【摘要】：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/Hydrous ferric oxide (HFO)]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10種不同土壤的基本理化性質(zhì)進(jìn)行分析,并對其硝化勢進(jìn)行了測定,依據(jù)測定結(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照。供試土壤采用新鮮土壤樣品,去除雜質(zhì),過2mm篩,4℃冰箱保存?zhèn)溆茫凰F礦采用人工制備方式合成,用XRD檢測成分,加入到土壤前調(diào)節(jié)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 于土的硝酸鉀,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%,80%,120%,200%WHC)28。C恒溫培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。測定土壤硝態(tài)氮,銨態(tài)氮,礦質(zhì)氮及pH的變化情況。主要結(jié)果如下：(1)水鐵礦對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,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土0.02--0.43士0.01 mgN kg-1d-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 mg N kg-1),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,水鐵礦的加入對紅壤硝化作用影響不大。(2)水鐵礦對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±0.05mg N kg-1d-1;p0.05),而1%HFO處理顯著的降低了土壤的凈硝化速率(2.46±011 mgNkg-1d-1;p0.05)。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(p0.01)。中性潮土無鐵處理凈硝化速率為5.62±0.05 mg N kg-1d-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硝化作用的抑制作用并不能用水鐵礦對硝化微生物產(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)氮減少量為7.22-10.80 mgNkg-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。(3)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,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含水量條件下凈硝化速率最大。因?yàn)樗F礦是一種易溶、比表面積大且表面活性高的弱晶質(zhì)鐵氧化物,而水分的增加使O2供應(yīng)受到限制,從而促進(jìn)了厭氧條件的形成,發(fā)生鐵作用下的氨氧化生成硝酸鹽的過程,且在80%-120%WHC時(shí)此過程也可能發(fā)生。本研究闡述了不同氮源(硫酸銨和硝酸鉀)存在時(shí),不同鐵含量對紅壤,酸性和中性潮土中硝化作用的影響,以及不同水分條件對水鐵礦加入后的酸性潮土硝化作用的影響,主要可得到如下結(jié)論：(1)紅壤中未發(fā)生硝化作用,水鐵礦的加入對紅壤硝化作用影響不顯著； (2)水鐵礦加入對酸性和中性潮土凈硝化均表現(xiàn)出抑制作用；水鐵礦加入量越大抑制作用越明顯,但抑制機(jī)理可能不同；(3)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,水分含量增加更有利于進(jìn)行鐵作用下的氨氧化生成硝酸鹽的過程。本實(shí)驗(yàn)表明氧化鐵協(xié)同作用下的生物-非生物作用對酸性土壤中的硝化作用有著重要影響,且因土壤而異,鐵的作用不僅在淹水條件下存在,在旱作土壤條件下同樣存在,是酸性土壤中硝化作用變異的關(guān)鍵。
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【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S153

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2317360