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农作物秸秆腐解规律及其可溶性有机质特征

土壤学报 2024年

作者：尹英杰商建英中国农业大学土地科学与技术学院农业农村部华北耕地保育重点实验室

明确农作物秸秆的腐解规律及其释放的可溶性有机质（DOM）特性是掌握还田秸秆碳在农田土壤中环境行为的重要前提，然而目前相关研究获取的秸秆腐解信息极为有限。选取玉米、小麦、大豆和油菜等秸秆进行室内腐解，并利用光谱技术结合二... 详细信息

明确农作物秸秆的腐解规律及其释放的可溶性有机质（DOM）特性是掌握还田秸秆碳在农田土壤中环境行为的重要前提，然而目前相关研究获取的秸秆腐解信息极为有限。选取玉米、小麦、大豆和油菜等秸秆进行室内腐解，并利用光谱技术结合二维相关光谱（2D-COS）以及平行因子分析（PARAFAC）等揭示秸秆腐解的物质变化以及DOM特征。结果表明：腐解完成时秸秆的质量损失率分别为56.8%（油菜）、51.1%（玉米）、48.5%（大豆）和44.0%（小麦）；秸秆表面官能团的降解强弱依次为C=O、O-H、-CH2和-COO-；可溶性有机碳含量为10.7～23.6 mg·g-1秸秆，其中玉米和大豆秸秆SUVA254值和芳香百分比均高于小麦和油菜秸秆，E2/E3值则表现出相反的趋势；4种作物秸秆DOM均表现出从类蛋白质物质向类腐植酸物质和类富里酸物质转化的趋势。秸秆腐解过程以及释放的DOM含量均受作物类型影响，但秸秆及其DOM中物质的降解强弱和转化趋势表现出一致性。

关键词：秸秆腐解可溶性有机质二维相关红外光谱三维荧光光谱平行因子分析

降雨季节亚热带常绿阔叶林透冠雨对土壤可溶性有机质的迁移作用

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水土保持学报 2024年第4期 181-189+197页

作者：王宏宇吴福忠张耀艺郑旭灵吴捷录张雪张欣影福建师范大学地理科学学院湿润亚热带生态-地理过程教育部重点实验室福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站

[目的]作为森林土壤中活性最高的组分，可溶性有机质(DOM)不仅可以直接被微生物利用，还是生态系统中C、N、P等元素迁移的主要载体，其迁移过程受到透冠雨驱动的水力作用和溶解过程的影响。[方法]通过野外原位控制透冠雨输入试验，以亚... 详细信息

[目的]作为森林土壤中活性最高的组分，可溶性有机质(DOM)不仅可以直接被微生物利用，还是生态系统中C、N、P等元素迁移的主要载体，其迁移过程受到透冠雨驱动的水力作用和溶解过程的影响。[方法]通过野外原位控制透冠雨输入试验，以亚热带常绿阔叶林的砂质红壤为对象，对照林窗降雨，分析降雨季节森林透冠雨对不同土层土壤可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)和可溶性有机磷(DOP)动态变化的影响。[结果](1)相对于林窗降雨，整个降雨季节以透冠雨为载体输入到土壤的DOM显著增加(p<0.01),DOC、DON和DOP浓度分别增加37.00%,93.47%,85.12%,DOC、DON和DOP通量分别增加20.76%,49.93%,61.55%,但通过40 cm深土壤后，其输出通量差异并不显著，表明土壤对透冠雨中DOM具有较强的吸收能力。(2)相较于林窗降雨，透冠雨显著降低土壤表层输入C/N的29.19%,C/P的26.00%,而无明显改变N/P,而经过40 cm深土壤后，透冠雨显著降低土壤40 cm深度输入C/N的19.35%,C/P的13.35%和N/P的7.45%。表明透冠雨DOM增加主要是因为吸收冠层中的DON与DOP,而在土壤中DOM减少部分主要集中在DOC与DOP。(3)土壤DOC与DOP表现为截留减少，而DON表现为富集增加。相较于林窗降雨，透冠雨显著增加0—40 cm土壤对DOC截留量的39.93%和DOP截留量的72.42%,显著减少对DON释放量的32.37%。[结论]研究结果充分证明亚热带常绿阔叶林透冠雨能促进DOM的输入，有利于土壤各层次对DOM的吸收，对于生态系统可持续经营和管理具有一定的科学意义。

关键词：亚热带森林砂质红壤可溶性有机质林冠截留林窗降雨

短期低氮添加改变黄山松土壤可溶性有机质的分子组成及稳定性

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土壤学报 2024年

作者：元晓春张晓晴周茜吴联钻陈俊明曾泉鑫柏欣宇李文周陈岳民武夷学院旅游学院福建师范大学地理科学学院福建省自然资源厅福建师范大学福建省亚热带资源与环境重点实验室福建戴云山国家级自然保护区管理局

可溶性有机质（DOM）对环境变化高度敏感，其动态变化对理解全球变化情景下区域/全球碳循环至关重要。然而，氮沉降背景下土壤DOM分子特性如何变化尚不明确。采用尿素添加模拟野外氮沉降，在黄山松林设置了三个氮添加水平(0、40和80 kg... 详细信息

可溶性有机质（DOM）对环境变化高度敏感，其动态变化对理解全球变化情景下区域/全球碳循环至关重要。然而，氮沉降背景下土壤DOM分子特性如何变化尚不明确。采用尿素添加模拟野外氮沉降，在黄山松林设置了三个氮添加水平(0、40和80 kg·hm-2·a-1)。利用高分辨傅立叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICRMS），探究了短期（三年）氮添加对0～10 cm土壤DOM分子组成及其稳定性的影响。FT-ICR MS分析结果表明，DOM分子主要集中在250～400 Da，碳氢氧化合物占全部化合物的50%以上。在DOM分子的八种类别中，木质素类分子在土壤DOM分子中占主导地位，其次是单宁类和缩合芳烃，而易分解的小分子（包括脂质、蛋白质和碳水化合物）的相对丰度较低。尽管氮添加未改变DOM含量和光学特性，但DOM的分子组成变化显著。相比于高氮处理，低氮处理显著降低了DOM中碳水化合物分子的相对丰度，降低幅度73.33%。这可能主要归功于微生物生物量和水解酶活性的增加。此外，低氮添加下双键当量（DBE）显著增加，说明DOM的分子稳定性有所提升。皮尔森（Pearson）相关分析发现，DBE与碳水化合物和蛋白质/氨基糖等小分子化合物呈显著的负相关，而与木质素及缩合芳烃等大分子的相关性不显著。这说明短期氮添加下DOM的分子稳定性可能取决于碳水化合物等易分解小分子的减少而非难分解分子的增加。综合而言，本研究为理解氮沉降下土壤DOM的行为提供了分子层面的新视角。

关键词：高分辨傅立叶变换离子回旋共振质谱可溶性有机质分子组成分子稳定性氮沉降

钙盐对秸秆腐解过程及产物可溶性有机质三维荧光光谱特征的影响

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光谱学与光谱分析 2023年第7期43卷 2301-2307页

作者：仇存璞唐晓雪文喜贤马昕伶夏明明李忠佩吴萌李桂龙刘凯刘凯丽刘明镇江高等专科学校江苏镇江212028 中国科学院南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京210008 中国科学院大学北京100049 江西省农业技术推广中心江西南昌330046

秸秆是重要的有机资源,研究不同钙盐对秸秆腐解过程的影响及腐解产物性质差异,为有机物料高效利用、高质腐熟提供理论依据和技术参考。以水稻秸秆为供试物料,通过添加不同类型钙盐(不添加(CK),添加CaC_(2)O_(4),Ca(OH)_(2),CaCO_(3),CaC... 详细信息

秸秆是重要的有机资源,研究不同钙盐对秸秆腐解过程的影响及腐解产物性质差异,为有机物料高效利用、高质腐熟提供理论依据和技术参考。以水稻秸秆为供试物料,通过添加不同类型钙盐(不添加(CK),添加CaC_(2)O_(4),Ca(OH)_(2),CaCO_(3),CaCl_(2),CaSO_(4)和Ca(H_(2)PO_(4))_(2)),进行室内秸秆腐解试验,测定不同腐解时期(30,60和180 d)各处理秸秆的腐解速率及腐解产物化学性质变化,利用三维荧光光谱(3DEEM)技术和平行因子方法(PARAFAC)探究秸秆腐解产物可溶性有机质(DOM)的化学组成变化特征。结果表明:(1)较对照而言,CaC_(2)O_(4),Ca(OH)_(2),CaCO_(3)和CaSO_(4)处理秸秆碳的转化率中分别增加了25.6%,44.1%,33.6%和29.7%,在CaCl_(2)和Ca(H_(2)PO_(4))_(2)处理分别减小了76.8%和17.5%;CaC_(2)O_(4)和Ca(OH)_(2)处理显著增加腐解产物pH;CaCl_(2)和Ca(H_(2)PO_(4))_(2)处理显著增加腐解产物的电导率(EC);在各腐解时期,CaC_(2)O_(4)和Ca(OH)_(2)处理腐殖质相对含量分别高于对照3.4%~20.9%和2.3%~25.3%。(2)通过3DEEM-PARAFAC方法分析腐解产物DOM组成,共识别出类色氨酸(C1)、类富里酸(C2)和类胡敏酸(C3)三种荧光组分;Ca(OH)_(2),CaCO_(3)和CaC_(2)O_(4)处理类胡敏酸/类富里酸比值(H/F)高于CK处理,增加了腐解产物的复杂程度;Ca(OH)_(2),CaCO_(3)和CaC_(2)O_(4)处理腐解产物DOM的腐殖化(HIX)指数略高于CK处理,Ca(H_(2)PO_(4))_(2),CaSO_(4)和CaCl_(2)处理的HIX指数显著低于CK处理。(3)相关性分析表明,pH和EC是添加钙盐后影响秸秆腐解的主控因子,秸秆腐解产物腐殖化程度与pH正相关,与EC负相关。综上所述,CaC_(2)O_(4),Ca(OH)_(2)和CaCO_(3)处理可以促进秸秆的腐殖化进程,提高腐解产物品质,Ca(H_(2)PO_(4))_(2)和CaCl_(2)起相反作用,另外pH和EC为影响秸秆腐殖化的主控因子。该研究可为选择合适的钙盐添加剂从而促进秸秆腐解、提高秸秆腐解产物品质提供科学参考。

关键词：钙盐秸秆腐解产物可溶性有机质三维荧光光谱平行因子分析

添加不同植物来源叶片可溶性有机质和氮对亚热带人工林土壤酶活性的影响

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应用与环境生物学报 2023年第1期29卷 169-177页

作者：刘苑苑程蕾周嘉聪梅孔灿曾泉鑫元晓春谢欢林惠瑛陈岳民福建师范大学地理科学学院福州350007 福建省湿润亚热带山地生态重点实验室福州350007 武夷学院旅游学院武夷山354300

我国亚热带地区降雨丰富,树种众多.在亚热带森林中,大量叶片来源可溶性有机质(DOM)输入土壤中.此外,森林长期受到氮(N)沉降的影响.探究叶源DOM和N输入如何影响土壤酶活性和养分循环,有助于进一步揭示不同性质的DOM在亚热带森林土壤碳氮... 详细信息

我国亚热带地区降雨丰富,树种众多.在亚热带森林中,大量叶片来源可溶性有机质(DOM)输入土壤中.此外,森林长期受到氮(N)沉降的影响.探究叶源DOM和N输入如何影响土壤酶活性和养分循环,有助于进一步揭示不同性质的DOM在亚热带森林土壤碳氮循环中的驱动机制.选取地域代表性强且树种之间差异较大的杉木(Cunninghamia lanceolat)和楠木(Phoebezherman),提取其鲜叶DOM输入杉木亚热带森林土壤中.此外,依据研究地大气氮沉降背景值添加硝酸铵进行105 d的室内培养试验.在培养第25和105天时进行破坏性取样,测定土壤理化性质和酶活性.结果表明,在培养第25天时,与对照(N_(0))相比,杉木叶片DOM处理(CLN_(0))和楠木叶片DOM处理(PLN_(0))均显著提高了β-葡糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)、过氧化物酶(PEO)和β-N-乙酰氨基葡糖苷酶(NAG)4种与碳氮循环相关的酶的活性.DOM输入增加了底物有效性,刺激微生物产生更多的酶.与仅氮输入(N_(-1))相比,杉木叶片DOM和氮共同添加(CLN_(-1))降低了4种土壤酶活性,而楠木叶片DOM和氮共同添加(PLN_(-1))对土壤酶活性没有显著影响.在培养第105天时,在相同氮输入下,DOM输入显著降低了各个处理的DOC含量;CLN_(-1)和PLN_(-1)处理分别显著提高了βG和NAG以及βG、CBH和NAG活性.冗余分析(RDA)结果表明,在培养第25天时,叶片DOM和氮输入引起酶活性变化的关键因子是土壤HIX、DON和DOC;而培养第105天时则为DON和DOC.本研究结果表明叶片来源DOM添加对土壤酶活性的影响与输入的叶片DOM性质有关;此外,氮输入对土壤酶活性的影响也与植物源DOM性质有关.(图6表4参51)

关键词：可溶性有机质氮输入土壤酶活性杉木楠木

可溶性有机质和微塑料对三氟苯嘧啶在土壤中吸附和解吸附行为的影响

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可溶性有机质和微塑料对三氟苯嘧啶在土壤中吸附和解吸附行为的影...

作者：缪心忆扬州大学

学位级别：硕士

三氟苯嘧啶(TMP)是新型介离子类或两性离子类杀虫剂,作用于昆虫烟碱乙酰胆碱受体,阻断害虫的神经传递,最终影响害虫的正常生理行为导致死亡,主要用于防治稻飞虱、叶蝉等水稻害虫。农药在土壤中的吸附和解吸附行为决定其在土壤中迁移、... 详细信息

三氟苯嘧啶(TMP)是新型介离子类或两性离子类杀虫剂,作用于昆虫烟碱乙酰胆碱受体,阻断害虫的神经传递,最终影响害虫的正常生理行为导致死亡,主要用于防治稻飞虱、叶蝉等水稻害虫。农药在土壤中的吸附和解吸附行为决定其在土壤中迁移、滞留、转化以及生物有效性,是控制着农药环境行为的重要过程,也是农药环境安全性评价的重要指标。通过研究农药在土壤中吸附和解吸附对合理施用农药和减少环境污染具有重要意义。已有研究表明,可溶性有机质(DOM)和微塑料(MPs)能够改变有机污染物在土壤中的环境迁移行为。因此,需要进一步关注可溶性有机质和微塑料对土壤中TMP迁移性和生物有效性的影响。本文主要采用振荡平衡法研究了 TMP在5种不同土壤中吸附和解吸附特性,并研究了可溶性有机质和微塑料的添加对TMP在土壤中吸附和解吸附行为的影响,并对吸附机理进行探讨。主要研究结果如下:(1)采用振荡平衡法研究了 TMP取自在吉林、江苏、江西、广西、海南5种不同土壤中的吸附动力学、吸附和解吸附等温特性,并评估环境因素(温度、pH)对TMP在土壤中吸附行为的影响。研究结果表明,TMP在5种土壤中的吸附和解吸附等温特性符合Freundlich方程,TMP在5种土壤中的吸附常数分别为7.62、5.88、3.30、4.78和1.88。随着温度的升高,TMP的吸附能力逐渐增强,吉布斯自由能均为负值,表明TMP主要以物理吸附为主。土壤对TMP的吸附能力随pH的降低而降低。TMP在土壤中的滞后系数均大于1(除广西),存在滞后现象,三氟苯嘧啶不易被土壤吸附,易从土壤中解吸附,具有一定的迁移特性。(2)研究了两种可溶性有机物腐殖酸(HA)和富里酸(FA)对TMP在土壤中吸附和解吸附行为的影响。研究结果表明,可溶性有机物的存在缩短了土壤对TMP吸附平衡时间,并能够提高吸附容量;吸附动力学结果符合准二级动力学方程,全面体现了吸附全过程。根据吸附和解吸附等温线Freundlich方程数据表明,可溶性有机物的存在提高了土壤对TMP的吸附和解吸附的能力,含HA 土壤对TMP吸附能力高于FA,这主要与HA分子量和芳香性大有关。(3)研究了不同类型微塑料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和聚丙烯(PP)对TMP在土壤中吸附和解吸附行为的影响,并对微塑料的吸附机理探讨。研究结果表明,在5种土壤中添加1%PBS和PP后,与空白对照土壤相比,PBS和PP的存在增强了土壤对TMP的吸附和解吸附的能力,不同类型微塑料对TMP在土壤中吸附和解吸附行为有明显的差异,含PBS 土壤对TMP的吸附能力明显强于含PP 土壤,解吸附能力与含PP土壤相比,解吸附能力低于含PP土壤。通过微塑料对TMP吸附机理研究,准二级吸附动力学和吸附等温方程计算出Cs和KF值遵循PBS大于PP,SEM表明,PBS存在更多吸附位点,FTIR和XRD分析表明,微塑料对TMP的吸附主要是物理吸附作用。

关键词：三氟苯嘧啶土壤吸附解吸附可溶性有机质微塑料

亚热带森林不同植物及器官来源的可溶性有机质输入对土壤激发效应的影响及其作用机理

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植物生态学报 2022年第7期46卷 797-810页

作者：甘子莹王浩丁驰雷梅杨晓刚蔡敬琰丘清燕胡亚林福建农林大学林学院森林生态稳定同位素研究中心福州350002 内蒙古赤峰市克什克腾旗林业和草原局内蒙古赤峰024005

外源有机物的输入可以通过正负激发效应影响土壤有机碳(SOC)的矿化。然而,当前的研究较少考虑不同植物及器官来源可溶性有机质(DOM)输入对土壤激发效应的影响及其作用机理。该研究以武夷山森林土壤为研究对象,以室内培养的方式向土壤中... 详细信息

外源有机物的输入可以通过正负激发效应影响土壤有机碳(SOC)的矿化。然而,当前的研究较少考虑不同植物及器官来源可溶性有机质(DOM)输入对土壤激发效应的影响及其作用机理。该研究以武夷山森林土壤为研究对象,以室内培养的方式向土壤中添加13C标记青冈(Cyclobalanopsis glauca)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、木莲(Manglietia fordiana)和相思(Acacia confusa)这4种植物的根和叶来源DOM,研究不同植物及器官来源DOM输入对土壤激发效应的影响及其作用机理。主要结果:不同植物及器官来源DOM添加初期加快了SOC的矿化,呈现正激发效应,随后转为负激发效应。从整个培养期(90天)的累积激发效应来看,DOM的输入均抑制了SOC的矿化,使其矿化量减少22%–49%,其中青冈根DOM输入使SOC的矿化量减少最多,而由木莲叶DOM输入减少的SOC矿化量最少。DOM输入引起的土壤激发效应强度受不同植物器官影响明显,具体表现在植物根来源DOM输入所引起的土壤激发效应强度显著高于植物叶来源DOM输入所引起的激发效应强度(相思除外)。DOM的输入总体上提高了土壤微生物生物量碳(MBC)含量、土壤β-葡萄糖苷酶活性、纤维素酶活性以及土壤有效氮含量,而对微生物群落组成无明显影响。从结构方程模型来看,DOM输入所引起的土壤激发效应主要受土壤微生物对外源碳的利用(13C-MBC)、纤维素酶活性以及土壤有效氮含量的影响,这些因子的变化可解释植物叶来源DOM和根来源DOM添加处理下土壤激发效应变化的68%和86%。该研究结果表明在土壤氮充足的条件下,DOM的输入可以通过提高微生物生物量、土壤酶活性来加快分解所添加的外源有机物,从而减少了对SOC的分解。因此,在该研究中“底物优先利用”是土壤激发效应的主要作用机理。

关键词：可溶性有机质激发效应酶活性土壤有机碳矿化亚热带植物

生物炭与强还原处理对设施蔬菜土壤可溶性有机质的影响

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水土保持学报 2022年第2期36卷 283-291页

作者：闫代红吉春阳何云华马亚培马红亮高人尹云锋福建师范大学湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地福州350007 福建师范大学地理科学学院福州350007 福清市现代农业发展中心福建福清350300

利用田间试验,探讨生物炭与强还原处理(RSD)对退化设施蔬菜土壤可溶性有机质(DOM)的影响。处理为对照(CK)、生物炭修复(BC)、淹水(SF)、淹水覆膜(SFF)、强还原修复(RSD)、RSD与生物炭联合修复(RSD+BC),对比研究不同处理对0—20,20—40 c... 详细信息

利用田间试验,探讨生物炭与强还原处理(RSD)对退化设施蔬菜土壤可溶性有机质(DOM)的影响。处理为对照(CK)、生物炭修复(BC)、淹水(SF)、淹水覆膜(SFF)、强还原修复(RSD)、RSD与生物炭联合修复(RSD+BC),对比研究不同处理对0—20,20—40 cm土壤DOM含量及光谱特征的影响。结果表明:0—20 cm土层中,相比CK,其他处理土壤pH均显著增加,BC、SF、SFF和RSD处理的NO_(3)^(-)—N含量分别降低31.9%,59.4%,40.0%和22.3%(P可溶性有机氮(DON)含量显著提高;RSD和RSD+BC处理的可溶性有机碳(DOC)含量分别显著提高188.2%和201.4%(P质为主,且RSD+BC处理的荧光强度达到最大。对于20—40 cm土层,各处理的荧光强度和DOC含量均显著降低,但相比CK,RSD和RSD+BC处理的DOC含量仍显著增加(P<0.05),而BC和RSD+BC处理使得DON含量降低。综上,RSD+BC联合修复短期内可以减缓土壤酸化,提升土壤DOC含量,但降低土壤DOM芳香化和腐殖化程度。研究结果可为退化设施蔬菜地土壤修复和环境风险评价提供科学参考。

关键词：强还原处理生物炭设施蔬菜土壤可溶性有机质光谱特征

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农艺措施对土壤可溶性有机质的影响研究进展

土壤 2022年第3期54卷 437-445页

作者：周悦褚克坚苏良湖王赛尔张龙江蔡金傍程虎纪荣婷生态环境部南京环境科学研究所南京210042 河海大学环境学院南京210024 南京林业大学生物与环境学院南京210037

土壤可溶性有机质(DOM)是土壤有机物中的高活性组分,在土壤养分的生物地球化学循环、重金属和有机污染物的迁移转化、土壤矿物质的活化及土壤肥力的保持等过程中发挥着重要作用。农艺措施可通过内外源同步作用显著影响土壤DOM的含量、... 详细信息

土壤可溶性有机质(DOM)是土壤有机物中的高活性组分,在土壤养分的生物地球化学循环、重金属和有机污染物的迁移转化、土壤矿物质的活化及土壤肥力的保持等过程中发挥着重要作用。农艺措施可通过内外源同步作用显著影响土壤DOM的含量、组分及性质,本文综述了近年来相关研究中不同农艺措施下土壤DOM的变化,总结了不同耕作管理、种植制度、施肥措施以及新型土壤改良剂等对土壤DOM的影响。分析表明,免耕加秸秆覆盖方式可显著提高土壤DOM含量,与单一耕作相比轮作可提升土壤DOM含量,绿肥配施有机肥较单一化肥施用可显著改善土壤DOM的组成和结构,合理调控热解炭和水热炭等土壤调理剂的施用时间、施用量、C/N等性质可优化土壤DOM结构和性能。本综述分析了农艺措施对土壤DOM的影响效果及作用途径,指出了当前的研究热点和难点,并对未来研究方向进行了展望,可为今后合理的农艺措施管理和土壤健康调控提供科学指导。

关键词：农艺措施可溶性有机质耕作措施施肥土壤改良剂