胶州湾滨海湿地土壤溶解性有机质的三维荧光特性

为了了解滨海湿地土壤中溶解性有机质的结构特征及来源,2014年1月在胶州湾采集光滩、碱蓬、芦苇和大米草湿地的土壤样品,测定土壤溶解性有机质(DOM)含量,利用三维荧光技术进行光谱分析.结果表明: 胶州湾4种湿地类型土壤溶解性有机碳(DOC)含量表现为大米草湿地＞光滩＞碱蓬湿地＞芦苇湿地,垂直剖面上随土层深度的增加DOC含量均呈减少的趋势.经光谱分析,胶州湾湿地土壤DOM的三维荧光光谱(3DEEMs)中出现了B、T、A、D和C等5种荧光峰,分别代表类酪氨酸、类色氨酸、类富里酸、类可溶性微生物副产物和类腐殖酸5种组分.利用荧光区域积分(FRI)法对5种组分进行定量分析,类色氨酸、类富里酸和类酪氨酸在DOM各组分含量中居前3位,类可溶性微生物副产物和类腐殖酸的含量次之,二者含量差异不显著.DOM的5种组分相互之间均呈显著正相关,与DOC含量呈显著正相关,与总磷、有效磷、总氮有不同程度的相关性.胶州湾4种湿地类型土壤DOM主要由生物相互作用内源产生,且腐殖化程度较低.     

畜禽粪便堆肥的理化腐熟指标及其红外光谱

选择新鲜的牛粪、猪粪和鸡粪为堆肥原料,通过室内模拟直接堆肥试验,研究堆肥过程理化参数变化、种子发芽指数以及腐熟物红外光谱特征.结果表明: 堆肥过程温度变化明显,牛粪出现一次堆肥高温阶段,鸡粪和猪粪各两次,堆肥温度超过50 ℃以上时间均大于10 d,温度可以最直观地表征堆肥的腐熟程度.堆肥过程中pH值变化幅度较大,其中猪粪的pH值从6.63上升至7.74,鸡粪从7.73上升至8.66,牛粪则先从7.86上升至8.36再下降至7.52;有机碳含量逐渐降低,牛粪、猪粪和鸡粪分别下降23.3%、28.2%和31.7%;堆肥过程中,牛粪、猪粪和鸡粪的铵态氮含量分别下降87.8%、73.6%和79.7%,硝态氮含量分别增加至堆肥前的56.81、6.49和4.85倍,铵态氮/硝态氮均下降至2以下.温度、pH值、有机碳含量和铵态氮/硝态氮能较好地反映3种粪便高温堆肥的腐熟程度,且与种子发芽率相关性较高(P≤0.05).红外光谱分析表明,在堆肥过程中,牛粪和猪粪的脂肪族、多糖类物质减少,芳香结构化增强,腐殖化程度增加;鸡粪则相反.在建立理化指标体系的同时,应兼顾物质结构的稳定性.     

蚯蚓堆制处理对农业有机废弃物的化学及生物学影响的主成分分析

在实验室可控条件下,以碳氮比28.7∶1的农业有机废弃物（牛粪和稻秆）为赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)的培养基质,研究蚯蚓的堆制作用对有机物料的化学及生物学特性的影响.结果表明： 蚯蚓堆制处理30 d后,基质pH值、碳氮比显著降低,全磷显著升高,而全氮、碱解氮、可溶性碳、速效磷、微生物生物量碳、呼吸速率和微生物熵分别提高8.5%、2.6%、18%、63%、212%、44%和300%,有机质、呼吸熵分别降低5.0%和21.9%.蚯蚓堆制处理后物料具有较高的转化酶、酸性和碱性磷酸酶活性,较低的过氧化氢酶和脲酶活性.多元数据分析结果显示,自然堆制和蚯蚓堆制处理物料的化学和生物学特性均呈现显著的差异性.蚯蚓堆制处理优于自然堆制处理,可以明显改善有机物料的化学、生物学性质,是一种高效率处理农业有机废弃物的技术.     

氮沉降对杉木人工幼林土壤溶液可溶性有机物质浓度及光谱学特征的影响

为探究氮沉降对亚热带杉木人工幼林土壤溶液可溶性有机物质(DOM)浓度及光谱学特征的影响,采用负压法,对0～15和15～30 cm土层土壤溶液DOM进行了2年的动态监测及光谱学特征研究.结果表明:氮沉降显著减少了各土层土壤溶液可溶性有机碳(DOC)浓度,增加了芳香化指数(AI)及腐殖化指数(HIX),但对可溶性有机氮(DON)无显著影响.土壤溶液DOM浓度存在明显的季节变动,夏秋季显著高于春冬季.傅里叶红外光谱结果表明,森林土壤溶液DOM在6个区域的相似位置存在吸收峰,其中1145～1149 cm^-1的吸收峰最强.三维荧光光谱表明,DOM主要以类蛋白质物质(Ex/Em=230 nm/300 nm)和微生物降解产物(Ex/Em=275 nm/300 nm)为主,施氮使0～15 cm土层类蛋白质物质减少.氮沉降可能主要是通过降低土壤pH、抑制土壤碳矿化和刺激植物生长等途径显著抑制土壤溶液DOC浓度,而表层被抑制的DOC成分以类蛋白质物质和羧酸盐物质为主.氮沉降短期可能有利于土壤肥力的储存,但随着氮沉降量的积累,土壤中营养物质将难以得到有效利用.     

氮沉降对毛竹林土壤可溶性有机质数量与光谱学特征的影响

中国亚热带是受氮沉降影响最严重的地区之一.土壤可溶性有机质(DOM)被认为是土壤有机质的重要指标,氮沉降可能通过改变微生物活性导致土壤DOM质量和数量的变化.本研究以亚热带毛竹林为研究对象,设置对照、低氮和高氮3个水平,进行为期3年的施氮处理,探究氮添加对土壤DOM含量、光谱学特征和微生物胞外酶活性的影响.结果表明: 与对照相比,施氮后土壤pH、可溶性有机碳、可溶性有机氮含量和芳香化指数无显著变化,而腐殖化指数随施氮量的增加显著增加,微生物酶活性也随着施氮量的增加呈现先升高后下降的趋势.傅里叶红外光谱结果显示,土壤DOM在7个区域的相似位置存在吸收峰,其中,1000～1260 cm^-1的吸收峰最强,表明施氮处理后,土壤中多糖类、醇类、羧酸类及酯类物质增加.三维荧光光谱结果表明,施氮处理后,土壤DOM结构有显著改变,表现在低分子物质如类蛋白质物质和微生物代谢产物减少,而高分子物质如类腐殖质物质显著增加.总的来说,施氮使得土壤氮与微生物需求相适应,促进微生物分解DOM中易降解的物质,土壤DOM结构更加复杂,短期氮沉降可能有利于土壤肥力的改善.     

马尾松与芒萁鲜叶及凋落物水溶性有机物的溶解特征和光谱学特征

为探讨福建省三明市马尾松人工林淋溶液中水溶性有机物(DOM)的溶解特征和光谱学特征,以马尾松(Pinus massoniana)和芒萁(Dicranopteris dichotoma)鲜叶、未分解层(L层)和半分解层(F层)凋落物为研究对象进行室内淋溶,对淋溶液中的水溶性有机碳(DOC)、水溶性有机氮(DON)与水溶性有机磷(DOP)含量和紫外光谱(SUVA)、荧光光谱指标和红外光谱(FTIR)等特征进行研究。结果表明,在24 h内,随着淋溶时间的延长,DOM含量呈现有波动的上升趋势;芒萁除鲜叶的DOC含量显著高于马尾松外(P0.01),其余DOM含量均小于马尾松。两植物F层DOM的SUVA值和腐殖化指标(HIX)都显著高于鲜叶和L层(P0.05),表明F层的芳香性化合物含量和腐殖化程度越来越高。DOM的同步荧光峰值显示淋溶液中含有类蛋白和类富里酸荧光团。两植物的红外光谱显示有5个相似的吸收谱带,强度最大的吸收来自于H键键合的-OH的伸缩振动,同一植物3种样品之间红外吸收的差异证明从鲜叶-L层-F层凋落物的共轭体系逐渐增大,结构更复杂。因此,随分解进程两植被DOM的化学结构越来越复杂;马尾松较芒萁含有更多的DON和DOP,这一方面为微生物提供了更多的养分,另一方面又增加了底物分解的难度。     

水土保持林恢复土壤可溶性碳氮组分动态与三维荧光特征分析

为探究水土保持林恢复过程中土壤可溶性碳氮含量变化及其有机组成特性,揭示水保林土壤固存可溶性有机质的效应及机制。选取了黄土丘陵区恢复12-45a的人工柠条、刺槐林以及撂荒地,分析了土壤可溶性碳氮含量及其三维荧光光谱特征与特性参数的动态变化。结果表明：随恢复年限的增加,3种植被土壤可溶性有机碳（DOC）、有机氮（DON）、无机氮（DIN）的含量均呈增加趋势,并且相同恢复年限下DOC、DON、DIN含量总体表现为撂荒 < 柠条 < 刺槐;但柠条和刺槐林土壤DOC：DON及二者占总有机碳、全氮比例并未持续增加,到恢复45a时DOC占总有机碳比例以及DOC：DON均以撂荒地最高,刺槐林最低,DON占全氮比例则表现相反。三维荧光结合平行因子分析得出所有样地土壤可溶性有机质（DOM）主要有大分子腐殖物质（C1）、低分子量类富里酸（C2）、类色氨酸（C3）及农业措施输入的腐殖物质（C4）4个组分,并且以C1组分占比最大,平均达37.4%。随恢复年限增加,3种植被土壤DOM中C3组分占比升高,C2和C4组分占比降低,C1组分占比在柠条和刺槐林中升高,在撂荒地中则降低。不同植被土壤可溶性有机质荧光指数（FI）、新鲜度指数（β：α）及自生源指数（BIX）差异不显著,分别为1.63、0.58、0.59;不同恢复年限撂荒地腐殖化指数（HIX）没有差异,但柠条和刺槐林显著高于撂荒且随恢复年限增加先增大后稳定。综上,水保林持续恢复可以显著提升土壤可溶性碳氮含量,也使土壤可溶有机质组成趋向复杂和相对稳定,利于累积固持,特别以刺槐林效应最明显。     

冰川退缩区不同演替阶段土壤溶解性有机质光谱特征及环境响应

溶解有机质(DOM)作为土壤中最活跃的有机组分,在土壤生物地球化学过程中起着关键作用,探讨植被演替过程中DOM的来源、组成、环境响应与累积规律,对预测土壤碳循环过程具有重要意义。本研究从海螺沟冰川退缩区植被原生演替序列选取演替年龄分别为12、30、40、50、80、120年的样地采集表层和亚表层土壤样本,测定DOM浓度并进行紫外-可见光光谱和三维荧光光谱分析,研究原生演替过程中DOM含量和组成的变化特征及其影响因素。结果表明: 土壤DOM浓度随演替年龄的增加而显著增加。土壤DOM中类蛋白组分、荧光指数和生物指数随演替时间的增加而减小,类腐殖质组分和腐殖化程度随演替过程不断增加,土壤DOM芳香化程度先增加后减小。pH值、铵态氮含量解释了62.2%的表层土壤DOM组分变异,土壤含水率和pH值解释了64.3%的亚表层土壤DOM组分变异,说明环境因素是影响海螺沟冰川退缩区原生演替过程中土壤DOM数量和组成的重要因子。     

亚热带地区竞争型和忍耐型树种叶片可溶性有机质数量及光谱学特征

气候变化下,不同生态策略的树种对环境变化有着不同的响应能力,影响其叶片淋溶产生的DOM(Dissolved organic matter)的数量和质量,进而影响土壤的养分循环。通过探究亚热带地区不同生态策略树种叶片DOM数量及光谱学特征的差异,评估不同数量和结构特征DOM输入到土壤对养分循环的影响。本研究选取6种树种鲜叶进行浸提,其中竞争型(Competitive,C)和忍耐型(Stress-tolerant,S)各3种(树参(Dendropanax dentiger),黄绒润楠(Machilus grijsii),黄牛奶树(Symplocos cochinchinensis(Lour.)),细柄阿丁枫(Altingia gracilipes),丝栗栲(Castanopsis fargesii)和罗浮栲(Castanopsis faberi))。通过溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、溶解性有机氮(Dissolved organic nitrogen,DON)表征DOM的数量特征,通过紫外吸收值(Special Ultraviolet-Visible Absorption,SUVA),腐殖化指标(Humification index,HIX)和傅里叶红外光谱(Fouriertransform infrared,FTIR)等光谱指标表征DOM质量特征。结果表明:不同生态策略树种的叶浸提液中可溶性有机碳浓度无显著差异,但是C策略树种浸提液中可溶性有机氮浓度大于S策略的DON浓度。此外,S策略的芳香化指数(Aromatic index,AI)和腐殖化指数(HIX)均高于C策略。C策略树种的发射荧光强度也高于S策略,说明C策略树种DOM腐殖化程度较低,易分解物质含量高;S策略难分解物质多,腐殖化程度较高。傅里叶红外光谱结果表明,各树种叶浸提的DOM存在相似的吸收峰,其中以H键键合的—OH伸缩振动最强且C策略树种结果相对简单,验证了荧光光谱的结果。总体而言,与C策略相比,S策略树种叶片浸提的DOM结构更复杂,养分含量更高。这可能是因为,S策略树种对环境变化具有更高的适应性。由于其DOM结构相对复杂,输入土壤后减缓土壤碳周转速率,在未来气候变化情景下,S策略树种可能有利于土壤碳汇的形成。     

赤子爱胜蚓对不同猪粪和秸秆的分解作用

通过赤子爱胜蚓对发酵后猪粪(粮食猪粪、饲料猪粪)和秸秆(水稻秸秆、玉米秸秆)及其不同质量比例(1∶1或3∶1)混合物料进行摄食分解后,对物料前后及不接种赤子爱胜蚓的对照样品理化性质进行分析,发现赤子爱胜蚓处理90 d后的不同物料质量均减少,减少的质量显著多于不接种蚯蚓的对照处理(P＜0.01).赤子爱胜蚓对猪粪与秸秆混合物料的分解量多于纯猪粪和纯秸秆(P＜0.01).猪粪与玉米秸秆的混合物,经蚯蚓处理后,混合物料减少的质量显著多于猪粪与水稻秸秆混合物中物料减少的质量(P＜0.05).经蚯蚓处理后,饲料猪粪混合比例为3∶1的物料质量损失显著多于混合比例为1∶1的物料质量损失(P＜0.01),而粮食猪粪混合比例为1∶1的物料质量损失与混合比例为3∶1的物料质量损失差异不显著(P＞0.05).接种赤子爱胜蚓后,物料的全氮和速效氮、全磷和速效磷以及全钾和速效钾的含量增加,有机质和pH值降低.粮食猪粪和玉米秸秆以质量1∶1的比例进行混合物料的有机质、速效氮、速效磷和速效钾含量变化幅度最大,表明赤子爱胜蚓对此混合物料的分解作用最大.本研究可为猪粪和作物秸秆的资源化利用提供理论依据.     

有机肥对粉垄蔗地土壤养分及甘蔗产量品质的影响

为了研究施用有机肥对粉垄条件下甘蔗产量和品质的影响,该研究以蚯蚓粪、猪粪分别与复合肥配施于粉垄蔗地中,并以单施复合肥作为对照,研究有机肥与复合肥配施对粉垄土壤理化性状及甘蔗养分、产量、蔗茎品质的影响。结果表明:(1)与对照相比,有机肥与复合肥混施可在不同时期分别提高粉垄土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾含量,且对于土壤中速效养分含量的提升主要集中于甘蔗生长前期(6—8月),但在土壤pH值和容重方面影响不显著。(2)蚯蚓粪、猪粪与复合肥混施均能不同程度提高甘蔗生长前期的+1叶和根系中的全氮、全磷、全钾含量,使产量分别比对照提高了28.09%、32.81%。砍收时甘蔗的茎长、茎径、单茎重、有效茎数、蔗汁糖分、甘蔗糖分高于对照但不显著,出苗率、分蘖率、锤度影响不显著。粉垄耕作条件下,选择合适的有机肥与复合肥配施可增加土壤速效养分和有机质、全氮、全磷含量,也能提高甘蔗根叶全氮、全磷、全钾含量,提高甘蔗产量。     

水溶性有机物对黑麦草吸收铜的影响

采用水培试验,研究蚓粪及蚯蚓培养载体牛粪中水溶性有机物(DOM)对不同Cu2+浓度下(0、5、10 mg·L-1)黑麦草吸收Cu2+的影响.结果表明:随着Cu2+浓度的增加,黑麦草地上部、根干质量,以及根系的长度、表面积、体积和根尖数均逐渐下降;DOM显著增加了Cu2+处理下黑麦草地上部及根系生物量,促进了其根系的长度、表面积、体积和根尖数的增长.DOM降低了黑麦草地下部Cu2+浓度,促进了Cu2+从地下部向地上部的运输,显著增加了地上部Cu2+积累量.蚓粪DOM对黑麦草的影响优于牛粪DOM,并且供试高浓度DOM效果优 于低浓度.     

湿垃圾来源的蚯蚓粪肥对连作障碍土壤质量和黄瓜产量的影响

随着城市化的发展,湿垃圾产量与日俱增,湿垃圾资源化利用迫在眉睫。利用蚯蚓处理湿垃圾制作蚯蚓粪肥用于农田土壤改良,是一项有效的湿垃圾资源化利用途径以及有利于缓解蔬菜连作障碍方面问题。该文以常规有机肥为参照,选取以湿垃圾及其厌氧沼渣为原料制作的蚯蚓粪肥为研究对象,研究连续3年施加蚯蚓粪肥对黄瓜(Cucumis sativus)土壤综合质量和作物产量的影响。结果表明,经过3年的改良后,施加60.0 t/hm²蚯蚓粪肥的黄瓜产量提高了5.60%,土壤有机质含量提高了50.0%,且蚯蚓粪肥的效果要高于常规有机肥;土壤全氮含量达到最高,高于背景值33.0%;土壤的养分含量(硝态氮、速效磷、速效钾)也得到了提高,其中速效钾含量升高了94.0%。经过3年的改良,土壤中的细菌数量在施加了有机肥后明显增加,其中以添加30.0t/hm²蚯蚓粪肥的细菌数量最多;土壤细菌/真菌的比值有所提高,土壤生物性状得到改善。土壤的呼吸强度随着有机肥的施入而升高,以施加60.0t/hm²蚯蚓粪肥的最大;土壤pH略有降低,盐度无明显变化。因此,湿垃圾来源的蚯蚓...     

江西省茶园土壤肥力特征及其影响因子

为探明江西省典型茶园土壤养分状况和肥力特征,选取江西省21个地区372个典型茶园,分析茶园土壤养分的差异性、空间性、相关性及与地形、土壤类型、海拔和建园时间的关联性。结果表明: 江西省茶园土壤pH、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷和全钾分别达到优质高效高产茶园土壤营养指标的53.9%、60.1%、56.1%、22.9%、38.5%、43.7%、11.1%和95.5%,其中速效磷为强变异;有效铜、锌、铁、锰和硼达到土壤微量元素含量分级一级标准的占比分别为76.3%、74.2%、96.8%、73.1%和0.0%。江西茶园土壤养分以赣中地区最高,其次是赣东北和赣西北地区,赣南地区最低。除全钾外,土壤pH与有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮和全磷均呈显著正相关。不同地形土壤养分以平地最高,高山次之,山地和丘陵最低;不同土壤类型土壤养分以水稻土、砂壤和山地黄棕壤较高,其次是黄壤、红黄壤和紫色土,红壤最低;土壤pH、有机质和全钾随海拔上升而递增,而速效磷随海拔上升而递减;土壤有机质、碱解氮、全氮、速效磷和全磷随建园时间的增加而递增,而土壤pH随建园时间的增加而递减。综上,江西省茶园土壤肥力总体水平良好,有机质、全钾、有效铜、锌、铁和锰均较丰富,但土壤偏酸,速效磷和全磷偏低,有效硼严重缺乏。赣中应提高土壤pH和钾肥,赣东北增加钾和氮肥,赣西北增加有机质和磷肥,赣南应增加氮磷钾肥并配施有机肥;高山茶园补充速效磷和钾肥,山地茶园提高氮和磷肥;红黄壤茶园提高土壤pH和全钾,红壤茶园应提高氮磷钾肥并配施有机肥,黄壤和山地黄棕壤茶园需要增施磷肥,紫色土茶园需提高土壤有机质;茶园需要逐年增加白云石粉、生理碱性肥料和有机肥等,防治茶园土壤酸化。     

Characterisation and reactivity continuum of dissolved organic matter in forested headwater catchments of Andean Patagonia

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Urban infrastructure influences dissolved organic matter quality and bacterial metabolism in an urban stream network

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不同有机肥对砂田西瓜产量、品质和养分吸收的影响

探讨不同有机肥对西北砂田西瓜生长、产量、品质和养分吸收利用的影响,为砂田西瓜合理施肥、优质高效生产提供理论依据.本试验以单施化肥为对照,在氮、磷、钾等养分条件下,设置了牛粪、鸡粪、羊粪、猪粪4个处理,测定了西瓜不同生育时期生长指标、产量、品质及养分吸收积累量.结果表明: 施用牛粪、鸡粪和猪粪有机肥较单施化肥可促进西瓜营养生长和氮、钾养分的运转,显著提高西瓜产量和养分的吸收积累量,其中西瓜产量较化肥处理分别显著提高了27.4%、31.6%和30.2%,氮素积累量分别提高了26.3%、39.8%和47.4%,磷素积累量分别提高了49.3%、48.3%和55.9%,钾素积累量分别提高了35.8%、41.6%和51.9%.猪粪处理的西瓜品质最优,中心、边缘可溶性固形物含量较化肥处理分别显著提高了5.5%和11.6%,Vc含量提高了19.9%.羊粪处理各指标与化肥处理间差异不显著,甚至略低于化肥处理.综上,砂田西瓜种植应优先选用猪粪和鸡粪有机肥,避免或减少施用羊粪有机肥.     

有机肥对石灰性土壤肥力属性的长期影响

用常规化学分析和差热分析方法研究了长期不同施肥模式下有机肥对土壤生态肥力的影响。结果表明,长期施用有机肥(厩肥、高秸处理)可显著提高土壤有机碳含量,其水散性G0复合体减少;水稳性G1、G2复合体增加,3种胶散复合体的有机碳含量提高,重组复合体中活性强的松结合态腐殖质较多。施入有机肥不仅可提高土壤有机无机复合体的总能量水平,而且也能提高复合体中松结态、稳结态、紧结态腐殖质的能态。高秸、厩肥处理的原土、重组、稳紧态复合体、紧结态复合体和3种胶散复合体焓变值较高,具有较高能态。施用有机肥的土壤全氮、全磷、重组磷及C/N比均呈提高趋势,pH值降低,其原土和重组复合体的阳离子交换量较高。     

Mercury (II) Adsorption on Three Contrasting Chinese Soils Treated with Two Sources of Dissolved Organic Matter: II. Spectroscopic Characterization

To reveal the influencing mechanism of dissolved organic matter (DOM) on mercury (Hg II) adsorption by black, red, and fluvo-aquic soils in China, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, ¹³C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, and three-dimensional excitation emission matrix (3DEEM) fluorescence spectroscopy were employed to characterize the DOM samples and DOM-Hg complexes. FTIR spectra showed that the complexation of Hg (II) mainly acted on the C=O, COO^?, and O-H groups of DOM from swine manure (DOMs) and wheat straw (DOMw). The NMR spectra indicated that the complex reaction of Hg (II) and DOM corresponded with the change in carboxyl C. The NMR results also showed that the dominant C components in DOM were aromatic C, O-alkyl C, alkyl C, and carboxyl C, and that DOMw imposed more influence on Hg (II) adsorption than DOMs, which was consistent with that of FTIR spectroscopy. The 3DEEM showed that DOM contained both aromatic protein-like and fulvic-like substances, and that the protein-like properties of DOMs and UV fulvic-like fluorescence substances of DOMw can better participate in the formation of Hg complexes. This result provides strong direct evidence to elucidate the DOM-Hg (II) binding mechanism, and further interprets the effect mechanism of exogenous DOM on Hg adsorption by soil.