土壤中溶解性有机质分组组分的结构特征研究

以Leenheer的分组方法为基础 ,用XAD 8树脂将黄泥土中水溶性有机质 (DOM)按极性和电荷特性分为结构较为均一的不同组分 ,并采用元素分析、1 H NMR以及CP/MAS1 3 C NMR研究各组分的性质。初步认为 :三种不同利用方式下 (桑园、水田、水杉 )黄泥土中的DOM组成中疏水碱性组分 (HOB)含量很少 ,疏水中性组分 (HON)相对含量为 7%～ 1 5 %,亲水性组分 (HIM)是土壤DOM中最大组成部分 ,约占 35 %。元素分析、1 H NMR以及1 3 C NMR分析结果表明 :DOM各组分结构特征差异显著。HON以含有大量的长链烷烃为主要结构特征 ,并含有较多氨基酸、多肽类物质 ;疏水酸性组分 (HOA)的结构特征相似于土壤FA ,含有大量羧基 ,但与FA相比芳香族物质减少 ,碳水化合物增多 ;酸不溶组分 (AIM)以多酚类、腐殖质结合的碳水化合物为主要组成物质 ;HIM中则含有大量碳水化合物。

水杉凋落物分解过程中溶解性有机质的分组组成变化

采用XAD-8树脂分组的方法研究水杉凋落物降解过程中DOM的含量及其组成的变化。结果表明,培养35天后DOC含量达到稳定值,而其组成仍未稳定。在整个培养过程中,HOA和HIM含量有明显变化;HON含量呈缓慢增加的趋势;AIM和HOB含量则没有明显变化。凋落物淋滤液DOM与表层土壤DOM组成相似,是土壤DOM的主要来源。土壤DOM中的AIM不是来源于凋落物淋滤液,而是主要来源于土壤腐殖质、根系分泌物等其它物质。

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。

太湖梅梁湾水土界面反硝化和厌氧氨氧化

运用无扰动芯样实验室内流动培养、稳定同位素示踪、同位素气态产物测定及同位素配对技术,对太湖梅梁湾北部到南部的4个梯度样点的水土界面反硝化和厌氧氨氧化速率进行研究.结果表明,梅梁湾内及湾外开敞湖区4个样点的水土界面反硝化脱氮速率为(46.36±13.26)-(16.34±22.74)μmol/(m2·h),厌氧氨氧化脱氮速率为(7.50±2.21)-(2.05±2.90)μmol/(m2·h).梅梁湾北部河口区水土界面总脱氮能力明显高于梅梁湾南部及开敞湖区.通过对脱氮过程的进一步研究发现,北部脱氮过程主要以上覆水硝酸盐为底物的非耦合反硝化过程(Dw)为优势过程,而梅梁湾外开敞湖区则以沉积物硝化过程耦合控制的反硝化(Dn)为主.影响Dn、Dw在反硝化中比重的主要因素是沉积物溶氧侵蚀深度和上覆水NO3-浓度的差异;梅梁湾厌氧氨氧化脱氮比例占总脱氮比例为12%-14%,湾外开敞湖区则占11%,影响其比例差异的主要因子是反硝化强度的大小及其反硝化中间产物—亚硝酸盐含量的差异.

太湖水土界面氮磷释放通量的流动培养研究

运用一种新的水土界面释放通量研究方法——流动培养法,对太湖不同湖区不同季节条件下水土界面氮磷释放通量进行研究。结果表明,太湖水体沉积物是其上覆水体氮磷的内源,不同湖区间铵态氮、磷酸盐交换速率差异显著,其中,受入湖河道污染输入影响较大的梅梁湾北部、竺山湾、西部沿岸带湖区铵态氮释放速率[(103.35±13.17)mg.m-2.d-1]显著高于太湖其他湖区[(11.87±12.03)mg.m-2.d-1]。磷酸盐空间释放规律与铵态氮相似,但释放的高值还出现在西南沿岸带、贡湖湾和东太湖。与静态培养方式下获得的结果相同,流动培养方式下梅梁湾铵态氮和磷酸盐释放速率也表现出季节性和空间差异,即夏季水土界面氮磷释放速率高于春、秋季,且污染严重湖区的释放速率高于其他湖区。由于流动培养的气密性减少了上覆水铵态氮以NH3的形式挥发,使得铵态氮释放速率高于敞口的静态培养方式;而就非挥发性磷酸盐释放速率而言,2种培养方式下得到的结果基本一致。

中国土壤有机碳库量与农业土壤碳固定动态的若干问题

在整理和统计国内对土壤有机碳及其变化的文献资料基础上,着重讨论中国土壤有机碳库及其分布、不同时期土壤有机碳的变化以及最近时期有机碳的固定趋势,分析我国不同土壤有机碳的保护机制的特点,期望对于我国当前土壤有机碳库与全球变化研究提供参考依据。我国总土壤有机碳库的估计在50～180Pg之间。估计我国表层土壤有机碳库为20Pg,它主要分配于几个与湿地和水成过程有关的土壤类型,且水稻土占有较大比例。因而我国人为土的管理在陆地生态系统碳循环与全球变化上有重要意义。

不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳矿化及腐殖质组成的影响

在150～600℃范围内制备生物质炭,并通过室内培养实验研究了施加不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳矿化及腐殖质组成的影响。结果表明,随热解温度升高,生物质炭比表面积加大,芳香化结构加深。土壤中添加不同温度制备的生物质炭培养400d后,土壤有机碳的含量都有不同程度的增加。土壤有机碳的累积矿化量随热解温度升高而降低,且添加高温(≥400℃)制备生物质炭的土壤CO2累积释放量低于未添加生物质炭的土壤处理;添加低温(<400℃)制备生物质炭增加了土壤腐植酸和胡敏酸含量,而添加高温(≥400℃)制备生物质炭的土壤其腐植酸和胡敏酸含量的变化不显著。另外,添加生物质炭后,土壤H/F皆未发生显著变化,而胡敏酸的E4/E6值则在添加200℃和250℃制备的生物质炭时显著高于其他处理,添加500℃和600℃制备的生物质炭时显著低于其他处理。

高岭石和蒙脱石吸附胡敏酸的对比研究

高岭石和蒙脱石分别是暖湿和冷干气候带内典型土壤的代表性矿物,对二者吸附胡敏酸特点的对比研究可以为探索不同地带土壤中重金属的环境行为提供重要的依据。笔者通过一系列实验研究了pH值、离子强度和胡敏酸初始浓度对胡敏酸在高岭石和蒙脱石上吸附量的影响,重点剖析了引起高岭石和蒙脱石在吸附胡敏酸方面表现出的共性和差异的原因。研究结果表明:1)在pH=5条件下,胡敏酸在高岭石和蒙脱石上的吸附量均随着胡敏酸初始浓度和离子强度的升高而逐渐增加;2)胡敏酸在高岭石和蒙脱石上的吸附量均随着pH值的升高而降低;3)pH<6时,高岭石吸附的胡敏酸量多于蒙脱石,pH>6时则相反。这是由高岭石和蒙脱石在不同pH条件下吸附胡敏酸的机制不同造成的。在pH<6时,高岭石与胡敏酸之间的静电引力起主导作用,其次是配位交换作用和氢键作用。此时,蒙脱石以氢键作用为主要吸附机制。在pH>6时,高岭石和蒙脱石的主要吸附机制分别是疏水性作用和阳离子键桥。

重金属离子在胡敏酸-高岭石复合体上的吸附

本文研究了胡敏酸存在下高岭石对重金属离子的吸附行为。实验结果表明:①胡敏酸和Cu2+溶液按先后顺序或同时加入高岭石中反应,在Cu2+平衡浓度<10mg/L时,3种加入顺序对Cu2+的吸附量基本相同,当Cu2+平衡浓度>10mg/L时,(K+Cu)+HA和(K+Cu+HA)两种加入顺序对Cu2+的吸附量比(K+HA)+Cu的略大。②在pH=5时,胡敏酸-高岭石复合体对Cu2+的吸附量明显大于纯高岭石。这是由于胡敏酸含有大量的羧基和酚羟基等活性基团,吸附在高岭石上的胡敏酸增加了其表面吸附位,在复合体表面形成了S—HA—Cu三元配合物,且Cu2+的吸附量与复合体中胡敏酸的含量在一定范围内成正相关;③溶液pH值在4～7之间变化可调控复合体对Cu2+的吸附机制。④在Cu2+和Cd2+共存时,随着金属离子初始浓度的增大,Cu2+的吸附量呈直线上升,而Cd2+的吸附量增加缓慢,表明复合体对Cu2+的吸附能力比对Cd2+强。

绰墩农业遗址中存在中全新世水稻土的新证据

前人研究认为，在长江下游地区绰墩农业遗址的全新世地层中存在2个古水稻土层，但到目前为止尚缺乏土壤化学和物理学方面的证据。为了寻找土壤学证据，在江苏省昆山市绰墩遗址P-01垂直剖面中连续采集了12个样品，分别测定了全氮（TN）含量、总有机碳（TOC）含量、粒度组成、质量磁化率以及粘土矿物组成。结果显示，从剖面底部（200cm）到100cm处和从57cm处到现代土壤表层，TOC．TN，TOC／TN比值、高岭石含量以及高岭石／伊利石（K／I）比值两次出现逐渐升高的趋势．而且它们的曲线形态基本一致。这些特点有可能说明P-01剖面中包含着两次成壤过程：第1次形成了古土壤层（160～100cm）．第2次形成了现代水稻土（57cm～现代土壤表层）。但TOC和TN以及水稻植硅石资料不支持在深度57～42cm段存在古土壤的观点。从200cm到130cm处，磁化率和粘粒含量有逐渐降低的趋势，说明此处具有长期淹水的特征。现代水稻土的研究表明，水稻田排水过程中可能使部分粘粒被带走流失。因此，粘粒含量从200cm到130cm处逐渐降低的趋势可能与中全新世的人工排水有关。研究资料与考古学、孢粉学和植硅体资料共同说明，该古土壤层（160～100cm）很可能是古水稻土。古水稻土的确认将为农业考古和古环境变化研究提供有利的条件。

土壤中水溶性有机质的结构特征及环境意义

采用元素分析,1H—NMR和FTIR研究了3种水稻土中水溶性有机质(DOM)的组成及结构特征,并与富里酸(FA)、胡敏酸(HA)进行了比较。结果表明,DOM主要由碳水化合物组成,芳香族物质少,烷基链烃含量少且支链短,分子结构简单;HA含有大量的芳香族不饱和物质,烷基链烃含量多且支链长;FA含有大量的羧基官能团。3种土壤HA的结构组成相似,而DOM则变化较大,即桑园土壤DOM碳水化合物含量相对较多;水杉土壤DOM烷烃物质和芳香族不饱和物质较多,而碳水化合物相对少;水田土壤DOM介于两者之间。

水溶性有机质对土壤吸附菲的影响

研究了来源于稻草腐熟物的外源水溶性有机质(DOM)和土壤本身固有的内源DOM对有机碳含量不同的3种土壤吸附菲的影响.结果表明,不同处理土壤对菲的吸附曲线均为线性,其吸附系数(Kd)与土壤有机碳含量(foc)正相关.去除内源DOM后,黄棕壤、红粘田和黑土吸附菲的Kd值增加了7.08%～21.4%,增加量(ΔKd)和增加幅度与foc正相关,表明土壤中存在的内源DOM抑制土壤对菲的吸附.而外源DOM对土壤吸附菲的影响与其浓度密切相关.在供试浓度范围(0～106mgDOC.L-1)内,红粘田吸附菲的Kd值随加入外源DOM浓度的提高先增大后减小.外源DOM浓度为28mgDOC.L-1时,红粘田吸附菲的Kd值增加了19.5%;而当外源DOM浓度≥52mgDOC.L-1时,则明显抑制菲的吸附.内源和外源DOM对土壤吸附菲的影响,主要与DOM和菲在溶液中的结合作用、在土壤中的累积吸附效应等有关.

应用光谱分析技术研究土壤水溶性有机质的分组及其结构特征

本研究以Leenheer的分组方法为基础 ,采用XAD 8树脂分组水稻土水溶性有机质 (DOM ) ,并通过元素组成、1H NMR和FTIR详细研究了疏水酸性 (HOA)、酸不溶 (AIM )、疏水中性 (HON)和亲水性 (HIM)等组分的结构特征。土壤DOM组成中HOB含量最少 ,HON含量为 7%～ 15 % ,HIM是土壤DOM中最大组成部分 ,达 35 %以上 ,HOA与AIM之和为 5 0 %左右。元素分析、FTIR及1H NMR分析结果表明DOM各组分结构特征差异显著 ,HON以含有大量的长链烷烃为主要结构特征 ,并含有较多氨基酸、多肽等含氮类物质。HOA类似于土壤富里酸 (FA) ,含有大量羧基 ,但与FA相比芳香族物质减少 ,碳水化合物增多。AIM以多酚类、腐殖质结合的碳水化合物为主要组成物质。

生物质炭的加入对土壤吸附菲能力以及玉米幼苗对菲吸收量的影响

通过等温吸附试验以及玉米幼苗的盆栽试验,研究了加入生物质炭对土壤吸附菲的性能以及玉米幼苗对土壤中菲的吸收量的影响。结果表明,生物质炭的加入使土壤对菲的吸附能力显著增强:不加炭<炭A<炭B<炭C,相应的分配系数Kd值分别为0.16、0.31、0.34 L.g-1和0.42 L.g-1;生物质炭的加入能有效地减少玉米幼苗对土壤中菲的吸收,通过玉米幼苗栽培试验可以看出,加入生物质炭A、炭B和炭C后,玉米幼苗对土壤中菲的吸收量都有明显的下降。

水稻秸秆燃烧对土壤有机质组成的影响研究

研究生物质(水稻秸秆)燃烧行为对土壤有机质含量和组成的影响,探讨不同燃烧次数下土壤中胡敏酸(HA)、富里酸(FA)、水溶性有机质(DOM)的含量和结构特征的变化情况。结果表明:土壤有机碳的变化仅在土壤表层几厘米以内,随燃烧频次增加土壤有机碳含量减少量增加,而水溶性有机质及组分则呈现不断增加的趋势。不同来源土壤的腐殖物质对生物质燃烧作用的响应不同,3种供试土样中腐殖物质随不同次数同强度秸秆燃烧并未呈现较一致的变化趋势,但每一种土壤的HA和FA含量及HA/FA、E4/E6值均随燃烧频次的增加呈现规律性的升高或者降低,而且FA含量的变化是影响HA/FA值大小的主导因素。此外,通过红外光谱图可知,随燃烧频次增加,FA中芳香性成分和含脂肪族C—OH、C—O物质增加,而HA由于本身芳香缩和度高而无明显变化。

洗脱处理对生物质炭吸附铜离子行为的影响

常用生物质炭制备方法会产生焦油、醋液和无机盐等热解副产物,这些物质附着在生物质炭表面,会影响对其性质和应用的研究。以四种溶剂(水、稀酸溶液、稀碱溶液、无水乙醇)作为洗脱剂,对生物质炭进行浸泡处理,比较洗脱前后的性质;用洗脱后的生物质炭吸附铜离子,探讨不同洗脱处理是否会对生物质炭吸附重金属离子的能力产生影响;分析不同洗脱处理得到上清液的成分,探讨洗脱处理去除的热解副产物组成;比较洗脱前后生物质炭的漫反射傅里叶变换红外光谱,分析洗脱处理对其表面官能团的影响。结果表明,四种洗脱处理均能不同程度地去除生物质炭表面附着的热解副产物,为使洗脱处理对生物质炭性质的影响较小,据此建议以醇-水处理和水洗处理作为生物质炭吸附铜离子研究的前处理方法。

施肥对药用菊花的产量和总黄酮、绿原酸含量的影响

按照江苏省中药材种植基地的平均施肥水平,选用当地常用的猪粪、鸡粪、菜籽饼、无机肥为供试肥料,进行菊花盆栽试验,研究不同肥料对菊花(Chrysanthemum m orifoliumRam at.)产量及有效成分含量的影响。结果表明:施肥可改善菊花的植物学性状,使菊花生物量显著增加;施用猪粪、鸡粪、菜籽饼等有机肥能显著提高菊花的总黄酮含量和绿原酸含量,有效改善菊花品质,其中以菜籽饼的效果最好,猪粪次之。

天然有机质与矿物间的吸附及其环境效应的研究进展

本文综述了天然有机质与矿物间吸附行为的研究进展。具体介绍了天然有机质与矿物间的吸附机理,包括配位交换、范德华力、静电引力、疏水作用、离子交换及阳离子桥;阐述了不同分子大小及亲疏水性组分的天然有机质在矿物上的吸附行为;讨论了影响吸附行为的环境条件(pH,离子强度)及天然有机矿物体系对全球碳循环、重金属和有机污染物产生的环境效应,并提出了研究展望。

铜、锌对栽培丹参的丹参酮类物质影响机制的研究

目的:探究微量元素(铜、锌)对丹参根中3种丹参酮的累积产生影响的机制,为丹参的优质高产提供理论依据。方法:通过砂培试验研究铜、锌对丹参根中3种丹参酮的累积和丹参体内过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)活性的影响,并且探究了它们与基质中有效态铜、锌含量之间的相关关系。结果:丹参根中3种丹参酮的含量均随铜、锌浓度的增大而提高,对丹参生长期内3种丹参酮的动态监测表明,铜、锌处理后60 d时的3种丹参酮含量最低,120 d时最高,150 d时又开始下降。在基质中有效态铜和有效态锌含量、丹参体内氧化酶(POD,PPO)活性、丹参根中3种丹参酮含量三者之中,任何两者之间均呈现显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的正相关关系。结论:铜、锌对丹参根中丹参酮类物质累积产生影响的机制有可能是适量的铜、锌增强了多酚氧化酶、过氧化物酶的活性,而他们又有可能促使了丹参体内酚类物质更多的转化成萜类物质,从而使丹参酮的累积量增加。