水鐵礦對酸性土壤中硝化作用的影響.pdf

1、土壤中進行的硝化作用是N素轉化的關鍵環(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過程，越來越多的證據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)現硝化作用存在的證據，且已發(fā)現的硝化作用具有很大的空間變異，機理還不完全清楚，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。我們的前期研究發(fā)現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土壤均為鐵在其中起作用創(chuàng)造了良好條件，氧化鐵協同作用下的生物-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10種不同土壤的基本理化性質進行分析，并對其硝化勢進行了測定，依據測定結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，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檢測成分，加入到土壤前調節(jié)

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

5、％，80％，120％，200％WHC)28℃恒溫培養(yǎng)實驗。測定土壤硝態(tài)氮，銨態(tài)氮，礦質氮及pH的變化情況。
　　本研究主要內容包括：⑴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)實驗中，隨培養(yǎng)時間的進行，硝態(tài)氮含量呈下降的趨勢，培養(yǎng)結束時計算所得的凈硝化速率為負值(-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)結束時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。⑵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±0.05mgN 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)。當加鐵量從1％增加至3％時，凈硝化速率減小了37％，減小幅度最大，差異達到極顯著水平(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

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為水鐵礦對硝化微生物產生毒害作用，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％時差異才達到顯著性水平。說明硝態(tài)氮的減少與鐵有一定關系，但量不大，且在鐵加入量較高時才能表現出來。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，隨土壤水分含量的升高，凈硝化速率呈現先上升，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