天然富有机质含铵伊利石高温高压稳定性研究

含铵伊利石等含铵黏土矿物是地壳中重要的储氮矿物,研究其高温高压稳定性对地球壳–幔圈层间氮循环具有重要意义。本研究通过高温高压(HTHP)模拟实验,初步探索了天然富有机质(具类石墨结构)的含铵伊利石矿物结构及其携带的C、N元素的稳定性。结果表明,在高温(600)℃常压环境下,含铵伊利石层状结构发生塌陷,结构羟基脱失,层间NH_(4)^(+)脱失,其表面类石墨的结构有序度下降,部分含C、N官能团脱失,但仍有近一半得以保存。伊利石层间NH_(4)^(+)的热稳定性受矿物层状结构的制约,当伊利石因高温发生层间塌陷时,NH_(4)^(+)失去伊利石片层保护后受热发生分解。而不同形态有机氮的热稳定性主要与其在类石墨有机质芳香结构中的位置有关。含铵伊利石结构在高温高压(600℃、2 GPa)下保持稳定,类石墨的有序度以及石墨化程度均增强,表明压力在一定程度上补偿了温度的影响。此外,伊利石表面具网状片层结构的类石墨有机质对矿物结构有物理保护作用。同时,有机质中的部分C、N元素在高温高压下与伊利石结构中的Al和O等元素形成稳定的化合键,亦可增强有机质的稳定性。含铵伊利石在高温高压下的稳定性表明,含铵黏土矿物很有可能是携带地壳中的氮经俯冲进入地球深部的载体矿物。有机质中C、N元素的高温高压稳定性表明,地层中含N类石墨有机质可成为地球深部C、N元素的潜在来源。

有机肥等氮替代对双季稻根区土壤结构环境及根活力的影响

【目的】探究有机肥等氮替代对水稻根区土壤结构环境、土壤微生物量碳及水稻根系生长的影响,为南方集约化双季稻生产相匹配的减肥增效种植制度优化提供理论依据。【方法】依托广西南宁双季籼稻典型区环境,设不施肥对照(CK)、无机氮(T1,100%化肥)、无机氮+有机氮(T2,绿肥+化肥)和有机氮(T3,绿肥+生物炭+蚕沙+无氮化肥)4个定位处理。在水稻移栽后返青至晒田根系形成的关键期内,分别于移栽后7、14、21、35和42 d采集水稻植株和根区土壤样品,系统分析水稻根系生长及土壤团聚体结构和微生物量碳含量变化。【结果】等氮替代可促进土壤水稳性团聚体形成,增加微生物量碳含量。早稻季,各处理中小团聚体(II~V级)总含量表现为T2(21.44%)>T3(18.85%)>T1(13.4%)>CK(7.65%),T2和T3处理的微团聚体含量(VI~VII级)高于CK和T1处理,T2处理的土壤水稳性团聚体平均质量直径(MWD)低于其他处理;晚稻季,各处理中小团聚体(II~V级)总含量依次为T2(21.44%)>T3(18.85%)>CK(12.11%)>T1(7.70%),T2和T3处理的微团聚体(VI~VII级)含量较高、MWD较低;双季稻T2和T3处理的几何平均值径(GMD)均显著低于T1和CK处理(P<0.05,下同),微生物量碳含量依次为T2>T3>T1>CK。等氮替代改变水稻根体积与根系活力,增强了植株养分吸收力。早稻季,移栽后42 d根体积和根活跃吸收面积均表现为T2>T1>T3>CK;晚稻季,移栽后42d根体积表现与早稻季一致,根活跃吸收面积表现为T1>T2>CK>T3。等氮替代影响水稻根冠比和干物质积累。早稻季,随移栽时间的延长,各处理的根冠比整体呈先升后降的变化趋势,均在水稻移栽后21 d出现峰值;晚稻季,各处理的根冠比峰值不明显。移栽后42 d,植株干物质重在各处理间差异显著,均表现为T2>T1>T3>CK。【结论】绿肥、生物炭与蚕沙可促进土壤水稳性团聚体形成,增大微生物量碳含量,利于稻根生长发育,与种植制度匹配的有机肥等氮替代生产模式可作为南方双季籼稻区集约化水稻减肥增效的重要优化措施。

鄂尔多斯盆地延长组页岩孔隙结构特征及其控制因素

以鄂尔多斯盆地延长组长7油层组富含有机质灰黑色页岩为例,利用低压氮气吸附测试方法,分析了页岩的孔隙形态、比表面积及孔容,并研究了页岩孔隙结构特征影响因素。研究表明:鄂尔多斯盆地延长组长7油层组页岩孔隙形态复杂,主要发育狭缝形和墨水瓶状孔;页岩的矿物组成以石英和黏土矿物为主,前者体积分数为17.10%~72.33%,与TOC含量呈明显的负相关性,后者体积分数为12.37%~61.55%;页岩的BET比表面积为0.380~3.030 m^2/g,BJH总孔体积为0.696~6.575 mm^3/g,且中孔孔隙提供了主要的孔容并贡献了主要的比表面积;页岩的孔容和比表面积主要受TOC、黏土矿物及石英等含量的影响,同时也受碳酸盐矿物及长石含量的影响,其与TOC、黏土矿物及长石等的含量呈正相关性,而与石英及碳酸盐矿物的含量呈负相关性;TOC和黏土矿物是延长组页岩微孔孔容和中孔孔容的主要贡献者,而石英是延长组页岩大孔孔容的主要贡献者。

轮作对黑土团聚体有机质光谱特征的影响

为研究作物轮作对黑土各粒级团聚体碳氮含量及红外光谱结构特征的影响,选取中国科学院海伦农业生态试验站长期定位试验中大豆连作（SC）、大豆轮作（当季为大豆,SR）、玉米连作（MC）、玉米轮作（当季为玉米,MR）下的土壤为样品,用湿筛法得到大团聚体（〉0.25mm）、微团聚体（0.25～0.05mm）和粉黏粒（〈0.05mm）3个粒级,并测定其碳、氮含量和红外光谱。结果表明,土壤中以大团聚体为主。轮作对各粒级团聚体含量没有影响,轮作下原土、大团聚体和微团聚体的碳、氮含量高于连作,且玉米轮作与玉米连作之间差异显著;3个粒级团聚体碳氮含量差异显著,且微团聚体中含量最高。轮作和连作下3个粒级团聚体中官能团类型一样,含量大小均为多糖中的C—O和无机物中的Si—O〉碳水化合物的—OH或—NH〉芳香族C=C〉自由—OH〉脂肪族C—H,且轮作下脂肪族、芳香族和含烷氧结构的物质高于连作,在微团聚体中表现明显,表明轮作能促进土壤稳定性结构形成,增加稳定性物质含量,有利于碳氮固定于微团聚体中,稳定并增加土壤有机质。

氮沉降与生物炭对土壤可溶性有机质的影响

利用盆栽实验,探讨氮沉降与生物炭(BC)施用对杉木幼苗土壤可溶性有机碳(DOC)含量和可溶性有机质(DOM)光谱学特征的短期影响.氮沉降处理为0(对照)、40(低氮)和80kgN/(hm^2·a)(高氮),在不同氮沉降下BC施用水平分别为0(对照)、12(低量BC)和36t/hm^2(高量BC).结果表明:相比对照处理,单独低氮与单独高氮处理3个月后土壤pH值分别下降了0.06和0.09(P<0.05),但单独施用BC和氮沉降背景下施用BC处理的土壤pH值均呈上升趋势,增加了0.32~0.94(P<0.05).与对照处理相比,单独低氮处理的土壤DOC含量显著降低,单独高氮处理的则显著升高且DOM结构趋于简单;单独施用BC和氮沉降背景下施用BC处理中,低量BC处理的土壤DOC含量无明显变化,但高量BC处理的显著提高了30.1%~95.6%,并且DOM结构趋于复杂.冗余分析发现,土壤pH值是导致不同处理DOM存在差异的关键因素.因此,氮沉降背景下施用高量BC短期内可以减缓土壤酸化,提高土壤DOC含量并使DOM更加稳定.

潜江凹陷潜江组页岩中可溶有机质赋存空间表征及影响因素分析

为揭示潜江凹陷潜江组34段第10韵律(E q 3104)页岩中可溶有机质的赋存空间及其影响因素,采用XRD、索氏抽提、低温氮气吸附、高压压汞、扫描电镜、TOC测试、热解等手段,以抽提前后页岩样品的孔隙结构变化特征为基础,揭示页岩中可溶有机质的赋存空间、孔隙类型和孔隙结构,进而探讨影响页岩孔隙结构变化的主要因素。研究表明,研究区页岩孔隙类型主要为粒间孔、黏土矿物层间孔。扫描电镜和能谱分析表明,页岩中可溶有机质主要赋存在粒间孔和黏土矿物层间孔中。低温氮气吸附实验结果显示页岩孔隙结构分为2种类型,一种以四周开放的平板状孔隙为主,孔隙多为宏孔(孔径>50 nm),抽提后孔隙结构未发生改变,仅增加了部分介孔-宏孔;另一种孔隙类型较为复杂,多为开放型圆柱状及平板状孔隙,存在较多的宏孔(孔径>50 nm),抽提后小孔径(孔径2~10 nm)孔隙增加较多,孔隙结构更为复杂。石英及黏土矿物的存在促进了微孔及介孔的发育,有利于可溶有机质在微孔以及介孔中的赋存,白云石促进了宏孔的发育,有机质主要赋存于生物成因的白云石粒间孔内。

黑臭河道底泥原位修复结构体制备及其作用效果研究

本研究采用从黑臭河道底泥分离筛选的高效有机质降解菌、光合细菌和脱氮除磷菌,通过固定化和复配,形成用于黑臭河道底泥原位降解结构体,实验结果表明该结构体最佳投加量为200 g/m^(2),相对于对照组,可提高底泥有机质去除率16.80%,同时分别可提高上覆水COD、氨氮、总氮、总磷去除率65.05%、64.17%、45.09%和33.56%,有助于控制黑臭河道底泥污染降解和释放。

大分子有机物对除磷颗粒污泥特性及菌群结构的影响

分别采用NaAc(R1)、NaAc+胰蛋白胨(R2)和可溶性淀粉+胰蛋白胨(R3)为碳源模拟生活污水,研究大分子有机物对除磷颗粒污泥特性及菌群结构的影响.结果表明,在培养初期,大分子有机物有利于除磷污泥的凝聚,随着大分子有机物含量的增多,除磷污泥的颗粒化速度依次加快,经过120 d的培养R3反应器最先实现颗粒化.系统稳定后,3个反应器中成熟颗粒污泥的平均粒径分别为500、400和300μm, SVI30在45 mL·g^(-1)上下波动,R2和R3的大分子有机物系统中存在少量絮体污泥.所有系统对COD、PO^(3-)_(4)-P和NH^(+)_(4)-N的去除率分别达到90%、95%和99%以上.扫描电镜观察显示,R1系统颗粒污泥密实,表面光滑,主要由球菌组成;R2、R3系统污泥表面呈毛毯状,R2系统污泥以丝状菌为骨架,表面附有大量球菌和杆菌,R3系统污泥由球菌、杆菌和丝状菌共同组成.16S rRNA基因高通量测序结果显示,碳源的不同导致各颗粒污泥系统细菌群落呈现较大差异.NaAc易促进酸杆菌门(Acidobacteria)的生长,而胰蛋白胨和可溶性淀粉这类大分子有机物有利于拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria)的生长.在属水平,Defluviicoccus这一偏好乙酸盐的传统聚糖菌为R1系统的优势菌群,而水解菌Cloacibacterium及发酵型聚磷菌Tessaracoccus为R3系统的优势菌群.各系统中均未检测到传统聚磷菌Candidatus Accumulibacter.