,达78.72%,硝酸盐消失速率以MCFB处理最低,与不施肥对照(CK)一致;复垦8年土壤反硝化作用在不同处理下无显著差异。通过短期氮素转化作用强度比较,复垦土壤硝化作用>反硝化作用>矿化作用。综合来看,培肥对复垦土壤氮素转化作用提升效果明显,生物有机肥配施化肥更有利于土壤有效氮的保持和提高,减少氮素损失。     

耕层土层交换对土壤氮素关键转化过程和玉米氮素利用的影响

翻耕会使耕层土壤发生显著位置交换。耕层土壤位置交换会通过影响土壤物理、化学和生物性状,改变氮素转化过程。本文研究了土层交换对黄淮海平原南端砂姜黑土硝化、反硝化过程和玉米生长及氮素利用的影响,为该区域选择合理的耕作方式、减少氮素损失及提高氮素利用效率提供理论依据。试验在人工气候室条件下,以土壤(0～35 cm)田间原位分层作为常规土层处理(CK),以原位0～10 cm和10～20 cm土层交换后作为土层交换处理(SE),并用20μm的尼龙网区分非根际和根际土壤。于玉米小喇叭口期利用荧光定量PCR技术测定土壤氨氧化微生物和反硝化菌群丰度,并结合非根际和根际土壤的硝化潜势、土壤呼吸、反硝化能力、反硝化潜势、土壤理化性质和玉米总氮含量及根系形态的测定,探讨土层交换对土壤氮素转化和玉米生长及氮素利用的影响。结果显示,SE处理的玉米植株氮吸收量比CK处理显著降低8.9%(P0.05)。土层交换显著影响根际而不是非根际土壤的硝化潜势,使其显著降低13.5%(P0.05);并使非根际和根际土壤的反硝化能力分别提高36.6%(P0.05)和8.4%(P0.05)。土层交换使非根际和根际土壤的可溶性有机碳含量分别提高11.7%(P0.05)和5.2%。相关分析显示硝化潜势与氨氧化细菌(AOB)丰度呈显著正相关(r=0.91**),与氨氧化古菌(AOA)丰度无显著相关关系;反硝化能力与土壤可溶性有机碳和呼吸速率呈显著正相关(r=0.89**和0.93**),与nirK、nirS拷贝数无显著相关性;玉米植株氮吸收量与根际土壤的硝化潜势、根表面积×AOB拷贝数都呈显著正相关(r=0.83*和0.86*),而与反硝化能力呈显著负相关(r=?0.88**)。以上结果表明砂姜黑土土壤硝化速率的降低和反硝化速率的增强,是土层交换后玉米氮素利用效率低的重要原因。AOB是硝化速率的主要驱动微生物。土层交换后土壤可溶性有机碳是反硝化能力的关键主导因子。在翻耕条件下,有效调节土壤可溶性有机碳含量是提高作物氮肥利用效率的关键。     

肼类燃料在土壤中迁移转化

论述了对肼、甲基肼和偏二甲肼在土壤环境中的吸附、降解、迁移转化模型及对土壤中的微生物的毒性，肼类燃料在土壤环境中与粘土的作用最强，主要存在着物理吸附与化学降解两个方面。pH值较低时，在粘土中主要是可逆离子交换；pH值较高时，在土壤表面形成不溶的氢氧化物，通过氢键和离子作用结合大量肼类燃料，肼类燃料对土壤中的微生物的毒性大小是肼＞甲基肼＞偏二甲肼，土壤中的某些微生物也可促进肼类燃料的降解。