秸秆生物质炭对稻田土壤剖面N2O和N2浓度的影响*

氧化亚氮（N2O）和氮气（N2）是淹水稻田土壤剖面反硝化过程的重要气态产物,可通过土水界面向大气排放,也可随水向下淋溶。秸秆生物质炭施入稻田后会改变土壤理化及微生物学性质,影响反硝化过程及N2O和N2产排。本研究依托2010年夏建立的连续秸秆生物质炭还田的稻麦轮作农田试验,通过埋设淋溶管收集土壤剖面溶液,采用气相色谱和膜进样质谱分别定量溶液中N2O和exN2（反硝化产生N2量）,观测了2018和2019年水稻季不同秸秆生物质炭施用量（CK：每季0 t·hm-2;1BC：每季2.25 t·hm-2;5BC：每季11.3 t·hm-2;10BC：每季22.5 t·hm-2）下0~1 m土壤剖面溶液中N2O和exN2浓度的时空变化,评估了长期施用秸秆生物质炭对稻田土壤剖面反硝化作用及其主要气态氮产物exN2随水流失的影响。结果表明,两个稻季CK处理N2O浓度以60 cm处较高,exN2浓度则随土壤深度增加呈降低趋势。秸秆生物质炭处理能降低剖面N2O和exN2浓度,以10BC处理最为明显。其中,N2O浓度降低以60 cm处较大,exN2浓度降低随土壤深度增加而加大。施用秸秆生物质炭对土壤剖面溶液无机氮（NO3-+NH4+）含量无明显影响,但5BC和10BC处理增加了可溶性有机碳（DOC）和溶解氧（DO）浓度以及氧化还原电位（Eh）。CK处理下土壤剖面溶液N2O和exN2浓度变化与DOC、硝态氮（NO3-）及DO有关;秸秆生物质炭处理下则主要受DO和Eh控制。exN2淋溶量（按1 m深度计算）CK处理下为2.3 ~5.5 kg·hm-2,相当于无机氮和有机氮（DON）淋溶量的32%~34%,5BC和10BC处理则降低为1.7 ~3.7 kg·hm-2和1.1~1.9 kg·hm-2,上述结果表明,反硝化产生N2随水淋溶量不容忽视,秸秆生物质炭还田可改善淹水稻田土壤剖面的通气状况,增加DO,提高Eh,进而有效减少深层反硝化及其主要气态产物exN2随水流失的风险。     

褐土区氮磷在土壤发生层中淋溶的差异性

农业氮磷淋溶已经成为地下水污染最普遍和突出的问题。为揭示氮磷在包气带不同土层的淋溶特征,以典型褐土的5个土壤发生层（耕层、淋溶层、钙积层、黏化层和母质层）为研究对象,采用室内土柱模拟淋溶试验,在施肥量相同的条件下分析不同形态氮磷淋溶量,研究氮磷在不同土壤发生层中的迁移特征及其影响因素。结果表明：1）进行5次淋溶,耕层、淋溶层、钙积层、黏化层和母质层淋溶液中可溶性总氮总量分别为2412.63 mg·L^-1、3028.94 mg·L^-1、244.16 mg·L^-1、3648.99 mg·L^-1和3356.51 mg·L^-1,淋溶层、黏化层和母质层可溶性总氮淋溶量显著高于耕层,而钙积层可溶性总氮淋溶量较耕层显著减少;耕层淋溶液中可溶性总磷总量为0.52 mg·L^-1,且显著高于其他4层。2）在试验初期,耕层、淋溶层的硝态氮、可溶性总氮和正磷酸盐淋溶量显著高于黏化层和母质层,进行到第4、5次淋溶,黏化层、母质层的硝态氮和可溶性总氮淋溶量显著高于其他3层,而各发生层间正磷酸盐淋溶量无显著差异;单次淋溶黏化层和母质层铵态氮淋溶量均显著高于其他3层,而耕层可溶性总磷淋溶量始终显著高于其他各层。3）耕层和钙积层的淋溶液中硝态氮是氮素淋溶的主要形态,占可溶性总氮比例分别为69.0%和85.4%,而在淋溶层、黏化层和母质层中分别为41.3%、5.1%和4.6%;在可溶性磷中,以无机态正磷酸盐为主,最高占可溶性总磷的75.9%。4）土壤有机质含量、阳离子交换量、黏粒含量对土壤氮磷的迁移转化有明显主导作用。有机质与氮磷淋溶量呈显著正相关关系,有机质含量高,会增加淋溶初期氮磷的淋溶风险;而阳离子交换量和黏粒含量则与氮磷淋溶呈显著负相关关系,阳离子交换量大和黏粒多能减少氮磷素的淋溶风险。该试验结果说明,由于5种发生层土壤理化性质不同,各发生层氮磷淋溶特征及其淋溶形态也有差异,并且氮磷的淋溶受土壤本身阳离子交换量、黏粒和有机质含量的影响。     

雨养烟叶种植田无机氮淋溶特征

为了解烤烟种植下土壤氮淋溶与大田作物差异,评价烟田常规养分管理,探寻烟田无机氮淋溶的阻控策略。以贵州龙岗长期定位试验为平台,于2015—2017年开展常规管理下烟田氮素淋失及其影响因素研究。试验设5个处理:不施肥(CK)、化肥(NPK)、化肥+厩肥(NPK+M)、化肥+连作(NPK+L)、化肥+生物有机肥(NPK+BM)。结果表明,烟田全年无机氮淋溶量为3.62~6.08 kg/hm^2,氮肥净淋溶率为0.09%~3.29%。无机氮的淋溶损失主要发生在烤烟生长季,尤其是5—6月,其占总淋溶量的40.33%~65.86%。烟田淋溶液中氮素形态主要是有机态,无机氮的比例平均仅为29.83%,缓苗期和旺长期(5—6月)淋溶液中无机氮比例高于烤烟成熟期(7—8月),前者无机氮比例平均33.00%,后者其平均为26.67%。降雨是影响烟田淋溶损失的主要因素,无机氮淋溶量与月降雨量呈非线性相关。施用化肥导致无机氮淋溶显著升高,有机肥配施化肥降低了土壤溶液淋溶,降低了氮肥淋溶损失。与烤烟玉米轮作处理相比,烤烟连作处理显著降低了土壤水淋溶,使氮肥净淋溶率降低59.57%。综上,目前烤烟常规管理下,雨养农业区烟田无机氮淋溶强度不高,受降雨影响大,应注重有机无机配施降低无机氮淋溶,在养分管理中考虑如何降低有机氮淋溶,以提高氮素养分供应量。     

草甘膦对重金属污染土壤中铜、锌淋溶的研究

草甘膦分子结构中含有膦酸基、羧基和胺基等,具有强的络合重金属离子的能力,从而影响重金属在土壤中的环境化学行为.本文采用土柱淋溶方法,研究了不同浓度草甘膦溶液( 0、5 、20 和 50 mg/L)对污染土壤中重金属溶出的影响.草甘膦的存在降低了淋滤液的pH,增加了淋滤液中Cu和Zn的含量.逐层采样并分析了土壤中重金属的生物有效性含量,发现草甘膦的存在增加了土柱下层土壤重金属的生物有效性浓度.大量使用草甘膦会导致污染土壤中重金属的溶出,进而污染地下水.     

铜在草甸黑土中的淋溶规律及其对不同因素的响应

通过室内土柱试验,模拟研究在扣除地表径流影响的条件下,铜在草甸黑土中的淋溶规律。结果表明:随着淋溶液用量增加,铜的淋出量增大;土壤溶液和腐殖酸溶液作为淋溶液,在一定程度上抑制铜的淋溶,而EDTA会显著促进铜的淋溶;CaCl2、MgSO4、KCl和NaCl 4种无机盐淋溶液均能促进铜的淋溶,促进作用顺序为CaCl2>MgSO4>KCl和NaCl>对照;随着淋溶液pH值的降低,铜的淋出量增加;间断淋溶方式不利于土壤中铜的淋溶。     

溶质施放部位对红壤坡面溶质迁移特征的影响

以非吸附性溴离子为示踪剂,采用室内模拟降雨方法研究间歇降雨和施肥部位对红壤坡面产流、产沙以及溴离子迁移特征的影响。结果表明,降雨特征相同条件下,3次降雨的总径流量无明显差异,但第3次降雨形成的产沙量分别是第1次和第2次的7倍和2.2倍,这表明因前期含水量的提高而降低了土壤抗冲性是红壤侵蚀的主要原因之一;径流溴离子浓度随时间变化均呈幂函数衰减,与施肥部位无关;施肥部位越靠近坡底,径流溴离子初始浓度越高且衰减速度越快;溴离子流失数量与施肥距离呈显著正线性关系。通过估算3次间歇降雨径流中溶质流失数量的来源发现,淋溶到坡面土壤中的溴离子再次参与径流流失的数量,其平均比重从81.61%提高到了93.76%,这表明施加在上坡部位的肥料被淋溶后对后期径流养分流失的贡献十分显著。     

2-羟基-1,4-萘醌在土壤中降解作用和淋溶行为研究

采用室内培养法和土柱法,研究了2-羟基-1,4-萘醌在土壤中的降解作用和淋溶行为。结果表明,2-羟基-1,4-萘醌在灭菌和非灭菌土壤中的降解半衰期分别为3.47～6.98d和0.42～0.53d,且随着2-羟基-1,4-萘醌浓度增加,其降解半衰期延长。说明微生物对其降解过程起主导作用。参考POPs国际公约关于化学品持久性的定义,2-羟基-1,4-萘醌在土壤中属于易降解有机物。通过2-羟基-1,4-萘醌在土壤中的淋溶研究发现：当其添加浓度为5mg·kg-1和10mg·kg-1时,各处理土层中均未检出2-羟基-1,4-萘醌;当添加浓度为20mg·kg-1时,仅在0～10cm土层样品中检测到2-羟基-1,4-萘醌。与未老化土壤相比,2-羟基-1,4-萘醌在老化土壤中的淋溶作用减弱。     

外源生物质炭对土壤中铵态氮素滞留效应的影响

以生物质炭和黄棕壤为研究材料,通过阳离子交换量测定、铵态氮等温吸附实验以及模拟土柱淋溶,研究生物质炭对土壤铵态氮素滞留效应的影响。发现生物质炭以1%、3%和5%添加后,土壤CEC值分别增加9.4%、14.7%和19.7%,铵态氮素淋失量分别减少22%、39%和47%,氮素滞留量分别增加15%、5%和14%;同时影响氮素在土层中的分布,其中加生物质炭土壤的氮素集中在土柱上部5～7cm处,而不加生物质炭土壤集中在中部偏下9～11cm处。结果表明,生物质炭能够提高土壤对铵态氮素的吸附能力,显著降低土壤铵态氮素养分的淋失。     

种植年限对设施菜田土壤剖面磷素累积特征的影响

以山东寿光集约化设施菜田为研究对象,分析了不同种植年限设施菜田土壤磷素投入和土壤磷素累积的差异,比较不同种植年限土壤剖面中无机磷、有机磷、Olsen-P和CaCl2-P含量的变化特征。结果表明：磷素过量积累是设施菜田的显著特征,主要由于有机肥以粪肥投入为主,复合肥中P素比例偏高,收获作物带走量仅占磷素投入的7.2%;随着种植年限增加,P素累积现象明显,过量的磷素盈余导致了土壤剖面中不同形态磷含量的上升,其中以无机磷尤其明显;用来表征土壤有效磷指标的Olsen-P与CaCl2-P有显著的相关性,研究区域中当土壤（Olsen-P）达到80.7mg·kg-1时,土壤CaCl2-P开始显著升高,增大了设施菜田磷素淋溶风险。     

淮南矿区煤矸石风化物特性及有机碳分布特征

以淮南矿区潘一矿煤矸石山为研究对象,通过对煤矸石风化物的理化特性、电镜扫描(SEM)、能谱(EDS)和总有机碳(TOC)含量分析,初步研究了煤矸石风化物有机碳分布和释放规律,以及煤矸石山堆积淋溶作用对周边土壤溶解性有机碳(DOC)含量的影响。结果表明,从山顶、山腰到山脚煤矸石风化物中的总有机碳(TOC)含量依次减小,随着采样深度的增加总有机碳(TOC)含量逐渐变大。煤矸石风化物中总有机碳含量与煤矸石风化物粒径大小呈正相关,与煤矸石风化物的风化程度成负相关。不同粒径煤矸石风化物淋滤液中溶解性有机碳(DOC)的含量随着淋溶时间增大而减小,在96h淋滤液中溶解性有机碳含量趋于稳定,且值较为接近。距离山脚2~100m内,随着采样距离的增加土壤中溶解性有机碳含量(DOC)呈减少趋势。在距离煤矸石山80~100m处土壤溶解性有机碳含量接近正常农田土壤含量。