生物炭施用对土壤磷及磷酸酶活性影响的可见和荧光光谱法研究（英文）

含碳丰富的秸秆在无氧或限氧的条件下低温热解后得到生物炭可施入土壤,有利于缓解秸秆处理压力、减少污染、减少温室气体排放,并改良土壤。在重要的农粮基地辽宁潮棕壤上布置了生物炭还田试验。玉米田施用不同量的生物炭(0,360,1 800和3 600 kg·ha~(-1))一个生长季后,研究土壤有效磷(P)、有机P和全P含量的变化,并采用荧光共轭物质作为测定底物,通过酶解产生荧光物质研究土壤磷酸酶活性的响应。结果表明,生物炭添加到土壤后,土壤有效P含量随生物炭施用量增加而显著升高、有机P和全P的含量没有显著的变化。其原因是生物炭携带有效P而引起的。碱性磷酸单酯酶和磷酸二酯酶活性随生物炭添加量的增加而增大,适量生物炭处理(1 800 kg·ha~(-1))可显著增加酸性磷酸酶,而高量生物炭处理(3 600 kg·ha~(-1))对酸性磷酸酶略有抑制,可能是生物炭自身的偏碱性使土壤pH值增大所致。生物炭的添加对土壤磷素和磷酸酶活性的影响是土壤物理性质、化学性质及土壤微生物群落结构和代谢能力的综合体现,需要进一步深入研究。     

外源植酸酶添加对土壤磷酸酶活性影响的荧光光谱法研究

外源植酸酶加入土壤中,能直接或者间接提高有机磷的生物有效性。但外源植酸酶添加后,对土壤本身的磷酸酶(单酯酶、二酯酶)活性会产生何种影响尚不明确。采用荧光物质为底物,将96微孔板和荧光检测法相结合,利用多功能酶标仪测定外源植酸酶(1 g/50 g干土)添加条件下红壤、棕壤以及褐土中磷酸单酯酶(酸性和碱性)和二酯酶的活性响应。结果表明,外源植酸酶添加后,酸性磷酸单酯酶活性在红壤中极显著增加(p≤0.01),而在褐土中显著降低;碱性磷酸单酯酶活性在棕壤和褐土中增加,其中在褐土中增加极显著(p≤0.01),而在红壤中显著降低;磷酸二酯酶活性在三种土壤中均不同程度地增加,其中在棕壤中增加极显著(p≤0.01);不同土壤中,培养到8天时不同酶活性亦保持增加,即红壤中的酸性磷酸单酯酶,棕壤中的磷酸二酯酶以及褐土中的碱性磷酸单酯酶分别保持活性增加,说明外源植酸酶的添加能够有效地增强土壤磷酸酶活性,这种作用不仅与土壤性质如pH和磷形态相关,并且可能与刺激微生物分泌酶量有关。运用荧光光谱法研究外源植酸酶对土壤磷酸酶活性的影响在国内外尚属首次。与传统的分光光度法相比, 微孔板荧光法是一种灵敏、准确、快速、简便的土壤磷酸酶活性关系的测定方法。     

外源植酸酶添加对土壤磷酸酶活性影响的荧光光谱法研究（英文）

外源植酸酶加入土壤中,能直接或者间接提高有机磷的生物有效性。但外源植酸酶添加后,对土壤本身的磷酸酶(单酯酶、二酯酶)活性会产生何种影响尚不明确。采用荧光物质为底物,将96微孔板和荧光检测法相结合,利用多功能酶标仪测定外源植酸酶(1g/50g干土)添加条件下红壤、棕壤以及褐土中磷酸单酯酶(酸性和碱性)和二酯酶的活性响应。结果表明,外源植酸酶添加后,酸性磷酸单酯酶活性在红壤中极显著增加(p≤0.01),而在褐土中显著降低;碱性磷酸单酯酶活性在棕壤和褐土中增加,其中在褐土中增加极显著(p≤0.01),而在红壤中显著降低;磷酸二酯酶活性在三种土壤中均不同程度地增加,其中在棕壤中增加极显著(p≤0.01);不同土壤中,培养到8天时不同酶活性亦保持增加,即红壤中的酸性磷酸单酯酶,棕壤中的磷酸二酯酶以及褐土中的碱性磷酸单酯酶分别保持活性增加,说明外源植酸酶的添加能够有效地增强土壤磷酸酶活性,这种作用不仅与土壤性质如pH和磷形态相关,并且可能与刺激微生物分泌酶量有关。运用荧光光谱法研究外源植酸酶对土壤磷酸酶活性的影响在国内外尚属首次。与传统的分光光度法相比,微孔板荧光法是一种灵敏、准确、快速、简便的土壤磷酸酶活性关系的测定方法。     

荧光光谱法测定生物炭/秸秆输入土壤后酶活性的变化

土壤α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶直接参与土壤有机物质的矿化过程,对维持生态系统碳和养分的循环起重要作用。秸秆或者秸秆炭化物还田是提高碳储量的一种有效措施,输入到土壤后对生物学活性产生一定影响,对碳库转化具有直接或者间接作用。采用荧光物质作为底物,将96微孔板和荧光检测法结合,利用多功能酶标仪测定生物炭/秸秆(2.5 g/50 g干土)添加条件下黑土中α(β)葡萄糖苷酶活性。结果表明,秸秆添加到土壤后,土壤α(β)葡萄糖苷酶活性增强,水稻秸秆处理β-葡萄糖苷酶活性高于玉米秸秆处理,40天后仍然保持较强活性,说明秸秆的输入有助于土壤碳素转化。可能是因为秸秆炭添加提高土壤中养分含量,促进微生物活性,使得土壤酶活性提高,水稻秸秆添加增强土壤酶活性,而玉米秸秆没有促进作用,可能与材料来源不同有关,材料来源与添加效应的关系有待进一步研究。而生物炭添加对黑土中α(β)葡萄糖苷酶活性影响不大,这与生物炭含速效养分少、自身难降解特性有关。与传统的分光光度法相比,微孔板荧光法可以灵敏的检测到土壤悬液中的酶活性,可批量检测样品,是一种快速、准确、简便的土壤酶活性测定方法。     

利用AAS研究农田土壤Cu,Zn和Cd含量及收支平衡

以沈阳生态实验站一组长期定位试验为平台,研究长期施用厩肥对农田土壤Cu,Zn和Cd含量及收支平衡的影响,试验处理分别为CK(不施有机肥),M1(施10 t·ha-1有机肥)、M2(施用量25 t·ha-1) 和M3 (施用量50 t·ha-1)。结果表明：长期施用厩肥会造成土壤中Cu,Zn和Cd的逐步积累,且积累量随着施肥量的提高而增加,三种重金属在各处理中(CK,M1,M2,M3)的年均增长率分别为2.83%,6.56%,7.54%,8.96%;0.03%,3.44%,4.53%,6.64%和1.51%,8.01%,10.27%,16.08%。从试验开始6年后,M3处理土壤Cd含量已非常接近国家三级土壤质量标准的限制阈值(1 mg·kg-1,GB15618—1995);至试验第12年,所有施有机肥处理的土壤Cu含量均降为国家三级土壤质量标准(≤400 mg·kg-1),因此必须给予足够的重视。尽管土壤中重金属呈逐年积累态势,但籽实中Cu,Zn和Cd含量均远低于国家食品污染标准(GB2762—2005; GB13106—91; GB15199—94),表明重金属超标农田生产的农产品未必超标。Cu,Zn和Cd在作物秸秆中的含量远大于籽实中含量,不同处理作物重金属平均移出量表现为M3＞M2＞M1＞CK。CK,M1,M2,M3处理Cu,Zn和Cd的年均移出量分别为35.68,47.80,63.65,69.64;249.14,375.22,375.16,444.44和0.83,1.39,1.64,1.66 g·ha-1。有机肥中重金属含量也随年份而改变,表现为Cu和Zn含量逐年增加,Cd含量呈减少态势。M1,M2和M3处理土壤年平均残留Cu,Zn和Cd量为2 283.0,5 763.7,11 585.4;2 483.3,6 771.4,13 849.2和4.8,13.9,29.5 g·ha-1,但是由于有机肥中重金属量年际变化范围较大,年平均残留量只能反映多年的平均趋势,准确推断土壤中重金属残留量还要根据当年施入的有机肥的情况而定。     

基于光谱分析探讨磷酸与焦磷酸改性生物炭的磷素形态

通过磷酸（H₃PO₄）和焦磷酸（H₄P₂O₇）对生物炭改性能够使其更适于农业应用。探明H₃PO₄和H₄P₂O₇改性生物炭的P赋存形态与结合方式，将有助于揭示其表面P的生物有效性。以麦秆生物炭（WBC）与棉秆生物炭（CBC）为原料，分别通过H₃PO₄和H₄P₂O₇制备了H₃PO₄改性生物炭（P-WBC和P-CBC）和H₄P₂O₇改性生物炭（PA-WBC和PA-CBC）。利用拉曼光谱（Raman）与扫描电镜能谱（SEM-EDS）对改性生物炭结构与P分布变化进行表征，采用傅里叶红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）探究改性生物炭表面P结合方式，并结合Hedley磷分级方法与可见分光光度法，定量分析改性前后生物炭中P形态及含量变化。结果表明，H₃PO₄和H₄P₂O₇改性后生物炭I_G/I_D值增大，石墨化结构增强，形成了含P颗粒状结构。H₃PO₄和H₄P₂O₇改性促进了生物炭表面羧基（—COOH）、P—O—P和P—H等酸性官能团与含P基团的形成，且H₃PO₄改性生物炭和H₄P₂O₇改性生物炭表面官能团种类相似。XPS结果显示，与WBC和CBC相比，改性处理中的O(1s)峰相对含量显著增加了13.15%~32.44%，P(2s)峰相对含量显著增加了18.54%~27.02%（p<0.05）。反褶积分峰将P(2s)与O(1s)分为C—P—O，C—O—P，OPO，CO与（或）PO，C—O—C与（或）P—O—C和P—O—P六类。较H₃PO₄改性而言，H₄P₂O₇改性能够促进更多C—O—P，OPO，C—O—C与（或）P—O—C和P—O—P键的形成。改性也使得生物炭中总P含量显著增加，且PA-WBC和PA-CBC中P含量显著高于P-WBC和P-CBC。与WBC和CBC相比，改性处理中活性P含量显著提高2.36~14.77 g·kg-1，稳定态P含量显著降低0.06~0.17 g·kg-1（p<0.05）。与P-WBC和P-CBC相比，PA-WBC和PA-CBC的活性P、中等活性P分别显著增加了5.27~15.66和0.53~0.64 g·kg-1, 稳定态P含量减少了0.03~0.34 g·kg-1（p<0.05）。H₃PO₄和H₄P₂O₇改性改变了P在生物炭表面的结合方式，同时增加了P的活性。H₃PO₄和H₄P₂O₇改性生物炭间，不同形态P含量和结合方式的差异对进一步探究P的生物有效性具有重要意义。     

酸洗处理对生物质炭表面吸附特性及光谱特性的影响

生物质炭表面灰分的存在会严重影响生物质炭的表面结构特性及吸附能力。采用HCl-HF对400和600 ℃两种温度制备的玉米秸秆生物质炭进行酸洗处理,去除生物质炭表面的灰分。通过对比酸洗前后玉米秸秆生物质炭的元素含量、比表面积、孔径分布、红外光谱分析图和吸附平衡试验结果探究酸洗处理对生物质炭表面吸附特性和光谱特性的影响。结果表明：酸洗处理能有效去除生物质炭表面存在的无机盐、焦油等一系列副产物,显著改变生物质炭的表面结构特性,提高生物质炭的吸附性能。(1)酸洗后生物质炭的碳含量相对增加,疏水性及芳香官能团含量增加,极性降低;(2)酸洗处理显著增加了生物质炭的比表面积,处理后炭比表面积分别增加了3.46倍和6.75倍;酸洗还显著提高了生物质炭的孔容及介孔含量,从而大大增加了生物质炭的吸附能力;(3)两种生物质炭酸洗前后的红外光谱上关键官能团峰强差异显著,尤其在3 398～3 447,2 924～3 056,1 378～1 439 cm-1范围内,酸洗后生物质炭的振动峰强度显著减小,表明生物质炭在酸洗后其表面脂肪结构和羟基减少。(4)酸洗前后的吸附试验表明,酸洗处理能够去除炭表面的灰分,增加生物质炭的吸附位点,进而提高其对2,4-D的吸附量。     

老化作用对生物炭理化特性的影响

以松木屑、玉米秸秆、小麦秸秆和花生壳四种生物质热解制备的生物炭为对象,分别采用自然老化、高温老化、冻融老化对四种生物炭进行5个月老化培养。结合元素分析、扫描电镜分析(SEM)、N2吸附/脱附分析、X射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FTIR)和pH测定等表征分析,研究了老化方式对生物炭理化特性的影响。结果表明,老化过程能够显著提高生物炭的BET比表面积,改善生物炭的微观孔隙结构,降低C元素含量,增加O元素含量,提高H/C、O/C和(O+N)/C以及表面含氧官能团数量,并降低生物炭的pH值,老化方式对生物炭理化特性改善效果顺序为高温老化■冻融老化■自然老化。     

基于荧光光谱分析秸秆深埋还田黑土剖面DOC组分结构变化特征

以黑土为研究对象，分析不同深度玉米秸秆还田（0~2，3~10，11~20，21~30和31~40 cm）后可溶性有机碳（DOC）的荧光特性差异，探讨秸秆深还田后腐殖化程度的变化特征。结果表明：秸秆还田可提高土壤DOC的含量。三维荧光光谱特征表明，土壤DOC的荧光组分均为2种，CK~T4处理分别为类腐殖质物质组分（Ex/Em=250~275/455 nm）和类色氨酸物质组分（Ex/Em=225~237/340~350 nm），而T5处理分别为类腐殖质物质组分（Ex/Em=250~275/455 nm）和类酪氨酸物质组分（Ex/Em=225／304 nm），还田31~40 cm深度有较小的自生成分，且腐殖化系数最高。土壤DOC组分C1的荧光强度有随着秸秆还田深度的加深而增大的趋势，C2组分则呈波动性的状态，荧光强度先增强再减弱。土壤DOC受自生源和外生源共同作用（FI>1.4，0.6相似文献   

利用ICP-MASS研究有机培肥土壤重金属淋溶特征

以下辽河平原11年长期定位试验为平台,采用原状土柱淋溶实验,通过比较不同用量有机肥处理土壤重金属积累情况及其淋溶特征,探讨了雨养农业条件下有机培肥措施对土壤表层重金属（Cu,Zn,Cd和Cr）积累的影响,阐述了重金属在土壤表层(0～20 cm)中的积累特征明确了重金属元素的淋溶特点和垂直迁移规律(0～60 cm)。研究表明,随着有机肥用量增加,表层土壤中Cu,Zn,Cd和Cr的含量都随之升高,积累速度为Cd＞Cu＞Zn＞Cr。根据中国土壤环境质量标准(GB15618-1995),即使施入50 t·ha-1有机肥料,也未造成表层土壤Cr, Cu和Zn的污染,其中Cr仍符合Ⅰ类土壤质量标准,而Cu和Zn符合国家Ⅱ类土壤质量标准,但对Cd而言,此时表层土壤含量已接近国家Ⅲ类土壤质量标准阈值,存在较大风险,应引起足够重视。土柱淋溶实验表明,只有个别淋溶液Cu和Cd浓度属于国家Ⅲ类水质量标准（GB/T14848—93）,其余均符合国家Ⅱ类及以上水质标准,且所有淋溶液Cr的含量都符合国家Ⅰ类水质标准,表明在下辽河平原,即使有机肥使用量达到50 t·ha-1时,仍未对地下水构成任何风险。另外,淋溶液中的重金属含量均随土层深度增加呈现下降趋势(Cr除外),表现出重金属不易下移的特点,但相对而言,Zn和Cr向深层土壤淋溶能力较强,Cu和Cd则更易积累在表层土壤。     

紫外-可见分光光度法测定玉米不同部位籽粒早期发育的生理指标

为测定玉米不同部位籽粒早期发育的差异及氮素对籽粒发育的影响,实验用紫外-可见分光光度法对不同施氮水平下(0,120,180,240 kg·hm-2)玉米顶部和中下部籽粒在授粉后5～20 d的生理指标进行了检测.结果表明,施氮可明显促进籽粒可溶性总糖、蔗糖、淀粉含量的增加,促进蔗糖分解转化及淀粉合成关键酶活性的增强.当施氮量为180 kg·hm-2时,顶部籽粒的体积、干重及可溶性总糖、蔗糖、淀粉含量在授粉后20 d明显高于其他处理,酸性蔗糖转化酶AI、中性蔗糖转化酶NI、蔗糖合成酶SS、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶ADPGase及淀粉合成酶活性在授粉后5～20 d处于较高水平,使顶部籽粒的蔗糖利用能力及淀粉合成能力得到一定程度的改善,从而促进顶部籽粒发育,减少败育,提高产量.     

原子荧光光谱法测定土壤和沉积物中铋

建立了王水沸水浴消解-原子荧光光度法测定土壤和沉积物中铋。优化了仪器参数、载流及还原剂浓度,比较了水浴消解、微波消解和电热板消解三种前处理方式处理土壤/沉积物中铋的优劣。实验表明,最佳的消解方式为水浴消解,该方法操作简单方便,结果准确,可靠。采用王水沸水浴消解土壤或沉积物试样,方法的检出限为0.01 mg·kg-1(取样量为0.500 0 g,定容体积为50 mL),检出下限为0.04 mg·kg-1。该方法测定土壤标准样品,测定值都在标准值范围之内,相对误差为-4.7%～-2.0%。该方法用于测定土壤和沉积物实际样品的相对标准偏差分别为2.5%～3.4%和3.1%～3.4%,加标回收率分别为97.6%～102%和99.5%～104%。     

原子吸收光谱法测定内蒙古典型草原长期施用有机肥对土壤锰组分影响

采用改进的BCR连续提取,利用原子吸收光谱法测定了内蒙古草地施用羊粪试验11年后土壤中Mn组分。试验设置5个处理,分别施干羊粪0,50,250,750和1 500 g·m-2·yr-1。结果表明,以四步加和法与强酸直接消煮法测定的全Mn含量作为回收率,各处理回收率为91.4%～105.9%,加标回收率为97.2%～102.9%。长期大量施有机肥可提高0～5 cm土层植物可利用的交换态Mn含量47.89%,但还原态Mn和全Mn含量显著下降。施肥对0～5 cm土层Mn形态影响大于5～10 cm土层。研究结果对于土壤微量元素形态测定及草地养分管理具有一定的参考价值。     

镉在不同质地水稻土剖面中的分布特征及与作物吸收的关系

通过野外定点采集土壤和作物植株、籽粒样品, 利用石墨炉(novAA400)原子吸收法, 研究了成都平原稻麦轮作下水稻土剖面中镉的分布特征及其与水稻、小麦吸收镉的相关性。结果表明,土壤剖面中的镉主要集中在0～15 cm的耕层土壤,总体表现为“向根层富集”的特征,土壤全镉和有效态镉均随土层深度的增加而逐渐降低,30～45 cm土层的全镉和有效态镉含量平均值分别为表层的47.60%和39.49%。不同质地土壤中的镉向下迁移量大小顺序为砂壤>重壤>中壤,以15～30 cm土层的迁移量差异最大。土壤pH与0～15 cm土层的有效态镉含量间相关性不显著(r=-0.46),与15～30 cm和30～45 cm土层有效态镉含量间呈显著的负相关(r=-0.78*～-0.86**)。水稻、小麦秸秆和籽粒镉含量与0～15 cm和30～45 cm土层的全镉含量间相关性不大(r=-0.092～-0.383, 0.174～0.424),但与0～15 cm和15～30 cm土层的有效态镉含量呈显著正相关(r=0.766*～0.953**),与30～45 cm土层的有效态镉含量相关性不显著(r=0.526～0.584)。因此,土壤有效态镉含量比全镉含量更适合作为农作物产品安全的土壤镉污染评价指标。