土壤中钙与有机碳之间相互作用的研究进展与展望

土壤是植物赖以生存的物质基础,土壤中有机碳含量的高低决定着土壤肥力大小。为了给植物生长发育提供良好的物质条件,提高土壤有机碳含量很有必要。钙素不仅是植物生长发育所必需的营养元素,而且在对土壤有机碳的固持方面也有着至关重要的作用。所以,了解清楚钙素对土壤中有机碳进行固持的机制是很有必要的。通过查阅近年来国内外相关文献报道,分别详述了钙元素的主要植物生理作用、土壤中的主要存在形态以及钙元素与土壤中有机碳之间的相互作用等方面的研究进展。研究表明,钙与土壤有机碳含量存在显著的正相关关系,交换态和有机结合态钙能够影响SOC的积累与转化。同时,土壤中的矿质（无机）胶体通过钙和铁铝的键桥作用与有机质形成有机无机结合态腐殖质,钙离子可以在有机胶体和矿物表面形成离子桥,增强土壤的团粒结构性。然而,还存在一些土壤钙含量对土壤团聚性无明显影响或负面影响的报道。     

改良方式对盐碱地稻田总有机碳及腐殖质组成的影响

【目的】研究4种改良方式对盐碱地稻田总有机碳及腐殖质组成的影响,为盐碱地稻田培肥提供合理可行的方法。【方法】以吉林省大安市盐碱地稻田为供试对象,设置菌糠结合Al_2(SO_4)_3(Fd-As)、菌糠(Fd)、Al_2(SO_4)_3改良剂(As)、单施化肥(Cf)及池梗地无肥对照(Nf)5个处理,分析不同改良方式下盐碱地总有机碳及腐殖质组成的差异。【结果】在水稻栽植前,与Nf处理相比,Fd-As、Fd、As及Cf处理盐碱地稻田总有机碳(TOC)含量均显著增加;然而在水稻收获后,与Nf处理相比,只有As及Cf处理的TOC含量显著增加。与水稻栽植前相比,水稻收获后Fd-As和Fd处理能明显促进TOC的矿化。历经水稻生长,4种改良方式均有助于水溶性物质(WSS)的消耗以及水浮物质(WFS)的积累。与水稻栽植前相比,水稻收获后Fd-As和Fd处理均能明显降低胡敏酸(HA)碱溶液的光密度(E4/E6)和色调系数(Δlg K),进而提升HA分子的缩合程度,使其品质提升;而As和Cf处理能使HA分子在结构上产生更多的脂族碳结构,使其品质降低。与水稻栽植前相比,水稻收获后Fd-As处理对于盐碱地稻田富里酸有机碳(C_(FA))向胡敏酸有机碳(C_(HA))的转化有促进作用,使C_(HA)/C_(FA)增加;而Fd和As处理却有利于C_(HA)的矿化并使其向C_(FA)转化,使C_(HA)/C_(FA)降低;Cf处理对C_(HA)/C_(FA)无明显影响。在水稻栽植前,与Nf处理相比,Fd-As和Fd处理盐碱地稻田胡敏素有机碳(C_(Hu))含量显著增加,而Cf处理却可使C_(Hu)含量显著降低,As处理的C_(Hu)含量无显著变化。在水稻收获后,Fd-As、Fd和As处理皆可促进C_(Hu)组分的分解,C_(Hu)含量均降低;然而Cf处理对于C_(Hu)含量无明显影响。【结论】在施用化肥基础上,菌糠及其与Al_2(SO_4)_3配施能够促进盐碱地稻田TOC的微生物矿化,同时使WFS含量明显增加,WSS在此过程有所消耗,C_(Hu)趋于降解,均有利于盐碱地腐殖化程度的提升,是改良盐碱地的较佳方式。     

天然腐殖质材料对低品位磷矿粉水溶性磷的促释效果

低品位磷矿开发应用困难的关键问题在于其活化释放困难以及磷素在土壤中易被固定。将不同添加量的天然腐殖质材料及其衍生物作为促释材料,采用连续水浸提法、X-射线衍射以及红外光谱分析了促释材料对低品位磷矿粉的水溶性磷释放特性以及磷矿粉的结构与成键变化的影响,并通过盆栽试验进一步验证磷矿粉与促释材料在最优配比下的生物肥效。结果表明：随着促释材料添加量的提高,水溶性磷的释放也呈现增加趋势,当天然腐殖质材料和HNO3处理天然腐殖质材料分别与低品位磷矿粉混合的质量比为20:80时,5次水溶性磷释放总量分别为对照处理的1.54倍和1.72倍。X-射线衍射分析结果表明,天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料混合低品位磷矿粉经过5次浸提后,P2O5和Ca(PO3)2对应的特征衍射峰出现显著下降。红外光谱分析结果表明,天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料混合低品位磷矿粉经过5次浸提后,可明显看到位于966 cm-1处PO43-对称伸缩振动v1吸收峰消失,同时位于1 127、673和612 cm-1处PO43-非对称伸缩振动v3吸收峰、H2PO4-相关吸收峰和HPO42-相关吸收峰强度均显著下降。盆栽试验进一步表明,天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料作为一种优质有机物料按照6 g?kg-1或9 g?kg-1的施用量同时与低品位磷矿粉按照20:80的质量比混合后可显著提升土壤的有效磷含量,同时可快速提升土壤有机质含量。天然腐殖质材料按9 g?kg-1的施用量同时与低品位磷矿粉按20:80的质量比混合,在播种后第14、30、60天土壤有效磷分别较对照处理增加了29.86%、29.47%、36.48%,土壤有机质分别较CK增加34.16%、8.05%、47.40%。HNO3处理天然腐殖质材料按9 g?kg-1的施用量同时与低品位磷矿粉按20:80的质量比混合,在播种后第14、30、60天土壤有效磷分别较CK增加了36.97%、94.44%、34.51%,土壤有机质分别较CK增加27.29%、14.57%、45.41%。天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料呈酸性、高比表面积、腐殖质含量高、活性官能团数量多等特性是提升低品位磷矿粉的水溶性磷和土壤有效磷含量的主要原因。     

腐殖质参与植物非生物胁迫应答作用机制的研究进展

为研究天然异构高分子有机化合物腐殖质(HS)参与植物非生物胁迫应答的作用机制，总结归纳了以下主要作用机制，包括HS介导(PM)H⁺-ATPase的调节、HS介导细胞信号分子的互作、HS吸附层的屏蔽、HS化学官能团的螯合作用，以及HS对植物次生代谢和根际微生物群落的影响等，得出HS通过多种复杂的防御代谢机制参与调节植物非生物胁迫应答。鉴于HS生物化学研究的复杂性，以及生理活性和防御代谢机制研究中存在的诸多问题，未来的科学研究应主要集中在HS化学组成和分子结构的解析，HS“胶体应激”如何参与新陈代谢调节，HS促生和防御代谢途径交叉串扰和反馈调节机制，以及HS和土壤微生物相互作用机制等。     

沼渣腐殖质对Cd污染土壤的淋洗效果及性质影响

针对湖南水稻田土壤Cd污染问题，用沼渣中提取的腐殖质作为土壤淋洗剂，研究沼渣腐殖质溶液对农田土壤中重金属Cd的淋洗效果。通过室内模拟试验，采用振荡淋洗方式研究沼渣腐殖质溶液对不同含量Cd污染土壤中Cd去除效果和土壤性质的影响，并对淋洗过程中的土壤重金属含量进行动力学分析，最后初步探讨沼渣腐殖质溶液淋洗去除土壤中Cd的机理。结果表明：当液土比为4∶1(质量比),淋洗时间为120 min时，沼渣腐殖质溶液淋洗低含量和高含量Cd污染土壤对土壤中Cd去除率分别为57.73%和54.66%。沼渣腐殖质淋洗土壤的过程为非均相扩散过程。淋洗后土壤中可提取态Cd去除效果明显，同时有机质、氮、磷、钾等营养元素含量有所提高，酶活性先下降后上升。与淋洗前土壤上种植的水稻相比，淋洗后2种土壤上水稻种子发芽率以及幼苗株高、鲜质量和干质量都有所提高。沼渣腐殖质溶液淋洗Cd污染土壤可破坏土壤中的O-Cd键。说明沼渣腐殖质在Cd污染农田修复和Cd污染工业场地修复领域具有一定的应用潜力。     

生物炭调控农业废弃物堆肥过程的研究进展

生物炭以其富碳多孔的功能性结构而被应用于农业生态环境。总结生物炭的酸碱性、比表面积和孔隙体积、灰分含量和阳离子交换量等主要性质，为其在农业领域的应用提供研究基础。基于此，从生物炭调控堆肥过程、促进物料中有机质的降解及腐熟、减少堆肥过程中的碳损失和氮损失、降低堆肥中重金属的生物有效性以及提高堆肥肥效等6个方面综述了生物炭改善农业废弃物堆肥过程的研究进展，为生物炭在农业废弃物堆肥中的应用提供思路和参考，并对其在堆肥系统中的应用进行了展望。