长期施用化肥或不同有机物对土娄土土壤物理性质的影响

根据18 a的长期定位试验,探讨不同施肥处理对关中土娄土土壤有机碳、导水率、体积质量、总孔隙度、田间持水量和团聚体的影响。结果表明,与对照相比,各施肥处理的田间持水量和总孔隙度均有不同程度提高,土壤体积质量均下降,有机肥和化肥的配合施用效果较好;长期配合施用不同有机物与化肥均有利于提高土壤的持水能力;施用有机肥处理比对照饱和导水率显著增加;长期施用不同有机物配施化肥可以改善土壤的团聚结构,秸秆还田对非水稳性团粒结构的形成有良好作用;长期施用化肥则对土壤团聚体稳定性有一定的负面影响。

不同淋洗剂对污染土娄土中Cu、Pb的淋洗修复研究

【目的】研究不同条件下螯合剂乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)、柠檬酸(CIT)和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、生物表面活性剂鼠李糖脂(RL2)对污染土娄土中铜、铅的淋洗效果,并对淋洗机制进行探讨。【方法】以铜、铅单一污染的土娄土为研究对象,分别加入2种螯合剂(EDTA、CIT)和2种表面活性剂(SDS、RL2),采用批次试验方法,分析淋洗剂浓度、pH、背景电解质(NaNO3和NaCl)、水(mL)土(g)比、淋洗次数对污染土娄土中Cu和Pb的淋洗百分率的影响,探索不同淋洗剂淋洗污染土娄土中Cu和Pb的最佳条件。【结果】在相同浓度下,EDTA和CIT对污染土娄土中Cu的淋洗百分率明显高于其他淋洗剂,EDTA对Pb的淋洗百分率明显高于其他淋洗剂。淋洗4次后,4种淋洗剂对污染土娄土中Cu的淋洗能力由大到小为CIT>EDTA>RL2>SDS,对污染土娄土中Pb的淋洗能力为EDTA>RL2>CIT>SDS。EDTA和CIT溶液淋洗土娄土中Cu和Pb的最适条件为:水土比20(mL)∶1(g)、淋洗剂浓度0.01mol/L、pH=7、无背景电解质;当水土比为20(mL)∶1(g)、RL2溶液浓度为0.02mol/L、pH=8、无背景电解质条件下,RL2对污染土娄土中Cu、Pb的淋洗效果最佳。【结论】EDTA、CIT和RL2可以有效去除污染土娄土中的Cu,EDTA可作为石灰性污染土娄土中Pb的最佳淋洗剂,而SDS不宜作为污染性土壤的淋洗剂。

不同解吸剂对污染土娄土铜铅的解吸动力学研究

【目的】研究螯合剂和表面活性剂作用下污染土娄土中Cu、Pb的解吸动力学特征。【方法】在Cu单一污染、Pb单一污染和Cu、Pb复合污染土娄土中,分别加入2种螯合剂(乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸(CIT))和2种表面活性剂(十二烷基磺酸钠(SDS)、鼠李糖脂(RL2))作为解吸剂,采用批次试验方法,研究螯合剂和表面活性剂对污染土娄土中Cu、Pb不同形态及其含量的影响,并对其解吸动力学方程进行拟合。【结果】2种螯合剂对Cu、Pb的解吸是一个相对慢速的过程,240min左右时解吸基本达到平衡;而2种表面活性剂对Cu、Pb的解吸是一个相对快速的过程,在60min左右达到平衡。4种解吸剂对Cu的解吸量依次表现为EDTA>CIT>RL2>SDS;对Pb的解吸量依次表现为EDTA>CIT>SDS>RL2。【结论】4种解吸剂中,EDTA对污染土娄土中Cu、Pb的解吸效果最好;准二级方程能较好地描述4种解吸剂解吸污染土娄土中Cu、Pb的动力学特征。

两性-非离子表面修饰剂复配修饰土娄土吸附Cd^(2+)的动力学

【目的】研究两性表面修饰剂和非离子表面修饰剂复配修饰土娄土对重金属Cd2+的吸附动力学特征,为两性-非离子表面修饰剂复配修饰土娄土对重金属Cd2+的吸附特征和机制的研究提供理论依据。【方法】以原土,即未修饰土娄土(CK)为对照,以十二烷基二甲基甜菜碱(BS)作为两性表面修饰剂,辛烷基酚聚氧乙烯醚(OP)作为非离子表面修饰剂,采用批处理方法,研究20,40℃时,BS单一修饰和不同比例BS与OP复配修饰土娄土对Cd2+的吸附动力学。【结果】在20和40℃,BS-OP复配修饰土娄土吸附Cd2+的快速吸附阶段平均速度(Vf)分别表现为100%BS>50%BS≈50%BS+50%OP>100%BS+100%OP≈100%BS+50%OP>CK>50%BS+100%OP;100%BS>100%BS+50%OP>100%BS+100%OP>50%BS>50%BS+50%OP≈50%BS+100%OP>CK。BS修饰比例相同时,修饰土娄土的Vf总体上随着OP修饰比例增大而下降;OP修饰比例相同时,随着BS修饰比例的增加,修饰土娄土的Vf均增大。【结论】在两性-非离子表面修饰剂复配修饰土娄土对Cd2+的吸附过程中,BS起促进作用,OP起抑制作用,描述修饰土娄土吸附Cd2+的较佳模型是双常数动力学模型。

皂苷对污染土娄土中重金属Cu、Pb的淋洗动力学特征

为探明生物表面活性剂皂苷（Saponin）对污染土娄土中重金属Cu、Pb的修复机制,采用批次试验方法,分析污染土娄土中不同形态Cu、Pb的质量分数,初步研究皂苷对污染土娄土中Cu、Pb的淋洗动力学特征。结果表明：（1）污染土娄土中Cu主要以有机结合态、碳酸盐结合态、硫化物残渣态的形式存在,Pb主要以碳酸盐结合态、硫化物残渣态的形式存在;（2）皂苷对Cu、Pb的淋洗过程分为快慢2个阶段,0-240min为皂苷淋洗Cu、Pb的快反应阶段,240-1 440min为皂苷淋洗Cu、Pb的慢反应阶段,在240min左右时淋洗基本达到平衡。随着淋洗时间的延长,皂苷对Cu、Pb的淋洗速率逐步降低;（3）淋洗平衡时,皂苷对单一和复合污染土娄土中Cu的淋洗量分别为39.94mg·kg^-1和34.09mg·kg^-1,对Pb的淋洗量分别为32.54 mg·kg^-1和33.43mg·kg^-1。质量浓度为10g·L^-1皂苷可以去除土娄土中交换态、吸附态和部分有机态结合的Cu、Pb;（4）5种动力学方程描述皂苷淋洗土娄土中重金属的优劣顺序为：准二级方程〉Elovich方程〉双常数方程〉抛物线方程〉准一级动力学方程。

不同管理措施土娄土无机碳储量及其与有机碳含量的关系

【目的】研究长期不同管理措施和作物轮作体系下,不同施肥处理土壤剖面中无机碳含量分布和无机碳储量及其与耕层土壤有机碳含量的关系。【方法】采用长期定位试验（1990-2014年）,以土娄土为供试土壤,设置裸地休闲、自然撂荒及冬小麦-夏玉米轮作体系（以下简称作物轮作体系）3种土壤管理措施,其中作物轮作体系设9个施肥处理,分别为不施肥（对照,CK）、氮肥（N）、氮钾（NK）、磷钾（PK）、氮磷（NP）、氮磷钾（NPK）、秸秆＋氮磷钾（SNPK）、低量有机肥＋氮磷钾（M1NPK）和高量有机肥＋氮磷钾（M2NPK）,共计11个处理,测定耕层（0~20cm）有机碳含量、不同土层（0~300cm）无机碳含量,并计算0~100cm、0~300cm土层无机碳储量,然后分析不同土层无机碳储量与耕层有机碳含量的关系。【结果】不同土壤管理措施显著影响了0~20cm土层有机碳含量,其中长期撂荒与作物轮作体系的土壤有机碳含量相近,且显著高于裸地休闲处理。在作物轮作体系下,不同施肥处理对0~20cm土层有机碳含量也有明显影响,其中有机物和N、P、K配施的SNPK、M1NPK、M2NPK处理的有机碳含量显著高于CK。不同土壤管理措施和作物轮作体系下各施肥处理0~300cm土层的无机碳含量分布均呈类似＂S＂形曲线,其中0~40cm土层较高,随着土层深度的增加无机碳含量下降较快,在80~140cm土层最低,然后逐步升高到160~180cm达到最高值,之后一直呈缓慢下降趋势。对于0~100cm土层无机碳储量,裸地休闲处理显著高于自然撂荒和作物轮作体系处理;作物轮作体系中M2NPK处理显著高于其他处理。对于0~300cm土层无机碳储量,裸地休闲处理显著高于自然撂荒处理;作物轮作体系中施用有机肥处理则显著低于其他施肥处理,其他施肥处理均提高了0~300cm土层无机碳储量,其中PK、NP、NPK、SNPK处理显著高于CK。0~100cm土层无机碳储量与耕层土壤有机碳含量之间呈显著正相关,但0~300cm土层无机碳储量与耕层土壤有机碳含量呈负相关。【结论】在干旱、半干旱地区,如果有灌溉条件,建议用0~300cm土层无机碳储量来研究无机碳与有机碳的关系较为准确。另外在研究区施用有机肥可显著提高土壤有机质含量,但不能同时提高土壤无机碳固存。

皂苷和小分子有机酸对污染土娄土中Cd的淋洗效果

【目的】使用生物表面活性剂(皂苷)、小分子有机酸(柠檬酸、苹果酸和草酸)对污染土娄土中的Cd进行淋洗,寻求各淋洗剂对污染土娄土Cd淋洗的最适条件,为强化植物修复重金属污染土壤提供参考依据。【方法】采用振荡淋洗批处理方法,研究皂苷、柠檬酸、苹果酸和草酸淋洗剂在不同时间、pH、浓度、淋洗次数、复合比条件下对污染土娄土中Cd的淋洗效果,用Sposito浸提法提取淋洗前后污染土娄土中的Cd,并分析其形态的变化。【结果】(1)0.01mol/L草酸对污染土娄土中Cd无淋洗作用;其他淋洗剂对污染土娄土中Cd淋洗的最适条件为:淋洗时间240 min,pH5.0,苹果酸、柠檬酸、皂苷淋洗的最适浓度分别为0.50,0.150,0.200 mol/L,对应最大的Cd淋洗百分率分别为39.86%,45.81%和17.4%;增加淋洗次数,可明显提高淋洗百分率。(2)皂苷与低浓度柠檬酸、苹果酸复配对污染土娄土中Cd的淋洗具有促进作用,当其物质的量之比分别为10∶3和4∶3时,对污染土娄土中Cd的复合淋洗效果最佳,Cd的淋洗百分率最大,分别可达37.09%,32.32%。(3)增加淋洗次数时,皂苷、柠檬酸、苹果酸促进了污染土娄土中各形态Cd的转变,土壤中碳酸盐结合态、有机结合态、硫化物残渣态Cd明显减少。【结论】皂苷、柠檬酸、苹果酸可用于强化植物修复重金属Cd污染土壤。

长期施肥对小麦、玉米根际和非根际土壤微生物量碳及水溶性有机碳含量的影响

通过20a的长期定位试验,研究不同施肥措施下,小麦、玉米生育期根际和非根际土壤的微生物量碳(MBC)和水溶性有机碳(WSOC)动态变化。试验包括7种不同的施肥措施:不施肥对照(CK)、单施氮肥(N)、磷钾配合(PK)、氮磷配合(NP)、氮磷钾配合(NPK)、秸秆还田+氮磷钾(SNPK)和有机肥+氮磷钾(MNPK)。结果表明,SNPK和MNPK显著增加根际和非根际土壤微生物量碳和水溶性有机碳的含量。小麦生育期中MBC含量在开花期最高,而WSOC在开花期最低,与MBC趋势相反;各处理根际土壤MBC和WSOC含量均明显高于非根际土壤。玉米生育期各处理MBC变化不明显,根际土MBC含量高于非根际,而WSOC则非根际土稍高。MBC和总有机碳(TOC)比率为17.18～33.54g.kg-1,以玉米乳熟期CK最高。WSOC/TOC变幅为2.43～6.67g.kg-1,玉米乳熟期均较小麦成熟期有大幅度下降。

铜对土壤脲酶活性特征的影响

铜是土壤中的“双重元素”,为了从土壤酶角度探讨其生态毒理,采用模拟方法较为系统地研究了铜对土壤脲酶活性及酶促反应参数的影响。结果表明,（1）土壤肥力水平越高,脲酶活性越大,铜的加入导致土壤脲酶活性降低越大,除5号土样外,铜的质量浓度与土壤脲酶活性达显著或极显著负相关,表明土壤脲酶活性可作为土壤铜污染程度的监测指标之一;供试土壤铜轻微和严重污染时,铜质量浓度分别为94.00-151.75和470.40-759.28mg/kg;尿素浓度对土壤生态剂量值影响不大,生态剂量总体呈现土娄土大于红壤。（2）除4号土样外,土壤脲酶最大反应速度（Vmax）、最大反应速度/米氏常数（Vmax/Km）和反应速度常数（k）值,随铜质量浓度的增加呈显著或极显著降低,Km值则略有增加,说明铜对土壤脲酶的作用机理为混合型抑制,其中包含微弱的竞争性抑制,但以非竞争性抑制为主。可见,土壤脲酶及其参数在一定程度可表示土壤铜的污染程度。

阴-非离子表面活性剂对污染[土娄]土中菲和萘的洗脱

旨在以最少的增效试剂用量达到最大的增效修复效果,采用批处理方法,研究在临界胶束浓度(Critical Micelle Concentration,CMC)之下,阴离子表面活性剂SDS和非离子表面活性剂TritonX-100、Brij35和Tween80,以及在CMC浓度之上的Brij35和Tween80对污染土娄土中菲和萘总的洗脱效果。结果表明,在CMC以下,随着单一表面活性剂质量浓度的增大,菲和萘的总洗脱百分数逐渐增大,不同表面活性剂洗脱百分数大小顺序为SDS>Tween80>TritonX-100>Brij35,其洗脱机理主要归因于表面活性剂分子对疏水性有机物在水介质中溶解度的增加。混合表面活性剂对菲和萘污染土娄土具有较好的修复效果,其最佳洗脱质量浓度比为Tween80∶SDS=3∶5、TritonX-100∶SDS=1∶8、Brij35∶SDS为21∶200时,洗脱百分数达到100%。离子强度增加有利于增加SDS对菲和萘的洗脱百分数,而不利于增加非离子表面活性剂对菲和萘的洗脱百分数。质量浓度低于CMC的表面活性剂溶液以增溶的方式促进菲和萘从土壤中洗脱,阴-非离子表面活性剂混合使用可以高效净化土壤中的污染物菲和萘。

不同类型离子对铅在(土娄)土微团聚体中吸附解吸的影响

采用等温平衡吸附法研究((土娄))土不同粒径微团聚体在Na+和Ca2+作为共存离子条件下对Pb2+的吸附和解吸特点。结果表明,Freundlich方程能够较好地拟合不同共存离子条件下各粒径微团聚体对Pb2+的吸附特征,Na+作为共存离子的环境下,更有助于(土娄)土微团聚体对铅的吸附,并且最大吸附量随比表面积、CEC及有机质含量增加而增大,而在共存离子为Ca2+的情况下无此现象。在中偏碱的土壤环境下,Ca(NO3)2作为解吸液比NaNO3更能大量地解吸(土娄)土微团聚体中吸附的Pb2+。随着Pb2+吸附量的增加,以NaNO3为解吸液的微团聚体对Pb2+的解吸率不断下降,但以Ca(NO3)2为解吸液时解吸率不断上升。所以土壤环境中,共存离子为Ca2+时,(土娄)土微团聚体对Pb2+的吸附率低,解吸率却高;共存离子为Na+时,对Pb2+的吸附率高,解吸率却低。

麦秸和烟秆生物炭对氮肥硝化作用及N2O和NH3排放的影响

【目的】研究生物炭对氮肥硝化过程中硝态氮、铵态氮含量及N2O、NH3排放的影响,为提高肥料氮的利用率、减少氮损失提供参考。【方法】在陕西关中地区,采集小麦-玉米轮作大田耕层0~20cm土壤,采用室内培养试验,在供试土娄土中分别添加麦秸和烟秆生物炭,同时施用氮肥尿素,施氮量90kg/hm^2,每种生物炭添加量设3个水平(0(对照)和15,30Mg/hm^2),试验共计6个处理,测定尿素硝化过程中不同处理土壤硝态氮、铵态氮含量以及N2O、NH3排放通量的动态变化。【结果】与对照相比,添加两种生物炭均可以降低土壤铵态氮和硝态氮含量,显著抑制尿素的硝化作用,其中高量麦秸生物炭的抑制作用更明显,烟秆生物炭较麦秸生物炭的抑制作用更强。添加烟秆生物炭和麦秸生物炭均可以增加尿素硝化过程中N2O排放通量以及总排放量,而且高量烟秆生物炭处理的N2O总排放量显著高于低量烟秆生物炭处理。与对照相比,两种生物炭之间NH3总排放量无显著变化,表明土娄土中添加生物炭对尿素硝化过程中氨的挥发无显著影响。【结论】在土娄土中施用生物炭有增加温室气体N2O排放的风险,建议采用改性生物炭或采取相应的其他措施减少N2O的排放。

塿土非代换性铵和冬小麦生长的关系

采用田间试验方法研究了土中非代换性铵的有效性及其与小麦吸氮量的关系。结果表明,非代换性铵的释放与小麦吸氮有密切关系。分蘖至抽穗期,无论施氮和不施氮土壤,非代换性铵含量与小麦吸氮总量呈显著负相关,r=-0.896^(**)和-0.752(**)。其净释放量和吸氮量间则呈显著正相关,r=0.946^(**)和0.971^(**)。生育后期,非代换性铵释放与有机氮矿化有很大关系。土壤溶液中氮素盈亏平衡和非代换性铵的亏缺度决定着非代换铵的含量、释放和固定。