基于不同分析方法研究磷酸根在矿物表面吸附机制的进展

磷素是植物生长必需的营养元素,也是联系生态系统中生物与非生物作用的关键元素。对磷酸根在矿物表面吸附反应机制的深入认识,有助于了解其在陆地和水环境中的形态、迁移、转化和生物有效性。本文主要综述了磷酸根在常见(土壤)矿物表面吸附机制的研究进展。各种分析技术或方法,如OH–释放量分析、Zeta电位分析(电泳迁移率测试)、等温滴定量热法、原子力显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱、核磁共振波谱、X射线吸收光谱、表面络合模型、量子化学计算等,均以不同方式揭示磷酸根在不同矿物体系的吸附机制。磷酸根在矿物(尤其是铁、铝氧化物)表面的吸附通常伴随着水基和羟基的交换。一般认为磷酸根在矿物表面主要形成双齿双核、单齿单核内圈络合物,且受pH的影响较大。pH以及磷酸根在矿物表面的吸附密度影响内圈络合物的质子化状态。在低pH、高磷浓度、较高反应温度、较长吸附时间,以及弱晶质矿物吸附等条件下矿物表面吸附的磷可在矿物表面转化形成含磷的表面沉淀,造成矿物溶解转化以及磷生物有效性的进一步降低。最后展望了磷酸盐在矿物-水界面吸附有关的研究热点和方向。     

栖霞市苹果园氮磷养分平衡及环境风险评价

栖霞市是中国最主要的苹果产区之一,近年来果园单位面积养分的大量投入造成了区域氮、磷元素的过量富集,进而对当地的土壤、水资源、大气等环境要素造成一定的污染。因此,了解苹果主产区施肥现状,并科学评价其环境风险具有重要的现实意义。以栖霞市为研究区域,通过实地调研、田间试验、室内模拟等方法,分析了苹果园氮磷养分的输入量及输出量,进而构建养分平衡模型,对区域环境风险进行了综合评价。研究结果表明:1)2018年栖霞市苹果园养分投入量为:有机质5360.28 kg/hm^2,N 545 kg/hm^2,P2O5568.76 kg/hm^2,K2O 712.57 kg/hm^2;2)氮素的气态损失、果实及枝条带走量各占输入总量的6.49%、24.34%、3.12%,盈余率达66.04%(402.97 kg/hm^2);磷素被果实和枝条带走量分别占输入总量的12.33%和2.55%,盈余率达85.12%(484.75 kg/hm^2);栖霞市氮、磷盈余量均超出环境安全的阈值,分别属于中风险和高风险范围。因此,在保证果园产量与品质的前提下,适当减少化肥使用量、逐步建立水肥一体化的果园施肥模式、提升果农科学的管理经验,应成为果园可持续发展的主攻方向。     

含Ni六方水钠锰矿的表征及其对Pb 2+ (Zn2+)环境行为的影响

六方水钠锰矿是土壤中普遍存在、活性最强的氧化锰矿物。它常常富集各种过渡金属如Ni等,对其地球化学行为具有重要影响。在六方水钠锰矿形成过程中加入Ni2+,Ni以+2价存在于矿物中。进入水钠锰矿结构中的Ni大部分以[NiO6]八面体形式存在于层内;部分Ni存在于八面体空位上下方。含Ni水钠锰矿沿c轴方向堆叠锰氧八面体层数逐渐减小,而a-b板面晶体大小没有明显变化,即层片状晶体逐渐变薄,比表面积显著增大。随着Ni含量的增加,水钠锰矿结构中锰氧八面体空位数减少,而层边面吸附位点数基本保持不变,其对重金属离子(Pb2+/Zn2+)吸附去除能力逐渐降低。本文为明确过渡金属离子(Ni)对土壤中氧化锰矿物的形貌、结构及其性质的影响提供了参考。     

中南地区几种土壤的表面电荷特性Ⅲ.土壤的电荷量,电荷零点(PZC)和净电荷零点(PZNC)

研究了中南地区3种土壤的电荷量、电荷零点(PZC)和净电荷零点(PZNC)等表面电荷性质及其与土壤矿质组成的关系.结果表明:(1)从赤红壤、红壤到黄棕壤,永久负电荷量(CECp)趋于增大,主要与土壤的粘土矿物组成和粘粒含量有关;可变负电荷量(CECv)变异趋势不明显,主要与土壤氧化铁铝的组成及含量有关;可变负电荷量占负电荷总量的比例趋于降低;正电荷量趋于减小.(2)供试赤红壤、红壤和黄棕壤的PZC分别为3.90、3.35～3.50和2.96～3.12;赤红壤和红壤的PZNC分别为3.85和2.15～2.84,黄棕壤不存在PZNC.(3)初步提出可变电荷土壤表面电荷性质的指标为:PZC>3.0、PZNC>2.0、PZC朠ZNC<1.0和CECv/CEC8.2>0.4.     

12个饲用芭蕉芋品种(材料)比较试验

为培育饲用型芭蕉芋新品种,满足畜牧业发展的需求,2014~2015年从全国收集的芭蕉芋种质资源中筛选11个芭蕉芋品种(材料),以兴芋1号作对照,进行2 a的品比试验。结果表明:QC22植株高大,茎粗,叶片大,生育期较短,出苗较快且整齐,属于早熟品种;QC22产量最高,2 a茎叶及块茎平均产量达到96 300 kg/hm2,比对照增产29.7%;其次是QC53,比对照增产21.4%。农艺性状综合评价结果表明,QC22可作为青饲料栽培。     

有机无机肥配施对小麦产量及土壤质量的影响

为研究化肥减量配施有机肥对小麦生长和土壤质量的影响,筛选适宜小麦品种新冬42号生长的有机肥和化肥配比,设置常规化肥减量25％配施有机肥(CF+M25)、常规化肥减量50％配施有机肥(CF+M50)、常规化肥减量75％配施有机肥(CF+M75)、常规化肥(CF)、空白对照(CK)等5个处理,进行田间小区试验,分析有机无机肥配施对小麦产量和土壤质量的影响.结果表明,有机氮配施比例为50％时,能促进小麦增产且有效降低化肥施用量,冬小麦达到最大产量的最佳无机氮配比理论值为21.3％;M处理与CF、CK处理呈显著性差异,比对照增加17.02％,比纯化肥增加10.68％;碱解氮含量排序为CF+M50>CF+M25>CF>M>CF+M75;CF处理有效磷积累量高于有机肥配施处理,比对照高出29.37％.与对照相比,施肥处理增加了小麦产量,改善了土壤质量,与单施化肥相比,有机无机肥配施可有效增加土壤有机质含量,稳定小麦产量.     

华中地区水旱轮作酸性土磷、铁形态转化及机理

为探讨华中地区水旱轮作体系酸性土壤磷与铁的形态转化以及磷生物有效性变化,本研究于2018年和2019年水稻收获后采集该区域典型酸性红壤（低磷铁比）和黄棕壤（高磷铁比）,采用张守敬-杰克逊无机磷分级方法和梯度扩散薄膜（DGT）技术,对干湿交替培养样品磷形态、生物有效性磷（DGT-P）与铁（DGT-Fe）、Fe（Ⅱ）及无定形氧化铁（Fe_ox）等进行定量分析。结果表明：淹水过程中黄棕壤和红壤pH逐渐升高趋于中性;二者氧化还原电势（Eh）在淹水期间降低,土壤环境呈明显的还原条件。淹水过程黄棕壤和红壤中Fe²⁺与Fe_ox均增加,干燥后均明显降低。黄棕壤与红壤磷形态以铁结合态磷（Fe-P）与闭蓄态磷（Oc-P）为主,干湿交替过程中黄棕壤Oc-P向Fe-P转化,红壤Fe-P向Oc-P转化。在水-土界面以下120 mm土壤垂直剖面内,黄棕壤DGT-P和DGT-Fe释放水平先增加后减少;红壤DGT-Fe增加,DGT-P减少,黄棕壤P和Fe的同步释放相关性更显著。研究表明,干湿交替条件下酸性土壤磷形态主要是Fe-P与Oc-P之间转化,低P/Fe红壤以磷闭蓄化为主,高P/Fe黄棕壤Fe-P增加,以铁吸附磷为主;淹水导致DGT-P含量增加,生物有效性增加;干燥过程磷闭蓄化加深,但磷有效性并无明显降低,这与土壤磷水平有关。     

蚕沙发酵过程及营养元素变化研究

蚕沙发酵过程中pH值始终处于碱性状态,发酵开始后温度升高,1周后温度开始下降,并一直维持在40℃以上。发酵过程中有机质略有升高,全氮含量缓慢升高,C/N基本不变,有效氮含量降低后回升,全磷和全钾含量逐渐升高,有效磷和有效钾含量也随之逐步升高。从发酵阶段上看,新鲜蚕沙发酵1周后,发酵物温度在50～60℃,桑叶明显腐烂,但桑杆没有变化。发酵30d后,颜色变暗,嫩桑杆腐解,温度在45℃左右,蚕沙结块,微生物区系中有明显的优势种群,恶臭气味。发酵45 d后,温度在40℃左右,嫩枝条腐解,粗枝条不能腐解,颜色变黑,恶臭气味明显减少。发酵2个月后,温度下降为40℃以下,粗枝条未能腐解,蚕沙转化为块状物或者粉状物,恶臭消失,颜色黑,质地粘稠细腻,达到腐熟状态。通过肥料加工,制得3种肥料即粉状有机肥、精制有机肥和生物有机肥。     

乳化植物甾醇对雄性日本鹌鹑生长性能及相关激素水平的影响

为研究乳化植物甾醇对雄性日本鹌鹑(Coturnix coturnix japonica)生产性能、胰岛素样生长因子1(IGF-1)和肾上腺皮质酮水平的影响,将100只体质量为(70±4)g的26日龄雄性日本鹌鹑分为4组,每组5个重复,每只鹌鹑每天灌喂含0、0.1、0.2和0.4 mg.mL-1植物甾醇的乳化液0.2 mL。21 d后,采食量、体质量增加和饲料转化率均无显著变化(P>0.05),但饲料转化率随植物甾醇灌喂量的提高呈下降趋势。植物甾醇乳化液均显著提高了鹌鹑血清中的IGF-1含量(P<0.05),但不影响皮质酮水平(P>0.05),血清丙二醛(MDA)含量也无显著变化(P>0.05)。0.04和0.08 mg.d-1植物甾醇显著降低了血清总胆固醇(TC)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平(P<0.05)。结果提示:植物甾醇能显著上调雄性日本鹌鹑IGF-1水平从而对其生产性能产生潜在影响。     

几种土壤铁锰结核对Cr(Ⅲ)的氧化动力学特性

以几种土壤铁锰结核为试验材料 ,采用流动法 ,用权函数方程、抛物线方程、Elvoich方程及一级方程模型对锰矿物氧化Cr(Ⅲ )的动力学过程进行了研究 ,结果表明上述方程拟合的相关系数均达到显著水平 (P <0 .0 5 ) ,并且以权函数方程和抛物线方程拟合所得的标准差较小 ,由该氧化反应先吸附再氧化的反应机理、拟合方程的特性 ,表明氧化锰氧化Cr(Ⅲ )的反应过程受Cr(Ⅲ )和Mn2 + 的扩散、氧化锰表面覆盖度等因素影响。拟合权函数的k和A值表明其反应先快后慢 ,且锰矿物类型不同 ,初始反应速率有差异 ;随着温度的升高 ,Cr(Ⅲ )的氧化速率增加。