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重庆市典型土壤中有机质的赋存特征及其化学稳定性研究

杨益  
【摘要】:土壤有机质是土壤的养分贮存库,在改善土壤结构、提高土温、增强保水保肥等方面具有重要作用,是衡量土壤肥力的重要指标。同时,土壤有机质还可与进入土壤中的农药、重金属等结合,影响这些污染物的生物活性和迁移淋溶状况。土壤还是全球碳的重要贮库,以有机质形态存在于土壤中的碳高达1500Pg,是大气中的3倍,其碳的循环周转与全球气候和生态环境变化有密切联系。土壤中有机质的循环周转对于粮食与环境安全均具有十分重要的意义。因此,土壤有机质研究既是农业可持续发展关注的重点,又是保障生态环境安全的重要需求。 不同土壤中的有机质不仅存在数量上的差异,而且其结构组成和性质亦各不相同,因而在调控土壤肥力、污染净化能力以及作为土壤碳贮库(碳汇能力)方面中的作用亦有很大差别。土壤中有机质的周转涉及一系列复杂的生物转化过程,一方面外源有机物不断输入土壤,经土壤微生物降解和转化后形成稳定的土壤有机质;另一方面土壤原有有机质又可不断被微生物分解和矿化而离开土壤。不同土壤中有机质的稳定性不同,其循环周转速度差别很大。近几年,稳定碳同位素分析法在评估土壤有机质降解程度、土壤碳周转及研究C3/C4植被变化历史方面的应用逐渐趋于成熟,但该方法周期较长、耗费大,且只能标记平均存留时间短的土壤有机质,同时低能离子辐射会对人体健康造成潜在危害,从而使其在应用上受到一定的限制。 本研究采集重庆市六种类型土壤,采用化学氧化法测定土壤基本性质和土壤中有机质的抗氧化能力,分析土壤有机质的化学稳定性与土壤理化性质的相关性。另选取其中四种典型土壤研究比较不同密度、不同粒径和不同形态土壤有机质的化学稳定性,分析比较不同密度粒级的土壤颗粒中有机质抗氧化性,不同粒径土壤活性有机质含量,不同形态土壤有机质化学稳定性,为土壤有机质管理及土壤碳汇能力评价提供科学依据。 研究结果表明:(1)采用KMnO4氧化法评价土壤有机质化学稳定性应控制适宜的氧化剂浓度。KMnO4浓度0.1 mol.L-1时,主要氧化土壤中的易氧化有机组分,浓度为0.3 mol.L-1的KMnO4可以较好地反映土壤有机质的抗氧化能力差异。六种土壤有机质抗氧化能力高低顺序为:缙云山黄壤腐殖层紫色潮土嘉陵江沿岸冲积土灰棕潮土矿质黄泥灰棕紫泥紫色土;(2)土壤有机质的化学稳定性与pH、有机质含量、以及全氮、速效氮、速效磷含量均存在明显的相关性,其相关特性在KMnO4高、低浓度时表现不同。 双氧水氧化法可较好地反映不同十壤密度分级土壤有机质的抗氧化稳定性。灰棕潮土、紫色潮土和矿质黄泥均随酸度增大而提高;灰棕潮土和紫色潮土轻组有机质(LFOM)抗氧化能力明显高于重组有机质(HFOM);矿质黄泥和缙云山黄壤腐殖层LFOM和HFOM抗氧化能力无明显差异;研究发现农地土壤其有机质氧化率随酸度增加连续提高,而林地土壤有机质氧化率变化幅度较小,均小于50%。 对不同粒径土壤活性有机质的研究发现:(1)不同类型土壤有机质全量和活性状态存在明显差异,缙云山黄壤腐殖层有机质和活性有机质总量远高于农业土壤。活性有机质占土壤有机质总量的比例大小依次为:矿子黄泥缙云山黄壤腐殖层灰棕潮土紫色潮土;(2)灰棕潮土和紫色潮土0.25-0.5mm粒径团聚体活性有机质含量最高;矿子黄泥不同粒径团聚体活性有机质含量相差不大;缙云山黄壤腐殖层0.5-1mm粒径团聚体活性有机质含量最高。(3)土壤粒级团聚体的质量占土壤总质量的百分比是控制活性有机质分配量的主导因素。 对钙结合态和铁铝结合态有机碳的含量的研究表明:当KMnO4氧化剂浓度为0.05 mol.L-1时,Ca-SOM, Fe(Al)-SOM含量均与土壤有机质的氧化率呈极显著的正相关关系(RCa=0.963,RFe=0.956,p0.01);在KMnO4氧化剂浓度为0.1 mol.L-1时,Fe(Al)-SOM含量均与土壤有机质的氧化率呈显著的正相关关系(RFe=-0.828,p0.05);但当KMnO4浓度为0.3mol.L-1时则表现为负相关关系,表明钙、铁铝结合的有机质抗氧化能力较差,而与硅铝酸盐粘土矿物结合的有机质可能有着更高的抗氧化性。 对重庆市典型土壤CO2排放动态研究发现:(1)在灰棕潮土、紫色潮土、矿子黄泥(耕地土壤)在培养的中期排放浓度CO2较大,缙云山黄壤腐殖土(林地土壤)在培养的前期CO2排放浓度较大;(2)随着培养天数的增加,灰棕潮土、紫色潮土、矿子黄泥(耕地土壤)中CO2日排放量总体亦在增加,缙云山黄壤腐殖土(林地土壤)中CO2日排放量总体却在减少;(3)缙云山黄壤腐殖土(林地土壤)碳化学稳定性低于灰棕潮土、紫色潮土、矿子黄泥(耕地土壤)


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