外源碳酸钙和稻草对喀斯特地区土壤活性有机碳的影响

为了解喀斯特土壤活性有机碳在土壤有机碳周转中的特征,设置在干土中添加14C–稻草(每1 g干土添加500μg C)、14C–CaCO3粉末(每1 kg干土添加50 g C)和不添加任何外源物(CK)3种处理,对广西环江县2种典型类型土壤棕色石灰土、黑色石灰土和地带性红壤进行为期100 d的室内培养试验。结果表明,添加14C–稻草和14C–CaCO3后5 d,红壤、棕色和黑色石灰土中土壤总微生物生物量碳(MBC)含量均达峰值,红壤中总MBC含量分别为231.7、273.0 mg/kg,分别高于对照70.2%和100.5%;棕色石灰土中总MBC含量分别为288.1、307.7 mg/kg,分别高于对照23.0%和31.3%;黑色石灰土中总MBC含量分别为683.7、787.2 mg/kg,分别高于对照4.5%和20.3%。3种土壤总溶解有机碳(DOC)含量均达到最大值;黑色石灰土总MBC含量显著大于棕色石灰土和红壤,而红壤总DOC含量显著大于石灰土(P<0.05)。14C–稻草对3种土壤14C–MBC、14C–DOC含量的影响显著大于14C–CaCO3的影响(P<0.05)。添加外源碳酸钙和稻草均能增加土壤活性有机碳含量。喀斯特地区石灰性土壤较红壤稳定,有利于土壤有机碳的积累。     

低温季节西南亚高山森林土壤可溶性有机碳动态

作为生物有效性极高的土壤活性有机碳组分之一的土壤可溶性有机碳易受到地表覆被以及土壤水热动态等影响,其含量与动态在短期内可能产生较大变化,从而可作为土壤有机碳动态的短期指标。以我国敏感而重要土壤碳汇之一的西南亚高山森林生态系统为研究对象,通过测定不同地表覆盖处理下(积雪和凋落物)原位培养的土柱DOC含量,研究不同地表覆被下低温季节土壤DOC的动态变化。结果表明,不同处理下亚高山森林土壤DOC含量在低温季节的变化仍然显著;积雪与凋落物对土壤DOC含量的作用不同,凋落物覆盖有利于低温季节(尤其后期)土壤DOC含量升高,而积雪则抑制了凋落物对土壤DOC的增加效应。这表明对于亚高山森林生态系统,冬季积雪减少或消失,有利于土壤DOC含量升高,从而导致土壤有机碳库中的不稳定性碳库比例增加。     

Evidence of dissolved trivalent manganese in acidic forest soils

Background

Evidence of trivalent manganese (Mn³⁺) in the aqueous phase of soils is unknown so far although this strong oxidant has large environmental implications.

Aims

We aimed to modify a spectrophotometric protocol (porphyrin method) and to discriminate between Mn²⁺ and Mn³⁺ in the aqueous phase of forest soils based on kinetic modeling.

Methods

We investigated manganese speciation in 12 forest floor solutions and 41 soil solutions from an acidic forest site by adjusting pH and correcting for absorbance.

Results

The solutions showed broad ranges in pH (3.4−6.3), dissolved organic carbon (DOC, 1.78−77.1 mg C L⁻¹), and total Mn (Mn_T, 23.9−908 µg L⁻¹). For acidic solutions, a pH-buffer was added to increase the pH of the solutions to 7.5−8.0, and background absorption was corrected for colored solutions, that is, solutions high in DOC. This was done to accelerate the reaction kinetics and avoid overestimation of Mn_T concentrations. After the pH and color adjustments, the comparison of Mn_T concentrations between the porphyrin method and optical emission spectrometry showed good agreement. Trivalent Mn, which is stabilized by organic ligands, constitutes significant proportions in both forest floor solutions (10−87%) and soil solutions (0.5−74%).

Conclusions

The dissolved Mn³⁺ is present in acidic forest soils. Thus, we revise the paradigm that this species is not stable and encourage to apply the revised method to other soils.     

不同条件下2-苯氧乙醇对扁吻鱼幼鱼的麻醉效果

以麻醉剂2-苯氧乙醇浓度(50、100、200、400、600、800、1 000μL/L)、暴露时间(2、4、8、12、16、32 min)和溶解氧浓度(4、8、12、16、18、22 mg/L)作为参考指标,研究2-苯氧乙醇对扁吻鱼(Aspiorhynchus laticeps)幼鱼[(9. 91±0. 31) g]的麻醉效果。结果表明:麻醉时间与麻醉浓度呈负相关,复苏时间与麻醉浓度呈正相关。当浓度≤200μL/L,扁吻鱼幼鱼的呼吸频率在初期会下降,随后上升并维持在11次/10 s,当浓度≥400μL/L时,呼吸频率随着麻醉时间的增加下降,直至休克。当浓度为800和1 000μL/L时,幼鱼可在3 min内麻醉,并且在5 min内苏醒,因此,扁吻鱼幼鱼的最适麻醉浓度范围为800～1 000μL/L。在高浓度麻醉下,随着暴露时间的增加,幼鱼的复苏时间减短,当暴露32 min时,幼鱼仅(100. 51±10. 60) s就可以复苏(P 0. 05)。不同氧浓度下,幼鱼的复苏时间存在差异,其中12 mg/L最低只需(129. 00±36. 50) s,22 mg/L最高需(406. 33±53. 20) s,是12 mg/L的3. 15倍(P 0. 05)。     

秸秆碳对不同施肥水平低肥力土壤碳组分的影响

为探明不同施肥水平下秸秆碳对低肥力土壤溶解性有机碳（DOC）、微生物量碳（MBC）和颗粒有机碳（POC）含量的影响,采用碳化硅管原位法,向不同施肥水平（0、120、240 kg·hm^-2,以纯氮计）的低肥力土壤添加¹³C标记小麦秸秆,定期取土样测定不同有机碳组分的含量及其δ¹³C值,并计算秸秆碳在各有机碳库中的转化及贡献比例。研究结果显示,秸秆添加后7 d是快速转化阶段,此后秸秆碳转化渐缓,以向POC转化为主。相较于DOC,秸秆碳更倾向转化为MBC和POC,秸秆添加60 d后的转化比例分别为0.12%~0.38%、4.01%~6.25%和4.74%~9.54%。秸秆添加后,土壤DOC、MBC和POC含量均显著增加,来自于秸秆碳的贡献分别为0.29%~15.01%、13.20%~32.85%和33.62%~59.69%。相较于0、240 kg·hm^-2的施氮处理,施氮量为120 kg·hm^-2时,秸秆添加能同时大幅提高试验土壤的活性和缓效性有机碳库含量。由此表明,秸秆还田条件下,适量施加氮肥更有利于低肥力土壤的培肥与固碳。     

长江三角洲农田地下水反硝化对硝酸盐的去除作用

长江三角洲(简称"长三角")农田氮素投入量高,但是否像其他高氮投入农田一样在土壤剖面累积了大量硝酸盐尚不清楚。通过连续两年的野外观测结合室内培养实验,发现长三角地区3种不同类型的高氮投入农田1～4 m地下水硝态氮(NO_3~--N)剖面分布特征存在明显差异,水稻田地下水NO_3~--N浓度始终很低(1mg·L~(-1)),不同深度之间无差异。蔬菜地和葡萄园1 m处地下水NO_3~--N年平均浓度分别为5.6和17.5 mg·L~(-1),但是地下水NO_3~--N浓度随着深度增加急剧下降,至4m处,NO_3~--N浓度降至小于1 mg·L~(-1),与水稻田无差异。蔬菜地和葡萄园地下水高浓度NO_3~--N仅出现在施肥期间,非施肥期地下水NO_3~--N浓度较低,这表明长三角农田不存在明显的NO_3~--N累积。原状土柱培养实验结果表明,0～4 m土壤均存在较强的反硝化活性。通过对地下水中反硝化产物N2及N2O的直接定量测定,发现反硝化对地下水NO_3~--N的去除效率随着深度而增加,至4m处,反硝化对地下水NO_3~--N的去除效率分别为86%(水稻田)、93%(蔬菜地)和89%(葡萄园)。这表明反硝化能有效去除地下水NO_3~--N,是长三角地区农田土壤剖面未产生NO_3~--N累积的重要原因。反硝化产生的溶解性气态氮主要通过地下水流入临近水域,对于蔬菜地和葡萄园而言,溶解性气态氮流失量与NO_3~--N淋溶损失量相当,是一个重要的氮素去向,值得关注。     

滴灌和施用秸秆降低日光温室番茄地氮素淋溶损失

以一年两季设施番茄为对象,利用渗漏池收集渗漏液,研究了设施菜地不同灌溉模式(滴灌、漫灌)和施用有机物料(单施鸡粪M、鸡粪配施玉米秸秆M+C、鸡粪配施小麦秸秆M+W)对土壤矿质态氮、可溶性有机氮淋溶损失的影响。结果表明,日光温室栽培条件下,氮素的淋溶损失主要发生于秋冬季,滴灌和漫灌模式下,该季可溶性总氮淋失量占全年淋失量的56.8%和71.1%。漫灌模式下,冬春季和秋冬季可溶性总氮淋失量分别为114.3和281.1kg/hm~2,占单季氮投入量的12.5%和29.3%。与漫灌相比,滴灌使全年番茄产量和氮素吸收量分别显著提高15.6%和21.4%,氮素利用率(氮素吸收量/氮素投入量)显著提高47.5%,同时使全年矿质态氮(铵态氮+硝态氮)和可溶性有机氮淋失量分别降低68.6和47.4 kg/hm~2,降幅分别为33.1%和39.6%。与单施鸡粪相比,鸡粪配施秸秆(玉米或小麦)对番茄产量无影响,但显著降低灌溉水渗漏量和氮素淋溶损失量,使全年灌溉水渗漏损失量平均降低24.3%,全年矿质态氮和可溶性有机氮淋失量分别平均降低26.6%和33.7%。综上,可溶性有机氮在氮素淋溶损失中不可忽视,滴灌模式通过降低渗漏液中氮的浓度,配施秸秆通过减少灌溉水的渗漏损失,进而降低可溶性氮的淋溶损失。     

华北平原海水灌溉对土壤性质和菊芋产量的影响

Irrigation with various dilutions of seawater can act as an alternate water resource and thus plays an important role in saving freshwater resources as well as promoting agriculture in the coastal semi-arid areas of the North China Plain. Jerusalem artichoke （Helianthus tuberosus L.） grown in a field experiment was irrigated with seawater diluted with freshwater from 2001 to 2003 to determine the feasibility of seawater irrigation in the Laizhou area. For treatments of CK （non-irrigation） along with seawater concentrations of 25%, 50%, and 75%, total dissolved solid （TDS） in the non-irrigated soil significantly increased （P ≤ 0.05） in both 2002 and 2003 and was 1.3 times higher in 2003 than in 2001. In the 25% and 50% seawater concentration treatments, TDS in 2001 was significantly greater （P ≤ 0.05） than CK; however, TDS in these two treatments decreased by 34.9% and 40.1%, respectively, in 2003 compared with 2001. The sodium adsorption ratio （SAR） remained below 10 mmol^1/2 L^-1/2, indicating that alkalization was low with seawater irrigation. In 2001 and 2002, compared to CK and the irrigation treatment with 75% seawater, irrigation with 25% and 50% seawater increased the yields of Jerusalem .artichoke. This meant that Jerusalem artichoke could be safely grown in salt-affected land of Laizhou area with 25% and 50% seawater irrigation.     

水稻土溶解性有机质与Cu2+结合过程及机制研究

农田土壤中Cu²⁺的迁移转化对生物体健康产生重要影响,然而,水稻土中的溶解性有机质（DOM）与Cu²⁺的结合过程和机制尚不清楚。本研究通过动态光散射、三维荧光、同步荧光以及X射线光电子能谱（XPS）等方法,探究水稻土中DOM的粒径、光谱和结构特征及其与Cu²⁺的结合过程及机制。结果表明,土壤DOM的SUVA₂₅₄值为（3.25±0.07）L·（mg·m）^-1,低于4 L·（mg·m）^-1,其亲水性较高同时芳香性偏低,并且其芳香结构中含有较多的含氧官能团。水稻土DOM的构成以类富里酸和类腐植酸为主,Cu²⁺与类腐植酸络合稳定常数（lgK_M=5.07）高于类富里酸（lgK_M=4.81）。表明稻田土壤DOM中的类腐植酸组分与Cu²⁺优先结合,尤其以短波类腐植酸中的酚基、羟基和酚羟基等含氧基团对Cu²⁺的添加表现得更为敏感。另外,DOM表面疏松的介孔结构、负电荷和羟基、酚羟基以及氨基等官能团对Cu²⁺吸附起到关键作用。     

胶体态及溶解态有机质对土壤镉吸附的影响

为研究外源细颗粒态有机质对土壤重金属吸附特征的影响,以紫色土坡耕地、冬水田和水旱轮作田土壤为对象,通过吸附动力学试验和等温吸附试验,探索猪粪源胶体态有机质（COM,10~0.45 μm）和溶解态有机质（DOM,<0.45 μm）及其不同初始浓度对土壤镉（Cd）吸附行为的影响。结果表明：准二级动力学方程能更好地描述3种利用方式土壤对Cd的动态吸附（R²>0.90）,Langmuir模型能更好地拟合Cd的等温吸附（R²>0.95）,供试土壤对Cd的吸附均为强烈的非线性（Freundlich模型非线性指数<0.42）化学吸附。3种利用方式土壤对Cd的吸附强度顺序为水旱轮作田>冬水田>坡耕地,Cd吸附强度与土壤pH、有机质和粉粒含量正相关。猪粪源DOM比COM更能抑制土壤Cd的吸附,且二者均对水旱轮作田土壤吸附Cd的影响最明显。猪粪源COM和DOM初始添加浓度（0~100 mg·L^-1,以C计）对土壤Cd吸附量的影响呈现较快（<30 mg·L^-1,以C计）降低和平稳非显著增加的特征。对于重金属污染的耕地土壤,在施用外源有机肥时,应同时注重外源DOM和COM对土壤中重金属的潜在活化效应,尤其是降雨径流中重金属的动态变化。