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基于模拟老化和同位素技术的生物炭砷钝化效率评估

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环境工程学报 2023年第7期17卷 2305-2313页

作者：王思雨梁媛刘胜程媛媛史广宇苏州科技大学环境科学与工程学院苏州215009

为探究生物炭钝化砷长期效果,运用实验室模拟老化和稳定同位素技术,对饱和吸附砷(As)的^(13)c标记生物炭分别进行60 d冻融老化和自然老化实验,通过老化前后生物炭材料、碳总量、碳形态、TcLP提取态As(TcLP-As)、As形态变化,评估生物炭... 详细信息

为探究生物炭钝化砷长期效果,运用实验室模拟老化和稳定同位素技术,对饱和吸附砷(As)的^(13)c标记生物炭分别进行60 d冻融老化和自然老化实验,通过老化前后生物炭材料、碳总量、碳形态、TcLP提取态As(TcLP-As)、As形态变化,评估生物炭材料老化对钝化砷稳定性的影响。结果表明,老化作用未明显改变As的价态(As^(3+),As^(5+)),但降低了生物炭对As的钝化效果,TcLP-As由老化前的46%分别增加至60%(冻融老化)和63.6%(自然老化)。这主要归因于老化作用促进生物炭中部分不稳定碳转化为溶解性有机碳(DOc),而DOc具有较强迁移性,其丰富的含氧官能团可以与As络合,形成DOc-As团聚体而发生共迁移;此外,老化后生物炭Zeta负电位、PO_(4)^(3−)数量的增加,灰分质量分数、pH的降低,导致生物炭与As间静电斥力增强,离子交换、沉淀作用减弱,促进了As的解吸释放,故生物炭对As的钝化效果降低。对比2种老化,自然老化后,生物炭与As之间静电斥力、As与PO_(4)^(3−)竞争生物炭表面吸附点位更强,沉淀作用减弱更为明显;而冻融老化后生物炭比表面积相对较大,可提供更多吸附点位,故自然老化后生物炭钝化As稳定性低于冻融老化。本研究结果可为生物炭钝化砷的应用提供参考。

关键词：冻融老化自然老化 As形态 13c稳定同位素溶解性有机碳

稳定^(13)c同位素示踪技术在农田土壤碳循环和团聚体固碳研究中的应用进展

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土壤 2017年第2期49卷 217-224页

作者：金鑫鑫汪景宽孙良杰王帅裴久渤安婷婷丁凡高晓丹徐英德沈阳农业大学土地与环境学院沈阳110866

农田土壤有机碳库是全球碳循环的重要组成部分,其积累和分解直接影响陆地生态系统碳贮藏与全球碳平衡。土壤团聚体是土壤结构的物质基础和土壤肥力的重要载体,也是土壤有机碳的固定场所。稳定^(13)c同位素示踪技术是研究土壤碳动态变化... 详细信息

农田土壤有机碳库是全球碳循环的重要组成部分,其积累和分解直接影响陆地生态系统碳贮藏与全球碳平衡。土壤团聚体是土壤结构的物质基础和土壤肥力的重要载体,也是土壤有机碳的固定场所。稳定^(13)c同位素示踪技术是研究土壤碳动态变化的有效手段,能够揭示新输入碳在土壤及团聚体中赋存状态、周转过程以及微生物的调节机制。本文主要归纳与阐述了稳定^(13)c同位素示踪技术在农田土壤有机碳循环及土壤团聚体固碳机理方面的研究进展,提出^(13)c同位素示踪技术在未来土壤碳循环和固碳机制方面的主要研究方向。

关键词： 13c稳定同位素有机碳土壤团聚体农田土壤

气相色谱-燃烧-同位素质谱仪(Gc-c-IRMS)测定游离氨基酸的δ^(13)c值

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酿酒科技 2013年第9期 7-10页

作者：钟其顶李国辉王道兵熊正河王敏天津科技大学工业发酵微生物教育部重点实验室生物工程学院天津300457 中国食品发酵工业研究院北京100027 全国食品发酵标准化中心北京100027

氨基酸的δ13c值测定方法是开展13c标记代谢流分析研究的关键技术手段。建立了气相色谱-燃烧-同位素比率质谱仪测定发酵液中游离氨基酸的δ13c比值方法,结果表明,该方法稳定性好,氨基酸分离度佳,重复测定标准偏差小于0.5‰,完全满足在... 详细信息

氨基酸的δ13c值测定方法是开展13c标记代谢流分析研究的关键技术手段。建立了气相色谱-燃烧-同位素比率质谱仪测定发酵液中游离氨基酸的δ13c比值方法,结果表明,该方法稳定性好,氨基酸分离度佳,重复测定标准偏差小于0.5‰,完全满足在低丰度同位素标记代谢流分析精度要求,为今后采用大规模低丰度13c标记开展传统白酒和黄酒发酵过程的代谢机理的研究提供了有效的技术手段。

关键词：气相色谱-燃烧-同位素比值质谱氨基酸 13c稳定同位素代谢流分析

施肥和土层置换对深层土壤秸秆碳固定与残留的影响

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土壤通报 2020年第5期51卷 1196-1202页

作者：李小红王淑颖程娜付时丰李双异孙良杰安婷婷汪景宽沈阳农业大学土地与环境学院农业部东北耕地保育重点实验室土肥资源高效利用国家工程实验室辽宁沈阳110866

深层土壤指深度大于20 cm土层的土壤。一般情况下,深层土壤有机碳(SOc)储量占1 m深土体有机碳总储量的一半以上,对土壤碳固定和土壤肥力的发挥起着重要作用。然而关于深层土壤有机碳的固定机制还不很明确。本研究以沈阳农业大学长期定... 详细信息

深层土壤指深度大于20 cm土层的土壤。一般情况下,深层土壤有机碳(SOc)储量占1 m深土体有机碳总储量的一半以上,对土壤碳固定和土壤肥力的发挥起着重要作用。然而关于深层土壤有机碳的固定机制还不很明确。本研究以沈阳农业大学长期定位试验站不同施肥处理的土壤(40~60 cm)为研究对象,用土壤添加13c标记秸秆后设置原位(40~60 cm)与土层置换(0~20 cm)的田间培养试验方法,量化秸秆碳对土壤总有机碳的相对贡献率,分析秸秆碳在土壤中的残留动态,明确不同施肥处理和土层置换对秸秆碳在深层土壤中固定的影响,以期为深层土壤有机碳固定和土壤培肥提供依据。结果表明:在整个培养时期(150 d),原位培养SOc中秸秆碳的贡献率(fm)和秸秆碳残留率(Rmaize)平均值分别为32.62%和44.86%,土层置换fm和Rmaize平均值分别为30.23%和40.09%。第150 d与第30 d相比,原位培养fm和Rmaize分别降低4.15%和8.33%,土层置换fm和Rmaize分别降低1.86%和3.36%。无论土层置换与否,不施肥(cK)处理的fm和Rmaize平均值分别高于施肥(N4和M2N2)处理3.83%和3.08%。以上结果表明,深层土壤秸秆碳的固定与残留受施肥和外界环境的影响,不施肥处理有利于秸秆碳在深层土壤的固定。

关键词：深层土壤 13c稳定同位素秸秆碳施肥土层置换

亚热带人工林树木菌根类型对凋落叶分解和土壤有机碳形成的影响

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亚热带人工林树木菌根类型对凋落叶分解和土壤有机碳形成的影响

作者：丁翊东江西农业大学

学位级别：硕士

树木菌根类型被认为能够有效地指示和评估森林凋落物分解和土壤有机碳动态等关键生态过程,近年来受到广泛的关注。然而,目前的研究多集中在北方和温带森林,在亚热带森林的研究相对较少。因此,本文以江西省人工林中常见丛枝菌根和外生菌... 详细信息

树木菌根类型被认为能够有效地指示和评估森林凋落物分解和土壤有机碳动态等关键生态过程,近年来受到广泛的关注。然而,目前的研究多集中在北方和温带森林,在亚热带森林的研究相对较少。因此,本文以江西省人工林中常见丛枝菌根和外生菌根树种为研究对象,首先通过室内淋溶-好氧培养试验评估丛枝菌根和外生菌根树木凋落叶源溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOc)数量和生物降解性;然后通过240天的c4土壤微宇宙(microcosm)培养试验,探究丛枝菌根和外生菌根树种凋落叶分解及其对土壤有机碳库和组分的贡献,旨在揭示树木菌根类型对凋落叶分解和土壤有机碳形成的影响。本研究结果不仅有助于理解和预测亚热带人工林土壤有机碳分布格局,也可为造林工程中树种的选择提供理论依据。本文主要研究结果如下:(1)在淋溶过程中,树木菌根类型是决定凋落叶源DOc数量和生物降解性的重要因素,但影响幅度和方向在很大程度上取决于树木的叶型(落叶/常绿阔叶vs针叶)。在落叶/常绿阔叶树中,丛枝菌根树种凋落叶比外生菌根树种产生更多具有低芳香化程度的DOc;但在常绿针叶树中却呈现出相反的种间格局。此外,与外生菌根落叶/常绿阔叶树相比,丛枝菌根树木凋落叶淋溶出的DOc具有更强的生物降解性,但在常绿针叶树中,凋落叶源DOc生物降解性在树木菌根类型间没有显著性差异。(2)凋落叶输入降低了土壤有机碳的δc值,促进了土壤新碳的形成,显著提高了土壤有机碳含量。在凋落叶分解过程中,丛枝菌根树种始终比外生菌根树种具有更高的微生物呼吸速率,然而凋落叶的重量损失在树木菌根类型间没有表现出显著性差异。尽管丛枝菌根比外生菌根树种凋落叶分解对土壤有机碳形成有更大的贡献率和引起了更强烈的土壤δc值降低程度,但土壤有机碳增加量在树木菌根类型间没有表现出显著性差异。(3)不同树木菌根类型凋落叶分解对土壤颗粒有机碳(Particulate organic c,POc)和矿物结合有机碳(Mineral-associated organic c,MAOc)的影响是不一致的,呈现出相反的格局。具体来说,丛枝菌根树种凋落叶分解形成了更多的土壤MAOc和降低了土壤MAOc的δc值;而外生菌根树种凋落叶分解对土壤POc的形成有更高的贡献率,土壤POc的δc值降低程度更大。这一结果表明,丛枝菌根树种凋落叶分解主要通过MAOc途径形成土壤有机碳,而外生菌根树种凋落叶分解主要通过POc途径形成土壤有机碳。综上所述,在亚热带人工林中,丛枝菌根和外生菌根树种凋落叶分解速率没有显著差异,但丛枝菌根树种比外生菌根树种拥有更快的碳周转速率,导致丛枝菌根和外生菌根树种凋落叶形成土壤有机碳的主要途径和稳定机制并不一致。丛枝菌根树种凋落物分解主要通过微生物途径形成稳定的土壤MAOc,而外生菌根树种凋落物分解主要通过物理转移途径形成较为活跃的土壤POc。因此,树木菌根类型可以解释和预测亚热带森林土壤有机碳的形成途径和稳定机制。此外,为了提高亚热带人工林土壤的长期固碳能力,在今后造林工程的树种选择中建议优先考虑丛枝菌根树种。

关键词：丛枝菌根菌根关联养分经济土壤有机碳稳定性 13c稳定同位素外生菌根

不同的氮肥减量措施对稻田土壤有机碳矿化与转化的影响

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不同的氮肥减量措施对稻田土壤有机碳矿化与转化的影响

作者：宋佳龄湖南农业大学

学位级别：硕士

氮肥减施和土壤固碳的“双赢”对于我国稻田生态环境的可持续发展具有重要意义,研究不同的氮肥减量措施对亚热带地区稻田土壤有机碳周转的影响,可为该地区稻田氮肥减施的可能性以及土壤固碳的有效性提供理论依据。因此,本研究选取亚热... 详细信息

氮肥减施和土壤固碳的“双赢”对于我国稻田生态环境的可持续发展具有重要意义,研究不同的氮肥减量措施对亚热带地区稻田土壤有机碳周转的影响,可为该地区稻田氮肥减施的可能性以及土壤固碳的有效性提供理论依据。因此,本研究选取亚热带稻田氮肥减量定位试验中的五种不同施肥方式,分别为不施肥(NF)、常规化肥(RF)、减量化肥(DF)、秸秆配施低量化肥(RS+LF)和牛粪配施低量化肥(OM+LF),其中减量化肥处理的氮素施用量为常规化肥的75%,秸秆和牛粪配施低量化肥处理的氮素施入量与减量化肥相同。不同施肥处理的磷钾肥施用量相同。于25℃恒温黑暗条件下室内培养100 d,研究不同方式氮肥减量处理下稻田土壤有机底物(c-葡萄糖)的矿化动态及其对土壤原有有机碳矿化的激发效应;分析有机底物分解转化产物在土壤有机质不同组分(颗粒有机碳、微生物生物量碳、溶解性有机碳)中的分配特点,以及与矿质成分(钙铁铝)的键合特性,揭示不同的氮肥减量措施下稻田土壤有机碳周转的特征与差异。主要研究结果如下:(1)在100 d培养期内,NF、RF、DF、RS+LF和OM+LF处理下有机底物的矿化速率分别介于0.05～6.67 mg/(kg·d)、0.06～7.27 mg/(kg·d)、0.05～7.05mg/(kg·d)、0.05～8.11 mg/(kg·d)和0.05～7.41 mg/(kg·d)。培养结束时,有机底物的累积矿化率分别为29%、28%、24%、25%和22%。与RF相比,DF和RS+LF处理有机底物的累积矿化率并无显著变化,但OM+LF处理下有机底物的累积矿化率显著低于RF。上述结果表明,单纯的减量施用氮肥以及配合秸秆施用并没有明显降低稻田土壤中有机底物的累积矿化率,而牛粪配施低量化肥则显著降低了有机底物的累积矿化率。有机底物对原有有机碳的激发效应表现为不施肥处理(42%)和常规施肥(62%)显著高于减量化肥处理(18%),减量化肥处理显著高于秸秆配施低量化肥(11%)和牛粪配施低量化肥(13%)处理。也就是说,不同施肥处理土壤原有有机碳对添加外源有机底物的响应存在差异,表现为减量化肥处理的正激发效应显著低于常规施肥处理,这其中又以氮肥减量配合有机肥施用下有机底物对原有有机碳的激发效应为最低。(2)有机底物向活性碳库(a)的分配比例表现为秸秆、牛粪配施低量化肥(25%和26%)显著高于减量化肥(23%)处理,而减量化肥和常规施肥处理(22%)间无显著差异;同样,有机底物的周转速率也表现为秸秆(0.301mg/(kg·d))、牛粪配施低量化肥(0.338 mg/(kg·d))显著高于减量化肥(0.221mg/(kg·d))处理,减量化肥和常规施肥(0.193 mg/(kg·d))处理间无显著差异,而有机底物的半衰期则呈相反趋势。这表明相比于常规化肥处理,单纯的化肥减量施用并未改变有机底物的周转速率和周转时间,但是秸秆、牛粪配施低量化肥则显著提高了土壤中有机底物的周转速率,同时缩短了土壤中有机底物矿化的周转时间。(3)稻田土壤中有机底物的分解转化产物向有机碳(SOc)、颗粒有机碳(POc)、微生物生物量碳(MBc)和可溶性有机碳(DOc)分配的比率分别为54%～62%、4.8%～7.9%、5.4%～11.5%和0.2%～0.4%。其中,c-SOc在DF(55%)和RF(54%)间的分配比率无显著差异,但在RS+LF(60%)和OM+LF(62%)中的分配比例显著高于DF;c-POc在DF(6.1%)和RF(5.7%)间的分配比率无显著,但在RS+LF(6.8%)和OM+LF(7.9%)中的分配比例显著高于DF;c-MBc在DF(7.7%)和RF(6.6%)间的分配比率无显著,但在RS+LF(11.4%)和OM+LF(11.5%)中的分配比例显著高于DF;c-DOc在DF(0.3%)和RF(0.2%)间的分配比率无显著,但在RS+LF(0.5%)和OM+LF(0.4%)中的分配比例显著高于DF。因此,常规施肥处理和减量化肥处理中有机底物分解产物在SOc组分中的分配比例无显著差异,但减量化肥配合秸秆、牛粪施用促进了有机底物在有机碳不同组分中的分配。(4)稻田土壤中有机底物的分解转化产物向钙键合态有机碳(ca-SOc)和铁铝键合态有机碳(Fe/Al-SOc)的分配比率分别为0.05%～0.14%和0.37%～0.94%。c-ca/SOc在DF(0.07%)和RF(0.06%)间的分配比率无显著差异,但在RS+LF(0.14%)和OM+LF(0.13%)中的分配比例显著高于DF;同样,c-Fe/Al/SOc在DF(0.65%)和RF(0.69%)间的分配比率也无显著差异,但在RS+LF(0.89%)和OM+LF(0.94%)中的分配比例显著高于DF。可见,与常规化肥相

关键词：稻田土壤有机底物有机碳组分 13c稳定同位素施肥氮肥减量