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《华中农业大学》 2016年
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九宫山垂直带土壤有机质矿化特征及其稳定性机制

姜利  
【摘要】:土壤有机质作为最大的陆地碳库,与土壤肥力、全球碳循环等密切相关,其稳定性对于土壤生态系统抵抗外界环境变化具有重要意义。有机质可与土壤中其它组分相互作用,其稳定性受各种生物及非生物因素的制约。本研究采集九宫山不同海拔土壤,通过分子荧光光谱、碳库分级等技术,分析土壤培养前后有机组分性质和矿化特征。同时借助元素分析、傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振波谱(NMR)等技术分析不同土壤中胡敏酸(HA)的结构特征;通过粒径分级、X射线衍射(XRD)及红外光谱等手段,研究了影响土壤有机质稳定性的物理、化学及生物学机制。基于上述结果,合成了复合铁铝氧化物,并纯化培养了革兰氏阴性和阳性细菌,通过不同反应条件下HA吸附实验、ζ电位测试、红外光谱等技术,研究了铁铝氧化物吸附HA的微观机制,初步探讨了铁氧化物、细菌及其复合体的HA吸附特性,得到如下主要结论:1)随海拔降低,生物活性碳库有机碳(SOC)含量降低,有机碳矿化总量及速率减小。同时,随土壤深度增加,WEOC平均分子量增加,腐殖化程度和芳香缩合度增加,分子结构趋于复杂,导致深层土壤中SOC矿化率明显低于表层。供试土壤矿化前后惰性氮在全氮中的比例(RN)均随土壤深度增加而增加,但惰性碳在有机碳中的比例(RC)随深度变化不明显。RN与SOC矿化呈显著负相关(P0.05),但RC与SOC矿化的相关性不显著,深层土壤中氮的有效性对有机质矿化比碳有效性更为重要。SOC矿化总量取决于有机质数量,但其矿化率主要取决于有机组分的生物有效性。土壤经短期矿化培养后,WEOC平均分子量和共轭结构减少,芳化度和腐殖化程度降低,分子结构趋于简单。2)九宫山不同海拔土壤中HA含量及结构特征差异显著。随海拔增加,HA总量及相对含量均增加,且酸性土壤中HA易于在土壤表层富集。供试HA主要来源于植物残体,也含有微生物代谢物质;其结构中以烷基碳(25-40%)和烷氧碳(21-44%)为主,1500 m处二者含量相当,1200 m处烷基碳较多,600 m处烷氧碳较多。随海拔上升,HA芳化度增加;随土壤深度增加,HA芳化度显著降低。HA腐殖化程度为1500 m处最高,600 m处最低,与有机碳矿化总量的变化一致。此外,HA分子的芳香缩合度、结构复杂度及其疏水性随海拔的变化均为1200 m1500 m600 m,与SOC矿化率变化相反。3)600和1500 m处矿物稳定有机碳(MOC)含量主要与有机碳形态和铁氧化物有关,1200 m处铝氧化物促进了MOC的积累。铁铝氧化物比层状矿物对有机质的保护能力更强,且非晶质矿物比晶质矿物的影响更大。铁氧化物比铝氧化物对有机质稳定性的影响弱。土壤有机碳主要存在于微团聚体;酚类、多糖及芳香类物质易在小颗粒中积累,而烷烃、醇类物质在大颗粒土壤中含量相对丰富。大团聚体对易氧化碳的保护能力强于微团聚体,但后者对芳香物质的保护更显著。芳香类物质通过与矿物结合增强其稳定性;烷烃、酚类及多糖的稳定受其结构的影响更大。矿物稳定有机碳是土壤稳定有机碳的重要组成,HA也是稳定有机组分的物质来源。土壤有机质稳定性可通过与矿物结合成有机-矿物复合体、团聚体的空间位阻效应及有机质自身结构的稳定三种方式实现。4)复合铁铝氢氧化物与HA的相互作用受矿物表面性质、溶液pH及离子强度的影响。pH 5.0时,HA最大吸附量为FeAl,在复合Fe-Al氧化物中其吸附量随Fe含量增加而增加;HA吸附亲和力随Al含量增加而增大;酸性条件下,铝氧化物的配位能力强于铁氧化物。铁铝氧化物优先吸附HA中芳香组分,且与Fe相比,Al吸附态HA的芳香度较高。HA分子中羧基、酚羟基及脂肪碳均参与吸附反应,且Fe比Al更易与氨基结合。随溶液离子强度增加,各矿物的HA吸附量均增加;纯矿物中HA吸附量为AlFe,复合Fe-Al氧化物的HA吸附量与Al含量成反比。随体系pH增加HA吸附量降低,除Al的吸附亲和力与pH变化趋势相反,其余各矿物的吸附亲和力在pH 7.0时最大,pH 5.0时最小。高pH条件下铁铝氧化物优先吸附HA中脂肪族物质。5)水铁矿的HA吸附量高于赤铁矿,枯草芽孢杆菌的HA吸附量高于恶臭假单胞菌。铁氧化物与细菌共存抑制对HA吸附,且水铁矿-细菌复合体的HA吸附抑制率高于赤铁矿-细菌复合体,恶臭假单胞菌-氧化物复合体的HA吸附抑制率高于枯草芽孢杆菌-氧化物复合体。低浓度磷酸盐抑制铁氧化物及铁氧化物-细菌复合体对HA的吸附,高浓度磷酸盐对复合体中HA吸附的抑制率降低,甚至促进HA吸附。本研究分析了团聚、吸附及有机质结构特征对有机质稳定性的相对贡献,可为自然环境中土壤有机质的转化与积累研究提供理论参考。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S153.6

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 毛霞丽;陆扣萍;何丽芝;宋照亮;徐祖祥;杨文叶;徐进;王海龙;;长期施肥对浙江稻田土壤团聚体及其有机碳分布的影响[J];土壤学报;2015年04期
2 罗磊;吕继涛;许闯;郭智;张淑贞;;近边X射线吸收精细结构光谱法研究土壤腐殖质组分含碳官能团组成及磷酸根影响[J];分析化学;2013年08期
3 吴萍萍;曾希柏;;人工合成铁、铝矿对As(V)吸附的研究[J];中国环境科学;2011年04期
4 王娟;周晨亮;张跃进;周沛婕;王静静;陈志惠;李伟荣;;离心法在土壤颗粒分级技术中的应用[J];上海环境科学;2009年06期
5 魏世勇;谭文峰;刘凡;;土壤腐殖质—矿物质交互作用的机制及研究进展[J];中国土壤与肥料;2009年01期
6 汪伟;杨玉盛;陈光水;郭剑芬;钱伟;;罗浮栲天然林土壤可溶性有机碳的剖面分布及季节变化[J];生态学杂志;2008年06期
7 王强,魏世强,刘保峰;铁、锰、铝氧化物固体吸附剂对胡敏酸和富里酸吸附机理研究[J];土壤学报;2005年04期
8 梁重山,党志;核磁共振波谱法在腐殖质研究中的应用[J];农业环境保护;2001年04期
9 方精云;北半球中高纬度的森林碳库可能远小于目前的估算[J];植物生态学报;2000年05期
10 刘友兆,丁瑞兴,黄瑞采;黄棕壤中铁铝锰氧化物的形态及发生学特征[J];南京农业大学学报;1990年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李光林;腐殖酸与几种重金属离子的相互作用及影响因素研究[D];西南农业大学;2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王力;李喜安;骆建文;蔡玮彬;;黄土颗粒分离方法试验研究[J];水土保持研究;2017年06期
2 杨果果;孔玉华;赵佳宝;冯志培;范贝贝;杨喜田;;不同松栎混交林土壤溶解性有机碳氮的差异分析[J];水土保持研究;2017年06期
3 胡节;吴新亮;蔡崇法;;快速湿润过程中钾和钙离子浓度对土壤团聚体稳定性的影响[J];农业工程学报;2017年22期
4 刘彦伶;李渝;张雅蓉;张文安;黄兴成;蒋太明;;长期不同施肥处理对黄壤性水稻土理化性质的影响[J];江苏农业科学;2017年19期
5 张艺;戴齐;尹力初;谷忠元;;后续施肥措施改变对水稻土团聚体有机碳分布及其周转的影响[J];土壤;2017年05期
6 王华祥;;江西省进贤县磨盘洲湿地公园碳储量计算及策略研究[J];安徽农业科学;2017年28期
7 史惠兰;姚卫康;刘梦萍;庞文豪;张海兰;施建军;;高寒土壤质地对土壤养分空间分异的影响[J];江苏农业科学;2017年18期
8 刘丰奇;;氢光谱精细结构的量子力学解释[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2017年05期
9 顾卿先;杨学义;;黔东南州不同森林经营类型碳汇计量经济价值核算——以欧投行应对气候变化框架贷款项目为例[J];贵州科学;2017年04期
10 刘哲;孙增慧;吕贻忠;;长期不同施肥方式对华北地区温室和农田土壤团聚体形成特征的影响[J];中国生态农业学报;2017年08期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王琪;水稻和小麦对有机硒的吸收、转运及形态转化机制[D];中国农业大学;2017年
2 姜利;九宫山垂直带土壤有机质矿化特征及其稳定性机制[D];华中农业大学;2016年
3 闫金龙;铁氧化物-有机质复合物对磷的吸附与形态调控效应研究[D];西南大学;2016年
4 罗畅;铁氧化物吸持腐殖酸对AsO_4~(3-)、Hg~(2+)次级吸附行为的影响研究[D];西南大学;2015年
5 赵茜;水中2,2',4,4'-四溴联苯醚光化学转化过程中羟基多溴联苯醚的形成研究[D];大连理工大学;2015年
6 段德超;胡敏酸影响茶树(Camellia sinensis L.)铅生物有效性和毒性的作用机制[D];浙江大学;2014年
7 朱先芳;密云水库沉积物中腐殖酸特征及其与重金属吸附作用研究[D];首都师范大学;2013年
8 李艳;土壤腐殖酸与酶蛋白相互作用的机制[D];华中农业大学;2013年
9 刘慧;水环境中卤代酚类有机污染物的光化学形成过程[D];大连理工大学;2011年
10 韦东普;应用发光细菌法测定我国土壤中铜、镍毒性的研究[D];中国农业科学院;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谭炳昌;樊剑波;何园球;;长期施用化肥对我国南方水田表土有机碳含量的影响[J];土壤学报;2014年01期
2 谷阳;刘宁;何红波;王洋;李正霄;张旭东;;不同施肥管理对农田土壤木质素积累的影响[J];土壤通报;2013年06期
3 刘振东;李贵春;周颖;杨晓梅;尹昌斌;南云不二男;;无机肥配施粪肥对华北褐土团聚体分布及有机碳含量的影响[J];农业环境科学学报;2013年11期
4 郭素春;郁红艳;朱雪竹;高彦征;丁维新;;长期施肥对潮土团聚体有机碳分子结构的影响[J];土壤学报;2013年05期
5 任雅阁;成杭新;徐殿斗;刘应汉;刘飞;欧阳宏;刘志明;马玲玲;;典型农耕区棕壤水稳性团聚体及其有机碳特征[J];水土保持学报;2013年02期
6 张博;郎春燕;马玲玲;杨国胜;龚仓;郑雷;马陈燕;赵屹东;胡天斗;徐殿斗;;应用同步辐射X近边吸收谱法研究大气超细颗粒物中氯形态[J];分析化学;2013年04期
7 罗璐;周萍;童成立;石辉;吴金水;黄铁平;;长期施肥措施下稻田土壤有机质稳定性研究[J];环境科学;2013年02期
8 王勇;姬强;刘帅;孙汉印;王旭东;;耕作措施对土壤水稳性团聚体及有机碳分布的影响[J];农业环境科学学报;2012年07期
9 徐胜祥;史学正;赵永存;于东升;王世航;辛景树;任意;;不同耕作措施下江苏省稻田土壤固碳潜力的模拟研究[J];土壤;2012年02期
10 冀建华;刘秀梅;侯红乾;刘益仁;李祖章;刘光荣;李絮花;罗奇祥;;鄱阳湖生态区长期施肥对稻田土壤碳汇效应与固碳潜力的影响[J];长江流域资源与环境;2012年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;楠竹之乡的九宫竹[J];湖北农业科学;1981年09期
2 张光远;湖北省九宫山土壤的垂直分布及其性状[J];华中农学院学报;1984年04期
3 王亚林;九宫山下“百果园”[J];农家顾问;2001年10期
4 宋醒汉;;“鄂南翡翠”九宫山[J];中南林业调查规划;1989年01期
5 彭辅松;九宫山上观奇松[J];植物杂志;1999年01期
6 老渊;九宫山下话茶俗[J];农业考古;1994年02期
7 徐晓婷;刘仙;柯林;袁凌云;王东;谢芹;;九宫山生态旅游发展对策研究[J];中国园艺文摘;2010年02期
8 蔡朝晖;黄小容;;九宫山自然保护区旅游资源开发与生态保护对策研究[J];黑龙江农业科学;2009年06期
9 黄小容;蔡朝晖;罗怡芬;;九宫山自然保护区野生观赏植物资源调查及开发利用与保护对策研究[J];安徽农业科学;2009年29期
10 黎八保;刘卓鸿;吕亚良;;九宫山野生观赏植物资源及其园林应用评价[J];湖北林业科技;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 黎时忠;曾步贤;李英生;胡正民;;李自成死于通城九宫山再考——兼评“李自成死于通山说”[A];河北史学会通讯(1985第2期)[C];1984年
2 林金树;杨志清;;李自成死于通山九宫山史证不足[A];明史研究第6辑[C];1999年
3 胡本语;;江西省瑞金市冈面银(金)矿化集中区矿化特征及找矿方向浅析[A];第四届有色金属地质勘查工作交流暨学术讨论会论文集[C];2003年
4 陈化凯;姜文成;;内乡县柳树沟地区金矿化特征及其找矿方向[A];科技、工程与经济社会协调发展——河南省第四届青年学术年会论文集(上册)[C];2004年
5 曹达旺;刘惠华;乐成生;;安徽省泾县陈园山方解石矿床矿化特征及开发前景浅析[A];加强地质工作促进社会经济和谐发展——2007年华东六省一市地学科技论坛论文集[C];2007年
6 张桂良;童日发;杨瑞栋;;隘高--四个脑地区铀多金属矿化特征与找矿突破[A];全国铀矿大基地建设学术研讨会论文集(上)[C];2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张青松;九宫山将现“现代风车”[N];华中电力报;2004年
2 记者 任浩陈勇 通讯员 宋朝阳;九宫山旅游渐入佳境[N];湖北日报;2007年
3 记者 成良田 通讯员 夏国恒;九宫山发电厂纳税超百万[N];咸宁日报;2009年
4 陈建明;九宫山推出专线游[N];中国旅游报;2000年
5 陈建明;九宫山,等你来![N];中国文化报;2000年
6 记者 杨发维;通山决定整治九宫山环境[N];湖北日报;2002年
7 记者 李金球 梁均贵 通讯员 李志龙;湖北九宫山避暑节拉开帷幕[N];湖北日报;2000年
8 通讯员 刘晗、雪雁鸣、记者 谢慧敏;九宫山旅游开发初见成效[N];湖北日报;2001年
9 本报记者 杜时国 高金光 李煊;旅游品牌在培育[N];河南日报;2000年
10 记者 耿毅、张晓峰、通讯员 志农、朝阳 雁鸣;九宫山滑雪场点燃冬日激情[N];湖北日报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 姜利;九宫山垂直带土壤有机质矿化特征及其稳定性机制[D];华中农业大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 王磊;基于成像光谱技术的耕地土壤有机质遥感监测方法研究[D];河南理工大学;2016年
2 王欢;山地旅游非优区开发研究[D];东华理工大学;2015年
3 雷晓晓;从九宫山到太平山:宋元以来幕阜山区的道教发展与地方社会[D];江西师范大学;2016年
4 汪波;咸宁市九宫山智慧型旅游景区建设研究[D];广西师范大学;2017年
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