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石灰和聚丙烯酰胺对氮素在酸性土壤中吸附解吸和迁移的影响

发布日期:2015-04-04 14:06:19

本文地址:http://www.elparais.com/article/20150404140754.html
文章摘要:石灰 ,通讯教院隽永,河决鱼烂舒奇院校招生。

在我国南方烤烟种植地区,大面积耕地土壤呈 酸性,且近年来多雨和干旱气候均时常发生。酸性 土壤一个严重的问题是养分有效性低,普遍缺N;而 不良气候易导致土壤肥力流失、干旱胁迫,这些都对 烤烟的生长发育带来不利影响。施用石灰是一种传 统的酸性土壤改良措施,我国有长期施用石灰的习 惯,特别在南方酸性红黄壤地区更为普遍。有研究 表明,石灰能显著降低土壤交换性酸和交换性A1含量,提高交换性Ca和Mg的含量m,并且其降酸 作用能保持相当长的时间[3]。但是,施用石灰加速 了土壤N的矿化速率[4],并能提髙土壤的硝化作 用,使土壤中N0/-N积累量增加[5]。聚丙烯酰胺 (PAM)是丙烯酰胺的髙分子聚合物,有良好的水溶 性,无毒、无腐蚀性,热稳定性好,早在20世纪50年 代,就已开始利用聚合物改善土壤的物理性能,但直 到最近的10多年,PAM高分子聚合物才得到广泛 应用。近年来,在利用PAM改良土壤方面的研究取 得许多成果,bbo必博_bbo必博官网_bbo必博娱乐:研究表明,PAM能增加土壤大团聚体 数目、提髙团聚体水稳性、增加总孔隙率和毛管孔隙 度[6],提高土壤导水性[7]、含水量[8],减缓土壤流 失:9'叫,土壤施入PAM后能增加对NH/-N、N03—-N 的吸附最,并提髙土壤对这两种离子的抗淋溶作 用:11],在坡地施用PAM后可减少速效N的流失 量:~。S前,利用PAM和石灰同时处理改良酸性 土壤的研究还未见报道。针对南方烟区酸性土壤以 及多雨和干旱时有发生的不良气候,笔者等研究了 在酸性土壤施人石灰和PAM后其对N的吸附、解 吸和迁移率的影响,以期为南方烟区酸性土壤的改 良提供依据。

1材料与方法
1.1材料
1.1.1酸性土壤2010年11月采自贵州省天柱 县平甫乡植烟山地5 ~ 10 cm耕作地边缘的免耕土 壤,植烟年限为3年。
1.1.2石灰及PAM石灰,取自贵州省贵阳市石 灰投放站;PAM,江苏宜兴市泉龙化工有限公司,相 对分子fi 1200万。
1.2方法
1 • 2. 1 土壤取样取样地面积1 • 2 hm2,取样点为 耕作地边缘免耕土壤,随机布点,采样土层为5 ~ 10 cm。土样采回后混合,自然风干,过2 _筛后备 用。土样基本性质为pH 4.05,交换性酸9.49 cmol/ kg,有机质含ffl 7. 2 g/kg,NH:-N 11. 41 m^/kg, N03_-N 3. 4 nig/kg,有效 P 5. 78 mg/kg,速度效 K 19. 68 mg/kg。
1.2.2试验方案土壤处理设5个水平,石灰用M 通过预试验确定(即调土壤PH6.5) ,PAM用量参照 王旭东和杨雪芹:13:的方法进行,5个水平分别为S, (不加石灰和PAM,对照)、S2(石灰含量为0.45 %, 不加PAM)、S3(石灰含量为0• 45 % , PAM含量为 0.1 %)、S4(石灰含量为0.45 %,PAM含量为0.2 %)、S5(石灰含M为 〇.45 %,PAM含世为 0.4 %), 土壤加入石灰、PAM混匀后平衡丨4 d。N营养液用 NH4N03配制,浓度参照王旭东和杨雪芹:?的方法 进行,P 素浓度 0 ~90 mg/L,按 N: P205 = 1: 1.5 确 定,设7个水平,N浓度分别为0、22.9、45.8、68.7、 91.6、114. 5和137.4 mg/L,其中,0为空白试验。 试验在贵州省烟草科学研究所培养室进行。
1.2.3吸附-解吸试验1)吸附试验。称取S,? S5 土壤2.5 &各5份,置于50 mL离心管中,分别加 人各水平N营养液40 mL,并滴加3滴氯仿防止微 生物繁殖,并进一步阻止PAM(稳定性好,不易矿 化)矿化出铵。重复3次,共计105管。在25^恒 温下振荡1 h后,置于同样温度的恒温箱中培养3 d,此间每天振荡2次(间隔12 1〇 ;然后3000 r/min 离心10 min,过滤,测定上清液中的N浓度,由加人 昔养液N浓度和上清液中N浓度之差,同时扣除空 白,计算土壤的吸附ih
2)解吸试验。将上述离心后残留在离心管中 的土样用无水乙醇溶液淋洗2次,清除残留在离心 管内壁土壤颗粒间未被吸附的氮,之后向每个离心 管中加入 0.01 mol/L KC1 溶液 40 mL(pH =7.0)和 3滴氯仿,置于25 ^恒温箱中培养3 d,每天振荡2 次(间隔 12 h)。3 d 后 3000 r/min 离心 10 min,过 滤,测定上清液中的N含量,由吸附试验上清液N 浓度和解吸试验上清液N浓度之差,同时扣除空 白,计算土壤的解吸M、解吸率(解吸N童占吸附N 盘的百分数)。
1.2.4淋溶试验参照员学锋等间歇淋溶方法 略做改进:取内径约7 cm、长35 cm的PVC管,将 S,、S2、S3 土样分别装入管中,土壤厚度保持30 cm; 底端用尼龙纱布覆盖,柱子上端留5 cm深度空间作 为灌水用,下端用塑料瓶收集淋溶液。在各管中分 別加去离子水200 mL平衡48 h后加N浓度为137.
4 mg/L的N营养液各150mL,人渗24h后,分别用 450 mL的去离子水分3次进行淋溶,淋溶间隔时间 为 24 h。将 PVC 管按 0?5、5 ~10、10 ?15、15 ~20、 20 ~ 25 cm及>25 cm 土层深度用电锯锯断,测定各 土层NH/-N和N03_-N的含量。重复3次,用平均 值作图,考察其在土壤中的迁移情况。
1.2.5测定指标及数据处理吸附、解吸试验上清 液N含量采用多通道连续流动分吸仪AA-ID (德 国)测定,淋溶试验土壤NH4’-N、M)3~-N采用间断 化学分吸仪SmartChem(德国)测定。Langmuir方程 及参数:C/.Y = C/A’m +l/(/:x.YW)。式中,C 为平 衡浓度J为土壤吸附M,A'm为最大吸附为与 吸附强度有关常数,最大缓冲容量= A' x .Ym。 厂值越大,表示吸附性能越强,MS C愈大说明贮存 能力越强:15:。数据处理采用EXCEL、SPSS软件完 成,多重比较采用Duncan法。
2结果与分析
2.1不同处理下土壤对N的吸附量、解吸量和解析率
从表1看出,不同处理土壤对N的吸附M、解 吸M和解析率呈现不同程度的变化。
2.1.1氮吸附在不同N浓度下,只加石灰处理 的土壤、同时加入石灰和PAM处理的土壤,对N的 吸附盘均高于不加石灰、PAM处理的酸性土壤。说 明,石灰和PAM均能增加酸性土壤对N的吸附量。 除S5在N浓度为68. 7 m以L时低于S2外,总体上 对N的吸附量大小顺序为S3 > S4 > S5 > S2。说明同 时加入石灰和PAM处理比只加入石灰处理土壤对 N的吸附量更大,其中,以S3 (石灰含量为0.45 %, PAM含ffl为0. 1 % )土壤对N的吸附量达到最高, 以后随PAM用量增加,吸附量下降。用Langmuir 方程对各处理土壤等温吸附数据进行线性拟合显 示,相关性全部达到极显著水平。说明,各处理土壤 对N的吸附均可用该方程来描述,并据此计算其相 关参数(表2)表明,S2的/f、-Ym、A招C均大于S,处 理。说明,石灰改良后的酸性土壤对N的吸附强 度、吸附ffl及贮存能力均呈增大趋势。而s3、s,和 S5的.Ym、MSC均高于S2,其大小依次为S3 > S4 > S5 >S2。说明,添加PAM后,PAM能进一步增加酸性 土壤对N的吸附。但PAM用增加后,S4和S5与 S3相比,其吸附量、尺、.Y/rz和■(:呈下降趋势,且与 S2相比值稍有下降。 理下土壤对N的解吸量逐渐增加;除个别值外,总 体上看,只加石灰处理的土壤、同时加入石灰和 PAM处理的土壤N解吸量均高于不加石灰、PAM 处理的酸性土壤,同时加入石灰和PAM处理的土壤 N解吸量高于只加石灰处理的土壤;S4解吸量最 高,虽然S3吸附量高于S4,但解吸量低于S4。
2.1.3 N解吸率总体上看,S,(未施加石灰和 PAM)土壤对N解吸率最高,S3(石灰含量为0.45 %,PAM含量为0.1 %)最低。这可能与吸附量和 吸附强度有关,S3虽然吸附量最大,但尺值最大,反 映出其吸附强度大,因而其解吸率最低,解吸量也低 于S4和S5;相反,S,对N的吸附强度低,因而解吸 率高,但其吸附量总量小,所以解吸盘也小。表明, 用石灰、PAM处理的酸性土壤,不但能增加对N的 吸附量和贮存能力,其解吸N的量也高于未改良的 
2. 1.2 N解吸随着加入N浓度的增加,不同处 酸性土壤。
表1不同处理土壤对N的吸附量、解吸量和解析率
Table 1 Adsorption, desorption and leaching of nitrogen in soils under different treatmentsmg/Ltmg/kg, %
加入N浓度(mg/L) Concentration of nitrogenSis2s3s4
吸附量
22.985.79 r110.53 q124.77 p117.95 pq115.55 pq
45.8158.63 〇192.76 n224.87 1209.19 m198.73 n
68.7213.61 m269. 93 j290.41 I275.05 j257.56 k
91.6254.58 k326.58 h356.12 fe346. 10 fg338.10 g
114.5292.97 i360.71 e422.57 c401.24 d391.64 d
137,4320.13 h401.73 d481.73 a445.47 b418.27 c
解吸量
000000
22.926.03 m29.35 130.72 ql30.95 ql32.06 q
45.842.73 p46.72 〇52.12 n52.25 n51.52 n
68.755.53 m61.21 Ik59.93 166.13 h62.25 jk
91.664.02 hij69.63 g69.46 g81.71 deg〇.19 e
114.565.86 hi71.55 g77.55 f90.13 b86.49 c
137.463.57 ij71.56g83.71 d94.98 a89.17 b
解析率
000000
22.930.34 a26.57 cd24.62 fgh26.24 cd27.75 b
45.826.95 be24.23 ghi23.18 kj24.98 fg25.92 de
68.726.00 de22.68 kl20.63 no24.04 hij24. 17 ghi
91.625. 15 ef21.33 mn19.95 p23.61 ij23.72 hij
114.522.49 kl19. op18.36 q22.46 kl22.09 lm
137.419.87 op17.84 ql17.38 121.32 mn21.32 mn
注:同列不同字母表示在P<〇.〇5水平差异显著性;吸附•《:的单位为解吸量的单位为mg/kg,解析率的单位为
Note: The different small letters indicated significant difference at P <0.05. The same as below. Desorption unit was mg/kg, and leeching rate was
 
表2不同处理土壤对N吸附的Langmuir方程及物理化学参数
Table 2 Langmuir equation of nitrogen adsorption and their adsoiption parameters in soils under different treatments
处理
TreatmentsLangmuir 方程 Langmuir equationR2PKAf5C( mg/kg)
s,c/x= 0.001950 C+ 0.11520.99880.0000512.820.01698.68
c/x= 0.001722 C+ 0.069530.99530.0000580.720.024814.38
S3c/x= 0.001478 C+ 0.054350.96400.0005677.050.027218.39
s4c/x= 0.001528 C+ 0.062980.98080.0001654.450.024315.88
S5c/x= 0.001600 C+ 0.068340.96490.0005625.000.023414.63
 
2.2不同处理对N素迁移的影响
由于NO3--N更容易被淋溶,因此,在淋溶试验 中对NH/-N和N03—-N分别进行考察。从图1可 知,在0 ~ 10 cm 土层中,S3 (石灰含量为0• 45 %、 PAM含量为0.1 %)的土壤其NH/-N含量略髙于 S2(只施加石灰含量为〇• 45 % ) ,S3和S2的NH:-N 含量均远髙于S,(未施加石灰和PAM);而在10 ~ 30 cm 土层中,S,的NH/-N含fi远髙于S3和S2。 说明,酸性土壤中NH/-N容易淋失,单独施加石 灰,以及同时施加石灰和PAM,能有效缓解NH/-N 向深层土壤迁移的趋势,其中,石灰含量为0.45 %、 PAM含量为0. 1 %的处理其缓解效果好于单独施 加石灰的处理。对于N0/-N含量,52在0~5(;111 土 层含量最高,S3在5 ~ 10 cm 土层中最髙,而S,则在 15~30 cm 土层中越来越高。说明,酸性土壤中 N03_ -N容易淋失,单独施加石灰,以及同时施加石 灰和PAM,也能有效缓解N0(-N向深层土壤迁移 的趋势;但对于N03_-N,单施石灰比施加同时施加 石灰和PAM更能阻止N03_-N的下移,这可能是 PAM提髙了土壤导水性m ,使得未被土壤吸附的 NOf-N更容易向下流失有关。
3小结与讨论
(1)用石灰、石灰和PAM处理能增加酸性土壤 对N吸附量、吸附强度和贮存能力,其中,以石灰含 量为0.45 %、PAM含量为0. 1 %处理的土壤对N 的吸附量最髙,吸附性能最强,并能有效缓解NH/ - N、N0"N向深层土壤迁移的趋势。在南方酸性土 壤烟区,施加适量的石灰和PAM是土壤改良的一个 有效途径。有研究表明,酸土施用石灰在好气条件 下有助于NH/-N的硝化,在水淹的厌气条件下则 NH/-N增加和N03_-N减少[16],这反映出添加石灰 后会引起土壤微生物区系和硝酸还原酶活性等的变 化。在吸附-解吸试验中,尽管NH/-N、N03_-N可 能发生一些转化,在厌气条件下NOf-N也可能被还 原产生少量N20(N20本身也是一种易溶于水的气 体),但试验测试的氮为溶液的总N,因此,在总体上 仍能反映出土壤对N的吸附量。在淋溶试验中,土 壤中N03--N含量比NH/-N低,是因为前者随水流 淋出的量较多,并淋滤液测定中得到了证实。
(2)土壤对N03--N的吸附能力弱tn],而且酸 性土壤风化比较彻底,阳离子交换量低,对NH/ -N 的吸附量也少。因此,试验中未施加石灰和PAM处 理的酸性土壤对N的吸附强度和吸附量小。加入 石灰后,土壤pH升髙,交换性阳离子含量增大, 从而导致对N的吸附量增加。由于土壤对N的吸 附与固定途径有阳离子交换吸附反应、黏土矿物固 定和有机成分吸附等,石灰改良土壤后对N的吸附量影响可能还存在其它途径。PAM是髙分子聚合 物质,具有羧基和酰胺基等活性基团,可通过与土壤 颗粒表面的金属离子形成配位键,与一些基团发生 交换或通过氢键等作用在不同土壤颗粒间形成“键 桥”,导致土壤发生凝聚,形成水稳性团聚体。施加 石灰和PAM后,土壤对N的吸附量进一步升髙,可 能是与PAM分子表面的活性基团、以及PAM使土 壤形成水稳性团聚体有关[11]。但土壤颗粒的大小 和组成对N的吸附影响显著[18],试验中,PAM用量 增加后对N的吸附量下降,原因可能是过量的PAM 导致团聚体粒增大,封闭了土壤内部的吸附位点,从 而导致吸附量下降。
(3)在Langmuir方程的参数中,尺值越大,表 示吸附性能越强,MBC愈大说明贮存能力越强[15]。 施加石灰和PAM后,土壤对N吸附的/C、MBC升 高。说明,石灰和PAM改良后的酸性土壤对N的 吸附强度和贮存能力均增加。其对N的解吸率的 影响也应证了这一点,S3 (石灰含量为0.45 %、PAM 含量为0.1 %)的尺最大,对N的吸附强度髙,其解 吸率最低,相反,S,(未施加石灰和PAM)对N的吸 附强度低,解吸率最高。石灰含量为〇.45 %、PAM 含量为0.1 %的土壤能有效缓解NH4+-N、N03_-N向 深层土壤迁移的趋势,可能就是由于石灰和PAM增 加了土壤对N的吸附量、吸附强度、贮存能力的缘 故。
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