长期施钾红壤中铁铝氧化物调控有机无机复合体钾素分布

【目的】探究长期施用钾肥如何调控有机无机复合体中速效钾的分布及作用机制,为红壤钾库健康培育提供理论依据。【方法】旱地红壤长期定位试验始于1986年,2022年玉米收获后采集不施肥(CK)、化学氮磷肥配施(NP)、化学氮磷钾肥配施(NPK)3个处理的土样,通过干筛法获得各处理大团聚体(>2 mm)、小团聚体(0.25~2 mm)和微团聚体(<0.25 mm)土样,结合虹吸法进一步分离得到各级团聚体下的有机无机复合体(<2、2~10、10~50和>50μm)样品,分析各粒级有机无机复合体颗粒组成、速效钾和铁铝氧化物含量与分布,探究铁铝氧化物与速效钾之间的相互关系。【结果】1)与CK和NP处理相比,NPK处理大团聚体中<2μm粒级复合体含量占比分别提高20.5%和149.0%,10~50μm粒级复合体含量占比分别提高18.6%和降低31.0%。2)在0~50μm粒级复合体范围内,大、小和微团聚体中10~50μm粒级复合体速效钾含量均为最低水平。土壤速效钾主要存在于<2μm粒级复合体中,占比为54.6%~85.9%。与CK和NP处理相比,NPK处理大团聚体中<2μm粒级复合体速效钾含量占比分别提高44.6%和23.0%。3)与NP处理相比,NPK处理大团聚体<2μm粒级复合体游离铁、铝氧化物含量分别提高30.0%、467.0%,无定形态铁、铝氧化物含量分别降低79.7%、59.3%。与NP处理相比,NPK处理大团聚体<2μm粒级复合体有机络合态铝氧化物含量提高9.8%;10~50μm粒级复合体有机络合态铝氧化物含量降低33.2%。4)在<2μm粒级复合体中,游离态铁铝氧化物、无定形态铝氧化物和有机络合态铝氧化物与速效钾之间存在极显著的正相关关系。无定形态和有机络合态铝氧化物对速效钾含量分布解释度较高,分别为11.2%和11.0%。【结论】长期施用钾肥显著提高红壤旱地土壤大团聚体<2μm粒级复合体速效钾含量占比和游离态铁铝氧化物含量,降低无定形态铝氧化物含量。且无定形态、有机络合态铝氧化物对<2μm粒级复合体速效钾具有正向调控作用,有助于增加土壤钾库。

外源秸秆添加对红壤及黑土有机碳固定的影响

土壤是陆地生态系统中最大的有机碳库,其微小的变化对全球碳循环影响巨大。土壤中铁氧化物对有机碳的固定起重要作用,但不同类型的铁氧化物对有机碳固定的影响还有待进一步研究。选取南、北方两种地带性土壤,设计添加秸秆的培养试验,培养24个月,定期取样。测定土壤中不同类型有机碳和铁氧化物含量并获得其相关性;利用同步辐射红外光谱技术得到铁氧化物、有机物官能团随秸秆、时间变化的空间分布等信息。研究结果表明,1)秸秆还田后,红壤中有机碳在培养12个月后到达平衡,黑土中有机碳在培养20个月后分解量增加;2)在红壤中,晶型铁与总有机碳呈极显著正相关(r=0.519,p<0.01),非晶型铁与总有机碳(r=-0.454,p<0.01)、腐殖酸呈极显著负相关(r=-0.434,p<0.01),说明晶型铁对红壤有机碳的固定起促进作用。在黑土中,晶型铁与总有机碳、腐殖酸呈极显著正相关,r值分别为0.545和0.643;与溶解性有机碳呈极显著负相关(r=-0.433,p<0.01),说明在黑土中晶型铁对有机碳固相组分的固定起促进作用;3)同步辐射红外结果显示,在两种土壤不同处理中,粘粒矿物、铁氧化物优先固定脂肪碳;在红壤中,时间促进了两类矿物与各类型有机碳的结合,秸秆促进了铁氧化物与各类型有机碳的结合;在黑土中,两类矿物与各类型有机碳的结合受时间影响更大。该研究揭示了外源秸秆添加到红壤和黑土中,各类型有机碳、铁氧化物的动态变化过程,明确了各类型铁氧化物对有机碳固定的作用,可为红壤及黑土中有机碳管理提供理论依据。

氧化铁矿物在微波修复多环芳烃污染土壤中的作用机制

多环芳烃(PAHs)是焦化污染场地中常见的污染物.微波修复具有加热均匀、能耗低、耗时短的特点,在土壤修复中有较好的应用前景.该研究选择氧化铁矿物含量低的污染土壤作为试验对象,分别添加10%的针铁矿、赤铁矿和磁铁矿,对添加前后土壤的吸波性能、升温特性及PAHs去除率进行研究,评价氧化铁矿物在微波修复PAHs污染土壤中的作用.结果表明:土壤中加入氧化铁矿物能够改善其吸波性能,提高复介电常数、复磁导率的实部值和复磁导率的虚部值,最大增幅分别为31.79%、12.24%和73.91%.氧化铁矿物的加入使得土壤产生自由基,促进土壤极化现象,增强吸波能力.氧化铁矿物还能够改善土壤的升温特性,当微波功率为600 W时,添加了针铁矿、赤铁矿、磁铁矿的土壤所达到的最高温度分别是原土壤的1.23、1.10和1.07倍.随着温度的升高,PAHs去除率随之升高,分别是原土壤的1.45、1.31和1.48倍.研究显示,氧化铁矿物的添加能够提高微波修复PAHs的效能.

红壤侵蚀区不同植被类型土壤磷垂直分布特征及影响因素研究

为探讨红壤侵蚀区不同植被类型下土壤磷素有效性,选取福建长汀红壤丘陵生态系统国家定位观测研究站的裸地(CK)、针叶林(CF)、针阔混交林(CB)以及阔叶林(BF)4种植被类型,分别测定其铁氧化物、各级磷素形态,并采用高通量测序技术对解磷菌(PSM)进行测定。结果表明:随着植被类型的转变,中等活性磷含量增加,低活性磷含量总体上减少,游离态氧化铁(Fed)含量逐渐减少。土壤中解磷菌的丰富度和多样性随植被类型的转变增加。在门分类水平上,优势类群主要有变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、异常球菌—栖热菌门(Deinococcus-Thermus)等。变形菌门和酸性磷酸酶的含量随植被类型的转变总体呈现出增加趋势,变形菌门与ACP呈极显著正相关。综上所述,随着植被类型转变,稳定态磷逐渐向可利用态磷转化,土壤潜在磷源增加;游离态氧化铁含量的减少有利于有机磷的解吸和矿化,进而增加磷的有效性;解磷菌群落结构与多样性变化会受到土壤理化性质的影响,解磷微生物可通过分泌酸性磷酸酶的方式水解有机化合物并降解固定在土壤的无机磷,进而提高磷的有效性。

海拔与岩性变异对石灰岩发育土壤黏土矿物组成的影响

用X射线衍射法研究了中亚热带区海拔、岩性变异对石灰岩发育土壤黏土矿物组成的影响。结果表明:在海拔约2 000 m的重庆金佛山山顶区,灰黑色钙质页岩石灰岩发育的黑色石灰土,矿物组成复杂,除伊利石为主外,还有少量蛭石、绿泥石、高岭石和蒙脱石,有一定量的母质残留矿物(滑石和滑间皂石);由砂页岩和灰岩互层母质发育的山地黄棕壤,以蛭石为主,伊利石和高岭石其次,有三水铝石和弱结晶针铁矿。在金佛山中下部(600~1 200 m),石灰岩发育的黄色石灰土以蛭石或伊利石为主,有一定量的高岭石,普遍出现针铁矿。湖南怀化盆地海拔200多米,纯灰岩发育的红色石灰土为伊利石、蛭石和高岭石(含埃洛石)组合型,有结晶好的针铁矿和少量赤铁矿。海拔显著影响高岭石含量、针铁矿结晶度,海拔降低时高岭石含量增加,针铁矿结晶度提高。在金佛山山顶区,石灰岩母质岩性和微地形变异对土壤成土过程和黏土矿物组成影响显著。

鄂湘两省山地土壤粘粒矿物的研究──Ⅲ．神农架自然保护区北坡土壤的粘粒矿物与表面化学特性

本文研究结果表明：（１）神农架垂直带土壤矿物的风化脱硅作用较弱，粘土矿物以２：１型矿物为主，１：１型高岭含量很少。（２）随海拔升高，矿物的淋溶脱钾和层间羟基铝化作用增强，低海拔土壤的２：１型矿物以水云母为主，高海拔土壤以１．４ｎｍ矿物为主，其中１．４ｎｍ过渡矿物相对增多。（３）土壤的络合态铁、铝和非晶形铁，铝含量随海拔升高明显增大。（４）土壤的可变电荷量，阴离子交换量，交换性酸和铝饱和度等均随海拔升高而提高，非晶形铁，铝对土壤表面化学特性的影响增大。根据土壤粘粒矿物的固相组成和该区的生物气候条件，分析讨论了神农架山地土壤粘粒矿物的风化与成土作用特点。

贵州碳酸盐岩发育土壤磁学性质及其发生机理

本文对贵州碳酸盐岩发育土壤的磁化率、磁化率频率系数和等温剩磁等磁学参数的系统测定以及磁性矿物研究表明，碳酸盐宕发育土壤磁学性质及其变化特征主要受成土地球化学作用和环境影响，具有十分重要的环境指示意义。本文在采用高梯度磁性分离土壤中氧化铁矿物基础上，综合运用X射线衍射分析、电子深外分析、透射电镜和穆斯堡尔谱等方法，讨论了碳酸盐岩发育土壤中磁性矿物的形成机理。

绰墩遗址古今水稻土黏土矿物特征比较研究

在江苏绰墩山遗址考古发掘中,发现了在剖面不同深度埋藏的距今约6 000年的史前水稻土层、距今约3 000年的商周史前的古水稻土层和现代水稻土层。本研究为了比较古今水稻土黏土矿物特征的差异,以土壤剖面P01(包含史前古水稻土、商周史古水稻土和现代水稻土)与P03(仅含商周时期古水稻土和现代水稻土)为对象,测定其各种形态铁锰氧化物含量和黏粒矿物组成。对绰墩遗址两古水稻土剖面黏土矿物特征进行研究,结果表明:古今水稻土全铁含量的差异较小。与6 000年前古非水稻土相比,6 000年前古水稻土剖面出现铁锰和蒙皂石类矿物随水流失的现象。古今水稻土黏土矿物组成都是以水云母和蒙皂石为主,但是古水稻土1.41 nm的过渡性黏粒矿物强度低于现代水稻土。现代土壤和古土壤中黏土矿物的演变规律相似,为水云母→蛭石、绿泥石→蒙皂石。

九宫山土壤剖面中黏土矿物的组成特征

以湖北省九宫山的4种垂直地带性土壤为对象,研究其剖面层次的黏土矿物组合和铁、铝氧化物的特征,揭示山地土壤中黏土矿物的变化特点。结果表明,随海拔升高,土壤中黏土矿物类型从以高岭石为主,逐渐变为以14.0?矿物、伊利石及三水铝石为主,有从1︰1型向2︰1型矿物过渡的趋势;不同层次的土壤中黏土矿物类型和相对含量变化明显;土壤随垂直高程的升高,其中游离态铁、铝减小,非晶形和络合态铁、铝增加,各种形态铁、铝氧化物的总量也增加。

唐钢司家营氧化铁矿石选矿试验研究

研究了司家营氧化铁矿石的矿石特点 ,在此基础上 ,按阶段磨矿、粗细分级、重选—磁选—阴离子反浮选和阶段磨矿、磁选、粗细分级、重选—阴离子反浮选进行了选矿工艺流程的试验研究 ,分别取得了精矿品位6 6 .5 7%、回收率 80 .2 4 %和精矿品位 6 6 .4 0 %、回收率 79.75 %的较好指标。根据对工艺指标、运行成本和流程合理性的分析对比 ,推荐阶段磨矿、粗细分级、重选—磁选—阴离子反浮选为司家营氧化铁矿石选矿合理工艺流程。

天宝山土壤的粘粒矿物

本文研究了天宝山不同海拔高度花岗岩发育的7个土壤的粘粒矿物类型和含量。结果表明:1)随海拔升高,土壤粘土矿物中1∶1型矿物含量减少,2∶1型矿物含量增加。黄棕壤中1∶1型矿物与2∶1型矿物含量相当,暗黄棕壤及山地棕壤中1∶1型矿物的含量分别下降到10～20％和小于10％,而2∶1型矿物的含量相应增加到70％～90％,或>90％。2)2∶1型矿物中,随海拔升高,水云母含量趋于减少,14埃矿物含量增加。14埃矿物主要为14埃过渡矿物。3)暗黄棕壤中含有少量三水铝石。4)不同土壤粘粒游离氧化铁含量、氧化铁游离度、硅铝率差异不甚显著。5)随海拔升高,粘粒无定形氧化铁、无定形氧化铝含量和氧化铁活化度增大,晶质铁和无定形铁含量之比值减小。根据对这些结果与供试土壤成土环境条件的综合分析,讨论了天宝山不同海拔高度土壤中层状粘土矿物与粘粒氧化物的组成、含量、垂直变异及其演化过程的特点。

不同形态磷在砂土中的移动性研究(英文)

预测土壤中磷的长期淋洗性需要了解土壤特性和不同形态磷的行为.本研究用模拟试验评估了不同磷负荷砂质土壤中不同形态磷的移动性.分别从浙江省衢州市和温州市采集具不同磷含量的蔬菜地土壤,每一地点分别采集2个深度的土壤(0～10 cm和10～30 cm),表层土壤(0～10 cm)通过添加不同量的磷酸盐、CaCO和无定形氧化铁,形成研究需要的不同磷含量和不同磷形态的系列土壤样品;淋洗柱长30 cm,由10 cm经培养处理的表层(0～10 cm)土壤和未经培养处理的亚表层土壤(10～30cm)构成,每一淋洗土柱连续经历12个循环的0.002 mol?L-1CaCl2溶液淋洗,收集的淋洗液用于分析钼酸反应总磷(TRP)、可溶态钼酸反应磷(DRP)和颗粒态钼酸反应磷(RPP);试验结束后鉴定土壤中水溶态磷、MehlichⅢ-P和磷的化学形态变化.结果表明:添加无定形氧化铁和碳酸钙可显著改变砂土中磷的形态,降低土壤磷的有效性;无定形态氧化铁在降低土壤磷有效性方面的作用大于碳酸钙;淋洗液中磷的形态主要为DRP,颗粒态磷占总磷的比例为1.2%～39.8%;TRP和DRP的损失与培养处理后表土中磷含量存在显著的相关.相关分析和淋洗试验后土壤中磷形态变化结果都表明:表土柱中淋移的磷主要来源于水溶性磷(H2O-P)和NaHCO3-P,与NaOH-P、HCl-P和残余磷的相关不明显;从表土淋失的磷有27.1%～54.2%被淋出土体,其余下移至10～30 cm土层中.研究结果还表明,添加无定形氧化铁可增加土柱中颗粒态磷的迁移.

人工合成氧化铁矿物对土壤光谱特性的影响

通过化学合成和去除技术与光谱测定技术，研究了人工合成氧化铁矿物对土壤的反射光谱特性的影响，结果表明，添加人工合成针铁矿后土壤的光谱反射曲线在350～600nm和840～1100nm波段有明显的吸收谷，含不同比例人工合成针铁矿的土壤光谱反射率之差的最大值出现在418nm处，另外在932nm处也有一个比较大的差值。添加人工合成水铁矿后土壤的光谱反射曲线在450～720nm和860～1400nm波段有明显的吸收谷，另外在1900nm处也有较明显的差异，含不同比例人工合成水铁矿的土壤光谱反射率之差的最大值出现在551nm处，另外在946nm处和1900nm处也有比较大的差值。添加人工合成赤铁矿后土壤的光谱反射曲线在450～720nm和860～1400nm波段有明显的吸收谷，含不同比例人工合成赤铁矿的土壤光谱反射率之差的最大值出现在517nm处，另外在916nm处也有比较大的差值。

神农架自然保护区土壤的研究 Ⅲ.神农架垂直带土壤粘粒矿物组合及其特点

在神农架北坡不同海拔垂直带谱的五个土壤类型中,粘土矿物以2:1型为主,1:1型高岭含量轻少,硅铝率多在3.0—3.4之间。黄棕壤,山地黄棕壤粘土矿物以水云母为主,其次是蛭石,高岭和少量1.4nm过矿物;山地棕壤,山地暗棕壤和山地棕色针叶林土以1.4nm过渡矿物为主,其次是水云母,绿泥石,高岭和很少量蛭石。土壤粘粒的各种活性铁、铝氯化物含量及其活化度均随海拔升高而明显提高,并且各种氧化铝增加的幅度比氧化铁的更大。根据该区土壤的粘粒矿物组成和气候特点,分析讨论了神农架土壤粘粒矿物的风化和成土作用特点。

土壤粗粒氧化铁矿物及其在发生分类上的意义

应用传统的地质重砂矿物测量法,穆斯堡尔谱以及光学显微镜技术,鉴别福建南亚、中亚热带的赤红壤、红壤和黄壤诊断层的粗粒氧化铁矿物。结果表明,黄壤电磁性矿物以针铁矿为主,铝硅酸盐矿物结构中含有较多的Fe^(2+);而红壤和赤红壤则以赤铁矿和针铁矿为主。黄壤中残留的原生矿物种类远较红壤和赤红壤复杂多样。由此认为,土壤粗粒矿物的组成特性,尤其是粗粒氧化铁矿物,与粘粒矿物一样反映了相应的土壤发生环境和过程,可作为自然土壤发生分类的一项参考依据。

天然铁基矿物修复土壤的机制

铁是地球物质循环的重要元素,它在地球环境中以各种铁基矿物的形式广泛存在。在此,介绍天然铁基矿物的基本性质及其在土壤修复中的作用机制,着重阐述铁基矿物的吸附交换作用,氧化还原作用和与微生物交互作用,总结和讨论它们的作用原理,并对铁基矿物在土壤修复领域的应用提出一些值得思考的问题。

红壤铁氧化物对有机碳的固定及其对长期施肥的响应

以湖南衡阳红壤实验站25年长期定位施用化肥和有机肥的红壤为研究对象,通过焦磷酸钠、盐酸羟胺和连二亚硫酸钠-盐酸溶液分别提取了土壤中络合铁、非晶形铁氧化物和晶形铁氧化物及其结合态有机碳,借助总有机碳分析和紫外-可见光谱等技术探讨了红壤中不同类型铁氧化物对土壤有机碳固定的贡献及其对长期施肥的响应。结果表明,红壤中不同类型铁氧化物结合态有机碳的含量为络合铁结合态有机碳(2.45~3.59 g·kg^(-1),OC_(PP))>晶形铁氧化物结合态有机碳(1.46~1.51 g·kg^(-1),OC_(DH))>非晶形铁氧化物结合态有机碳(0.39~0.70 g·kg^(-1),OC_(HH)),其中OC_(PP)主要是络合铁与芳香性弱、疏水性强的大分子有机物通过螯合或者共沉淀作用形成,而OC_(HH)和OC_(DH)则主要是吸附在(羟基)铁氧化物上的芳香类化合物,OC_(HH)比OC_(DH)具有更大的分子量和更强的芳香性。长期施用化肥(NPK)显著增加(P<0.05)了红壤中OC_(HH)和OC_(PP)的含量,长期施用有机肥(M)仅促进(P<0.05)非晶形铁氧化物与有机碳结合。NPK处理显著增加(P<0.05)红壤中OC_(DH)的平均分子量以及OC_(PP)的疏水性和芳香性,而M处理则降低(P<0.05)了OC_(PP)的平均分子量、OC_(PP)和OC_(HH)的疏水性和芳香性。综上所述,NPK和M处理均能提高红壤中铁氧化物的固碳能力,但对不同类型的铁氧化物影响不一,此外长期施肥还会改变铁氧化物结合态有机碳的组成。

黑垆土有机碳在团聚体中的分配及其保护机制

以黄土高原广泛分布的黑垆土为研究对象,研究了6个粒级团聚体中总有机碳（TOC）、稳定性有机碳（St OC）、矿物保护态有机碳（MOC）、化学稳定性有机碳（ROC）和游离氧化铁（Fed）、无定形氧化铁（Feo）、络合态氧化铁（Fep）以及黏土矿物含量的特征,重点分析了有机碳在各粒级团聚体中的分配及其与黏土矿物和各种形态氧化铁之间的相关性,及探讨了有机碳的保护机制。结果表明：黑垆土中约80%的土壤有机碳赋存于0.5~0.25、0.25~0.05和〈0.05 mm的3个粒级团聚体中;黑垆土中的有机碳以St OC为主,其含量随着团聚体粒级的减小而增加。在0.5~0.25和0.25~0.05 mm团聚体中,TOC含量与Fed含量呈正相关关系,相关性系数（r）均为0.72（P〈0.05）;在0.25~0.05 mm粒级团聚体中,ROC含量与Fed含量呈正相关关系（r=0.68,P〈0.05）,而St OC和MOC含量与伊利石含量具有正相关关系r分别为0.71（P〈0.05）和0.68（P〈0.05）。黑垆土中对有机碳起保护作用的主要是Fed和伊利石,但二者对有机碳的保护机制可能有所不同：Fed与有机碳络合形成化学稳定性有机碳,而伊利石主要通过吸附作用实现对有机碳的保护。

离子吸附型稀土矿床中稀土的富集—分异特征:铁氧化物—黏土矿物复合体的约束

在离子吸附型稀土矿床中,黏土矿物被认为是离子吸附态稀土的主要吸附载体。风化壳中黏土矿物的透射电镜分析发现,黏土矿物普遍与铁氧化物形成复合体,很可能对稀土元素的富集–分异产生重要影响。本研究以广东省梅州市平远县仁居矿区的典型离子吸附型稀土矿床剖面为对象,通过提取富矿层中的细颗粒组分,采用X射线衍射、穆斯堡尔谱和透射电镜,对黏土矿物–铁氧化物复合体进行物相和形貌分析;在此基础上,采用顺序提取法测定不同化学形态的稀土总量,探究黏土矿物和铁氧化物对稀土元素富集–分异的贡献。结果表明,从全风化层到表土层,复合物从长石/伊利石–水铁矿/针铁矿复合体到高岭石/埃洛石–针铁矿/赤铁矿复合体,最终向高岭石–赤铁矿复合体转变。在表土层和全风化层的细颗粒组分中,离子交换态稀土约占25%和80%,而铁氧化物结合态稀土约占75%和20%。在表土层中, Ce的富集导致离子交换态和铁氧化物结合态稀土均富轻稀土。在全风化层中,随着深度的增加,离子交换态稀土由富轻稀土转变为富重稀土,铁氧化物结合态稀土均表现富重稀土的分异特征。离子交换态稀土总量和分异特征主要受黏土矿物–稀土界面作用和淋滤作用控制;而铁氧化物结合态稀土总量和分异特征主要受铁氧化物的物相、结晶程度及风化壳pH值等因素影响。因此,铁氧化物对风化壳剖面稀土元素富集和分异具有一定的影响,是剖面上重稀土元素富集的有利因素。上述认识有助于理解和掌握离子吸附型稀土矿中稀土元素的富集–分异机制。

应用穆斯堡尔谱鉴别福建中亚热带黄红壤氧化铁矿物

应用穆斯堡尔谱技术鉴别福建中亚热带黄壤,黄红壤及红壤的诊断层粘粒中氧化铁矿物。结果表明,黄壤与红壤粘粒中氧化铁矿物组成主要差别在于红壤既含针铁矿又含赤铁矿,而黄壤只含针铁矿。此外,黄壤粘粒中铝硅酸盐矿物结构中含有较多的Fe^(2+)。黄红壤粘粒中氧化铁以针铁矿占优势,含有少量赤铁矿和Fe^(2+)。土壤剖面颜色呈黑-黄-红变化的次生黄红壤的黄色土层(B_1)粘粒只含针铁矿,红土层(B_2)含有针铁矿和赤铁矿。根据研究结果认为,这种土壤的土体上部黄化是由于古红土中赤铁矿转化为针铁矿引起的。