水鐵礦對(duì)酸性土壤中硝化作用的影響.pdf

1、土壤中進(jìn)行的硝化作用是N素轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是造成N損失及環(huán)境問題的重要原因。土壤中發(fā)生的硝化過程是對(duì)pH高度敏感的典型生物學(xué)過程，越來越多的證據(jù)表明酸性土壤中存在硝化作用，但在有些酸性土壤中還沒有發(fā)現(xiàn)硝化作用存在的證據(jù)，且已發(fā)現(xiàn)的硝化作用具有很大的空間變異，機(jī)理還不完全清楚，用pH和N的有效性以及微生物群落組成的差異并不能完全解釋，說明還有其它重要的影響因素未被發(fā)現(xiàn)。我們的前期研究發(fā)現(xiàn)鐵的氧化物可能是影響酸性土壤中的硝化作用的重要非生物

2、因子，酸性土壤在熱帶亞熱帶地區(qū)分布廣泛，這些地區(qū)的土壤氧化還原狀況交替快速而頻繁，豐富的鐵含量，充足的降雨，密集的根系以及粘質(zhì)土壤均為鐵在其中起作用創(chuàng)造了良好條件，氧化鐵協(xié)同作用下的生物-非生物作用可能是酸性土壤中硝化作用變異的關(guān)鍵。
　　本文旨在研究不同量的鐵的氧化物和不同水分條件下對(duì)酸性土壤硝化作用的影響。利用地表環(huán)境中最為常見的弱晶質(zhì)鐵氧化物-水鐵礦[Ferrihydrite/ Hydrousferric oxide(HFO

3、)]作為供試氧化鐵材料;黃壤和紫色土來自重慶市永川區(qū)和重慶市北碚區(qū)，紅壤來自江西省鷹潭市，對(duì)10種不同土壤的基本理化性質(zhì)進(jìn)行分析，并對(duì)其硝化勢(shì)進(jìn)行了測(cè)定，依據(jù)測(cè)定結(jié)果選擇全鐵含量和有效鐵含量均較高的酸性紅壤，全鐵含量低而有效鐵含量較高的酸性潮土作為供試土壤，并以相同母質(zhì)上發(fā)育而來的中性潮土最為酸性潮土的對(duì)照。供試土壤采用新鮮土壤樣品，去除雜質(zhì)，過2 mm篩，4℃冰箱保存?zhèn)溆?水鐵礦采用人工制備方式合成，用XRD檢測(cè)成分，加入到土壤前調(diào)節(jié)

4、pH與所加土壤相一致。分別進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn):(1)不同水鐵礦加入量(0，0.5％，1％，3％，5％，10％)時(shí)，外源添加6 mmol N kg-1干土的硫酸銨，60％WHC(water holding capacity)，28℃恒溫培養(yǎng)實(shí)驗(yàn);(2)不同水鐵礦加入量(0，0.5％，1％，3％，5％，10％)時(shí)，外源添加6 mmol N kg-1干土的硝酸鉀，100％WHC，28℃恒溫培養(yǎng)實(shí)驗(yàn);(3)酸性潮土3％水鐵礦加入時(shí)，不同水分含量(40

5、％，80％，120％，200％WHC)28℃恒溫培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。測(cè)定土壤硝態(tài)氮，銨態(tài)氮，礦質(zhì)氮及pH的變化情況。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴水鐵礦對(duì)紅壤硝化作用的影響。在以硫酸銨為N源的7天培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，隨培養(yǎng)時(shí)間的進(jìn)行，硝態(tài)氮含量呈下降的趨勢(shì)，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)計(jì)算所得的凈硝化速率為負(fù)值(-0.27±0.02～-0.43±0.01 mgN kg-1 d-1)，且隨鐵加入量的增大，凈硝化速率減小，但由于培養(yǎng)過程中硝態(tài)氮的變化量不大（＜5 mgNk

6、g1），不同處理間的顯著性差異可能是由于初始值不同導(dǎo)致的。加硝酸鉀培養(yǎng)中，在水鐵礦的不同梯度，硝態(tài)氮，銨態(tài)氮的變化沒有一定規(guī)律，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)各處理之間差異不大。說明紅壤中未發(fā)生硝化作用，水鐵礦的加入對(duì)紅壤硝化作用影響不大。⑵水鐵礦對(duì)潮土硝化作用的影響。酸性潮土壤加硫酸銨培養(yǎng)中，0.5％HFO處理與無鐵處理相比，凈硝化速率差異不顯著（分別為2.74±0.09，2.78±0.05mgN kg-1 d-1;p＞0.05），而1％HFO處理顯著的

7、降低了土壤的凈硝化速率(2.46±0.11mgNkg-1d-1; p＜0.05)。當(dāng)加鐵量從1％增加至3％時(shí)，凈硝化速率減小了37％，減小幅度最大，差異達(dá)到極顯著水平(p＜0.01)。中性潮土無鐵處理凈硝化速率為5.62±0.05 mg N kg1 d-1，顯著高于中性潮土的其它處理，且是酸性潮土的近兩倍。兩種土壤中水鐵礦的加入均表現(xiàn)出對(duì)凈硝化的抑制作用。而銨態(tài)氮的變化情況不同，水鐵礦的加入使酸性潮土銨態(tài)氮含量降低，加入量越大銨態(tài)氮降低

8、越多;而中性潮土中變化情況相反，水鐵礦的加入使其銨態(tài)氮含量增加，加入量越大銨態(tài)氮增加越多。中性潮土中，凈硝化作用降低的主要原因?yàn)樗F礦對(duì)硝化微生物產(chǎn)生毒害作用，鐵的加入抑制了氨的氧化，使得N更多的以NH4+的形態(tài)存在。酸性潮土中水鐵礦對(duì)硝化作用的抑制作用并不能用水鐵礦對(duì)硝化微生物產(chǎn)生毒害作用完全解釋，還可能在酸性條件下發(fā)生了與鐵還原相關(guān)的氨氧化生成N的氧化物而損失或在Fe氧化物作用下的NO3--N迅速固定。加硝酸鉀培養(yǎng)中，酸性潮土中硝態(tài)

9、氮減少量為7.22-10.80 mg Nkg-1，隨鐵加入量的增加，硝態(tài)氮減少量增大，但＞3％時(shí)差異才達(dá)到顯著性水平。說明硝態(tài)氮的減少與鐵有一定關(guān)系，但量不大，且在鐵加入量較高時(shí)才能表現(xiàn)出來。⑶水鐵礦的加入改變了酸性潮土中不同水分條件下的硝化情況:無水鐵礦加入時(shí)，隨土壤水分含量的升高，凈硝化速率呈現(xiàn)先上升，再下降的趨勢(shì)，200％WHC含水量條件下凈硝化速率最小;3％水鐵礦加入后，凈硝化速率隨土壤水分含量的升高而升高，200％WHC含水量