海南岛典型水稻土施硅肥对水稻产量与品质的影响

针对海南岛典型水稻土有效硅含量严重不足的现状,合理制定硅肥施用量成为当务之急。以海南岛5种典型成土母质(玄武岩、海相沉积物、河流冲积物、砂页岩、花岗岩)发育水稻土为研究对象,开展水稻硅肥肥效的田间小区试验;分析不同硅肥处理下水稻产量、品质及其相关的生理生化与农艺学指标。结果表明:对于玄武岩和花岗岩发育的水稻土,相较于空白对照,T_(2)与T_(3)施硅肥量均显著提高水稻产量及其相关的水稻茎蘖数、分蘖数、有效穗数、结实率、千粒重、根系活力、叶绿素、粗纤维素含量等指标水平,且稻米的精米率、垩白度、直链淀粉含量等品质特征也达到较好水平;综合推荐玄武岩水稻土最佳施硅肥量为750~950 kg/hm^(2)(有效态SiO_(2)为187~238 kg/hm^(2)),花岗岩水稻土合理施硅肥量为625~935 kg/hm^(2)(有效态SiO_(2)为156~234 kg/hm^(2))。对于海相沉积物、河流冲积物和砂页岩发育的水稻土,相较于空白对照,T_(2)与T_(3)施硅肥量均明显增加水稻分蘖数及根系活力、叶绿素、粗纤维素含量等指标;水稻产量在T_(2)施硅肥量时最高且品质也达到较好,继续提高施硅肥量(T_(3))水稻产量及其相关农艺学指标提高不明显,甚至个别指标出现下降趋势;综合推荐海相沉积物和河流冲积物水稻土施硅肥量为560 kg/hm^(2)(有效态SiO_(2)均为140 kg/hm^(2))为宜,砂页岩水稻土施硅肥量为750 kg/hm^(2)(有效态SiO_(2)为187 kg/hm^(2))为宜。因此,本研究揭示了海南岛典型水稻土施硅肥效应,为制定海南水稻土施硅肥标准以及水稻高效施硅技术的示范与推广提供科学基础。

土壤溶解性有机质分子特征对不同来源有机肥分解的响应

从有机肥料中提取的溶解性有机质(DOM)可为不同的商业有机肥料的潜在应用提供新的见解。选用四种不同来源有机肥(生物质炭肥,WSB;羊粪有机肥,SM;海藻有机肥,SW;虾肽有机肥,SP)与昌化矿区周边土壤为研究材料,进行为期三个月的培养试验,采用多元光谱分析研究土壤DOM分子特征对有机肥分解的响应。与对照组相比,在培养过程中添加四种有机肥均增加土壤DOM的含量,WSB处理增加量最低,SW处理增加最高。激发发射矩阵结合平行因子分析(EEM-PARAFAC)表明培养过程中添加WSB提高了土壤DOM中类胡敏酸组分,减少了类富里酸组分;添加SM、SW和SP在0~45 d内降低了土壤DOM中微生物转化的类胡敏酸组分的比例而提高类富里酸组分,在45~90 d内增加难降解的类胡敏酸组分的比例。二维红外相关分析(2D-FTIR-COS)表明CK和SP处理中土壤DOM的芳香性或羧酸碳优先对分解时间发生响应;而添加WSB、SW和SM处理组中土壤DOM的烯烃或多糖类碳优先对分解时间发生响应;添加WSB和SP处理土壤提取液中也出现了Si-O-Al等土壤纳米矿物类官能团响应信号。碳近边X射线吸收精细结构(C 1s NEXAFS)分析结果表明:培养结束后,与未添加有机肥处理相比,WSB处理提高土壤DOM中含氧脂肪族碳组分比例,而减少芳香与酚类碳比例;SW处理主要增加了芳香碳、羰基碳的比例,而减少了脂族碳和氧烷基碳含量;SM、SP处理增加了酚类碳、芳香碳以及脂族碳比例,减少了羧基碳、氧烷基碳和羰基碳比例。本研究结果可增强对不同来源有机肥分解影响土壤DOM分子特征的了解,对于评估土壤中施用商品有机肥料的生态环境效应至关重要。

海南东寨港流域土壤-溪流连续体溶解态黑碳分子特征及其界面转化机制

研究不同土地利用背景下土壤-溪流连续体溶解态黑碳(DBC)分子特征及其界面转化规律对调控溪流温室气体排放具有重要的指导意义。以海南东寨港3个典型热带流域为研究区,对流域内3种土地利用类型(农田、林地、湿地)的土壤、溪流进行监测,通过超滤技术、苯多羧酸法与傅里叶变换离子回旋共振质谱技术(FT-ICR-MS)对DBC粒径分布、结构组成进行表征,进一步揭示不同土地利用背景下土壤-溪流界面中DBC转化机制。结果表明,从土壤到溪流环境DBC质量浓度逐渐变小;土壤DBC平均质量浓度、DBC/DOC比值大小顺序为湿地>农田>林地,而在溪流中湿地最低,分别为0.14 mg·L^(-1)、6.61%;林地、农田、湿地的土壤DBC分别主要分布在>10 kDa、<10 kDa、<1 kDa的粒径中,质量浓度范围为1.21—4.01 mg·L^(-1),所有溪流DBC在不同粒径中的分布更为均匀;所有土壤与溪流的DBC稠环结构以B4CAs和B5CAs为主,其中农田溪流B4CAs占比超过60%;DBC中CHO化合物的占比最高为73.56%,土壤DBC的CHOS/CHONS化合物在湿地中占比最高为21.84%,但在溪流DBC中湿地占比最低为6.73%;不同地类土壤-溪流界面中DBC含量平均损失率大小顺序为农田>林地>湿地,而林地、农田、湿地水土界面中具有最大损失率的DBC组分分别为>0.2μm、1—10 kDa、<1 kDa,而农田溪流中B3CAs、B4CAs和B5CAs平均损失率显著高于地类溪流。土壤-溪流界面的DBC转化主要受分子特征的影响,其次为界面环境理化性质与微生物组成,流域内不同土地利用方式通过改变土壤-溪流界面输入性DBC结构组成与界面环境因子共同影响DBC的界面转化过程。

不同有机改良剂对矿区土壤溶解性有机质及其铅赋存形态的影响机制

为探讨不同来源有机改良剂对污染土壤溶解性有机质(DOM)分子特征及重金属环境行为的影响机制,本研究选择3种不同来源的有机改良剂,以海南省昌化矿区铅(Pb)污染土壤为研究对象,以不施有机改良剂的土壤为空白对照处理,对3种不同有机改良剂处理(添加5%羊粪、海藻有机肥、小麦秸秆生物炭)的土壤进行培养实验。结果表明:施用有机改良剂能显著提高土壤溶解性有机碳(DOC)含量,在培养后期DOC含量逐渐降低;除了生物炭,其他3种处理高分子量芳香碳类物质(C2)占比随培养时间增加而降低,较低分子量的氧化醌类物质(C3)占比提高。红外光谱特征表明施用有机改良剂后土壤中DOM的官能团主要是氨基酸N H键和羟基OH;随着培养时间的增加,4种处理均能提高土壤中水溶态Pb含量,其中海藻处理的水溶态Pb含量最高,达到1.91 mg·kg^(-1),可还原态/铁锰氧化物结合态是Pb的主要存在形态(48%~54%)。不同培养时间的冗余分析表明土壤DOC含量以及相关官能团与土壤Pb含量和形态存在相关性,土壤溶液中的Pb主要受控于土壤溶液中的DOM,海藻和羊粪处理能够增加土壤中水溶态Pb和EDTA-Pb的含量。研究表明,施用有机改良剂改变了土壤中DOM的性质,进而影响土壤中水溶态Pb和有效态Pb含量。

大田土壤球囊霉素相关土壤蛋白分解及其与土壤特征的关系

为了更充分理解土壤球囊霉素相关土壤蛋白的分解及其与土壤有关特征的相关性,采用大田培养和Bradford反应等实验室分析方法进行研究。结果表明,在整个培养时间内,在两组实验土壤中T-GRSP的减少量(青菜地21.1%,胡萝卜地13.1%)明显高于土壤中EE-GRSP的减少量(青菜地11.9%,胡萝卜地5.3%);而且胡萝卜地中GRSP(T-GRSP和EE-GRSP)的损失量明显小于青菜地的变化;土壤中T-GRSP分解变化和EE-GRSP分解变化呈现明显的正相关。土壤中T-GRSP和EE-GRSP分解变化与土壤碳水化合物(热水可提取态和可水解态)含量、土壤β-葡萄糖苷酶的活性变化呈现明显的正相关;而与土壤蛋白酶活性、土壤微生物碳量的变化呈现明显的负相关。

海南商品有机肥中重金属和抗生素含量状况与分析

为了解海南商品有机肥的总体污染状况,在海南省18市、县采集了102个商品有机肥样品,分析了铅、铬、镉、铜、锌、砷、汞共7种重金属和土霉素、四环素、金霉素、强力霉素、磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺甲恶唑、环丙沙星、恩诺沙星、双氟沙星共11种抗生素的含量及影响因素.结果表明,海南商品有机肥中Pb、Zn污染较严重,Pb、Cr、Cd、Cu、Zn、As、Hg含量的平均值分别为58.16、69.55、1.34、48.65、178.03、10.75、0.24 mg·kg^(-1),根据相关行业标准,其超标率分别为26.47%、3.92%、4.90%、8.82%、25.49%、17.65%、0;11种抗生素被不同程度地检出,检出率最高的是环丙沙星,检出率高达49.02%,检出率最低的是四环素,检出率为8.82%;11种抗生素的平均含量由大到小依次是金霉素(2010.10μg·kg^(-1))>四环素(834.22μg·kg^(-1))>强力霉素(627.37μg·kg^(-1))>双氟沙星(199.18μg·kg^(-1))>磺胺二甲嘧啶(195.67μg·kg^(-1))>土霉素(176.54μg·kg^(-1))>磺胺甲基嘧啶(149.85μg·kg^(-1))>恩诺沙星(146.70μg·kg^(-1))>磺胺嘧啶(112.82μg·kg^(-1))>磺胺甲恶唑(110.47μg·kg^(-1))>环丙沙星(82.26μg·kg^(-1)).我国尚没有对商品有机肥中重金属、抗生素等有害物质的限量的国家标准,建议商品有机肥中重金属Pb、Cr、Cd、As、Hg、Cu、Zn的最高含量分别低于50、150、3、15、2,100、200 mg·kg^(-1),抗生素限量低于6666.67μg·kg^(-1),建议所有商品有机肥在包装袋上标明产地、原料、重金属含量、抗生素含量.

海南岛典型水稻土硅形态空间分布特征及其有效性的影响因素

【目的】深入研究海南岛典型水稻土硅形态的分布状况及其有效性的影响因素,为海南岛典型水稻土硅养分的高效施肥管理和硅肥产业的发展提供科学依据。【方法】运用逐级提取法、GIS分析及逐步回归分析相结合的方法,分析海南岛5种典型成土母质(海相沉积物、河流冲积物、玄武岩、花岗岩、砂页岩)发育的水稻土硅形态的空间分布特征和影响有效硅的主控因子。【结果】海南岛典型水稻土有效硅平均含量为44.79 mg/kg,且所有样点有效硅含量低于100 mg/kg,属于缺乏水平。土壤有效硅、有机硅与铁锰氧化结合态硅的高含量主要分布在琼北和东南部,土壤全硅和无定形空间分布呈互补趋势。花岗岩发育水稻土有效态硅占比最低,无定形硅占比最高,玄武岩发育的水稻土有效态硅、有机态硅和铁锰氧化物结合态硅占比最高。除成土母质外,海南岛典型水稻土植物有效态硅主要受土壤pH和速效氮的调控。【结论】海南岛典型水稻土缺乏硅素现象严重,针对不同母质发育的水稻土实施合理施肥和田间管理模式已是当务之急。

海南典型水稻土硅养分阈值研究

以海南省5种典型母质(玄武岩、花岗岩、砂页岩、海相沉积物、河流冲积物)发育水稻土为研究对象,开展典型水稻土对硅吸附性及水稻土硅养分阈值研究。结果表明:吸附材料能很好地用Langmuir、Freundlich和Temkin模型进行拟合(R^2>0.85),其中Langmiur模型拟合度最高;不同母质发育水稻土对硅的吸附能力为:玄武岩发育水稻土>花岗岩发育水稻土>河流冲积物发育水稻土>海相沉积物发育水稻土>砂页岩发育水稻土;水稻增产率随着硅肥施用量阶梯式增高呈先升高再降低的变化趋势,Si3处理产量最高,硅素施肥量以75 mg/kg为最佳;玄武岩、花岗岩发育的水稻土水稻最高产量显著低于其它3种水稻土,其施肥的临界值却明显较高;水稻增产5%、10%的施用有效硅临界值分别为25~37、43~67 mg/kg,土壤有效硅临界值分别为79~91、100~120 mg/kg;在玄武岩和花岗岩发育水稻土中水稻增产15%时,施用有效硅临界值分别为67和84 mg/kg,土壤有效硅临界值分别为124和138 mg/kg。

太湖流域典型农用地面源磷流失的土壤主控因子光谱识别

[目的]通过光谱识别太湖流域农用地面源磷流失的土壤主控因子,为简化面源磷流失强度估算提供依据。[方法]通过分析梅梁湾流域耕地和园地中不同面源磷流失强度下的土壤光谱特征,确定影响面源磷流失强度的主要土壤理化性质。[结果]耕地面源磷流失强度的特征波段为650~670nm,1 475nm和1 680~1 695nm,土壤主控因子是有机质,二者之间呈正相关;园地面源磷流失强度的特征波段为685~690nm,710~720nm,1 110~1 115nm,1 150~1 155nm和2 170nm,主控因子是有机质、水分和Fe2+,分别和面源磷流失强度呈负相关、正相关和负相关;有机质对耕地的面源磷流失强度的影响更加显著:耕地面源磷流失强度与光谱指数间的相关系数在1 685nm处达到0.74,而园地条件下相关系数最高值在715nm处仅为0.48。[结论]耕地面源磷流失主控因子为有机质,园地的主控因子为有机质、水分和Fe2+。

椰纤维生物炭对砖红壤水稻土Pb形态及水稻产量和品质的影响

为研究椰纤维生物炭(CFB)对铅(Pb)污染水稻土中Pb 形态和生物有效性的影响,以及对水稻(Oryza sativa L.)生长和品质的调控效果,以热带(海南)具有代表性的花岗岩和玄武岩母质发育的砖红壤水稻土为供试土壤,在6 种Pb 污染土壤(Pb 质量分数为0、50、250、500、2 500、5 000 mg·kg^-1)中添加质量分数为3%的CFB,并进行水稻盆栽试验,分析土壤EDTA 有效态Pb 含量和Pb 形态,及糙米Pb 含量、水稻产量和农艺性状的变化。结果表明:随Pb 污染量的增加,两种水稻土中各化学形态和有效态Pb 含量显著增加(P<0.05);CFB 的施用降低了土壤交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Pb 含量,增加了有机结合态和残渣态含量;降低了供试土壤有效态Pb 含量,且玄武岩母质水稻土较花岗岩母质水稻土效果更显著。Pb 质量分数(250、500 mg·kg^-1)未超过国家农业用地风险管制值(GB15618—2018;≤500 mg·kg^-1)时,花岗岩水稻土、玄武岩水稻土中糙米Pb 含量依次超过食品安全国家标准(0.2 mg·kg^-1);Pb 胁迫未对水稻生长和农艺性状造成明显影响;而质量分数为5 000 mg·kg^-1时,Pb 胁迫抑制水稻生长、降低农艺性状,此时花岗岩和玄武岩中糙米Pb含量分别超过国家食品安全标准14、10 倍。CFB 能够缓解Pb 对水稻产量和品质的影响;Pb 质量分数为500 mg·kg^-1 时,CFB 的施用使玄武岩水稻土中糙米Pb 含量降低38.4%,符合食品安全国家标准。因此,椰纤维生物炭能够促使土壤中Pb向水稻难吸收的有机结合态和残渣态转化,降低有效态Pb 含量,减轻Pb 对水稻生长的毒害及在糙米中的累积。

不同腐解阶段羊粪与海藻有机肥对Pb(Ⅱ)的吸附

为筛选钝化效果优良且持久的商品有机肥,通过化学分析、吸附/解吸分析、热重分析(TG-DTG)和傅里叶红外(FTIR)分析等方法,对不同腐解阶段(0、6、12个月)的羊粪(Sheepmanure,SM)和海藻(Seaweed,SW)商品有机肥的基本性质进行分析,并深入研究了有机肥对水溶液体系中Pb(Ⅱ)的吸附机理。结果表明:与羊粪有机肥相比,海藻有机肥的有机碳含量和pH值较高,阳离子交换量、氧碳比和盐基饱和度较低;随着腐解过程的进行,海藻有机肥的氧碳比和阳离子交换量显著增加,官能团含量减少,而羊粪有机肥官能团含量增多,两种有机肥易分解的化合物(如纤维素、半纤维素、脂肪族物质等)随着腐解的进行而减少。未腐解时羊粪有机肥的Pb(Ⅱ)最大吸附量(qm)为198.7 mg∙g^(-1),随着腐解过程的进行,羊粪有机肥qm降低,在腐解12个月时降低至61.6 mg∙g^(-1),而海藻有机肥qm从118.7 mg∙g^(-1)开始逐渐增加,最终达到147.1 mg∙g^(-1)。准二级动力学能更好地描述海藻、羊粪有机肥对Pb(Ⅱ)的动力学吸附过程。海藻有机肥和羊粪有机肥对Pb(Ⅱ)的吸附是以化学吸附为主的单层吸附,符合Langmuir模型。有机肥对Pb(Ⅱ)的化学吸附主要是以离子交换吸附(41.4%~47.1%)和氢键吸附(36.5%~47.3%)为主。相关分析发现,有机肥吸附Pb(Ⅱ)的qm与阳离子交换量、盐基饱和度以及氧碳比具有相关性,提高有机肥表面可交换活性位点以及含氧官能团数量可以增强有机肥的Pb(Ⅱ)吸附能力。研究表明,海藻有机肥对Pb(Ⅱ)的吸附容量高且持久性好,适合作为农田Pb(Ⅱ)污染稳定修复商品有机肥。

海南北部滨海区不同土地利用模式下土壤DOM粒径分布与光谱特性

为研究海南热带滨海区不同土地利用模式对土壤溶解态有机质(DOM)含量组成及其分子粒径依赖性的影响,分别采集琼北滨海地区四种代表性土地利用模式下(水稻田、菜园、果园和橡胶园)土壤为研究材料,通过超滤技术对土壤水提液进行分级(所选滤膜孔径大小分别为0.7、0.45、0.2、0.1μm和100、10、1 kDa),并对样品中DOM的碳、氮含量和光谱特性(紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱、傅立叶变换红外光谱)进行表征。结果表明,四种地类土壤溶解态有机碳(DOC)含量(<0.7μm)为水稻土(171.9 mg·kg^-1)最高,胶园土(116.7 mg·kg^-1)最低;而C/N值则为胶园土(22.26)最高,菜园土(11.39)最低。在不同粒径中,4种地类土壤DOC含量为<1 kDa组分占比最高(45%以上),C/N值则在<1 kDa粒径中最高(31.43),10~100 kDa中最低(4.80)。紫外-可见吸收光谱和红外光谱表明了水稻土和菜园土DOM的分子芳香性(SUVA254)、分子量大小(SR)和疏水组分(SUVA260)比例显著高于胶园土和果园土,且含有较多的醇、酚、芳香类物质。三维荧光光谱特征表明四种土地利用模式土壤DOM的来源均为土壤微生物活动产生的“内源”。由此可见,不同的土地利用模式和粒径大小会影响土壤DOM的含量和组成结构,人类活动干扰是引起地类间DOM差异显著的重要因素。

热带滨海区不同土地利用背景下土壤溶解性有机氮的组成与粒径分布特征

溶解态有机氮(DON)是土壤中活跃的氮库,其生态环境行为与它的化学组成和粒径分布密切相关。为评估热带滨海区不同土地利用方式对不同粒径中土壤溶解性有机氮组成特征的影响,从水稻田、橡胶园、菜园和果园采集土壤样品,通过一系列微滤和超滤(0.7,0.45,0.2,0.1μm,100,10,1 kDa)对土壤溶解性有机氮分级,并使用连续流动分析仪、三维荧光光谱和红外光谱研究了滤液中溶解态有机氮、无机氮的含量及荧光组分和有机官能团特征。结果表明,4种土地利用背景下土壤DON值的范围为5.25-10.88 mg·kg^-1,其大小顺序为水稻>菜园>果树>橡胶,且DON与溶解性总氮(DTN)的比值范围为26.08%-67.11%,其中橡胶土最高,水稻土最低;不同粒径下4种土地利用类型土壤DON主要集中在<100 kDa的粒径中,其值范围为4.85-9.48 mg·kg^-1,占全量的85.89%-92.41%。三维荧光光谱(3D-EEMs)及平行因子分析表明,4种土地利用背景下土壤DON含有两种类腐殖质组分及一种类蛋白质组分,且以类腐殖质组分为主,占比54.00%-77.67%;类蛋白组分对土地利用变化敏感,且随着粒径的减小,类蛋白组分占比增加,在<1 kDa组分中比例最高。红外光谱结果表明,4种土地利用背景下土壤DON主要在6个位置有相似的吸收峰,包含3410 cm^-1、1636 cm^-1、1402 cm^-1、1138-1035 cm^-1、673 cm^-1、602 cm^-1,不同土地利用背景下各吸收峰的透光度不同,强度最大的吸收来自游离的胺类N-H伸缩振动;水稻、菜园土壤DON芳香物质含量较高,结构较复杂。了解DON的组成与粒径分布对土地利用的响应,对进一步研究其生态环境行为具有重要意义。

热带地区成土母质对水稻土不同粒级组分及其铅吸附形态的影响

为探明热带地区不同成土母质发育的水稻土其各粒级物理组分中理化性质、矿物组成差异以及其对铅形态的影响机制,选取两种不同成土母质(花岗岩与玄武岩)的水稻土,通过湿筛法将未添加铅和添加铅老化土壤分为5个物理组分(2-0.25、0.25-0.05、0.05-0.01、0.01-0.001 mm、<0.001 mm),测定其理化性质,通过BCR连续提取法测定土壤老化后的铅化学形态,通过XRD与SEM-EDS分析各物理组分的矿物质组成与老化后铅的分子形态。结果表明,玄武岩水稻土中有机质、CEC与游离氧化铁含量分别较花岗岩水稻土高出21%、13.2%与114%,且玄武岩水稻土对重金属铅的吸附量与吸附形态的稳定性均强于花岗岩水稻土;随着粒径的减小,各物理组分中的有机质含量、CEC与游离氧化铁含量显著升高。两种不同成土母质土壤的矿物组成存在巨大差异;随着粒径的减小,各物理组分中的原生矿物减小,粘土矿物增多,硅含量减少,各金属元素增多。土壤加铅老化培养后,两种土壤中铅的主要化学形态均为弱酸提取态与可还原态,共占全量铅的83%(SG)与85%(SB);随着粒径减小,两种土壤各物理组分中铅各化学形态与吸附量均增加;可还原态铅占比逐渐增加,而弱酸提取态的比例却逐渐下降,在<0.001mm组分中,可还原态铅成为最主要的化学形态,分别占55%(SB)与63%(SG)。XRD数据显示,磷酸铅与硅酸铅为两种土壤中铅的主要分子形态;随着粒径减小,硅酸铁铅、磷酸铁铅、硅酸铝铅与硅酸铅钙等晶体峰开始出现,在0.01-0.001mm与<0.001mm组分中,原有的硅酸铅峰消失。对比两种不同的成土母质发育的水稻土,其成土母质的不同造成的组成性质差异,使玄武岩水稻土对铅的吸附能力强于花岗岩水稻土,且吸附形态更为稳定;粒径较小的土壤物理组分对铅的吸附能力较强,且吸附的形态相比大粒径土壤物理组分而言更为稳定。因此,不同母质发育的土壤因其各物理组分的组成性质差异导致对铅的吸附能力与形态存在显著不同,最终改变着重金属的生态环境行为。

海南典型水稻土厌氧铁还原特征对DOM分子特性的响应

为探究海南典型水稻土不同粒径土壤中溶解态有机质(DOM)的含量组成对铁氧化还原特征的影响机制,分别采集海南5种成土母质发育的水稻土(玄武岩、花岗岩、砂页岩、海相沉积物、河流冲积物),利用紫外-可见光谱技术分析不同粒径土壤中DOM的碳含量及其光谱特征,利用Logistics模型对不同水稻土培养过程中Fe(Ⅲ)还原特征进行表征;采用冗余分析手段分析各水稻土在厌氧培养过程中,不同粒径土壤中DOM组分及光谱参数对Fe(Ⅲ)还原特征影响。结果表明,在厌氧培养过程中,不同母质发育水稻土Fe(Ⅱ)含量不同,其中玄武岩发育水稻土Fe(Ⅱ)含量最大(8.45 mg·g^(−1)),根据Logistics模型发现不同母质发育水稻土的还原潜势(a)和Fe(Ⅲ)还原速率(vmax)存在差异且玄武岩发育水稻土的a、vmax最大。海相沉积物发育水稻土的溶解态有机碳(DOC)含量最高(0.712 g·kg^(−1)),5种水稻土的DOC均在最小粒径(<1 kDa)含量最多,随着培养时间增长各类水稻土中DOC含量均下降,紫外-可见光谱结果显示5种母质发育的水稻土的芳香性和疏水性随着DOC粒径的减小而下降,三维荧光光谱结果表明,不同母质发育水稻土中各组分的荧光强度均随培养时间增长而增强,而在粒径0.45-0.7μm、1-10 kDa中各组分荧光强度增强;在粒径10 kDa-0.45μm、<1 kDa中各组分荧光强度降低;BIX、HIX、FI值均随着粒径的减小而增大。冗余分析结果显示,HIX、SUVA_(260)、C1、C2组分可促进水稻土铁还原过程,不同的培养阶段下铁还原受不同DOM组分的影响,但是C1组分始终影响Fe(Ⅲ)的还原,小粒径的C3、C4组分(<1 kDa)对铁还原有更大贡献。了解海南岛水稻土铁还原对不同分子量DOM的响应,对农业环境具有重要意义。

不同来源有机肥释放的溶解有机质粒径分布与光谱特征

【目的】研究不同来源有机肥释放的溶解有机质(DOM)的粒径分布与光谱特征,为有机肥在农业生产中的应用及DOM后续环境行为的研究提供理论指导。【方法】本研究选择海藻、羊粪、虾肽以及小麦秸秆生物炭4种有机肥,提取有机肥中的DOM (<0.7μm)。利用超滤分级技术对提取的DOM进一步区分为<1 kDa、1~100 kDa、100 kDa~0.2μm和0.2~0.7μm 4个粒级,使用总有机碳(TOC)分析仪测定各粒径DOM的含量并使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和三维荧光光谱(3D-EEM)进行光谱表征。【结果】从全量(粒径<0.7μm)溶解有机碳(DOC)来看,小麦秸秆生物炭(308 mg/kg)<虾肽(1060 mg/kg)<海藻(1266 mg/kg)<羊粪(2989 mg/kg)。供试有机肥中不同粒径的DOC所占比例和含量差异明显,均以最小粒径(<1kDa)所占比例最高,除海藻为47%外,其余有机肥处理皆达到50%及以上。4种不同来源有机肥DOM的紫外和荧光特征值表明,4种有机肥的荧光指数(FI)和自生源指数(BIX)随着DOM粒径的减小而增大,而SUVA254、SUVA260和腐殖化指数(HIX)随着DOM粒径的减小而减小。虾肽DOM各粒径的类蛋白组分含量高且主要为内源DOM,自生来源有机质丰富,生物可利用性高;羊粪DOM各粒径受人类活动影响较大;而小麦秸秆生物炭的DOM大粒径(>100 kDa)组分的FI<1.4,表明其大粒径DOM主要为外源性的,自身生产和微生物活动贡献相对较低。此外,尽管海藻、羊粪和虾肽各粒径的DOM的HIX值随着粒径的减小而逐渐减小,除虾肽DOM的<1 kDa组分外,其腐殖化程度依旧较高(HIX>10),而小麦秸秆生物炭小粒径DOM的HIX<4,表明小麦秸秆生物炭的小粒径DOM疏水组分含量高,腐殖化程度相对较低。荧光组分和红外光谱表明了4种不同来源有机肥DOM以类腐殖质物质为主,且含有大量氨基酸N—H键、O—H键和C—O键等官能团。【结论】依据有机肥释放的DOM的粒径分布和光谱特征,海藻、羊粪、虾肽有机肥中的DOM主要以小粒径为主,其腐殖化程度高,蛋白组分含量较低。小麦秸秆生物炭DOM的生物稳定性要高于其他有机肥,生物可利用性较低,因此,施加过量的生物炭不利于微生物对土壤DOM的降解利用;而虾肽来源有机肥的DOM类蛋白组分贡献最大,生物可利用性高,施用虾肽有机肥可能有利于微生物对土壤DOM的降解利用。

不同原料商品有机肥对土壤肥力性状及冬瓜产量的影响

分析明月海藻有机肥(CH01)、海腾鸡粪有机肥(HK05)、荣达豆粕有机肥(BT03)和博泰虾肽氨基酸有机肥(CJ01)4种不同原料商品有机肥养分含量,研究其对土壤肥力和冬瓜产量的影响。结果表明:海藻有机质含量最高,豆粕氮含量最高,鸡粪磷和钾含量最高;经过360 d的培养实验后,海藻对有机质提升效果最好;豆粕对碱解氮和全氮含量提升效果最好;鸡粪对速效磷提升效果最好;鸡粪和虾肽对速效钾提升最大。对土壤pH和CEC提升效果最好的有机肥分别为鸡粪和海藻。大田试验中豆粕对碱解氮含量提升效果最好,海藻对CEC提升效果最好,鸡粪对pH提升效果最好,与培养试验结果相一致。但各处理土壤中的养分含量,pH和CEC差异不显著。施用虾肽能显著提高冬瓜产量,其余处理与空白对照无显著差异。不同原料商品有机肥培肥土壤的能力受到有机肥基本理化性质的影响,增产效果与其钾含量高低有关,施用虾肽有机肥能显著提高冬瓜产量。短时间的田间试验无法体现商品有机肥的肥效。

椰纤维生物炭及其硝酸改性对稻田土壤中Pb钝化的影响

通过土壤培养实验,并结合扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、同步辐射X射线荧光(μ-XRF)和傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)等光谱学技术,探明椰纤维生物炭(CFB)和硝酸改性椰纤维生物炭(NCFB)对稻田土壤钝化外源铅(Pb)的效果及其内在机制.与CFB相比,NCFB蜂窝状孔内壁更粗糙,且硝酸改性后CFB表面含C—O结构的醇酚醚类官能团量明显降低,含C==O/O==C—O结构的羧基类的官能团量明显增加.相较于培养150 d后的对照(不添加生物炭)稻田土壤,添加CFB和NCFB的稻田土壤中EDTA提取态Pb含量分别降低了39.7%和105.4%.添加NCFB的土壤中碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Pb含量显著降低且有机结合态和残渣态Pb含量则显著升高,SRXRF扫描结果可知外源Pb在富含Ca和Cu元素的CFB颗粒微区大量富集,在富含Fe、Mn和Ti元素的土壤团聚体微区富集相对较少.另外,培养实验中,相较于无外源Pb时A-CFB和A-NCFB,有外源Pb时A-CFBPb和A-NCFBPb中的羧酸盐特征峰(1384 cm^(-1))明显增强.添加CFB或NCFB对钝化稻田土壤中外源Pb的效果较好,且能促进稻田土壤中Pb由不稳定的形态逐渐向更稳定的形态转化,达到钝化Pb的效果,NCFB中更大量的羧基官能团参与外源Pb的钝化,使得NCFB钝化Pb的效果优于CFB.NCFB由于其蜂窝状孔内壁更粗糙以及丰富的羧基官能团,对钝化稻田土壤中外源Pb的效果比CFB好,在海南等热带地区,可考虑将椰纤维生物炭及其改性作为一种修复土壤铅污染的环境友好型候选方法.