土壤中溶解性有机碳、氮及其迁移淋溶特性研究

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土壤溶解性有机碳、氮是指以有机态形式存在于土壤溶液有机物(Dissolved organic matter, DOM)中的碳、氮。溶解性有机物质所含的碳、氮在土壤生物地球循环过程中具有重要作用。土壤溶解性有机氮(DON)是林地生态系统氮素淋失的主要形态,但长期以来,研究者多将主要精力集中在无机氮的研究方面,很大程度上忽视了DON在土壤氮素迁移及淋失中的作用。森林表层土壤中溶解性有机碳(DOC)淋溶到下层的矿质土壤是生态系统碳素循环的一个重要过程。然而,目前对DOC和DON在土壤碳、氮循环过程中的淋溶迁移特性及其由此可能带来的环境效应的研究相对较少。因此,本试验以不同年限日光温室栽培土壤为主要研究对象,采用原位采集与高速离心两种不同方法提取土壤溶液,测定了不同土壤中DON、DOC含量的动态变化;比较了不同年限日光温室土壤中溶解态DOC、DON和吸附态碳、氮的含量;并采用土柱模拟法比较了有机肥和化肥中不同形态养分的淋溶特性,获得以下主要结论:1.采用原位提取法采集的土壤溶液中溶解性有机氮(DON)浓度最高,其次为硝态氮,铵态氮含量最低,其占溶解性全氮(TDN)的比例分别为62.3%、19.8%和14.6%;而采用高速离心得到的土壤溶液中的氮素则以硝态氮浓度最高,DON次之,铵态氮最低,其占溶解性全氮的比例分别为91.9%、5.9%和1.2%。原位采集的土壤溶液中溶解性有机碳的浓度远远大于离心法分离的土壤溶液中溶解性有机碳的浓度。说明采集土壤溶液的方法不同,得到的溶液组成存在明显差异。因此,在比较不同研究者结果时,有必要明确其分离条件。2.从原位采集与高速离心两种不同方法提取的土壤溶液中溶解性有机物质的C/N比、腐殖化指数(HIXem)与UV280值来看,原位采集法得到的土壤溶液中溶解性有机物质的结构较离心法得到的土壤溶液中溶解性有机物质的结构更为复杂。3.采用高速离心法分离土壤溶液后再用0.5 M K2SO4溶液提取离心后的土壤(定义为吸附态),测定了土壤溶液及提取液中不同形态氮素及有机碳的含量及结构特性。结果表明,测定的日光温室土壤离心液及离心土壤提取液中的氮均以硝态氮浓度最高,溶解性有机氮或吸附态有机氮次之,铵态氮最低。日光温室土壤溶解态有机碳和吸附态有机碳含量占土壤有机碳的比例平均分别为0.03%和2.80%。吸附的不同形态氮素及有机碳的含量显著高于土壤溶液中相应组分的含量。从不同来源有机物的C/N比、腐殖化指数(HIXem)与UV280值看,土壤吸附态可溶性有机物质的结构较土壤溶液中溶解性有机物的更为复杂。有必要进一步研究土壤中溶解态和吸附态有机氮、碳间的动态平衡关系。4.土柱模拟淋溶试验表明,给土壤中加入等量的氮素(化肥氮和有机肥氮)溶液后,化肥处理(硫酸铵溶液)后土壤氮素累积淋失量较未施肥清水对照无明显变化,肥料氮的淋失量占氮总淋失量的比例在2.31%~8.68%之间;而加入有机肥提取液后淋出的氮量显著增加,肥料氮占氮总淋失量的比例达65.7%~76.4%。有机肥处理淋失的氮素形态以溶解性有机氮(DON)为主,其次为硝态氮和铵态氮;而化肥处理氮素淋失形态以硝态氮为主(85.2%~88.8%),其次为溶解性有机氮DON(7.9%~10.2%),铵态氮所占比例最低(3.3%~4.6%)。有机肥处理DOC和铵态氮的淋失量也显著高于化肥处理。因此,有机肥中可溶性养分特别是溶解性有机碳、氮在土壤中的淋失值得关注。
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