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。     

有机酸对三峡库区消落带土壤无机磷形态转化和有效性的影响

以三峡库区分布最广的紫色潮土、灰棕紫泥为对象,采用室内土柱模拟淋洗试验,研究了淋溶液中3种简单有机酸(草酸、柠檬酸和酒石酸)对三峡库区2种典型土壤无机磷形态转化及有效性的影响。结果表明:紫色潮土和灰棕紫泥2种土壤中磷均以Ca10-P为主,分别占无机磷总量的48.93%和28.20%,活性磷(Al-P、Fe-P、Ca2-P和Ca8-P)总量分别占无机磷总量的13.12%和36.91%。添加50mg/kg的外源无机磷经陈化后,磷主要向Al-P形态转化,2种土壤中Al-P分别增加了1.49倍和0.71倍,活性磷总量分别占无机磷总量的19.53%和43.51%。淋溶过程中,有机酸的存在对于土壤无机磷形态转化具有显著影响,有机酸促进了土壤磷向高活性形态转化,从而增加了土壤磷的淋出风险。灰棕紫泥土壤上,草酸、柠檬酸和酒石酸添加量同Fe-P和Ca10-P呈极显著负相关关系[r(Fe-P)分别为-0.938,-0.865,-0.935,r(Ca10-P)分别为-0.933,-0.896,-0.916,P0.01,N=12],有机酸对Fe-P和Ca10-P的活化效应显著。2种土壤有机酸对无机磷的活化能力为灰棕紫泥紫色潮土。灰棕紫泥上,草酸和酒石酸处理土壤有效磷与Fe-P和Ca10-P之间呈极显著负相关(r≤-0.795,P0.01,N=12),而柠檬酸处理下灰棕紫泥有效磷与各形态无机磷之间的相关性规律不明显。     

外源低分子量有机酸对土壤中钙素迁移特征的影响

论文采用室内土柱模拟的方法,研究了草酸和柠檬酸2种外源低分子量有机酸对土壤中钙素迁移特征的影响。研究结果表明:添加草酸在淋溶前期抑制了土壤钙素的淋失,在后期则促进了土壤钙素的淋失;添加柠檬酸则极大地促进了土壤钙素的淋失。增加2种低分子量有机酸的浓度均可促进土壤中钙素的淋失。对土壤钙素淋失的作用为柠檬酸草酸。其中添加草酸和柠檬酸解离产生的H+对钙素的淋失影响相对较大。施入2种有机酸后促进了钙素的淋失,减少了土柱剖面土壤全钙的含量,但淋洗后仍增加了土壤剖面有效钙的含量。     

三峡水库消落带典型土壤中磷的形态转化特征

以消落带的3种典型土壤为研究对象,通过室内模拟培养,探讨外源磷在不同土壤中的形态转化特征及其与磷活性的关系。结果表明:随外源磷添加量的增加,各种磷形态的增幅因土壤种类不同而异;相同外源磷添加量下,紫色潮土和棕紫泥向有机磷(OP)的分配比例比矿质黄泥高,棕紫泥和矿质黄泥向无机磷(IP)的转化趋势比紫色潮土明显,铁/铝磷(Fe/Al-P)和钙磷(Ca-P)均以矿质黄泥的增幅最大;添加200mg/kg磷达到分配平衡后,3种土壤中磷均以IP为主要形态,占总磷(TP)的64%~80%,IP均以Ca-P为主要形态,约占TP的54%~69%,而Fe/Al-P形态所占比例较低;随外源磷添加量的增加,有效磷(Olsen-P)含量呈非线性增加,当外源磷添加量50mg/kg时,土壤Olsen-P达到极限阈值,紫色潮土和棕紫泥的极限阈值接近或高于土壤磷淋失突变点(25mg/kg);各形态磷对于Olsen-P的贡献因土壤种类不同而异,紫色潮土以OP的直接正向贡献最大,棕紫泥的各形态磷贡献相近,而矿质黄泥则以Fe/AlP的直接贡献最大。     

几种低分子量有机酸淋溶对土壤铝、硅及盐基离子淋失的影响

采用50cm原状土柱进行模拟淋溶实验,比较研究了模拟酸雨和几种低分子量有机酸对红壤Al、Si及盐基离子淋失的影响。结果表明,模拟酸雨淋洗后土壤中有极少量的Al和一定量的Si及盐基离子淋出。与去离子水对照相比,pH3.5和pH4.5模拟酸雨处理Si的淋出总量分别增加了6.52%和3.26%;K 、Na 、Ca2 和Mg2 等盐基离子淋出量增加了2.41%~96.80%。100μmol/L的柠檬酸、苹果酸和草酸处理Al、Si的淋出量与模拟酸雨处理相差不大,而10mmol/L的柠檬酸、苹果酸和草酸处理则比模拟酸雨处理有显著的增加。有机酸淋洗后淋出液中各盐基离子含量均要高于模拟酸雨处理,盐基离子淋出总量是模拟酸雨处理的1.58~9.27倍。实验结果说明低分子量有机酸在酸化土壤方面比酸雨有更大的威胁。由于盐基离子的大量淋失,模拟酸雨和有机酸淋洗后淋出液pH均要高于原淋洗液pH。     

低分子量有机酸对褐土盐基离子淋失的影响

低分子量有机酸能够活化土壤养分,同时也能够与钙、镁形成沉淀,进而影响着养分物质转化过程。为进一步探讨低分子有机酸对石灰性土壤盐基离子的影响,本文采用土柱模拟淋溶试验,以褐土为研究对象,研究了柠檬酸和草酸对褐土盐基离子淋失的影响。研究结果表明:添加两种低分子量有机酸淋洗土壤后,土壤淋出液的电导率均增大,K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的淋失总量均增加,最高达到27.734 mmol,为对照的14倍,作用效果柠檬酸草酸。柠檬酸处理显著降低了土壤的pH,最多比对照降低了0.9个pH单位。且持续时间较长,至处理后的第30天,仍对Ca~(2+)、Mg~(2+)表现出较强的活化作用。对于同一种低分子有机酸来说,酸的浓度越高,活化能力越强。研究结果将为石灰性土壤合理施肥提供一定的理论依据。     

模拟酸雨对赤红壤磷素及Ca2+，Al3+，Fe2+淋失特征的影响

本研究通过室内土柱试验,研究了不同强度和持续时间的模拟酸雨淋溶下,赤红壤磷素淋失量及部分阳离子（Ca2+、Al3+、Fe2+）的释放程度和特征。结果表明:经pH 2.0、pH 3.0、pH 4.0、pH 5.0模拟酸雨持续淋溶 34 d后,淋溶液pH值变化并不明显（＞0.05 ）,而对Ca2+、Fe2+的溶出有显著的促进作用,Ca2+、Al3+、Fe2+ 溶出量均随 pH 值的降低而升高,Al3+ 和 Fe2+ 淋失量在pH 2.0时均有骤增现象。随淋溶时间的增加,土壤可溶态磷的淋失量表现为先增加后逐渐降低;随着pH值的降低,土壤磷淋失总量也表现为先增加后降低,pH4.0的酸雨有助于促进土壤磷的释放,pH＜4.0时土壤磷的淋失减少。相关分析发现淋溶液中磷淋失总量与Al3+和Fe2+溶出量均呈显著负相关（r1=0.6531, r2=0.5107）,和Ca2+总溶出量相关关系不显著（r3=0.1287）,表明高强度酸雨降低了土壤磷淋失量可能与酸雨作用导致活性铁、铝的大量释放,增加了磷的活性吸附点位,从而增加了对磷酸根离子配位吸附与固定有关。     

重庆市几种主要土壤有机质化学稳定性研究

采用高锰酸钾和双氧水氧化法,研究比较重庆市6种不同类型土壤有机质的抗氧化稳定性。结果表明:(1)采用KMnO4氧化法评价土壤有机质化学稳定性应控制适宜的氧化剂浓度,KMnO4浓度<0.1mol/L时,主要氧化土壤中的易氧化有机组分,浓度为0.3mol/L的KMnO4可较好地反映土壤有机质的抗氧化能力差异,6种土壤有机质抗氧化能力高低顺序为缙云山黄壤腐殖层>紫色潮土>嘉陵江沿岸冲积土>灰棕潮土>矿质黄泥>灰棕紫泥紫色土。(2)土壤有机质的化学稳定性与pH、有机质含量、<0.001mm粘粒含量以及全氮、速效氮、速效磷含量均存在明显的相关性,其相关特性在KMnO4高、低浓度时表现不同。(3)双氧水氧化法可较好地反映不同土壤密度分级土壤有机质的抗氧化稳定性,灰棕潮土、紫色潮土和矿质黄泥均随酸度增大而提高;灰棕潮土和紫色潮土轻组有机质(LFOM)抗氧化能力明显高于重组有机质(HFOM);矿质黄泥和缙云山黄壤腐殖层LFOM和HFOM抗氧化能力无明显差异;研究发现农地土壤其有机质氧化率随酸度增加而连续提高,但林地土壤有机质氧化率变化幅度较小,均小于50%。     

外源磷在三峡库区典型土壤中的活性演变及形态转化

三峡库区消落带土壤周期性淹水—出露对磷素迁移循环和水体负荷具有重要影响。以三峡库区消落带广泛分布的紫色潮土和灰棕紫泥土为对象,通过室内模拟培养实验,探讨不同饱和度外源磷在两种土壤中的活性变化与形态转化特征。结果表明:(1)外源磷进入土壤后,表征土壤磷活性的有效磷(Olsen-P)含量及磷素释放能力呈指数型衰减,可用指数方程C_t=ae~(-kt)+b拟合,拟合度均在94%左右。(2)外源磷在灰棕紫泥土中较在紫色潮土中能够保持更高的活性,同时也具有更高的渗漏淋失与释放风险。50%Q_m(最大吸附量)是两种土壤Olsen-P与磷素平衡解吸量的突变点,当磷素吸持饱和度≥50%时,土壤磷活性与渗漏淋失风险将明显增大。(3)Olsen-P与磷释放量在p0.01水平上呈显著正相关,两者可用线性方程良好拟合,因此可用Olsen-P含量表征土壤磷素释放潜势。(4)外源磷进入土壤后,主要转化为活性较高的Ca_2-P和Ca_8-P,约占施入量50%~60%;其次是Al-P和Fe-P,约占施入量的30%左右,闭蓄态磷(O-P)和Ca_(10)-P变化不明显。(5)Ca_2-P是决定Olsen-P和磷素解吸能力的主要形态,对两者均起正向直接作用。     

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。     

三峡水库消落区土壤胶体对Cd在土壤中迁移的影响

选取三峡水库消落区典型土壤,即紫色土、黄壤、紫色潮土和灰棕潮土为研究对象,以相应土壤胶体、蒙脱石矿物的10 mg/L Cd(NO3)2淋洗液分别淋洗土柱,研究了水分散态胶体对镉在土柱中迁移的影响.添加上述胶体的镉淋洗液,在紫色土、黄壤、紫色潮土和灰棕潮土土柱中镉迁移量分别是对照的1.18～4.96,1.05～2.37,1.10～4.33,1.03～3.33倍.结果表明胶体能够促进镉离子在土层中的迁移,其迁移能力遵循紫色土胶体≥紫色潮土胶体＞灰棕潮土胶体＞蒙脱石胶体＞黄壤胶体的规律.由此得出,胶体吸附态镉的迁移能力取决于胶体类型和土柱性质.     

有机酸对合成磷源施入石灰性潮土后速效磷动态变化的影响

以郑州市石灰性潮土为材料，加入不同磷源和不同有机酸进行培养，培养周期内测定速效磷含量，研究草酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、腐殖酸5种有机酸对合成磷源施入石灰性潮土后速效磷动态变化的影响。结果表明，不同合成磷源施入土壤中都会使土壤中速效磷含量增加，而后随时间的推移，速效磷含量迅速下降，大约30～45d后趋于稳定；供试有机酸能明显减弱速效磷含量随时间而降低的趋势，使得土壤速效磷含量在较长的一段时间内保持较高的水平；有机酸对石灰性潮土速效磷动态变化影响能力因有机酸种类和性质的不同而不同，其作用能力大小顺序为草酸，腐殖酸〉柠檬酸，苹果酸〉酒石酸。     

连续淋洗对山东省主要土壤磷素有效性及磷库的影响

研究采取室内模拟降雨淋洗的方法,研究了连续淋洗对山东省3大土类磷素有效性和磷库的影响。结果表明,3种土壤的磷淋失量均随着供磷水平的提高而升高。3种土壤出现磷淋失量峰值的时间有着明显差异,褐土施磷处理的磷淋量峰值分别出现在第3 d,4 d和5 d;而潮土高磷和低磷处理的磷淋洗最高值分别出现在第2 d和3 d;而棕壤不同施磷处理的磷淋洗高峰值均出现在第2 d。在相对较低的施磷水平下（P3以下）,3大土类的速效磷含量基本均保持在20μg/g左右,再提高供磷水平,褐土和棕壤的土壤速效磷含量随施磷量的增加显著升高,而潮土的速效磷含量则随着施磷量的增加先升高后降低。在3大土类中,全磷含量最高的是褐土,其次是潮土,再次是棕壤。在淋洗条件下,褐土的土壤磷库相对变化不大,而潮土和棕壤的磷库则随施磷量的变化有着较大的起伏。因此,施磷水平控制在P3水平（180 kg P/hm^2）,3大土壤的磷淋失量较低,土壤速效磷变化不大,有利于减少土壤磷素淋失到水体的风险,也保证了土壤磷的供应能力。     

连续淋洗对山东省主要土壤磷素有效性及磷库的影响

研究采取室内模拟降雨淋洗的方法,研究了连续淋洗对山东省3大土类磷素有效性和磷库的影响。结果表明,3种土壤的磷淋失量均随着供磷水平的提高而升高。3种土壤出现磷淋失量峰值的时间有着明显差异,褐土施磷处理的磷淋量峰值分别出现在第3 d,4 d和5 d;而潮土高磷和低磷处理的磷淋洗最高值分别出现在第2 d和3 d;而棕壤不同施磷处理的磷淋洗高峰值均出现在第2 d。在相对较低的施磷水平下(P3以下),3大土类的速效磷含量基本均保持在20μg/g左右,再提高供磷水平,褐土和棕壤的土壤速效磷含量随施磷量的增加显著升高,而潮土的速效磷含量则随着施磷量的增加先升高后降低。在3大土类中,全磷含量最高的是褐土,其次是潮土,再次是棕壤。在淋洗条件下,褐土的土壤磷库相对变化不大,而潮土和棕壤的磷库则随施磷量的变化有着较大的起伏。因此,施磷水平控制在P3水平(180 kg P/hm2),3大土壤的磷淋失量较低,土壤速效磷变化不大,有利于减少土壤磷素淋失到水体的风险,也保证了土壤磷的供应能力。     

低分子量有机酸对红壤无机磷活化的作用

采用室内模拟试验研究了低分子量有机酸,如草酸、柠檬酸、酒石酸和苹果酸在红壤无机磷活化中的作用。结果表明,相同浓度下,有机酸活化土壤磷的能力为柠檬酸酒石酸苹果酸。低浓度(0.5mmolL-1)时,草酸活化能力最小;高浓度(≥5mmolL-1)时,其活化能力最大。对同一种有机酸而言,土壤各无机磷形态活化量均随pH的升高而降低;且在同一酸度下,其活化量以铝磷(Al-P)为最多,铁磷(Fe-P)和钙磷(Ca-P)次之,闭蓄态磷(O-P)则最少。有机酸活化土壤无机磷酸盐应该是质子酸效应和有机酸阴离子络合效应共同作用的结果,且与磷酸盐的溶度积常数密切相关。研究结果对根系土壤无机磷素循环研究有着重要的意义。     

低分子量有机酸对土壤磷释放动力学的影响

模拟植物在缺磷条件下,根系所分泌的有机酸种类和数量,用流动法研究了柠檬酸,苹果酸,草酸和酒石酸对土壤磷释放的影响。结果表明：有机酸能明显促进土壤中磷的释放,不同有机酸对石灰性土壤活化能力大小的次序为草酸≥柠檬酸〉苹果酸〉酒石酸;而对酸性土壤磷的释放量与Ｆｅ＋Ａｌ释放量之间呈极 相关,有机酸活化土壤磷能力大小的次序为柠檬酸〉草酸〉酒石酸〉苹果酸。     

低分子量有机酸对石灰性潮土无机磷形态转化的影响

无菌培养条件下,模拟缺磷胁迫时植物根系分泌的低分子量有机酸种类和数量,采用石灰性土壤无机磷分级方法,研究了低分子量有机酸对石灰性潮土无机磷形态转化的影响。结果表明:①在石灰性潮土中无机磷主要以有效性较低的磷酸钙盐(Ca10-P等)形式存在,而有效性较高的形式(Ca8-P等)含量较少,Ca2-P就更少。②有机酸通过结合土壤中可以使磷固定的Ca、Fe及Al,致使根际范围酸化,促进磷酸盐的形态转换,增加磷的有效性。这种促进能力因有机酸种类和性质的不同而异,其促进能力大小顺序为草酸>柠檬酸>酒石酸。     

低分子量有机酸对紫色母岩中钾释放的影响

采用4种浓度为0.05mol/L的低分子量有机酸溶液分别浸提4种紫色母岩风化碎屑和2种紫色土3000h研究其钾的释放规律。结果表明,与纯水浸提相比,0.05mol/L的草酸、酒石酸、柠檬酸以及苹果酸4种低分子量有机酸溶液都能明显促进6种供试样中钾的释放,释放量提高0.3～15.2倍。4种有机酸活化6种供试样中钾的能力以草酸柠檬酸酒石酸苹果酸。侏罗纪沙溪庙组紫色泥岩、沙岩和侏罗纪遂宁组紫色泥岩以及灰棕紫泥4种土壤(或岩样)中钾的释放过程在3000h内用Elovich、双常数、抛物线、一级扩散和双曲线方程等5种动力学方程拟合,结果除一级扩散方程较差外,其它4种方程拟合的相关系数r=0.5988～0.9966(r0.01=0.6055),以双常数方程拟合效果最佳。拟合方程中常数b值可表征钾的释放速度。     

紫色水稻土硅有效性的研究

通过田间试验和土壤培养试验研究了紫色水稻土有效硅含量的概况，影响因素及施硅效应。结果表明，紫色水稻土施硅肥有不同程度的增产效应，增产幅度〉１０％的土壤占５５％。土壤有效硅含量为红紫泥田〈灰棕紫泥田〈红棕紫泥田。     

3种有机酸对伴矿景天修复效率及土壤微生物数量的影响

伴矿景天(Sedumplumbizincicola)是一种Cd和Zn的超积累植物,常用于Cd污染土壤的植物修复。有机酸能够提高土壤重金属的有效性,促进植物对重金属的积累,对重金属污染土壤的植物修复效率具有强化作用,并对土壤微生物数量有重要影响。以河潮土和红黄泥为供试土壤,探讨了乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸、草酸对伴矿景天修复效率和土壤微生物数量的影响。结果表明,有机酸能显著提高土壤有效态Cd含量,柠檬酸处理的效果最好,河潮土和红黄泥中有效态Cd含量较单种伴矿景天分别增加72.73%,12.99%(P<0.05);伴矿景天地上部Cd含量在河潮土和红黄泥中以EDTA处理最高,在河潮土和红黄泥中分别比单种伴矿景天增加99.24%和33.32%;与单种伴矿景天相比,添加有机酸处理河潮土和红黄泥中伴矿景天修复效率显著提高。添加有机酸比单种伴矿景天显著增加土壤中微生物数量,其中柠檬酸处理河潮土中细菌和真菌数量分别增加34.38%和68.42%(P<0.05),草酸处理红黄泥中放线菌数量增加150.00%。研究结果可为重金属污染土壤的植物强化修复提供理论支撑。