黄土及其他添加物对猪粪贮存过程氨气和温室气体排放的影响

畜禽粪肥在贮存阶段养分损失严重,是CO_2、CH_4、NH_3和N_2O等大气污染物的重要排放来源.本文采用室内培养方法,研究了添加黄土、秸秆、生物炭和膨润土对猪粪贮存过程中氨气及温室气体排放的影响.结果表明,添加10%用量的生物炭和膨润土处理的CO_2累积排放量与不添加任何添加物的猪粪对照相比分别降低了15.4%和20.9%,N_2O累积排放量分别降低了19.8%和37.6%.添加膨润土处理的NH_3损失量显著增加,但添加生物炭和膨润土处理的综合温室效应与猪粪对照相比均显著降低.添加10%秸秆处理的CH_4和NH_3累积排放量分别较猪粪对照降低了56.8%和95.8%,但其综合温室效应与对照相比差异不显著.模拟黄土垫圈过程添加黄土处理的氨气及温室气体累积排放量均显著降低,综合温室效应显著低于其他处理(p0.05).可见,黄土垫圈是保蓄粪肥碳、氮养分的有效措施,猪粪贮存阶段添加少量生物炭、膨润土对于减少粪肥综合温室效应具有积极作用.     

施用生物炭对土壤呼吸以及土壤有机碳组分的影响

为确定生物炭对土壤呼吸速率以及土壤碳组分的影响,采用田间小区试验,以苹果果树枝条生物炭为试验材料,研究了添加0、20、40、60、80 t/hm2的苹果果树枝条生物炭后,小麦生态系统呼吸（R_e）、土壤呼吸（R_s）、植物呼吸（R_p）、土壤TOC（总有机碳）、土壤POC（颗粒有机碳）、WSOC（土壤水溶性有机碳）和土壤AOC（易氧化有机碳）的变化以及各指标之间的相关性.结果表明,添加生物炭显著提高了小麦生态系统呼吸速率、土壤呼吸速率和植物呼吸速率,与对照相比分别增加了9.98%~27.57%、9.33%~19.47%和10.18%~30.14%,并且生物炭施用量为20和40 t/hm2时土壤呼吸速率显著高于其他两个处理,而对于小麦生态系统呼吸速率和植物呼吸速率来说,施用40 t/hm2生物炭时其值最高.对于土壤碳组分,施用生物炭显著提高了0~20 cm土层中土壤w（TOC）、w（POC）和w（AOC）,并且土壤w（TOC）和w（POC）与生物炭施用量呈极显著正相关.对于WSOC而言,当生物炭施用量高于40 t/hm2时其值显著降低,与对照相比,0~10、>10~20和>20~30 cm三个土层中w（WSOC）分别降低了21.82%~28.37%、35.88%~36.58%和32.28%~44.07%.研究显示,适量施用生物炭能够提高土壤w（TOC）、w（POC）和w（AOC）而降低了w（WSOC）,但同时也增加了小麦生态系统呼吸速率.      

碱性固体对污泥的调质堆肥影响及产品对土壤的改良潜力

为了科学评判不同碱性固体物质对调质污泥高温堆肥的影响及其有机肥对贫瘠土壤的改良潜力,通过用质量分数为10%的秸秆(干)炭、硬木炭、粉煤灰和石灰等碱性固体物质对污泥和锯末混合物料进行了调质,运用好氧堆肥的方式研究了不同碱性固体物质对调质污泥高温堆肥的影响,并用小青菜盆栽试验法探讨了有机肥对贫瘠土壤的改良潜力.结果表明,污泥经外源碱性固体调质后,可以延长高温期的时间,促进堆肥物料的热灭活无害化;秸秆炭和硬木炭调质能显著促进有机质矿化,达21.65%和18.16%;堆肥过程中各处理堆肥pH先降低后升高最终逐渐稳定在6.78~7.33之间,但粉煤灰和石灰调质会使得堆肥初期pH较高;碱性固体调质有利于降低堆肥产品的水溶性盐分含量,至堆肥结束各处理EC均低于3 000μS·cm-1;污泥经过调质后,堆肥的总氮含量逐渐增加,但粉煤灰和石灰调质会导致堆肥初期存在一定的氮素损失,而秸秆炭和硬木炭调质可以减少堆肥初期氮素损失;各调质处理中NH+4-N含量先增加后降低,NO_3~--N均呈现出逐渐增加的趋势,秸秆炭和硬木炭调质可以促进污泥NO_3~--N的转化,而石灰和粉煤灰调质则对NO_3~--N的转化和种子发芽产生一定的抑制作用,但均不会影响堆肥的腐熟;贫瘠土壤经过调质堆肥改良后,土壤有机质和NPK含量显著增加,小青菜生物量增加显著;与未调质堆肥相比,虽然调质后的堆肥对小青菜Cu、Zn的吸收具有一定的抑制作用,但相比于原贫瘠土壤而言,本研究获得的各种堆肥仍能促进小青菜对微量元素Cu、Zn的吸收.研究表明,相比于硬木炭、粉煤灰和石灰等碱性固体物质,秸秆炭更适合于污泥堆肥调质,其堆肥产品具有较好的贫瘠土壤改良潜力.     

BS+CTMAB复配修饰在黄棕壤吸附苯酚上的应用

本文基于两性修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)和阳离子型表面修饰剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)复配修饰蒙脱石吸附苯酚的最佳修饰比例基础上,分别以蒙脱石含量为43%和6%的2种黄棕壤制备了2个系列的BS-12+CTMAB复配修饰土样.以两性复配修饰蒙脱石作对比,研究了2种两性复配修饰黄棕壤对苯酚的吸附特征,分析了温度、pH值和离子强度对两性复配修饰黄棕壤吸附苯酚的影响,并探讨了两性复配修饰蒙脱石与两性复配修饰黄棕壤以及两性复配修饰黄棕壤之间吸附苯酚的差异性.结果表明,和两性复配修饰蒙脱石相同,复配修饰增强了两性修饰黄棕壤对苯酚的吸附能力,30℃时吸附量呈215BS+215CT(215%BS-12+215%CTMAB)215CT(215%CTMAB)215BS(215%BS-12)CK1(蒙脱石含量为43%未修饰黄棕壤)和33BS+33CT(33%BS-12+33%CTMAB)33CT(33%CTMAB)33BS(33%BS-12)CK2(蒙脱石含量为6%未修饰黄棕壤)顺序.Henry模型适用于描述苯酚在黄棕壤各供试土样中的吸附;2种修饰黄棕壤对苯酚吸附量均随温度、pH值的升高而降低,在低浓度范围内,随离子强度的增大而升高,和修饰蒙脱石吸附苯酚的规律相同;土样阳离子交换量(CEC)是决定两性复配修饰蒙脱石与黄棕壤以及2种两性复配修饰黄棕壤之间吸附苯酚存在差异的根本原因.     

秦岭红桦林土壤细菌群落剖面分布特征及其影响因素

研究秦岭辛家山林区红桦林细菌群落在土壤剖面上的分布状况,对评估土壤细菌在森林生态系统土壤肥力调节、碳氮循环等作用至关重要.采用Illumina MiSeq高通量测序技术对土壤细菌16S r DNA V3~V4可变区进行测序,结合相关生物信息学分析,初步探讨了红桦林0~10、10~20、20~40和40~60 cm这4个土壤层细菌群落丰富度、多样性指数和细菌群落组成及丰度变化.结果表明,在红桦林土壤剖面上,OTUs、Chao1指数、Shannon指数均在0~10 cm处达到最大值,分别为1 688、2 314、8.66,土层间差异不显著.4个土壤层的优势菌门均为酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria),主要的优势菌属为Gp4、Gp6和Gp16.优势菌门的相对丰度在土层间并不相同,0~10 cm土壤层具有较高的变形菌门(Proteobacteria),其相对丰度为23.62%,而40~60 cm具有较高的酸杆菌门(Acidobacteria),相对丰度为62.88%.酸杆菌门(Acidobacteria)与全氮、土壤有机碳、C/N、可溶性有机碳显著相关,变形菌门(Proteobacteria)与土壤含水量、土壤有机碳、可溶性有机碳显著相关.经RDA分析证明,影响秦岭红桦林土壤剖面细菌群落分布的主要土壤因素是可溶性有机碳.这些研究结果表明在秦岭红桦林土壤4个土层均有较高的细菌多样性,为进一步认识森林土壤细菌多样性奠定了理论基础,在研究森林生态系统土壤剖面养分循环过程时应予以考虑.     

Cd对我国不同类型土壤硝化活性影响的主控因子研究

硝化作用是土壤中存在的一个重要生物学过程,其对环境条件的变化表现出极高的敏感性,其中包括重金属污染.本文选取我国10种不同类型土壤,采用室内模拟方法,研究硝化活性对不同Cd污染程度的响应特征以及影响Cd毒性的主要控制因素.结果表明:除红壤和黑土外,土壤硝化活性随外源Cd的增加而降低,采用Logistic模型和完全抑制模型可很好的表征两者之间的关系;通过Logistic模型获得的不同土壤ED25和ED50值分别为2.44~363.03 mg·kg~(-1)、10.99~553.64 mg·kg~(-1),由完全抑制模型拟合结果表明Cd对硝化活性的作用机理为完全抑制作用;基于土壤性质和ED50值建立的多元回归预测模型表明,pH和阳离子交换量(CEC)共同解释了回归模型变异的95.6%.综上表明在一定范围内土壤硝化活性可表征土壤Cd污染程度,土壤CEC和p H是影响Cd毒性的主控因素,可较好地预测土壤中外源Cd对硝化活性的毒性阈值.     

黄土台塬不同土地利用方式下土壤呼吸季节性变化及影响因素

为探讨土壤呼吸对植被类型及不同季节环境因素的响应机制,以黄土高原渭北台塬马莲滩林场为研究区,于2015年5月—2016年4月,采用静态箱-气象色谱法逐月测定不同土地利用方式下的土壤呼吸速率(R_s),分析其干、湿季差异及与土壤温度(T)、土壤含水量(W)之间的关系.结果表明:①不同土地利用方式下土壤呼吸速率的季节性变化趋势相一致,最大值出现在6—8月,最小值出现在12月—翌年2月,土壤呼吸速率年均值表现为天然草地>灌木林地>乔木林地>乔灌混交林地>耕地>果园.②不同土地利用方式下土壤呼吸速率与土壤温度均呈正相关,与土壤含水量的关系在湿季(5—10月)呈正相关,在干季(11月—翌年4月)呈负相关,土壤呼吸速率的单因素模型中以指数函数(R_s=aebx)的拟合效果更优.③与单因素模型相比,土壤温度、土壤含水量的双因素模型(R_s=aTbWc和R_s=aebTWc)能更好地解释除耕地外的其他5种土地利用方式下土壤呼吸速率的变化特征,对土壤呼吸速率的解释率在60.0%～82.3%之间,其中R_s=aTbWc对耕地、灌木林地、果园土壤呼吸速率与土壤温度、土壤含水量间关系的拟合效果较好,天然草地、乔木林地、乔灌混交林地则采用R_s=aebTWc的拟合效果较好.研究显示,研究区不同土地利用方式下土壤呼吸速率存在明显的季节性差异,耕地退耕还林后土壤有机碳及活性有机碳含量增加,温度敏感性(Q₁₀)降低,土壤呼吸速率增大,评价退耕还林效益时应综合考虑区域地理气候特点,进一步量化碳的输入/输出过程.      

黄绵土中碳酸钙含量和有机肥施用对土壤有机碳组分及CO2排放的影响

为探讨碳酸钙(CaCO_3)和有机肥对土壤有机碳矿化和CO_2排放的影响,本研究通过向一种黄绵土中分别添加0、30、50 g·kg~(-1)CaCO_3模拟陕西省境内具有不同CaCO_3含量(9%~15%)的黄绵土,随后再添加0、20 g·kg~(-1)有机肥(M),交互组合设L0、L0-M、L30、L30-M、L50和L50-M等6个处理进行室内培养试验(105 d),测定了土壤pH、微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(DOC)、颗粒碳(POC)、易氧化有机碳(ROC)和CO_2释放量.结果表明:未施用有机肥时,土壤pH和MBC含量随CaCO_3含量的增加而增加,但CaCO_3含量对DOC、POC、ROC和有机碳氧化稳定性(Kos)无显著影响,其差异亦不会对土壤CO_2排放产生显著影响.当施用有机肥后,随着土壤CaCO_3含量增加,土壤pH上升、活性有机碳(MBC、DOC、POC和ROC)含量增加、Kos降低,土壤CO_2排放也随之增加.CaCO_3不仅能促进有机肥的矿化分解,而且它和有机肥会对土壤CO_2排放产生显著的交互效应,其效果与CaCO_3含量密切相关.低量CaCO_3和有机肥对土壤CO_2的释放具有负的表观交互效应,但高量CaCO_3和有机肥对其产生正的表观交互效应.因此,CaCO_3对土壤有机碳转化的影响不能一概而论,它与土壤中CaCO_3含量密切相关.在农业管理中,根据土壤CaCO_3含量合理施用有机肥对土壤碳素循环和温室气体(CO_2)排放都具有重要意义.     

黄土高原沟壑区小流域土壤养分空间变异特征及其影响因素

了解表层土壤有机质与全量养分的空间变异规律及其影响因素,能够为黄土高原生态脆弱带的土壤养分管理提供参考。基于王东沟的93个野外采样点,综合多种地统计学方法,分析了土壤养分的空间变异特征及其影响因素。结果表明:研究区表层土壤养分含量处于中等水平,空间变异大小依次为全磷>全氮>有机质>全钾,均由结构性因素主导;有机质、全氮较全磷、全钾变异尺度小、空间自相关性弱、空间复杂程度高。有机质、全氮的分布格局为南高北低,主要影响因素包括海拔、坡度、曲率和土地利用;全磷呈现相反的北高南低分布,海拔、坡度、土地利用、土壤机械组成和人类活动对其影响较大;全钾则为内部高四周低,分布较破碎,坡向和土壤机械组成作用较强。据此建立了9个环境因子与土壤养分之间的回归预测模型,以期为研究区土壤资源的可持续利用提供数据支持。     

土壤氨化过程中微生物作用研究进展

土壤氮素矿化产生的无机氮是植物的主要氮素来源,土壤氨化过程是氮素矿化的第一步,微生物在其中发挥着巨大作用.本文从氨化过程的微生物作用机理,可利用碳氮比、蛋白酶和微生物群落结构等影响因素以及微生物研究方法3个方面来讨论微生物对氨化过程的重要贡献.研究发现高分子可溶性有机氮的解聚作用很可能是氨化过程的限速步骤,土壤微生物生物量氮有可能是微生物易利用氮的直接且主要来源,同时土壤可利用碳氮比对氨态氮的产生具有重要影响.最后介绍了分子生物学新方法尤其是高通量测序技术在土壤微生物作用研究中的应用,并就目前未解决问题和今后研究方向提出展望.