不同气体浓度培养对土壤胡敏素组成和结构特征的影响

摘要

土壤腐殖物质是土壤中所特有的一类准高分子化合物，对土壤肥力、结构和性质具有重要的调节功能，因此，对腐殖物质的研究在农业生产和环境保护等方面都具有重要的意义。按照传统分类，土壤腐殖物质包括胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(HM)三类。过去多数的研究都集中在可溶性的腐殖物质组分HA、FA上，对于不溶性的腐殖物质组分HM研究较少。 本文采用室内模拟实验，研究了添加玉米秸秆后，不同氧气和二氧化碳浓度培养条件下HM组成及结构特征的变化规律，其中培养实验设定的氧气处理浓度为0％、4-7％、18-23％和82-87％；二氧化碳处理浓度为<2％、8-12％和48-52％。定期进行取样，取样时间为0、35、70、105、140、210、360、540天(其中35-210天已由李凯完成)。用腐殖质组成修改法将腐殖质分为水浮物(WFS)、水溶物(WSS)、HA、FA和HM；用Pallo修改法把HM进一步分组为铁结合胡敏素(HMi)、粘粒结合胡敏素(HMc)和残余不溶性胡敏素(HMr)，并将三者数量的相对比例定义为HM组成。同时按Pallo法制得HMi和HMc纯样，用元素分析、差热分析(DTA)和红外光谱(FTIR)等手段对其结构特征进行了表征。主要研究结果如下： (1)土壤中添加一定比例的玉米秸秆后，HM的相对含C量由54％增加至78％，明显高于CK对照；高氧气浓度促进HM有机碳降低，高二氧碳浓度促进HM有机碳增加。 (2)土壤中添加一定比例的玉米秸秆后，HMi绝对含C量增加，由0.61g.kg<'-1>增至1.06 g.kg<'-1>，增加了73％；氧气浓度增加促进HMi分解，降低HMi数量，二氧化碳浓度增加却促进HMi的积累。 (3)土壤中添加一定比例的玉米秸秆后，HMc绝对含C量增加，由0.33g.kg<'-1>增至0.64 g.kg<'-1>，增加了93％；氧气浓度增加，促进HUc分解，二氧化碳浓度增加，促进HMc积累。 (4)土壤中添加一定比例的玉米秸秆后，HMi/HMc比值由1.66增至1.88增加了13％，说明HMi增长速度大于HUc；随着氧气浓度增加，HMi/HMc比值增加20％，说明HMc的分解速度大于HMi，随着二氧化碳浓度增加，HMi/HMc比值增加10％，说明HMi的形成速度大于HMc。 (5)土壤中添加一定比例的玉米秸秆后，(HMi+HMc)/HM下降40％，随着培养时间延长，360天(HMi+HMc)/HM增长34％，540天增长63％，说明随着玉米秸秆的分解，HM向着溶性胡敏素方向发展。 (6)土壤中添加一定比例的玉米秸秆后，HMr的绝对含C量增加，由5.6g.kg<'-1>增至15.9g.kg<'-1>，增加了近2倍，且随着培养时间的延长，HMr的数量先增加，后降低；在不同气体浓度条件下，二氧化碳浓度的增加有利于HMr数量的积累。 (7)土壤中添加一定比例的玉米秸秆后，HMi和HMc的△logK值分别增加17％和6％，分子结构均趋于简单化；在不同气体浓度条件下，氧气浓度的增加，使HMi和HMc的△logK值分别增加29％和12％，说明高氧气浓度促使分子结构简单化。 (8)通过元素分析得出，土壤中添加一定比例的玉米秸秆后，C/H比值增加，其中高氧处理增加58％，水稻土、风沙土HMi和HMc的缩合度均增加，分子结构趋于复杂；随着氧气浓度的增加，C/H比值由0.57降至0.44降低40％，使水稻土HMi的C/H比值降低，分子结构简单化。 (9)通过差热分析得出：低温吸热峰温度随着氧气浓度的增加由69℃降至32℃，下降37℃，中温放热峰温度增加6℃；HMi的失重主要在中高温放热阶段，中温放热失重30％以上，且随着氧气浓度的增加，中高温的失重比率降低，说明氧气浓度的增加，促使HMi的结构简单化。 (10)通过红外光谱分析得出：随着氧气浓度的增加，2920-2930cm-1处的吸收峰强度由0.245增至0.280，而1600-1630cm-1处的吸收峰强度由0.601降至0.530，说明氧气浓度的增加，导致水稻土HMc脂族链烃含量增加，芳香度降低。随着二氧化碳浓度的增加，2920-2930cm-1处的吸收峰强度降低，而1600-1630cm-1处的吸收峰强度增加，说明二氧化碳浓度的增加，导致水稻土HMc脂族链烃含量降低，芳香度增加。土壤HM各组分随着培养时间而不断变化，添加有机物料会使简单的HMi变复杂化；氧气浓度的增加，会促使HMi趋向简单化，促使HMc趋向复杂化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1土壤有机质的研究现状

1.1.1土壤腐殖物质结构和性质的研究现状

1.1.2有机培肥对土壤腐殖物质结构和性质的影响

1.1.3环境因子对土壤有机质形成与转化的影响

1.2研究意义

第二章 不同氧气和二氧化碳浓度对微生物组成和生物量的影响

2.1材料与方法

2.1.1供试土壤

2.1.2供试有机物料

2.1.3水稻土培养试验

2.1.4测定方法

2.2结果与分析

2.2.1土壤中细菌数量的变化

2.2.2土壤中真菌数量的变化

2.2.3土壤中放线菌数量的变化

2.2.4土壤微生物量碳(SMBC)的变化

2.3讨论

2.4小结

第三章 土壤腐殖质组成与光学性质的研究

3.1材料与方法

3.1.1供试土壤

3.1.2提取与分析方法

3.2结果与分析

3.2.1土壤有机碳(SOC)的数量变化

3.2.2 WSS数量与光学性质的变化

3.2.3碱提取腐殖物质碳(HEC)数量变化

3.2.4胡敏酸(HA)的数量与光学性质的变化

3.2.5富里酸(FA)的数量与光学性质的变化

3.2.6土壤PQ值的变化

3.2.7腐殖质中各组分的变化

3.3讨论

3.4小结

第四章 胡敏素组成分析

4.1材料与方法

4.1.1供试土壤

4.1.2提取与分析方法

4.2结果与分析

4.2.1 HM数量的变化

4.2.2 HMi数量的变化

4.2.3 HMc数量的变化

4.2.4 HMr数量的变化

4.2.5 HMi/HMc的变化

4.2.6溶性胡敏素比例的变化

4.3讨论

4.4小结

第五章 胡敏素不同组分的结构特征

5.1材料与方法

5.1.1供试土壤与有机物料

5.1.2胡敏素的提取和纯化方法

5.1.3胡敏素干样制备(冻干)

5.1.4胡敏素的测定方法

5.2胡敏素结构特征的结果与分析

5.2.1胡敏素色调系数的变化

5.2.2胡敏素的元素组成分析

5.2.3胡敏素组分的差热分析

5.2.4氧弹式量热计法测定腐殖酸燃烧热

5.2.5胡敏素组分的红外光谱分析

5.3讨论

5.4小结

第六章 结论

参考文献

附录

致谢

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