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土壤颗粒表面电场对酸性土壤硝化作用的影响

作　者: 张伟
导　师: 蒋先军
学　校: 西南大学
专　业: 土壤学
关键词: 酸性土壤表面电化学性质土壤硝化作用 pH
分类号: S153
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 58次
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内容摘要

土壤中广泛存在着硝化作用,硝化作用是土壤N素循环的一个重要过程,其将NH4+—N转化为NO3-—N,该过程形成的NO3-—N较容易被植物利用,但是同时也会导致NO3-—N的大量积累,NO3-—N在淋融作用下会进入地下水,导致地下水的污染加剧。如何有效的利用NH4+—N和NO3-—N成为现阶段的一个热门话题。酸性土壤占有我国很大的面积,在我国南方地区分布着包含砖红壤、红壤、黄壤等主要酸性土壤。这些酸性土壤基本的特点都是：酸性高、土壤粘、肥力较低,因此如何提高红壤地区的N素肥料利用率以及如何有效的防治地下水的污染成为了酸性地区研究硝化作用的重点。早期的研究表明：硝化作用在碱性土壤中广泛的存在且活性很强,酸性土壤中几乎不存在硝化作用。但是随着研究人员的不断探索,很多的证据证明了酸性土壤中同样存在硝化作用,且在某些特定的酸性土壤中,其硝化作用甚至很强烈。由于以上原因,酸性土壤的硝化作用越来越受到研究人员的重视。国内外许多学者对酸性土壤硝化作用的影响因素以及机理均做了详细的研究。酸性土壤是一种盐基不饱和土壤,也就导致了酸性土壤是一种可变电荷土壤。由于土壤具有很大的比表面积,且分布着大量的可变电荷。这些电荷必然会对使土壤的性质发生改变,这样的条件下,土壤中的硝化作用也会大受影响。因此在这样的前提下,表面电化学性质的改变对酸性土壤的硝化活性会有什么影响,有多大的影响成为了本研究的重点。对土壤表面电化学性质的研究由来已久,但是到现在为止传统的方法不能够很准确的反应土壤中真正的表面电化学性质,李航(2002)提出的恒流法解决了这个难题,因此为本研究提供了最为基础的理论依据和测定方法,使得本研究能真正的从表面电话学性质改变的角度去分析和解决土壤中硝化作用变化的原因。本研究使用了人为因素影响相对较小的缙云山马尾松林酸性黄壤(pH=5.2)为研究对象,添加不同质量比高纯度Ca基蒙脱石来改变土壤的表面电化学性质。为了消除不同含量蒙脱石pH的变化对硝化作用的影响,在实验之前根据原样土壤的pH调节各个pH和原样土壤一致。本实验对土壤电化学性质的测定表明：土壤的电化学性质在加入蒙脱石后会有改变,但是在8%蒙脱石含量之前,土壤的电化学性质改变相对较小,但是随着蒙脱石的进一步增加,土壤的表面电场,表面电位,表面电荷密度,表面电荷数量,比表面积均有显著的增加,且明显存在了电化学性质的改变,为进一步区分不同表面电化学性质的样品奠定了基础,从而可以从电化学性质改变的角度去分析土壤中的硝化活性变化特点。本实验中同时也对不同pH的土壤样品(分别对应添加不同质量比蒙脱石后测定的土壤pH)进行了对比研究,从而从pH的改变角度分析土壤中硝化作用的变化情况。研究结果显示,不管是不同表面电化学性质样品还是不同pH样品土壤中均存在硝化作用,且硝化作用强度也较高,土壤中硝化过程进行不完全,NO2-—N存在积累现象。土壤培养过程中,由于土壤微生物产生酸性物质影响,pH在不断的下降,土壤表面电场对pH的变化没有影响；但是不同pH的土壤样品随着pH的降低,土壤培养的过程中pH下降的幅度也同时降低。对不同表面电话学性质的硝化作用研究表明：随着土壤表面电化学性质的升高,土壤中的NH4+—N的积累量下降,NO3-—N和NO2-—N含量却显著上升,土壤中的净硝化率也同时发生了显著变化,土壤表面电化学性质高的土壤样品其土壤净硝化率也明显较高。对不同pH样品的硝化作用活性的研究结果表明：土壤pH对土壤硝化作用的影响和不同表面电场的对硝化作用的影响不尽相同。综上所述,改变土壤的表面电化学性质会使土壤的硝化作用发生显著的改变。电化学性质对土壤硝化作用活性改变的机理有待进一步的研究。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-12
第1章文献综述  12-24
  1.1 土壤中的硝化作用  12-17
    1.1.1 硝化作用的机理  12-13
    1.1.2 土壤硝化作用的影响因素  13-16
      1.1.2.1 土壤pH值对硝化作用的影响  13-14
      1.1.2.2 土壤温度对硝化作用的影响  14-15
      1.1.2.3 土壤水分对硝化作用的影响  15
      1.1.2.4 NH_4~+—N含量对土壤硝化作用的影响  15-16
    1.1.3 酸性土壤中的硝化作用  16-17
  1.2 土壤表面电化学性质  17-21
    1.2.1 土壤电荷产生的物质基础和机理  17
    1.2.2 土壤胶体表面电荷性质研究理论  17-21
  1.3 土壤表面电场下对酸性土壤硝化作用的影响  21-24
第2章绪论  24-28
  2.1 研究的目的和意义  24-25
  2.2 研究目标  25
  2.3 研究内容  25-26
  2.4 技术路线  26-28
第3章实验材料与方法  28-34
  3.1 土壤样品采集  28
  3.2 土壤样品处理  28-30
    3.2.1 供试土壤及蒙脱石性质  28-29
    3.2.2 土壤样品的制备  29-30
      3.2.2.1 不同蒙脱石含量相同pH样品的制备  29
      3.2.2.2 不同pH土壤样品的制备  29
      2.2.2.3 饱和处理样品的制备  29-30
  3.3 实验方法  30-34
    3.3.1 恒流法测定土壤表面电化学性质  30-31
    3.3.2 土壤硝化作用培养实验  31-32
    3.3.3 测定方法  32-34
第4章结果与讨论  34-62
  4.1 土壤表面电化学性质  34-43
    4.1.1 不同蒙脱石含量土壤样品表面电化学性质变化情况  34-39
      4.1.1.1 土壤中加入不同质量比蒙脱石后pH值的变化  34
      4.1.1.2 相同pH不同蒙脱石含量土壤样品的比表面积变化  34-36
      4.1.1.3 相同pH不同蒙脱石含量土壤样品的电荷数量变化  36-37
      4.1.1.4 相同pH,不同蒙脱石含量对表面电位、表面电场和表面电荷数量的影响  37-39
    4.1.2 土壤表面电荷变化原因  39-42
      4.1.2.1 蒙脱石的加入对pH的影响  39-40
      4.1.2.2 蒙脱石的加入对土壤比表面积的影响  40-41
      4.1.2.3 蒙脱石的加入对土壤表面电荷密度的影响  41
      4.1.2.4 蒙脱石的加入对其他表面电化学性质的影响  41-42
    4.1.3 小结  42-43
  4.2 土壤表面电场对酸性土壤硝化作用的影响  43-52
    4.2.1 不同梯度表面电场样品培养实验结果  43-47
      4.2.1.1 不同表面电化学性质样品的设定  43
      4.2.1.2 不同梯度表面电场样品培养过程中总N变化情况  43-44
      4.2.1.3 不同梯度表面电场样品培养过程中pH变化情况  44-45
      4.2.1.4 不同梯度表面电场样品培养过程中NH_4~+—N变化情况  45
      4.2.1.5 不同梯度表面电场样品培养过程中NO_3~-—N和NO_2~-—N变化情况  45-47
      4.2.1.6 不同梯度表面电场样品培养过程中净硝化率变化情况  47
    4.2.2 不同梯度表面电场相同pH的土壤培养过程中土壤硝化作用变化原因  47-51
      4.2.2.1 不同梯度表面电场样品培养过程中pH的影响  47-48
      4.2.2.2 不同梯度表面电场样品培养过程中总N变化原因  48
      4.2.2.3 不同梯度表面电场样品培养过程中NH_4~+—N变化原因  48-49
      4.2.2.4 不同梯度表面电场样品培养过程中NO_3~-—N和NO_2~-—N的变化原因  49-50
      3.2.2.5 不同梯度表面电场样品培养过程中硝化率变化原因  50-51
    4.2.3 小结  51-52
  4.3 不同pH土壤样品的硝化作用  52-59
    4.3.1 不同梯度pH土壤样品的硝化作用指标变化情况  52-56
      4.3.1.1 不同梯度pH土壤样品培养期间pH变化情况  52
      4.3.1.2 不同梯度pH土壤样品培养期间总氮的变化情况  52-53
      4.3.1.3 不同梯度pH土壤样品培养期间NH_4~+—N的变化情况  53-54
      4.3.1.4 不同梯度pH土壤样品培养期间NO_3~-—N、NO_2~-—N的变化情况  54-55
      4.3.1.5 不同梯度pH土壤样品培养期间净硝化率的变化情况  55-56
    4.3.2 不同梯度pH土壤样品的硝化作用指标变化原因  56-58
      4.3.2.1 培养过程中pH变化原因  56-57
      4.3.2.2 培养过程中总N变化原因  57
      4.3.2.3 培养过程中NH_4~+—N变化原因  57
      4.3.2.4 培养过程中土壤NO_3~-—N和NO_2~-—N变化原因  57-58
      4.3.2.5 培养过程中土壤净硝化率的变化原因  58
    4.3.3 小结  58-59
  4.4 不同表面电化学性质以及不同pH土壤样品硝化作用  59-62
    4.4.1 pH的变化情况  59
    4.4.2 NH_4~+—N的变化  59
    4.4.3 NO_3~-—N、NO_2~-—N的变化  59-60
    4.4.4 净硝化率的变化  60-62
第5章结论与建议  62-64
  5.1 结论  62
  5.2 研究的不足及建议  62-64
参考文献  64-70
致谢  70-72
在校期间参与课题与发表的论文  72

土壤颗粒表面电场对酸性土壤硝化作用的影响

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