黄土高原人工刺槐林土壤团聚体中不同活性有机碳从南到北的变化特征

不同粒径团聚体中的不同活性有机碳对人工林土壤质量改善及碳库动态平衡有重要的作用.本研究在黄土高原地区,从南向北沿着降雨和温度降低梯度选择淳化、安塞、绥德和神木共4个地区,比较研究了人工刺槐林土壤团聚体不同的活性有机碳含量变化及其影响因素.通过湿筛法将土壤团聚体分级为粉黏粒（<0.053 mm）、微团聚体（0.25~0.053 mm）和大团聚体（>0.25 mm）,用Leffory法测定3种粒径土壤团聚体低、中、高活性有机碳含量.结果表明：①4个样区大团聚体（>0.25 mm）含量由南至北呈先降低后增加趋势,微团聚体（0.25~0.053 mm）含量逐渐增加,粉黏粒（<0.053 mm）含量则先增后减.②4个样区中土壤团聚体3种活性有机碳含量大小顺序为低活性 > 中活性 > 高活性,其中,粉黏粒（<0.053 mm）低活性有机碳含量为1.02~1.52 g·kg^-1,中活性有机碳含量为0.53~0.91 g·kg^-1,高活性有机碳含量为0.28~0.43 g·kg^-1;而微团聚体（0.25~0.053 mm）低活性有机碳含量为1.02~2.02 g·kg^-1,中活性有机碳含量为0.46~1.20 g·kg^-1,高活性有机碳含量为0.31~0.85 g·kg^-1;大团聚体（>0.25 mm）低活性有机碳含量为1.08~3.07 g·kg^-1,中活性有机碳含量为0.70~1.96 g·kg^-1,高活性有机碳含量为0.48~1.24 g·kg^-1.③黄土高原人工刺槐林3种粒径团聚体的低、中、高活性有机碳含量主要与年均气温（MAT）、年均降雨量（MAP）、土壤SOC、TN和含水率显著相关（p<0.05）,且在同一活性下,活性有机碳含量与MAT、MAP、土壤TN、SOC、含水率的相关性随着土壤团聚体粒径的增大而越显著.研究结果对理解黄土高原土壤团聚体活性有机碳含量在空间尺度上的变化特征和影响因素具有重要意义.     

餐厨垃圾生物有机肥对贫瘠黄褐土改良的研究

为了阐明餐厨垃圾生物有机肥改良贫瘠土壤的作用机制,以贫瘠黄褐土为研究对象,通过不施肥、长期（>5 a）施用化肥、中长期（5 a）施用少量餐厨垃圾生物有机肥和短期（1 a）施用大量餐厨垃圾生物有机肥4种施肥方式,分别记为CK组、CF组、LOF-5组和MOF-1组,对比分析不同施肥方式对土壤OM（有机质）、活性有机碳、营养元素和团聚体等的影响.结果表明:①施用餐厨垃圾生物有机肥可显著提高土壤OM、活性有机碳含量,其中,MOF-1组提高效果最显著,与CK组相比,w（OM）可提高173.29%,w（ROC）（ROC为易氧化有机碳）增加了39.17%,w（POC）（POC为颗粒有机碳）和w（DOC）（DOC为可溶性有机碳）分别是CK组的13.85和10.32倍.②中长期（5 a）施用少量餐厨垃圾生物有机肥可增加土壤中较大粒径团聚体的占比,且更有利于提高土壤团粒结构的稳定性,LOF-5组>2 mm粒级的团聚体占比是CK组的4.68倍;与CK组相比,LOF-5组MWD（平均重量直径）增加了100.00%,GMD（几何平均直径）增加了82.98%,>0.25 mm水稳定性团聚体质量占比（DR_0.25）增加了27.20%.③中长期（5 a）施用少量餐厨垃圾生物有机肥可增加土壤中w（TN）（TN为全氮）和w（AN）（AN为速效氮）,与CK组相比,LOF-5组w（TN）和w（AN）分别增加了77.42%和20.82%.施用餐厨垃圾有机肥也可同时增加土壤中w（AP）（AP为速效磷）和w（AK）（AK为速效钾）,MOF-1组增加效果较佳,w（AP）和w（AK）分别是CK组的9.43和3.39倍.研究显示,中长期（5 a）施用少量餐厨垃圾生物有机肥可提升土壤固碳能力,提高土壤养分利用的有效性,从而提升耕地土壤质量,减少化肥施用量,是我国贫瘠黄褐土改良的有效施肥模式.      

油脂对红壤结构性质与水流运动特征的影响

本文通过室内灌水入渗试验,研究了灌溉水油脂浓度（0,1.0,3.0和10.0g/L）、灌水频率（1d1次,2d1次,4d1次）和灌溉模式（纯清水灌溉,纯含油脂灌溉水灌溉,含油脂灌溉水-清水交替灌溉）对受灌土壤结构性质与水流运动特征的影响.结果显示,随灌水进入到受灌土壤中的油脂主要集中在优先流通道中快速运动,优先流湿润锋处的土壤油脂浓度较高且不受灌溉水中油脂浓度的影响,表明即便是采用较低油脂浓度的灌溉水灌溉,依然对地下水系统存在较高的污染风险;高频率、低定额的含油脂灌溉水灌溉有利于进入到受灌土壤中的油脂向深层土壤运动,使得斥水性土层厚度增大,从而导致入渗水流运动的不确定性及地下水系统的污染风险均增大;油脂对受灌土壤团聚体的再团聚作用只有在其浓度较高时才能形成,含油脂灌溉水-清水交替灌溉因降低了受灌土壤的油脂浓度反而导致土壤团聚体分散和破碎.研究成果对再生水和原污水农田灌溉制度设计具有参考价值.     

生物质炭对Cd污染土壤团聚体酶活性的影响

为探究生物质炭对Cd污染土壤团聚体酶活性的影响,采用盆栽试验,向模拟Cd污染土壤中添加生物质炭并测定水稻根际土壤团聚体碳循环酶与氧化还原酶活性.结果表明:Cd污染土壤团聚体酶活性对添加量为2.5%的生物质炭响应明显,氧化还原酶活性指数值介于0.522~0.792之间.在2.5mg/kg的外源Cd条件下,2.5%的生物质炭比未添加生物质炭处理显著提高蛋白酶与过氧化氢酶活性至121%与653%.在Cd污染土壤中添加生物质炭,碳循环酶与氧化还原酶及综合酶活性均在0.5~1mm中等粒径土壤团聚体中产生富集效应,其酶活性随土壤团聚体粒径的增大呈先升后降最终趋于稳定的趋势.研究显示,在2.5mg/kg的外源Cd条件下,添加2.5%的生物质炭对水稻根际土壤团聚体酶活性影响显著,土壤酶活性受酶种类、生物质炭量与团聚体粒径的综合影响;在Cd污染土壤中添加生物质炭后,土壤酶活性随团聚体粒径的增大呈“∧”形变动规律.     

油团聚法处理炭黑废水的研究

根据炭黑疏水性的特点 ,本试验采用油团聚工艺成功地处理了炭黑废水。经处理后 ,出水中炭黑含量小于 5.0 mg/ L,出水可回用 ,回收的炭黑用四氯化碳处理后 ,经过滤干燥可得到含水率小于 1 .0 %的炭黑 ,油相可回用。     

基于蛋黄-蛋壳结构的Fe/FeS@SiO2材料去除水中三氯乙烯

针对硫化纳米零价铁(Fe/FeS)颗粒间的团聚以及环境适应性差的问题,用正硅酸乙酯(TEOS)为原料制备中空介孔氧化硅球,再通过化学反应在壳内形成大尺寸核的方法制备具有蛋黄-蛋壳结构的Fe/FeS@SiO_2材料以防止Fe/FeS的团聚并提高其活性,并将该材料用于三氯乙烯(TCE)的去除中;采用SEM和TEM观察、红外线光谱分析(FTIR)、X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)等分析方法对材料进行了表征。结果表明,在Fe/FeS@SiO_2材料还原降解TCE的实验中,Fe/FeS@SiO_2去除TCE的最佳铁与硫的摩尔比(铁硫比)为30,并且在TCE初始浓度10 mg·L~(-1)溶液中投加含有0.1 g Fe~0、铁硫比为30的Fe/FeS@SiO_2材料下,反应180 min后,TCE的去除率为90.75%,与未包裹氧化硅壳时的去除率(66.06%)相比,去除效果明显提高。介孔氧化硅壳阻止了Fe/FeS的团聚,其表面上的孔道使得材料具有更大的比表面积,加强了对TCE的吸附,同时材料中的空腔使得核与污染物的接触增加,提高了TCE的去除率。表征结果表明,Fe/FeS@SiO_2材料具有特殊的结构,包括中心核、空腔以及介孔壳,可以防止Fe/FeS的团聚。     

秸秆与生物炭还田对土壤团聚体及固碳特征的影响

揭示秸秆与生物炭还田对团聚体有机碳含量、分布、稳定性以及相对贡献率的影响,有利于明确秸秆与生物炭还田下土壤碳库的稳定性及其保护机制.采用田间试验方法研究了油菜/玉米轮作模式下,秸秆与生物炭还田对土壤团聚体及固碳特征的影响.结果表明:(1)秸秆与生物炭还田各处理均能提高土壤有机碳含量,其中生物炭还田(BC、16.88 g·kg~(-1))、秸秆+生物炭还田(CSBC、17.37 g·kg~(-1))效果优于秸秆还田(CS、13.76 g·kg~(-1))和秸秆+速腐剂还田(CSD、14.68 g·kg~(-1)).(2)与对照(CK)处理相比,CS、CSD处理能显著地提高大团聚体(2 mm)含量,增加率为94.00%~117.78%,同时显著提高了水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、R0.25,降低了分形维数(D),提高了团聚体稳定性(P0.05).(3)随着团聚体粒径的增大,团聚体有机碳含量呈现先降低再增高然后再降低,且粉黏粒(0.053 mm)对土壤有机碳贡献率最高(29.61%~42.18%),大团聚体有机碳贡献率最低(9.19%~17.81%).除CSD处理外,CS、BC、CSBC处理降低了较大团聚体(2~0.25 mm)和微团聚体(0.25~0.053 mm)有机碳贡献率.秸秆还田促进土壤团聚作用效果优于生物炭还田,而生物炭还田提高团聚体有机碳含量效果优于秸秆还田,秸秆新碳主要向大团聚体内分配,秸秆+速腐剂还田还能促进较大团聚体内不同组分结合新碳,生物炭、秸秆+生物炭还田主要向微团聚体中富集.     

生物炭对塿土土壤温室气体及土壤理化性质的影响

通过田间小区试验,分别向塿土土壤中添加0、20、40、60、80 t·hm~(-2)的苹果果树枝条生物炭后,分析了生物炭对土壤温度、土壤团聚体、NO_3~--N、NH_4~+-N、微生物量碳以及土壤温室气体排放的影响.结果表明,生物炭可以缓解土壤温度的变化,增加土壤大团聚体的数量,尤其是5 mm、5~2 mm和1~0.5 mm的团聚体数量.与对照相比,随着生物炭施用量的增加,土壤NO_3~--N、NH_4~+-N、微生物量碳分别增加了4.9%~33.9%、9.1%~41.1%和11.8%~38.5%.本研究中生物炭对土壤温室气排放的影响主要表现为:添加生物炭后,土壤CO_2的排放量以及CH_4的吸收汇分别增加了6.73%~23.35%和3.62%~14.17%;施用20 t·hm~(-2)和40 t·hm~(-2)的生物炭降低了土壤N_2O的排放和综合增温潜势(GWP),而当生物炭施用量大于等于60 t·hm~(-2)时反而增加了土壤N_2O的排放和综合增温潜势(GWP).说明生物炭作为一种土壤改良剂和碳减排剂,能够改善土壤质量,提高土壤肥力,提高农田土壤增汇减排的作用,此外,选择合适的生物炭施用量至关重要.     

土地利用方式对缙云山土壤团聚体稳定性及其有机碳的影响

土壤团聚体对土壤肥力、质量和土壤的可持续利用等有很大的影响,是水、肥保蓄与释供功能的物质基础.通过湿筛法,将缙云山林地、撂荒地、果园和坡耕地这4种土地利用方式土壤进行粒径分组,得到大团聚体(>2 mm)、中间团聚体(0.25~2 mm)、微团聚体(53μm~0.25 mm)以及粉+黏团聚体(<53μm)的质量分数,测定各粒径团聚体中的有机碳含量,并计算0~60 cm土壤深度内各粒径土壤团聚体的有机碳储量.结果表明,土地利用方式对土壤团聚体稳定性及其有机碳具有重要影响.林地的开垦行为会导致大团聚体的破碎化,果园及坡耕地>0.25 mm的大团聚体含量分别为44.62%和32.28%,分别比林地降低38.58%(P<0.05)和91.52%(P<0.05),土壤结构趋于恶化;而坡耕地闲置为撂荒地后,则会促使粉+黏团聚体向粒径大的微团聚体及中间团聚体转化,使土壤结构趋于改善.在0~60 cm土层内,果园及坡耕地土壤颗粒的MWD(平均质量直径)和GMD(几何平均直径)值均显著低于林地(P<0.05),而坡耕地撂荒后,MWD和GMD值均显著升高(P<0.05),表明林地开垦为果园和坡耕地导致土壤团聚体的稳定性降低,容易被水分散,而坡耕地弃耕撂荒会增强团聚体的稳定性,提高土壤抵抗外力破坏的能力.4种土地利用方式下各粒径土壤团聚体有机碳含量均随土壤深度的增加而降低.在0~60 cm的土壤深度内,不同土地利用方式下各粒径土壤团聚体有机碳储量表现为:大团聚体有机碳储量为林地(14.98Mg·hm-2)>撂荒地(8.71 Mg·hm-2)>果园(5.82 Mg·hm-2)>坡耕地(2.13 Mg·hm-2),中间团聚体有机碳储量为撂荒地(35.61 Mg·hm-2)>林地(20.38 Mg·hm-2)>果园(13.83 Mg·hm-2)>坡耕地(6.77 Mg·hm-2),微团聚体有机碳储量为撂荒地(22.44 Mg·hm-2)>林地(10.20 Mg·hm-2)>果园(6.80 Mg·hm-2)>坡耕地(5.60 Mg·hm-2);粉+黏团聚体有机碳储量为撂荒地(22.21 Mg·hm-2)>林地(17.01 Mg·hm-2)>果园(16.70 Mg·hm-2)>坡耕地(9.85 Mg·hm-2).各粒径土壤团聚体内有机碳储量均为林地和撂荒地高于果园和坡耕地,表明将林地开垦为果园和坡耕地后,将导致各团聚体组分内有机碳的损失,而坡耕地撂荒则有助于土壤有机碳的恢复和截存;林地和撂荒地土壤有机碳主要蓄积在中间团聚体内,而果园和坡耕地则主要蓄积在粉+黏团聚体内,表明在土地利用变化过程中,粒径较大的团聚体有机碳不稳定,更容易发生变化.     

天然水体中多壁纳米碳管对纳米氧化锌颗粒团聚与沉降行为的影响

研究了淡水湖泊水体中氧化多壁纳米碳管(Oxidized-multiwalled carbon nanotubes,o-MWCNTs)对纳米氧化锌(ZnO nanoparticles,nZnO)颗粒团聚与沉降行为的影响,探讨了天然胶体及o-MWCNTs的浓度对nZnO颗粒团聚粒径、团聚速率及沉降行为的作用.结果表明,nZnO在天然水体中会发生明显沉降,相比去除天然胶体的天然水而言,天然胶体的存在显著减少了nZnO的沉降.这主要归因于nZnO-天然胶体颗粒间的作用能垒高于nZnO-nZnO颗粒间的作用能垒,使得天然胶体的存在降低了nZnO-nZnO之间的颗粒碰撞效率,从而促进nZnO悬浮.o-MWCNTs对nZnO在天然水体中沉降行为的影响与天然胶体密切相关.相比于nZnO的单独沉降,在不过膜天然水中(含天然胶体),低浓度o-MWCNTs的存在增加了颗粒间的团聚速率,从而促进nZnO的沉降,而高浓度o-MWCNTs降低了颗粒间的团聚速率和团聚体粒径,从而降低了nZnO的沉降.而在过膜天然水中(不含天然胶体),o-MWCNTs的存在显著降低了颗粒间的团聚粒径和团聚速率,从而降低了nZnO的沉降,且o-MWCNTs的浓度越高,对nZnO悬浮稳定性的促进作用越明显.