磷肥在旱地红壤上的后期效应及其作用机制

红壤地区施入的磷肥很容易被吸附固定而留存于土壤中,降低磷肥利用效率,留存于土壤中的磷对土壤生态功能和作物养分供应的后续效应值得关注。基于旱地红壤长期施肥定位试验,探讨常规施肥处理（CK）以及短期施入不同磷肥量（P2O5,0、50、100、150和1 000 kg·hm-2）多年后土壤养分、土壤氮循环过程和作物产量的变化特征。通过多元统计分析方法探讨不同磷肥处理下,土壤全碳、全氮和微生物生物量碳和氮转化过程的潜在速率以及产量等因子间的相互关系及其与磷的后期效应的关系。结果表明,在短期投入高剂量磷肥（1 000 kg·hm-2, P1000）27年后,土壤全碳、全氮和微生物生物量碳与常规施肥处理相比无明显差异,但显著提高了土壤pH和氮循环相关过程速率,包括氮矿化速率（Nitrogen mineralization rate, Nmin）、固氮酶活性（Soil nitrogenase activity, SNA）、潜在硝化速率（Potential nitrification rate, PNR）（P < 0.05）,同时降低了净N2O排放潜能（Net N2O production rate, NN2O）（P < 0.05）。与不施磷（P0）和短期投入低剂量磷肥处理（50,100,150 kg·hm-2）相比,P1000处理中,土壤有效磷（AP）、氮矿化速率、固氮酶活性、潜在硝化速率和潜在N2O产生速率（PN2O）分别增加了33.3%～76.4%、88.2%～388.1%、111.4%～4 826.3%、22.6%～152.4%和13.8%～78.9%（P < 0.05）,同时净N2O排放潜能也降低了64.6%～78.9%（P < 0.05）,表现出明显的磷后效,且在作物生长季更为明显。相关分析和冗余分析表明AP和pH是影响以上土壤生物化学活性最主要的因子。近三年作物平均产量在所有处理中无显著差异,但与土壤TP、AP和pH呈显著正相关;但在长期尺度上（1992—2019年）,P1000处理相对于其他低磷处理累积增产效应达3%～23%。以上结果表明,酸性红壤中短期大量施用磷肥多年后,由于大量磷肥投入导致的土壤pH提升和磷的缓释效应,使得磷肥在促进土壤肥力、微生物活性和土壤氮循环转化活性方面表现出较明显的后期效应。     

不同产地油菜秸秆制备的生物质炭对红壤酸度和土壤pH缓冲容量的影响

  目的  明确不同产地油菜秸秆制备的生物质炭对红壤酸度的改良和土壤pH缓冲容量的提升效果。  方法  将不同添加量的油菜秸秆炭分别与两种酸性红壤混合,然后进行室内培养试验,测定培养实验前后土壤pH、pH缓冲容量、土壤交换性盐基离子和土壤交换性酸。  结果  添加油菜秸秆炭显著提高了土壤的pH、pH缓冲容量、交换性盐基离子含量,显著降低了土壤交换性酸含量。说明添加油菜秸秆炭不仅可以改良红壤酸度,还能提高红壤的抗酸化能力,因而可以减缓土壤的复酸化。生长在碱性土壤上的油菜秸秆制备的生物质炭对红壤酸度的改良效果和对土壤pH缓冲容量的提升效果均优于生长在酸性土壤上的油菜秸秆制备的生物质炭,在5%添加水平下,前者使湖南红壤pH相比对照提高37.4%,后者使该土壤的pH提高22.4%;相应地,2种生物质炭分别使该土壤的pH缓冲容量分别提高41.4%和37.3%。2种油菜秸秆炭对红壤pH和pH缓冲容量的提升效果与其碱含量和表面官能团多少相一致。  结论  碱性土壤上生长的油菜秸秆制备的生物质炭对红壤具有更好的改良效果。     

六价铬污染土壤后形态变化及其对土壤脲酶活性的影响

采用室内模拟方法较为系统地研究了六价水溶态铬和总铬对土壤脲酶活性的影响。结果表明,六价铬进入土壤后,水溶态含量迅速降低,降幅随培养时间延长而减缓;水溶态铬含量与外源总铬的变化呈极显著正相关;六价铬抑制土壤脲酶活性,且脲酶活性与六价水溶态铬达到极显著负相关,揭示脲酶活性可作为土壤铬污染程度的指标之一;从土壤脲酶角度获得的红壤轻度和中度污染时临界浓度,土壤总铬和水溶态铬含量分别为17．07、85．37mg·kg-1和0．78、3．88mg·kg-1;随土壤肥力降低,土壤脲酶的ED10和ED50递减。     

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。     

BS-DTAB复配修饰红壤对苯酚的吸附

为了探究复配修饰后,可变电荷类型的红壤与恒电荷土壤对苯酚的吸附差异,以红壤作为供试土样,在两性表面活性剂BS-12(十二烷基二甲基甜菜碱)修饰的基础上,以阳离子型表面活性剂DTAB(十二烷基三甲基溴化铵)复配修饰制备两性-阳离子复配修饰红壤,采用批处理法研究在单一苯酚及Cd2+复合条件下供试土样对苯酚的吸附效果,并分析不同修饰比例、温度、离子强度和pH的影响。结果表明,DTAB复配修饰增强了BS-12两性修饰红壤对苯酚的吸附能力,单一苯酚表现出在总修饰比例小于150%CEC时吸附量随着修饰比例的增加而递增;各修饰土对苯酚的吸附具有增温负效应;苯酚吸附量随着pH的升高而降低;随着离子强度的增大,苯酚单一处理时供试土样对苯酚吸附量减少,但苯酚和Cd2+复合处理时,则呈现先降低后升高的趋势。Henry模型能较好地拟合各修饰红壤对苯酚吸附的等温吸附数据,吸附以分配机制为主;供试土样对苯酚的吸附属于自发的物理吸附过程。复配修饰红壤的苯酚吸附量低于恒电荷土壤,其黏土矿物成分决定的低CEC是主要影响因素。     

外源铅在红壤中的迁移和形态转化

[目的]为污染土壤的控制和修复治理提供科学依据。[方法]采用实验室土柱法,研究外源铅在红壤中的迁移和形态转化。[结果]在水分不饱和条件下,外源水溶性铅进入红壤90 d后并未向15～30 cm土层迁移,而是集中在0～15 cm层次;外源水溶性铅进入红壤(0～15 cm)30 d后水溶态迅速向其他形态转化,其形态分布主要以交换态为主,其次为铁锰氧化物态、残渣态、碳酸盐结合态、有机结合态(未检出)。[结论]外源铅进入红壤90 d后绝大部分还未转化为相对稳定的形态,对土壤—植物系统的污染存在着潜在的危害。红壤(0～15 cm)对外源铅的吸附主要通过离子交换和络合(或螯合)作用。     

模拟酸雨作用下红壤中多环芳烃的释放及纵向迁移特征

以USEPA优先控制的16种多环芳烃为研究对象,通过酸雨的土柱淋溶试验模拟实际降水过程,分析了不同酸度的模拟酸雨淋溶后红壤中多环芳烃残留量的变化及不同性质多环芳烃在土柱中纵向迁移特征。研究结果表明:不同酸度模拟酸雨淋溶后红壤中多环芳烃残留量均较淋溶前减少,pH2.5酸雨淋溶后红壤中多环芳烃含量较淋溶前减小的幅度最大(52.08%),pH5.6酸雨淋溶后减小的幅度最小(21.55%);酸雨破坏土壤微结构,使土壤胶体分散,粘粒下移,与土壤粘粒结合在一起的多环芳烃也一起向下迁移,酸雨pH值越小,多环芳烃在土壤中的纵向迁移能力就越强;酸雨对土壤中不同性质多环芳烃的纵向迁移影响不同,对低环多环芳烃(环数≤4)的迁移影响较大,对高环多环芳烃(环数4)影响较小,主要是由于不同性质多环芳烃在土壤中结合的物质不同而引起的。该研究结果为了解酸雨作用下多环芳烃在土壤介质中的稳定性及其对地下水潜在污染的风险评价提供理论依据。     

土壤剖面胶体中铁氧化物及其厌氧还原特征研究

采用自由沉降法分离提取玄武岩赤红壤不同剖面深度的土壤胶体,分析其基本特征,并通过厌氧培养试验测试不同剖面土壤胶体中铁氧化物的厌氧还原特征。化学分析结果表明,土壤胶体中铁的游离度表现出A层>B1层>AB层的趋势,铁的活化度则随剖面深度的增加而降低,XRD、FTIR的表征结果显示,玄武岩赤红壤胶体中铁氧化物主要是结晶较差的赤铁矿和针铁矿。培养试验结果表明,不同剖面深度的土壤胶体厌氧培养过程中,Fe(Ⅱ)浓度均表现出不断增大的趋势,A层土壤胶体铁氧化物易被还原且累积量较高,可达(0.104±0.003)mg/g土。Fe(Ⅱ)的最大累积量随着土壤胶体中无定形铁的含量和铁的活化度的增加而增加,其速率常数与土壤有机质含量有一定的正相关关系。     

Soil CO2 and N2O Emissions in Maize Growing Season Under Different Fertilizer Regimes in an Upland Red Soil Region of South China

Upland red soils have been identified as major CO2 and N2O sources induced by human activities such as fertilization. To monitor characteristics of soil surface CO2 and N2O fluxes in cropland ecosystems after continuous fertilizer applications over decades and to separate the respective contributions of root and heterotrophic respiration to the total soil CO2 and N2O fluxes, the measurements of soil surface CO2 and N2O fluxes throughout the maize growing season in 2009 were carried out based on a fertilization experiment （from 1990） through of the maize （Zea mays L.） growing season in red soil in southern China. Five fertilization treatments were chosen from the experiment for study： zero-fertilizer application （CK）, nitrogen-phosphorus- potassium （NPK） fertilizer application only, pig manure （M）, NPK plus pig manure （NPKM） and NPK with straw （NPKS）. Six chambers were installed in each plot. Three of them are in the inter-row soil （NR） and the others are in the soil within the row （R）. Each fertilizer treatment received the same amount of N （300 kg ha-1 yr-1）. Results showed that cumulative soil CO2 fluxes in NR or R were both following the order： NPKS〉M, NPKM〉NPK〉CK. The contributions of root respiration to soil CO2 fluxes was 40, 44, 50, 47 and 35% in CK, NPK, NPKM, M and NPKS treatments, respectively, with the mean value of 43%. Cumulative soil N2O fluxes in NR or R were both following the order： NPKS, NPKM〉M〉NPK〉CK, and soil N2O fluxes in R were 18, 20 and 30% higher than that in NR in NPKM, M and NPKS treatments, respectively, but with no difference between NR and R in NPK treatment. Furthermore, combine with soil temperature at -5 cm depth and soil moisWxe （0-20 cm） together could explain 55-70% and 42-59% of soil CO2 and N2O emissions with root interference and 62- 78% and 44-63% of that without root interference, respectively. In addition, soil CO2 and N2O flUXeS per unit yield in NPKM （0.55 and 0.10 kg C t^-1） and M （0.65 and 0.13 g N t^-1） treatments were lower than those in other treatments. Therefore, manure application could be a preferred fertilization strategy in red soils in South China.     

不同温度生物炭对油茶林红壤呼吸作用和酶活性的影响研究

烧制生物炭是油茶饼粕再利用的一项新措施。以福建油茶林红壤和不同温度(300℃和600℃)烧制的油茶饼粕生物炭为研究对象,在连续120 d微宇宙培养实验基础上,对不同时间土壤样品进行分析,研究生物炭对土壤呼吸作用和酶活性的动态影响。结果表明:施用300℃生物炭显著提高了土壤呼吸速率、脲酶、转化酶和酸性磷酸酶活性,且促进作用主要表现在培养的前30 d,而在整个120 d培养阶段,600℃生物炭对土壤呼吸速率和酶活性均无显著影响。冗余分析表明,土壤有机质和可溶性碳含量是影响红壤微生物呼吸作用和酶活性的最重要因素。综上,生物炭能够提高土壤微生物活性,提高土壤矿质养分有效性。本研究可为油茶饼粕生物炭在改良油茶林土壤方面的应用提供依据。