土壤顆粒表面電場對酸性土壤硝化作用影響的初步研究.pdf

1、土壤硝化作用作為全球氮素循環(huán)的核心環(huán)節(jié)，它影響土壤中NH4+和NO3水平以及土壤的肥力水平。由于土壤顆粒表面帶有大量的負(fù)電荷，在土粒表面及附近溶液中形成一個“連續(xù)”分布的強大電場，對H+、NH4+和硝化細(xì)菌(帶有負(fù)電荷)都產(chǎn)生影響，從而對硝化過程產(chǎn)生影響。在以前的研究中，人們較少考慮土壤顆粒表面電場的作用，本文從土壤顆粒表面不同電場強度的角度來探討土壤的硝化活性。 本實驗選用了重慶縉云山馬尾松林土壤(酸性黃壤pH 4.1)，在土

2、樣中加入5％和10％濃度蒙脫石處理，經(jīng)超聲粉碎均勻混合，風(fēng)干、碾碎過0.25mm篩后待用。通過測定子樣品的顆粒表面電荷性質(zhì)、微生物活性、硝化活性，取得了如下實驗結(jié)果。 根據(jù)恒流法測得2：1型電解質(zhì)中：酸性黃壤的表面電荷密度為．5.46×10-2 C．m-2，而在酸性黃壤中加入5％和10％濃度的蒙脫石后，顆粒表面電荷密度分別為-1.08×10-1 C．m-2、 -1.13×10-1 C．m-2，比未加入蒙脫石的土樣高一個數(shù)量級；對

3、照土樣表面電位為-0.1162V，而加入5％和10％濃度的蒙脫石處理土樣的表面電位則為-0.1338V和-0.1349V；顆粒表面電場強度分別為：CK為-6.81 × 107 J．m-1.C-1，加5％蒙脫石處理為-1.35×108 J.m-1.C-1,加10％蒙脫石處理為-1.41×108J．m-1.C-1。因此在土壤中加入蒙脫石后，土壤的表面電荷性質(zhì)均有明顯提高，加入5％和10％濃度蒙脫石土樣的表面電荷性質(zhì)有增大趨勢，但增加的不明顯

4、。 土壤顆粒不同表面電場強度土樣中H+、NH4+活度的變化。CK、加5％蒙脫石處理、加10％蒙脫石處理土樣pH分別為4.4、5.5和6.0，隨著顆粒表面電場強度的增大，土樣中H+活度降低；NH4+．N濃度變化類似H+變化，土壤NH4+-N濃度在CK、加5％蒙脫石處理、加10％蒙脫石處理中分別為54.05mg/kg、49.60mg/kg、23.44mg/kg，出現(xiàn)這種結(jié)果的原因，可能是由于土壤顆粒表面電場強度對對十壤中的陽離子(H

5、+、NH4+等)勢必產(chǎn)生吸附，降低了陽離子在土壤中的活度，造成在十壤顆粒不同表面電場強度的十壤硝化能力的差異。 土壤顆粒表面不同電場強度下土壤微生物活性變化：土壤硝化細(xì)菌數(shù)量變化，隨著土壤顆粒表面電場的增大，土壤硝化細(xì)菌數(shù)量均明顯減少。由于土壤硝化細(xì)菌的人小在10－1000 nm之間，與_十壤膠體顆粒相當(dāng)并帶一定負(fù)電荷，它們和土壤表面，土壤膠體顆粒間必然存在范德華作用力和靜電作用力，所以硝化細(xì)菌的活性也受土壤顆粒表面電場影響較大

6、。隨著土壤顆粒表面電場強度的增大，對土壤硝化細(xì)菌產(chǎn)生一定的排斥作用，會造成土壤中硝化細(xì)菌數(shù)量的減少。另外，土壤硝化細(xì)菌總量與土壤硝化強度之間沒有明顯相關(guān)性，可能是由于硝化細(xì)菌和其他微生物一起固定了相當(dāng)數(shù)量的NH4+－N而導(dǎo)致土壤硝化率發(fā)生變化；土壤微生物量N含量變化。三種不同的處理土樣中的微生物量N含量為：未加蒙脫石土樣>加5％蒙脫石處理>加10％蒙脫石處理，土壤顆粒表面電場強度增大后，對土壤微生物產(chǎn)生排斥作用，導(dǎo)致土壤微生物數(shù)量的減少

7、。另外，在制備子樣品過程中，超聲波粉碎機的作用，時大量十壤微生物死亡，破壞了微生物群落結(jié)構(gòu)。由于土壤微生物受環(huán)境因素影響較為復(fù)雜，由于實驗條件的限制，可能會造成誤差偏大。本文測定的土壤微生物量N與土壤硝化強度呈線性負(fù)相關(guān)(r=－0.448)； 土壤呼吸強度的變化。三種處理土樣的土壤呼吸強度大小為：未加蒙脫石土樣>加5％蒙脫石處理>加10％蒙脫石處理，土樣中加入蒙脫石后，土壤呼吸強度很微弱，其中可能的原因是由于土樣在制備的過程中經(jīng)

8、過了超聲波粉碎，造成大量微生物死亡；土壤顆粒表面電場對土壤微生物的排斥作用； 土壤酶活性變化。土壤顆粒表面不同電場強度下土壤酶活性均有變化，其中土壤脲酶活性表現(xiàn)為：未加蒙脫石土樣>酸性黃壤+10％蒙脫石處理>酸性黃壤+5％蒙脫石處理，土壤脫氫酶、酸性磷酸酶活性均表現(xiàn)為：未加蒙脫石土樣>加5％蒙脫石處理>加10％蒙脫石處理。土壤顆粒表面電場強度增大后，土壤脲酶、脫氫酶、酸性磷酸酶活性都不同程度的降低，均低于未加蒙脫石處理的土樣酶活

9、性，達到差異顯著水平(p<0.05)。 土壤硝化強度變化。在子樣品培養(yǎng)的4周期間，三種處理的土樣硝化勢的大小表現(xiàn)為：加10％蒙脫石處理>加5％蒙脫石處理>未加蒙脫石處理土樣。加入10％蒙脫石的處理表現(xiàn)出較強的硝化能力，在整個培養(yǎng)期間的土壤硝化勢均顯著大于另外兩種處理，三種處理的土樣硝化勢差異顯著(p<0.05)，并且三種硝化勢隨培養(yǎng)時間的延長而增大。隨著十壤顆粒表面電場強度的增大，土壤硝化勢逐漸減小； 由上述結(jié)果可知，在

10、土壤中加入不同濃度的蒙脫石，增大了土壤顆粒表面電場強度，導(dǎo)致十壤硝化強度均有不同差異，由于_十壤顆粒表面帶有人量負(fù)電荷，隨著負(fù)電荷密度的加大，對于本身帶有負(fù)電荷的土壤微生物產(chǎn)生一定排斥作用，使十壤硝化微生物數(shù)量減少，對于土壤硝化進程產(chǎn)生一定的影響。此外，土壤顆粒本身的性質(zhì)對土壤硝化作用產(chǎn)生一定影響，其中土壤有機質(zhì)對土壤硝化細(xì)菌有抑制作用。由于土壤微生物受環(huán)境因素影響較為復(fù)雜，顆粒表面電場強度影響十壤微生物、硝化作用的具體程度，有待于進一