江西低丘红壤性水稻土的主要化学特性研究

三个红壤性水稻土的有机质和腐殖质的含量由淹育型水稻土→潴育型水稻土→潜育型水稻土依次逐渐增加,其C/N和H/P比值也顺次增大。它们的粘土矿物组成无明显差异。铁、锰物质在潴育型水稻土剖面中分异最明显,其次为淹育型水稻土;而无定形氧化铁在剖面中变幅最大却是潜育型水稻土;结晶态铁在土壤剖面中分异亦有一定规律,其中潴育型水稻土的指示性土层(W层)的晶胶率(结晶铁/无定形铁)远较其它土层为高,这种变化特性的差异,对区分不同水分作用的水稻土发育类型有一定的特殊意义;土壤络合态铁与土壤有机质含量有关。土壤氧化锰与土壤氧化铁相比虽然含量低,但对土壤氧化还原条件反应更加敏感,所以在土壤剖面中淋移趋势更加明显。     

不同开垦年限水稻土还原性物质含量及其分布

以辽宁省各地棕壤型、草甸土型水稻土为研究对象,探讨了不同开垦年限的棕壤型、草甸土型水稻土中还原性物质总量、活性还原性物质、络合态铁、水溶性亚铁、水溶性亚锰含量及其分布状况。结果表明,不同开垦年限供试水稻土随着开垦年限增加表层还原性物质总量、活性还原性物质、络合态铁、水溶性亚铁和水溶性亚锰含量明显增加,且均随土壤深度增加而减少,其积累主要集中在土壤上层。土壤络合态铁与还原性物质总量和活性还原性物质均呈极显著正相关,表层土壤有机质对铁、锰的络合减少了铁、锰元素向剖面下层的迁移数量。开垦10年以上,水稻土耕层中还原性物质就明显积累,直至60年,其积累量仍不断增加,因此生产上必须采取措施抑制水稻土中还原性物质的累积。     

水稻土中砷的环境化学行为及铁对砷形态影响研究进展

在水淹缺氧环境下,界面微环境中水稻土铁矿物的还原以及根表铁膜的生成是引起砷释放还原和促进砷被吸附的过程,识别铁对砷的作用机制是有效降低水稻对土壤砷吸收的方法。本文综述了水稻土中铁对砷的作用机制的国内外研究现状,并从水稻通气组织、土壤溶液氧化还原电位、铁矿物类型、有机质和阴离子种类等5个方面讨论水稻土中铁对砷的化学行为的影响,并展望了今后的研究方向,以期为水稻土砷污染防治及抑制水稻对砷的吸收提供参考。     

生物质炭对水稻土中脱氢酶活性和铁还原过程的影响

为探究添加生物质炭对淹水稻田体系脱氢酶活性及土水界面铁还原过程的影响,选择2种不同地区水稻土,采用土壤泥浆厌氧培养试验方法,分析添加不同粒径生物质炭后泥浆培养体系中脱氢酶活性、pH以及Fe(Ⅱ)浓度的变化。结果表明:生物质炭能够提高水稻土厌氧培养体系的脱氢酶活性,促进微生物铁还原进程。脱氢酶活性和铁还原能力随着生物质炭粒径的减小而增大。未添加生物质炭的处理中,2种水稻土脱氢酶活性最大分别为3.13,2.60μg/(ml·g·min),Fe(Ⅱ)累积量最高分别为8.07,7.44mg/g;通过添加生物质炭,2种水稻土培养体系脱氢酶活性最大分别达4.35,4.18μg/(ml·g·min)、Fe(Ⅱ)累积量最高分别为9.01,8.18mg/g。典范对应分析显示,水稻土初始pH与最大铁还原潜势及达到最大铁还原速率对应的时间呈极显著相关,表明生物质炭对铁还原过程的影响因土壤性质不同而存在差异;脱氢酶活性、Fe(Ⅱ)累积量之间呈现极显著的相关关系,两者在培养过程中相互促进。     

红壤性水稻土的形成过程特点及其肥力演变

红壤性水稻土形成过程中,物质转化和移动是在淹水还原占优势的周期性干湿交替和氧化还原交替条件下进行的。它不仅加速有机质的积累,而且E.H./T.H.值和H.A./F.A.比值增大。复盐基作用使酸性和盐基高度不饱和的红壤,发育成为盐基饱和度相当高的红壤性水稻土。氧化还原和络合等淋移作用,导致化学元素在土体中重新分配,红壤富铝化过程减缓,有利于水稻土的培肥熟化。土壤物理性质和剖面特征也发生相应的改变,形成具有核块状结构、胶膜和铁、锰斑淀积明显的渗积层(P层);结构改善;肥力不断提高。上述变化与植稻年限呈正相关趋势,可把红壤性水稻土形成过程划分为雏型淹育型阶段;过渡渗育型阶段;十年左右初步形成具有水稻土基本属性的渗育型水稻土。     

红壤性水稻土稀土元素组分分布与变异性研究

测定了具有代表性的 4种母质发育、3种水育型的红壤性水稻土及起源土壤的∑REE、∑LREE和∑HREE ,分析了其分布特点和剖面变异性 ,表明 :(1)红壤性水稻土的∑REE平均水平和离散性均大于全国水稻土平均水平 :(2 )不同母质发育的供试土壤的∑REE和∑LREE的平均水平依玄武岩母质土壤系列 >石英闪长岩母质土壤系列 >黑云母花岗岩母质土壤系列 >凝灰岩母质土壤系列顺序递减 ;(3 )土壤剖面稀土组分体系的变异程度为 :∑LREE >∑HREE >∑REE ;而在不同水育类型上则依起源土壤、潜育型水稻土、渗育型水稻土、潴育型水稻土顺序增大。 (4 )∑LREE和∑HREE在渗育型水稻土的E层和潴育型水稻土的Br层具有显著的分馏作用     

不同浓度硫酸盐对水稻土中异化铁还原过程的影响

研究不同电子受体之间的竞争关系对揭示厌氧水稻土中微生物作用导致的氧化还原过程变化机理具有重要的理论意义。本研究采用土壤泥浆厌氧培养、人工合成氧化铁体系接种土壤浸提液厌氧培养及接种铁还原菌纯培养等试验方法,通过向培养体系中添加SO24-,探讨了硫酸盐作为竞争电子受体对不同铁还原体系中Fe（Ⅲ）还原的影响。结果表明,在2种水稻土的泥浆培养过程中,Fe（Ⅲ）还原速率均随着SO24-浓度增加而降低,但Fe（Ⅱ）的最终累积量却较对照处理有明显的增加。添加硫酸盐对Fe（Ⅲ）还原速率（k）的影响表现为：石灰性水稻土〉酸性水稻土;而最终Fe（Ⅱ）累积增加率则为：酸性水稻土〉石灰性水稻土。由接种不同水稻土浸提液的培养试验看出,添加SO24-后Fe（Ⅲ）还原受到显著的抑制,但随着培养时间延长Fe（Ⅲ）还原反应依然可以进行,并且Fe（Ⅱ）累积量最终达到与CK相同的水平。在接种铁还原菌的纯培养试验中,添加SO24-对供试的4株铁还原菌的Fe（Ⅲ）还原过程并未产生抑制效应,表明铁还原菌本身并不受硫酸盐的影响。     

不同脱沼泽阶段土壤中铁锰的比较研究

本文以沼泽土、起源于沼泽土的潜育型水稻土和潴育型水稻土系列为研究对象，研究了土壤脱沼过程中铁锰的变化规律。根据铁锰的剖面分布特征、土体和各粒级硅铁率与钛锰率，以及游离铁和活性铁的变化规律，土壤脱沼过程可分为两个阶段：（1）铁锰强烈淋失阶段。脱沼过程初期，土壤有机质含量甚高，且随着有机质分解加速而破坏性有机物如酸、酚类等物质的含量增加，故土壤还原能力增强，加之随着排水而提高了渗漏性，铁锰便强烈淋失。主要是以较粗粒级中的铁锰，特别是以游离态和活性态淋失为主，然后较细粒级中的铁锰亦发生明显淋失。（2）铁锰再淀积阶段。当土壤有机质下降到一定程度之后，还原能力便减弱，铁锰则氧化淀积。主要是以铁锰新生体等游离态形式向较细粒级再淀积。由于长期渍水，阻碍了铁的老化，因而再淀积的铁活性甚高，其活化度达80%以上。     

旱改水对水稻幼苗生长的影响及秸秆的改良作用

本研究以江汉平原旱改水为研究背景,采用土壤盆栽试验和室内淹水培养相结合的方法,以多年水稻土为对照,研究了多年棉田土旱改水及添加秸秆(9 g·kg-1)对水稻幼苗生长和矿质元素吸收的影响以及土壤氧化还原电位和有效态铁、锰、铜、锌含量变化,为旱改水水稻的种植提供参考。结果表明,棉田土旱改水后,水稻幼苗生长缓慢并出现失绿黄化症状,其地上部干重和叶绿素含量仅分别约为水稻土处理的30%和20%。旱改水处理水稻植株Fe含量显著低于、而Cu和Zn含量则显著高于水稻土处理。棉田土旱改水土壤氧化还原电位(Eh)显著高于水稻土;淹水处理10 d,土壤DTPA-Fe含量仅为水稻土的7%左右,而DTPA-Cu和DTPA-Zn含量则分别是水稻土的1.4~2.5倍和1.6~1.8倍。随着淹水时间的延长,棉田土旱改水土壤有效态铁含量逐渐增加,有效态锰、铜和锌含量呈先升高后降低趋势;到淹水处理的第28 d,棉田土旱改水土壤有效态铁、锰、铜和锌含量与水稻土之间的差异逐渐缩小。Fe不足及Cu过量可能是导致旱改水水稻幼苗生长缓慢、失绿黄化的主要原因。旱改水条件下添加秸秆可以降低土壤的Eh值,提高土壤DTPA-Fe含量及降低土壤DTPA-Cu和DTPA-Zn含量,显著提高旱改水初期水稻幼苗叶绿素含量,但对水稻生物量无显著影响。添加秸秆并不能完全消除旱改水对水稻幼苗生长的抑制作用。     

生物炭对水稻土Fe(Ⅲ)还原过程中碳源利用效率的影响

研究以采自吉林和江西的水稻土为供试土壤,采用恒温泥浆厌氧培养方法,探讨添加生物炭和不同有机碳源(葡萄糖、乙酸钠、丙酮酸钠和乳酸钠)条件下土壤泥浆中Fe(Ⅱ)浓度和pH值的变化,采用Logistic模型对Fe(Ⅲ)的还原特征进行了拟合分析。结果表明,添加生物炭可以促进2种水稻土中的Fe(Ⅲ)还原能力。添加生物炭条件下,不同外源有机碳对水稻土中Fe(Ⅲ)还原特征的影响存在差异,在吉林水稻土中,对Fe(Ⅲ)还原的调控能力显著大于江西水稻土。2种水稻土均能较好地利用乳酸盐、丙酮酸盐和葡萄糖还原Fe(Ⅲ),而添加乙酸盐后的Fe(Ⅲ)还原则表现出一定的滞后性。添加乳酸盐处理最大Fe(Ⅲ)还原速率高于其他有机碳源,且达到最大Fe(Ⅲ)还原速率的时间最短,表明乳酸盐是2种水稻土中铁还原过程的优势碳源。添加发酵性的有机碳源可显著影响泥浆培养过程中的pH值,有机碳源对江西水稻土pH的影响明显大于吉林水稻土,表明吉林水稻土中有机碳源对发酵过程产生的氢的利用能力优于江西水稻土。     

光照对水稻土中氧化铁还原的影响

选择不同地区的水稻土样品,采用泥浆厌氧恒温培育方法,在避光和光照条件下,测定了培养过程中土壤泥浆的Fe(Ⅱ)浓度及叶绿素a含量的变化。结果表明:光合微生物的产氧作用是影响水稻土中铁还原的主要原因,而光照对铁还原微生物没有直接影响;光合微生物仅在某些水稻土中大量繁殖,其叶绿素a含量随着光照时间延长由逐渐增加到趋于稳定。通过微生物镜检和光谱分析发现,由天津和四川水稻土中分离的光合微生物主要是念珠蓝细菌(Nostocsp.)和鱼腥蓝细菌(Anabaenasp.),其吸收光谱曲线均具有664 nm的叶绿素a吸收峰,表明其具有利用光合系统Ⅱ进行产氧光合作用的特征。在厌氧培养过程中Fe(Ⅱ)浓度与土壤中叶绿素a含量变化有着明显的负相关关系。     

聚合氨基酸对北方水稻土中氧化铁存在形态的影响

为了解不同类型水稻土中氧化铁含量特征,探明添加外源聚合氨基酸对水稻土中氧化铁形态变化的影响,本研究以中国北方不同类型水稻土(棕壤型、草甸土型和滨海盐渍型)为研究对象,设置添加占供试土壤干重0.05%的γ-聚谷氨酸和聚天冬氨酸处理,以不添加氨基酸作为对照。通过室内恒温厌氧培养30 d后,测定各水稻土全铁、游离氧化铁、无定形氧化铁和络合态铁含量及氧化铁的活化和络合程度。结果表明:供试的北方3种典型水稻土中,游离氧化铁含量为滨海盐渍型草甸土型≥棕壤型,络合态铁含量为棕壤型滨海盐渍型≥草甸土型,而无定形氧化铁含量为棕壤型滨海盐渍型草甸土型。两种外源聚合氨基酸对不同类型水稻土氧化铁形态转化能力影响存在差异,与不添加氨基酸的对照相比,添加γ-聚谷氨酸的棕壤型水稻土无定形氧化铁和络合态铁含量分别增加27.72%和32.25%,聚天冬氨酸对无定形氧化铁和络合态铁含量无显著促进作用;在草甸土型水稻土中,γ-聚谷氨酸和聚天冬氨酸均能显著增加无定形氧化铁含量,且与对照相比,络合态铁含量分别增加136.24%和12.00%;γ-聚谷氨酸能有效促进滨海盐渍型水稻土中无定形氧化铁和络合态铁的生成。总之,添加γ-聚谷氨酸和聚天冬氨酸对水稻土游离氧化铁的含量没有明显影响;而添加γ-聚谷氨酸能有效增加水稻土中无定形氧化铁和络合态铁含量,降低晶胶率,有利于提高土壤中有效铁含量,显著活化铁氧化物,抑制各类型水稻土中铁的结晶老化;而聚天冬氨酸对水稻土无定形氧化铁和络合态铁没有明显的激发效应。     

湖南省水稻土有机碳剖面分布特征及影响因素

【目的】按土壤剖面发生层分析水稻土有机碳剖面分布特征及其影响因素。【方法】通过测定湖南省58个水稻土剖面各发生层土壤有机碳含量,分析水稻土剖面有机碳分布特征,并利用地理探测器解析水稻土有机碳含量空间分异的影响因素。【结果】(1)湖南省水稻土剖面土壤有机碳平均含量为9.30 g kg^-1,其在发生层上的分布表现为耕作层(22.94 g kg^-1)>犁底层(15.09 g kg^-1)>底土层(6.93 g kg^-1)。(2)不同成土母质发育的土壤中,石灰岩风化物发育的水稻土发生层有机碳含量最大;不同质地的土壤中,水稻土各类发生层有机碳含量整体上表现为随粉粒含量的增加而增大。(3)各发生层有机碳空间分布均呈现西南高,东北低的格局。(4)地理探测器结果显示,容重对各发生层水稻土有机碳含量空间分异解释程度最高,且与其他因子交互之后解释力显著增强。【结论】湖南省水稻土有机碳含量在不同剖面发生层存在显著性差异,其空间分布是由多因子交互作用形成的,容重对各发生层有机碳解释力最高。     

添加水铁矿对水稻土N_2O释放及反硝化微生物的影响

水稻土氧化还原状态的变化与N_2O的释放有密切关系。为揭示水稻土中Fe对N_2O释放及反硝化功能微生物的影响,本研究选取第四纪红壤发育的水稻土,设置3个水铁矿添加水平(Fe 0,10,40μmol g~(-1)土)和两个土壤质量含水量(50%,80%)进行土壤培养试验,利用实时荧光定量PCR(real time flourescent quantification polymerase chain reaction,q PCR)和末端限制性片段长度多态性(terminal-restricted fragment length polymorphism,T-RFLP)分析技术开展研究。结果表明,N_2O排放速率升至高峰期的过程中,外源铁处理尤其是添加高量铁(40μmol g~(-1))处理导致硝态氮含量显著高于对照,而N_2O排放速率却明显低于对照;然而,高峰期后添加高量铁处理却维持了较对照显著高的N_2O排放速率;与此同时,添加水铁矿对硝酸还原酶基因(narG)和氧化亚氮还原酶基因(nosZ)丰度的影响表现出与N_2O排放相同的趋势,即N_2O排放速率升至高峰期的过程中,外源铁处理明显抑制了反硝化微生物的生长与繁殖,而高峰期后外源铁对反硝化微生物的抑制作用不明显。因此,水稻土中添加Fe(Ⅲ)对N_2O释放影响的主要原因可能是前期抑制了反硝化功能微生物的种群数量,从而减少了硝酸根的还原和N_2O的产生,而后期由于反硝化微生物数量的恢复和NO_3~-等含氮化合物的残留,使得外源铁处理的N_2O释放量明显高于对照。     

水稻和两种野生植物对酸性硫酸盐土耐性及矿质元素吸收

酸性硫酸盐土是发育于还原性硫化物成土母质的一种恶劣土壤类型,虽然其分布区气候条件十分有利于水稻生长,但由于土壤条件限制,水稻生产潜力难以发挥。为筛选出适应该土壤的水稻品种,在酸性硫酸盐土(pH 3.69)上种植了240个水稻品种,但是所有水稻品种均未获得经济产量,却发现两种野生植物在该土壤中生长茂盛。经形态和分子鉴定,两种野生植物为野荸荠(Eleocharis kuroguwai)和五棱飘拂草(Fimbristylis quinquangularis)。进一步分析了水稻和两种野生植物的根际和非根际土壤性质、根部和地上部矿质元素含量。结果表明,根际土壤pH、交换性铝和有效锰含量不能解释水稻和两种野生植物耐性差异,锰毒和缺氮亦不是酸性硫酸盐土限制植物生长的关键因子,而植物地上部矿质元素含量与植物耐性差异相关。铝毒、铁毒和较低的养分(磷、钾、钙、镁)吸收是酸性硫酸盐土中水稻生长不良的主要因子。相反,两种野生植物对铝毒和铁毒的耐性较强,对养分吸收能力较强,所以生长良好。     

水稻土中铁氧化还原循环的光照水分效应

水稻土中铁的氧化还原循环与CO2和CH4排放关系密切。采用恒温厌氧培养试验分别在黑暗、光照条件下研究了不同水分状况对水稻土中铁氧化还原过程、水溶性碳含量及CO2和CH4排放的影响。结果表明,水分和光照是调控土壤铁氧化还原过程及其耦合的碳转化过程的关键环境因子。避光时增加含水量缩短铁还原最大速率出现的时间,促进CH4排放。光照条件下含水量小于50%时增加含水量可促进亚铁的再氧化,大于50%时则抑制了亚铁的再氧化。避光时增加含水量可增加体系的水溶性无机碳含量(WSIC),WSIC与CH4的排放存在显著正相关关系。光照可显著降低体系的WSIC,降低幅度随含水量的增加而增大。在含水量25%～200%范围内,光照可使CO2和CH4排放量分别降低95.80%和96.08%。     

水稻土的发生和类型

水稻土是各种母质(前身)土壤经淹水种稻后进行的一系列物理、化学、生物作用的产物。水稻土既继承其母质土壤的若干性质,又受水稻土发育过程的影响,水稻土的发育愈老,这种影响表现得愈为深刻。     

水稻土和潮土中铁锰氧化物形态与稀土元素地球化学特征之间的关系研究

稀土元素在土壤中的含量和分馏特征对它们在环境中的分布、迁移、转化、归宿以及生态效应都有重要的影响。铁锰氧化物矿物的表面作用已被认为是表生环境中元素活化迁移和污染的重要机制之一。本研究以亚热带北端的长江三角洲地区和亚热带南端的珠江三角洲地区的典型水稻土和潮土剖面为例,探讨了铁锰体系对土壤稀土元素含量和地球化学分馏的影响。研究结果表明:铁锰氧化物中以晶质态氧化铁与土壤稀土元素的结合作用为主,并且对潮土的作用要比水稻土更为显著。游离态氧化铁对水稻土Ce富集和Eu亏缺均有积极贡献;锰氧化物可能会通过对二价Eu的氧化而减少其在土壤中的亏缺程度。水稻土和潮土中稀土元素在剖面中的分馏程度也受到铁锰氧化物含量的影响,低含量的铁锰氧化物会使不同发生层之间稀土元素的分馏差异增大。Eu在铁游离度高的南亚热带水稻土中会通过还原并随Sr元素一起淋失。     

长期施用有机肥对紫色水稻土铁锰铜锌形态的影响

以长期定位试验为基本材料 ,研究了 9年连续施用有机肥对紫色水稻土铁、锰、铜、锌形态的影响。结果表明 ,有机肥是土壤铁、锰、铜、锌的良好给源。紫色水稻土长期施用有机肥与单施化肥比较 ,土壤中的全铁、全锰变化不大 ,全锌提高了 5.5%～ 30.0% ,交换态铁、碳酸盐结合态铁、有机态铁、无定形结合态铁分别提高了1.5%～12.7%、2.4%～8.9%、11.6%～19.5%、32.5%～72.5%。锰、锌的各形态数量均有不同程度的增加。同时 ,长期施用有机肥增大了土壤铜的消耗 ,全铜含量有下降的趋势。     

广东不同母质水稻土供钾特性的评价

应用生物耗竭法并结合模拟试验综合评价了广东5种主要母质发育水稻土的供钾特性。研究结果表明:(1)2mol/L冷HNO3法提取的有效钾与水稻吸钾量间的相关性最好,建议用2mol/L冷HNO3法提取的钾来评价土壤的供钾状况。(2)1mol/L沸HNO3法提取的非交换性钾含量在耗竭后高于耗竭前的水平,与水稻吸钾量相关性很小或呈负相关,不适宜用来评价耗竭土壤。(3)广东5种主要母质发育的水稻土供钾能力大小顺序为:三角洲沉积物发育水稻土>花岗岩发育水稻土>砂页岩发育水稻土>石灰岩发育水稻土>玄武岩发育水稻土。该试验结果可供水稻合理施用钾肥作参考。