【摘 要】
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土壤有机质是农田土壤中的重要组成成分,有机质的动态变化直接影响着土壤的理化性质与肥力。农业灌溉会造成土壤有机质的吸附解吸,不同类型的地下水在灌溉过程中对农田土壤有机质的动态变化影响也存在差异。论文基于柱实验对灌溉过程农田土壤有机碳吸附解吸动态变化展开研究,从解吸与吸附两个土柱实验出发,结合紫外-可见光谱、三维荧光光谱对淋滤液溶解性有机碳进行分析表征,对灌溉条件下有机质迁移影响机理进行动态进行研究得
【基金项目】
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中国地质科学院基础科研项目“灌溉及降水渗入下土壤有机质的释放机理”(No. YK201701); 河北省自然科学基金“降雨作用下盐碱化农田土壤有机质的迁移变化研究”(No. D2018504005);
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土壤有机质是农田土壤中的重要组成成分,有机质的动态变化直接影响着土壤的理化性质与肥力。农业灌溉会造成土壤有机质的吸附解吸,不同类型的地下水在灌溉过程中对农田土壤有机质的动态变化影响也存在差异。论文基于柱实验对灌溉过程农田土壤有机碳吸附解吸动态变化展开研究,从解吸与吸附两个土柱实验出发,结合紫外-可见光谱、三维荧光光谱对淋滤液溶解性有机碳进行分析表征,对灌溉条件下有机质迁移影响机理进行动态进行研究得出主要结论如下:(1)土壤有机质淋溶过程包括有机质迅速下降阶段与稳定淋溶阶段,前期迅速下降阶段主要为小分子量、低芳香性、新近产生的弱腐殖质特征生物源有机质组分,稳定淋溶阶段有机质主要以陆源输入的高芳香性、高腐殖化程度的有机质组分为主。(2)钠盐钙盐溶液淋溶土壤均会发生阳离子交换作用,阳离子交换作用能够促进类蛋白质组分的解吸,抑制类腐殖质组分的解吸。钠盐与纯水淋溶解吸有机质的浓度近似,明显高于钙盐淋溶解吸有机质的浓度。Ca2+能够促进高芳香性、大分子量的强腐殖质特征的陆源有机质组分吸附于土壤颗粒。因此钙盐解吸有机质主要以新近自生源组分和生物来源的有机质组分为主,而钠盐与纯水解吸的有机质组分主要以强腐殖质特征的陆源贡献较多的有机质组分为主。(3)平行因子分析结果表明:正定土淋溶有机质可以划分为C1-C4四个有机质组分,献县土淋溶有机质可以划分为C1-C5五个有机质组分。正定土与献县土均含有类蛋白质组分与类腐殖质组分,纯水淋溶阶段前期有机质组分以类腐殖质组分为主,盐溶液稳定淋溶有机质阶段正定土和献县土有机质主要成分分别为类色氨酸组分C3和类腐殖质组分C1。盐的存在会促进类蛋白质组分C4(献县土C5)的释放。Ca2+的存在会抑制类腐殖质组分的解吸附作用,尤其是类腐殖质组分C1和献县土类腐殖质组分C4。钠钙离子均可以促进类蛋白质组分的解吸附,钙盐的促进作用要明显强于钠离子,尤其是类蛋白质组分C3。类腐殖质组分C2淋溶与阳离子浓度和阳离子种类关系不大。(4)平衡性对流弥散方程模型和两区模型均能很好的对溴离子穿透曲线进行拟合,模型拟合得出淋溶持续过程对有机质交换的影响:随着淋溶进行弥散系数D减小,土壤颗粒之间的有机质交换能力变差;分配系数β增加,可动区含水量的比例增加;ω质量交换系数增加,土壤微小孔隙中的有机质逐渐流出,后期钠盐淋溶土柱ω要大于钙盐淋溶的土柱ω,盐溶液差异可以通过引起土柱物理结构变化影响有机质解吸附特征。(5)吸附实验验证了钠盐促进有机质吸附的能力要明显小于钙盐。钙盐对高芳香性、大分子量、高腐殖化程度有机质吸附具有促进作用,对不同来源有机质吸附的促进作用与其腐殖化程度和芳香性有关。在一定盐浓度范围内(4m M-10m M)高浓度盐会促进高芳香性的陆源有机质组分的吸附作用,但是效果微弱。
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