土壤磷形态组分分级及^(31)P-NMR技术应用研究进展

农田生态系统中土壤磷形态转化,影响土壤磷对作物的有效供应。土壤磷分为无机磷和有机磷两大部分。化学连续提取法(chemical sequential fractionation,CSF)研究土壤磷形态分级,采用不同的化学提取剂,分级提取土壤中组成或分解能力接近的有机无机含磷化合物,是目前表征土壤磷素形态的重要方法。但该方法虽历经改进,仍难以确切反映土壤磷的实际组成,提取的不同磷形态间存在重叠,有机磷和无机磷组分分级存在一定的误差;不同分级磷组分对作物的有效性,需谨慎评估。核磁共振波谱技术(nuclear magnetic resonance,NMR)根据核磁共振波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构来研究土壤中含磷化合物的分子结构。液相31PNMR可以同吋检测出土壤中多种磷组分,如正磷酸盐、磷酸单酯、磷酸二酯、膦酸脂、焦磷酸盐和多聚磷酸盐,识别土壤提取物磷形态,可将有机磷与无机磷分开。本文综述了应用31P-NMR技术研究土壤磷形态组分的一些进展,总结了样品制备过程、NMR测试参数及在土壤磷形态转化研究中的应用。二维31P-NMR技术发展为鉴定分析土壤中更多种类的含磷化合物提供了契机。

连续三年减施氮肥对潮土玉米生长及根际土壤氮素供应的影响

[目的]我国北方农业生产中氮肥过量施用现象较普遍,冬小麦夏玉米轮作体系是当地主要种植方式。研究轮作体系氮肥减施对玉米产量、氮肥利用率、根系形态及根际中无机氮特征的影响,为集约化农业生产体系中氮肥合理施用提供支持。[方法]选择河北衡水潮土试验点冬小麦夏玉米轮作体系,连续开展了三年田间试验,小麦收获后免耕播种夏玉米。冬小麦季设置 N 0、180、225、300 kg/hm^2 四个氮肥用量处理,其夏玉米季相应氮肥用量依次设置为 N 0、144、180 和 240 kg/hm^2,为不施氮肥、减施 40%、减施 25%和习惯施氮量处理。分别在玉米生育期的苗期、大喇叭口期、灌浆期及收获期在处理小区随机选植株 5 株,测定玉米籽粒产量、地上部氮含量、氮累积量及根际土壤中无机氮等指标,利用 WinRHIZO 根系分析系统分析获取根长、直径等数据。[结果]与 N240 处理相比,N144、N180 处理连续三年的玉米籽粒产量、地上部含氮量与氮累积量、根系长度与直径、根际土壤硝态氮与铵态氮含量均未受到明显影响,而氮肥利用率显著提高,农田氮素表观损失降低。三季 N0、N144 和 N180 处理的夏玉米籽粒产量、非根际土壤硝态氮和铵态氮含量出现下降。除2008 年大喇叭口期之外,三季玉米所有生育时期中,施用氮肥处理的夏玉米根际土壤硝态氮含量明显低于非根际土壤。2008 年玉米抽雄期,根际土壤中铵态氮含量显著高于非根际土壤,而在收获期,根际土壤铵态氮含量比非根际土壤明显降低。同一生育期,氮肥减施未明显降低根际土壤铵态氮含量。2008 和 2009 年两季玉米籽粒产量均与大喇叭口期以后地上部氮累积量呈显著正相关,而 2010 年只与苗期和成熟期显著相关。2009 年玉米根际硝态氮含量均与玉米产量呈正相关,生育后期呈极显著正相关关系,而除大喇叭口期非根际土壤硝态氮含量与玉米籽粒产量不相关外,其他生育期的非根际土壤硝态氮含量均与籽粒产量显著相关。[结论]在华北小麦玉米轮作种植体系下,在土壤肥力水平较高地区,连续三年减氮 25%甚至 40%,未显著改变夏玉米根系形态及根际无机氮供应水平,氮肥利用率显著提高,但非根际无机氮供应水平和籽粒产量有下降趋势。因此,在河北高肥力地区小麦玉米轮作下短期减少氮肥用量可行,持续减施还需进一步研究。

利用孔雀绿-磷钼杂多酸分光光度法测定水样中微量磷酸盐

【目的】磷钼蓝分光光度法是水中磷酸盐含量的常用检测方法,但不适用于磷酸盐含量低(<0.04mg/L)的水样。建立一种更准确的水中微量磷酸盐检测方法。【方法】对孔雀绿-磷钼杂多酸分光光度法中最大吸收波长、显色剂中孔雀绿和浓硫酸的比例与用量、表面活性剂聚乙烯醇(PVA)用量、显色稳定时间等指标依次优化,选择1个湖水样品和系列低浓度磷标准溶液,用优化后的测定方法进行方法回收率、精密度和检出限研究。【结果】优化后的关键点是最大吸收波长620 nm,显色剂配制比例钼酸铵溶液(176.5 g/L)/孔雀绿溶液(11.2 g/L)/浓硫酸=40/32/34(体积比),显色体积中显色剂比例占8%,显色稳定时间30 min,方法检出限为1.2 g/L,磷(P)浓度小于10.00μg/L时相对标准偏差RSD 8.3%~9.1%,P浓度大于10.00μg/L时RSD小于5%,加标回收率在97.0%~108.2%。【结论】优化后的孔雀绿-磷钼杂多酸分光光度法检测限低,灵敏度高,线性范围宽,显色溶液稳定,准确度、精密度符合水质测定需求,操作简便,适合环境中水体微量磷酸盐含量的检测。

催化氧化法与直接燃烧法测定土壤总碳之比较

土壤碳库由有机碳库和无机碳库两大部分组成。选择黑土和潮土两种不同类型土壤,分别通过直接燃烧和催化氧化方法测定土壤总碳含量,以揭示两种方法测定结果的可比性及其差导显著性,每个样品每种方法重复测定5次。结果表明:催化氧化法和直接燃烧法测定的黑土总碳含量平均值分别为(15.10±0.03)g/kg和(15.38±0.32)g/kg,t检验两种方法的测定结果无明显差异。催化氧化法测定的潮土总碳含量为(15.07±0.06)g/kg,直接燃烧法测定潮土总碳含量为(15.76±0.18)g/kg,t检验结果差异明显。两种仪器土壤总碳测定结果精密度均较高,相对偏差均小于5%。为采用仪器方法测定土壤总碳含量及土壤碳库量变化提供参考。

长期不同施肥处理对黑土根际土壤有机碳结构组分的影响

土壤有机碳是农业生态系统的关键驱动和调节者,特别是根际微域有机碳动态对土壤碳素循环和矿质营养元素释放起着重要作用。研究长期不同化肥和有机肥施用下大豆根际土壤有机碳、活性有机碳以及有机碳结构的变化规律,深入了解根际有机碳固持和稳定机制,为完善农田生态系统碳固持和农田可持续发展提供科学依据和理论支撑。该研究依托黑土长期定位试验,采用化学分析、固态^(13)C-核磁共振(^(13)C-NMR)等方法研究大豆根际土壤有机碳含量、活性有机碳含量和有机碳结构组分变化规律。结果表明,与非根际土壤相比,大豆根际土壤有机碳含量显著增加,长期施肥处理能够显著增加根际土壤有机碳和低活性有机碳含量,以常量有机肥加氮磷钾(MNPK)处理提升效果最好。核磁共振实验结果表明,与不施肥处理相比,MNPK处理明显增加根际土壤烷基碳、烷氧基碳比例以及烷基碳/烷氧基碳比值,降低芳香基碳和芳香碳/总碳比值,在非根际土壤中尤其显著;常量氮磷钾(NPK)处理增加芳香基碳比例和芳香碳/总碳比值,在根际土壤中烷基碳比例和烷基碳/烷氧基碳比值增加,烷氧基碳比例降低,非根际土壤测试结果相反。综上所述,MNPK处理能够显著提升根际有机碳含量,增加有机碳中烷基碳、烷氧基碳比例以及烷基碳/烷氧基碳比值,促进团聚体形成和增加土粒结构稳定性,而NPK处理增加芳香基碳比例和芳香碳/总碳比值,降低根际烷氧基碳比例,团聚体稳定性降低,同时证明固态^(13)C-核磁共振技术结合半定量分析能够准确地分析不同有机碳结构组分变化,深刻认识根际土壤有机碳的稳定机制。

AA3型连续流动分析仪与钒钼黄比色法测定玉米植株全磷含量之比较

选择69个玉米秸秆和籽粒样品,经浓H2SO4和H2O2消煮后,用连续流动分析仪与钒钼黄比色法分别测定消煮液中磷含量,对2种方法检测数据之间进行比较分析,探讨利用连续流动分析仪测定植株样品消煮液中磷含量的可行性。t检验表明：2种方法测定植株全磷含量相比无明显差异。测定结果之间呈显著线性相关系,回归直线方程为Y（连续流动分析仪-P）=0.927X（钒钼黄比色法-P）-0.002,相关系数r=0.985（n=69,P〈0.01）。连续流动分析仪测定加标回收率在99.3%～103.8%之间,对4个样品消煮液中磷浓度分别重复测定10次,相对标准偏差小于1.5%。连续流动分析仪分析速度快,消耗试剂少,推荐用于大批量玉米植株样品H2SO4-H2O2消煮液中磷含量分析。

DayCent模型模拟黑土长期施肥下土壤碳氮变化

为促进黑土耕地可持续发展,本研究利用黑龙江省38年长期定位施肥试验的作物产量、土壤有机碳含量和全氮含量等数据,对DayCent模型进行校验和验证,同时,利用试验数据逆向模拟的方法,获取模型最佳的修正系数,分析导致模型模拟偏差的原因,揭示黑土区施肥制度对土壤碳氮动态变化的影响以及土壤碳氮转化的规律。结果表明:DayCent模型验证土壤有机碳时不施肥(CK)、氮肥(N)、二倍量氮肥(N2)、氮磷钾配施(NPK)、有机肥(M)、有机肥+氮肥配施(MN)和有机肥+氮磷钾配施(MNPK)处理的均方根差为7.2%~9.8%,验证全氮时的均方根差为7.1%~10.2%,且模拟评价的相对误差和模拟效率均在很好和较好范围内,说明模型参数组合对以有机肥归还为主的施肥条件下有机碳、全氮动态模拟较好;而验证二倍量有机肥(M2和M2N2)处理的土壤有机碳、全氮的均方根差分别为13.2%、12.5%和10.6%、10.4%,模型模拟的效果较好,DayCent模型能够基本反映土壤有机碳和全氮的变化。利用38年长期定位试验实测数据逆向分析可知,该试验点有机肥投入下的有机碳周转速率是单施化肥的1.7倍。利用DayCent模型模拟东北黑土区大量有机肥投入时的土壤碳动态变化时,需综合考虑土壤碳氮平衡、激发效应及淋洗迁移等问题,可能会在不同程度上高估高量有机肥投入下土壤有机碳动态。

连续流动分析仪与自动凯氏定氮仪测定小麦秸秆全氮含量之比较

凯氏定氮法是测定植株全氮含量的经典方法,但费时费力。选择24个小麦秸秆样品,用浓H2SO4-H2O2消煮,分别利用连续流动分析仪与全自动凯氏定氮仪测定消煮液中氮含量,比较了两种方法测定结果,探讨利用连续流动分析仪测定植株样品全氮含量的可行性。结果表明：两种仪器测定的小麦秸秆中全氮含量无明显差异,彼此间呈显著线性相关,回归直线方程为Y（连续流动分析仪-N）=0.892X（凯氏蒸馏滴定-N）＋0.753,相关系数r=0.942 1（n=24,P〈0.01）。连续流动分析仪测定的回收率在96.6%～102.3%之间,对5个样品消煮液中氮浓度分别重复测定5次,相对标准偏差在5%以下。连续流动分析仪分析速度快,消耗试剂少,可用于大批量H2SO4-H2O2消煮的植株样品中全氮含量分析。研究结果为采用连续流动分析仪测定植株全氮含量提供了技术依据。