不同土层土壤对可溶性有机氮_碳的吸附特性研究

SON 或 SOC 的吸附量计算公式为： S = (C1 - C + C0) × V ÷ M 式中， S 为吸附量 （mg L- 1 ） ； C1 为初始浓度 （mg L- 1 ） ； -1 -1 C 为吸附平衡时浓度 （mg L ） ； C0 为初始浓度 0 mg L -1 吸附平衡时的浓度 （mg L ） ； V 为溶液体积 （ml ） ； M为 ） 。 吸附剂质量 （g 采用常见的描述吸附方程， 包括原始物质吸附等 [16] 温线 （IM isotherm ） 方程 、 Temkin 方程 、 Freundlich 经 验公式和 Langmuir 方程进行数据拟合， 比较吸附参数 和相关系数。
6期
赵满兴等 ： 不同土层土壤对可溶性有机氮 、 碳的吸附特性研究
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分别称取风干过 2 mm 筛的供试土壤 （耕层和母质层 ） 10 g，各加入上述不同浓度的稀释溶液 100 ml，在 5 ℃， 60 rpm 下振荡 24 h， 离心并过 0.45 μm 滤膜， 测定 + 滤液中 NO3 - N、 NH4 - N、 TSN 和 SOC 浓度，根据吸附 前后 SON 和 SOC 浓度的变化计算其吸附数量。每个 处理 3 次重复。
不同土层吸附平衡溶液中 SON 含量及其吸附量
Concentration of SON and quantity of SON adsorption in the balanced adsorption solution 耕层 Arable layer 平衡时 SON 浓度 SON 吸附量 Equilibrium SON Quantities of SON conc. adsorption (mg L- 1) (mg kg- 1) 0.4 0.0 7.3 53.8 14.4 105.9 28.5 209.8 45.6 533.3 吸附率 Percentage of adsorption (%) 0.0 19.9 18.9 18.3 23.0 母质层 Parent material horizon 吸附率 平衡时 SON 浓度 SON 吸附量 Equilibrium SON Quantities of SON Percentage of adsorption conc. adsorption (%) (mg L- 1) (mg kg- 1) 0.0 2.6 0.0 18.4 9.5 53.8 21.4 125.0 14.7 22.5 262.6 25.6 20.9 488.5 52.2
2
2.1
结果与分析
不同土壤层次对 SON 的吸附特性
1.2 测定方法 有 机 肥 和 土 壤 提 取 液 中 NO - N 采 用 UV- VIS
3
8500II 紫外 / 可见分光光度计测定； NH4+- N 采用 FIA Star 5000 流动注射仪测定； 可溶性有机碳 （SOC ） 采用 TOC- 5050 分析仪测定； 总可溶性氮采用 3%碱性过硫
土壤中能被水或盐溶液浸提出来的有机态氮或 碳被称为可溶性有机氮或碳 （Soluble organic nitrogen [1] or carbon， SON 或 SOC ） 。对林地土壤中 SON 和 SOC 的含量， 外国已进行了不少研究。研究表明， SON 是林 地土壤中可溶性氮的主要组分， 可占林地土壤可溶性 [2] 全氮含量的 90%以上 ； 草地及农田土壤 SON 含量可 占土壤可溶性全氮量的 40% ~ 50%[3]。 可见 SON 和 SOC 在不同土壤生态系统氮、 碳迁移及转化中具有重 要作用。 施用有机肥是农田土壤可溶性有机氮、碳的主要 来源之一。随着养殖业的发展和有机农业的逐渐推广， 施入农田的有机肥数量会越来越多。我们研究发现， 有 [4] 碳 ， 有机肥施 机肥中含有数量可观的可溶性有机氮 、 入土壤后其中可溶性有机氮、 碳的去向值得关注。 可溶性有机氮 、 碳被土壤胶体吸附， 直接影响其 在土壤 - 水系统中的迁移和行为的主要因素之一 [5,6]。 国外研究者对可溶性有机碳在林地土壤上的吸附特 性已开展了不少研究， 发现可溶性有机碳吸附特性与 土壤性质如 pH、 铁铝氧化物含量、 粘粒含量、 表面积、 [7~9] 有机碳等因素有关 ； 但关于可溶性有机氮的研究相 对较少。越来越多的研究表明， 可溶性有机氮是导致 水体富营养化的因素之一[10,11]。 黄土高原地区典型的农 业土壤红油土在长期的发育及耕作中形成了不同的 垂直节理，不同土层土壤的物理及化学性质存在差 异， 是否会影响土壤对可溶性有机氮 、 碳的吸附特性， 尚少见报道。
母质层浸提液 猪粪滤液 耕层浸提液 Extracting solution Extracting solution Extracting solution of parent material of pig manure of arable layer horizon 60.7 NO3- N (mg L- 1) 1.3 0.4 19.2 NH4- N (mg L- 1) 0.6 0.3 SON (mg L- 1) 96.6 1.4 0.8 176.6 TSN (mg L- 1) 2.4 2.7 221.2 SOC (mg L- 1) 14.4 9.6 54.7 SON/TSN (%) 29.6 59.2 SOC/SON 11.9 2.3 10.4
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土
壤
通
报
第 41 卷
源 SON 加入时，土壤中存在 SON 的净释放，其中耕 层、 母质层分别为 16.8 和 7.8 mg kg- 1。随着 SON 加入 量的增加， 土壤释放的 SON 量减少。这表明土壤对外 源加入的 SON 存在吸附作用。
表3
Table 3
总的看来， 两种土壤层次对 SON 的吸附能力均较 低 （表 3 ） ， 吸附率分别平均为 20.0%和 18.5%， 间接说 明了 SON 具有较强的移动性。
表1
Table 1 项目 Items
酸钾氧化， 紫外 / 可见分光光度计测定[15]。 1.3 数据分析 可溶性有机氮 （SON ） 计算公式[15]为： SON = TSN - NO3- - N - NH4+- N
供试材料基本性状
Basic properties of materials used in the experiments
2009- 07- 02 收稿日期： 陕西省教育厅专项科研计划项目 （09JK828 ） 、 延安大学科研项目 （YD2007- 61 ） 、 陕西省重点扶持学科建 基金项目 ：国家自然科学基金(40773057)、 设项目 （生态学 ） 、 延安大学重点扶持学科 （细胞生物学 ） 资助 赵满兴 （1971-） ,陕西合阳人, 博士, 副教授, 主要从事土壤与植物营养研究。E- mail: zhaomanxing@163.com.cn 作者简介： * E- mail: jbzhou@nwsuaf.edu.cn 通讯作者：
摘 要： 研究了陕西关中地区红油土耕层和母质层土壤对有机肥提取液中可溶性有机氮、 碳 （SON 和 SOC ） 的吸附特性。结 碳的吸附特性， 土壤吸附 SON、 SOC 的数量与它们各自加 果表明， 原始物质吸附等温线方程可以反映土壤对可溶性有机氮、 入的量呈极显著线性关系。不同土层相比， 耕层土壤对 SON 的吸附能力强于母质层土壤， 耕层和母质层对 SOC 的吸附能力 相当。同一种土壤对溶液中不同成分吸附也有差别， 耕层土壤对 SON、 SOC 的平均吸附率分别为 20.0%和 19.4%， 母质层土 壤对 SON、 SOC 的平均吸附率分别为 18.5%和 19.6%； 耕层和母质层土壤对 SON 和 SOC 的吸附能力均较低， 说明它们在土 壤中具有较强的移动性， 更易于从土壤中流失。 关 键 词： 可溶性有机氮；可溶性有机碳；吸附特性；原始物质吸附等温线；农田土壤 文献标识码：A 文章编号： 0564- 3945(2010)06- 1328- 05 中图分类号： S714
表2
Table 2
表 2 为利用不同等温吸附方程拟合的两种不同 土层对 SON 的吸附参数 。可以看出, 四类方程相比 , IM isotherm 拟合效果最佳，其相关系数 r 分别达到 0.988 和 0.997。
不同土层土壤对 SON 的吸附等温方程
Adsorption isotherms of SON by two different layer of soils 吸附方程 Adsorption equation Q = m·C1 + b 吸附参数 Adsorption parameters m b R2 a b R2 k n R2 Qm A R2 供试样品 Sample 耕层 Arable layer 0.229 16.8 0.988** 84.5 - 4.56 0.542 3.282 1.308 0.966 10000 80 0.084 母质层 Parent material horizon 0.208 7.8 0.997** 158.5 - 228.99 0.834 0.257 2.091 0.930 70000 123 0.045 方程类型 Equation type IMisotherm
Temkin
Q= b + a·ln C
Freundlich
Q = k·Cn
Байду номын сангаас
Langmuir
Q = Qm·C / (A + C)
注： Q－ 吸附量 （mg kg- 1 ） ； C1－ 初始加入量 （mg kg- 1 ） ； C－ 平衡浓度 （mg L- 1 ） ； a－ 最大吸附量 （mg kg- 1 ） ； k－ 吸附能力； n－ 吸附强度； Qm－ 最大 -1 * ** 吸附量 （mg kg ） ； A－ 吸附强度。 表示 P < 0.05； 表示 P < 0.01。下同。
第 41 卷第 6 期 2010 年 12 月
土 壤 通 报 Chinese Journal of Soil Science
Vol . 41 , No . 6 Dec . , 2010
不同土层土壤对可溶性有机氮、 碳的吸附特性研究
赵满兴 1，周建斌 2 *，延志莲 1
（1.延安大学 生命学院, 陕西 延安 716000; 2.西北农林科技大学 资源环境学院, 陕西 杨凌 712100 ）
IM isotherm 方程表明， 随着加入 SON 初始浓度的 增加，吸附平衡后土壤上 SON 单位吸附量在直线增 加； 在研究的范围内， 土壤对 SON 的吸附量还在增加， 说明 两种土层的 吸附位点尚 未达到饱和 程度 。 IM
isotherm 方程中 m（物质在土壤和溶液之间的分配系 数） 反映了吸附亲和力的大小， 由 m 值的大小关系可 知， 耕层对 SON 的吸附亲和力略大于母质层。由原始 质量吸附方程中参数 b 的意义可知， 当土壤中没有外
因此， 本文以黄土高原地区典型的农业土壤红油 土为研究对象， 研究了该土壤耕层和母质层对有机肥 碳的吸附特性， 旨在评价有机肥中 中可溶性有机氮 、 可溶性有机氮 、 碳在农田土壤不同层次中的迁移特 性， 为合理施用有机肥提供理论依据。
1
1.1
材料与方法
试验设计
供试土壤采自西北农林科技大学农作一站红油 土 （系统分类为普通土垫旱耕人为土 ） 的耕层和 3 m 母质层。将采集的土壤风干， 过 2 mm 筛， 采用常规土 壤分析方法测定土壤基本性状 [12]；耕层有机质含量 15.3 g kg- 1、 pH （H2O ）值 7.60、 粘粒含量 33.8%、 CaCO3 -1 含量 9.3%； 母质层有机质含量 7.41 g kg 、 pH （H2O ） 值 8.30、 粘粒含量 36.2 %、CaCO3 含量 15.49%[13]。 土壤可 溶性有机氮和碳采用蒸馏水浸提， 水土比为 10 ∶1 （质 量比 ） ， 振荡 30 min 后， 过 0.45 μm 滤膜备用。 供试有机肥为采自西北农林科技大学附近农村 的新鲜猪粪， 全 N 含量为 21.20 g kg- 1。猪粪用蒸馏水 提取， 提取液与有机肥的比例为 10 ∶1 （质量比） ， 浸提 液过 0.45 μm 滤膜备用。 测定滤液中 NO3 - N、 NH4+- N、 可 溶 性 有 机 碳 和 可 溶 性 总 氮 （total soluble nitrogen, TSN ） 的含量 （表 1 ） 。 将 滤 液 稀 释 成 0.0、 12.1、 24.2、 48.3、 96.6 mg L- 1 SON 和 0.0、 27.7、 55.3、 110.6、 221.2 mg L- 1 SOC 各 5 个 不同浓度梯度。 参照 Kaiser 等[14]的方法进行吸附试验，