吳麗蓉,宮麗娜,劉俊琢①,吳永紅

(1.土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 中國科學(xué)院南京土壤研究所,江蘇 南京 210008;2.中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049)

周叢生物(periphytic biofilms)是由藻類、細(xì)菌和非生物物質(zhì)交織在一起組成的微生物聚集體,廣泛生長在稻田表層土壤與田面水交界處,并在土-水界面養(yǎng)分轉(zhuǎn)化中發(fā)揮著重要作用[1-2]。周叢生物在生長過程中通過同化、吸附等方式來固持碳、氮、磷等養(yǎng)分,而在烤田環(huán)境下,周叢生物凋亡、腐解,將其固持的養(yǎng)分釋放到土壤中,并改變土壤pH、氧化還原電位(Eh)、土壤有機(jī)質(zhì)組成及土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)等理化性質(zhì)[3-4]。在周叢生物凋亡、腐解階段,其固定的碳、氮、磷等養(yǎng)分釋放到土壤中,補(bǔ)充土壤有機(jī)碳庫,減少稻田養(yǎng)分損失[5]。同時(shí),釋放的有機(jī)物易被土壤微生物降解,導(dǎo)致土壤中O2、Fe3+等電子受體被消耗,降低土壤Eh,影響土壤中鐵的氧化還原過程,并伴隨土壤磷形態(tài)及生物有效性變化[6-7]。然而,目前關(guān)于周叢生物對(duì)稻田環(huán)境影響的研究主要關(guān)注周叢生物生長過程[1],周叢生物質(zhì)腐解過程中土壤有機(jī)碳和不同形態(tài)磷的變化及它們之間的相互作用仍有待進(jìn)一步研究。

溶解性有機(jī)質(zhì)(dissolved organic matter, DOM)雖然占土壤有機(jī)質(zhì)不到2%,但卻是其中最活躍、最易被利用的組分[8]。在水稻土中,DOM不僅直接參與多種生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過程,而且是土壤微生物的活動(dòng)能源,在土壤碳循環(huán)中具有重要作用。周叢生物在生物質(zhì)腐解過程中會(huì)向土壤中釋放有機(jī)物,豐富土壤有機(jī)碳組分[4]?，F(xiàn)有研究表明DOM與鐵之間存在螯合、吸附、絡(luò)合和共沉淀等多種作用,因此DOM可以通過多種方式影響鐵形態(tài)[9]。此外,土壤DOM在提高磷的生物有效性中起著主要作用,LI等[10]研究表明土壤DOM腐殖化程度的增加會(huì)降低土壤礦物對(duì)磷的最大吸附能力。

鐵作為土壤中含量最高且氧化還原性質(zhì)活躍的金屬元素,在土壤中主要存在形態(tài)為各種氧化鐵,按化學(xué)方法可分為無定形氧化鐵(Feo)和游離態(tài)氧化鐵(Fed)[11]。通常可用無定形氧化鐵含量與游離態(tài)氧化鐵含量的比值(Feo/Fed)作為衡量氧化鐵活化度的指標(biāo),反映土壤中鐵氧化物的轉(zhuǎn)化情況[12]。一般Feo/Fed值與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系,且土壤氧化鐵活化后對(duì)磷酸根有強(qiáng)烈的吸附作用[13]。周叢生物在腐解過程中會(huì)塑造土壤還原環(huán)境,顯著促進(jìn)Fe3+還原[5]。而土壤中磷的有效性在很大程度上受鐵形態(tài)轉(zhuǎn)化的制約,當(dāng)Fe3+還原為Fe2+時(shí),土壤氧化鐵形態(tài)和結(jié)晶度發(fā)生改變,氧化鐵閉蓄的無機(jī)磷及鐵磷游離度增加,從而增加土壤中磷的生物有效性[14]。由于Feo的最大磷吸附容量和吸附強(qiáng)度均遠(yuǎn)大于Fed,因此Feo/Fed值越大,磷的生物有效性就越高[15]。同時(shí),DOM會(huì)與無機(jī)磷競爭鐵的吸附位點(diǎn),從而影響土壤磷的有效性。磷是作物生長的必要元素,但磷在土壤中易被固定,使其活性降低,因此磷的有效性是限制作物生長的主要因素之一。土壤中磷酸鋁鹽(Al-P)和磷酸鐵鹽(Fe-P)是有效磷的重要潛在供給源,而土壤中DOM和鐵的變化均會(huì)對(duì)土壤中Al-P、Fe-P產(chǎn)生影響,從而改變土壤中磷的有效性[16]。

前期研究[4]表明,周叢生物生物質(zhì)的腐解會(huì)增加土壤中溶解性有機(jī)碳(dissolved organic carbon,DOC)含量,尤其是類腐殖質(zhì)和類蛋白質(zhì)物質(zhì)含量,同時(shí)也會(huì)改變土壤中水溶性磷等不同形態(tài)磷含量。但目前對(duì)于周叢生物腐解過程如何影響土壤中DOM組分、鐵和磷的形態(tài)轉(zhuǎn)化以及碳、鐵、磷之間的耦合關(guān)系尚不清楚。利用傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜(FT-ICR MS)表征土壤DOM分子組成,通過開展微宇宙實(shí)驗(yàn)向水稻土中添加不同量的周叢生物,研究周叢生物腐解對(duì)土壤DOM組分、Fe2+含量、Feo/Fed值、不同形態(tài)磷含量的影響特征,并分析DOM、鐵和磷之間的相互關(guān)系,以便更加深入地了解周叢生物腐解對(duì)土壤中DOM、鐵、磷耦合過程的影響,為利用周叢生物提高土壤中磷的生物有效性提供理論依據(jù)。

本文研究結(jié)果顯示,實(shí)施優(yōu)質(zhì)護(hù)理服務(wù)模式的觀察組患者的骨折愈合時(shí)間顯著短于實(shí)施常規(guī)護(hù)理的對(duì)照組,關(guān)節(jié)功能恢復(fù)情況也顯著優(yōu)于對(duì)照組,觀察組的護(hù)理滿意度顯著優(yōu)于對(duì)照組,差異均有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。該研究結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)[5]報(bào)道相符。綜上所述,應(yīng)用優(yōu)質(zhì)護(hù)理服務(wù)模式對(duì)骨折患者進(jìn)行護(hù)理干預(yù),促進(jìn)骨折愈合,能夠顯著提高患者的骨折恢復(fù)優(yōu)良率,值得臨床上廣泛應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

為揭示周叢生物腐解對(duì)土壤DOM組分、Feo/Fed值及磷的生物有效性的影響,通過添加不同量的周叢生物進(jìn)行微宇宙實(shí)驗(yàn)。供試土壤采集于安徽蕪湖鏡湖區(qū)蔣家山常年種植水稻的稻田0～30 cm耕層土壤,土壤理化性質(zhì):pH為7.14±0.03,土壤總有機(jī)碳(TOC)含量為(16.13±0.36) g·kg-1,全氮含量為(1.95±0.14) g·kg-1,全磷含量為(874.08±8.18) mg·kg-1。將采集的新鮮土壤置于陰涼處風(fēng)干后挑出植物根系、石塊等非土壤部分,研磨過1 mm孔徑篩備用。周叢生物則是利用細(xì)胞刮刀從安徽蕪湖水稻田的土-水界面采得,并冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室。為了得到足量、穩(wěn)定、均一的周叢生物,在溫室條件下以工業(yè)用軟海綿為載體接種周叢生物,并定期按每1 L溶液添加1 mL Woods Hole培養(yǎng)基(WC)[17]的比例提供周叢生物生長所需營養(yǎng)元素,以備擴(kuò)大培養(yǎng)之用。刮取培養(yǎng)后的周叢生物并離心,備用。周叢生物理化性質(zhì):含水率w為(94.91±0.32)%,TOC含量為(411.01±68.84) g·kg-1(以干重計(jì)),全氮含量為(56.24±6.14) g·kg-1(以干重計(jì)),全磷含量為(7.07±0.26) g·kg-1(以干重計(jì))。

為模擬稻田烤田初始階段土壤環(huán)境,稱取60 g風(fēng)干土壤置于結(jié)晶皿(直徑為90 mm)中,并加入80 mL蒸餾水?dāng)嚢杈鶆?使得土壤水分狀況達(dá)到含水飽和至淺水層之間,隨后向土壤表層分別添加0、2、4、6、8和10 g周叢生物,對(duì)照組則不添加周叢生物,每個(gè)處理設(shè)置6個(gè)平行,同時(shí)將第1天土樣作為起始樣(為了排除加水后處理組產(chǎn)生的變化,設(shè)定起始樣)。將結(jié)晶皿用錫箔紙包裹置于26 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),全程無光照,模擬烤田,使周叢生物自然腐解。根據(jù)周叢生物質(zhì)的腐解程度,分別在14和28 d時(shí)采集每組處理3個(gè)平行樣中的土樣,土壤冷凍干燥研磨后過0.15 mm孔徑篩用于后續(xù)指標(biāo)測定。

1.2 測定指標(biāo)及方法

土壤TOC含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法[18]107測定。土壤全磷(TP)含量采用氫氧化鈉熔融,硫酸鉬銻抗比色法測定;土壤有效磷(Olsen-P)含量采用碳酸氫鈉凈提,鉬銻抗比色法測定;土壤無機(jī)磷〔Fe-P、Al-P和磷酸鈣鹽(Ca-P)〕含量采用不同凈提能力的化學(xué)浸提劑,將無機(jī)磷酸鹽加以逐級(jí)分離,再用鉬銻抗比色法[18]56測定。Fe2+含量通過2,2′-聯(lián)吡啶分光光度法測定;土壤Feo和Fed含量分別采用草酸-草酸銨溶液和連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-重碳酸氫鈉溶液提取,鄰菲羅啉比色法[18]60測定。取3 g土壤溶于15 mL超純水,并振蕩離心,隨后將上清液過0.45 μm孔徑濾膜,使用總有機(jī)碳分析儀(TOC-LCPH,島津)測定DOC含量[19]。

添加周叢生物處理Feo/Fed也有所增加(圖2)。當(dāng)周叢生物腐解14 d時(shí),對(duì)照組土壤Feo/Fed值為1.21±0.11,而添加周叢生物處理均高于對(duì)照組,最高為1.56±0.08(周叢生物添加量為8 g),相較于起始樣增加130.44%。隨腐解時(shí)間增加,對(duì)照組Feo/Fed值顯著降低(P<0.05),下降到0.81±0.04,而除添加8 g周叢生物處理外,其他添加周叢生物處理變化不顯著。Feo/Fed值的變化主要是由Feo含量變化導(dǎo)致。當(dāng)周叢生物腐解14 d時(shí),由于土壤氧化還原狀態(tài)改變,Feo含量增加,土壤吸附和還原作用增強(qiáng);當(dāng)腐解28 d時(shí),與Fe2+含量變化規(guī)律不同,各處理Feo含量均有所下降,對(duì)照組下降最明顯,這表明周叢生物腐解可在一定程度上維持土壤Feo/Fed值。

和田所處的南疆地區(qū)脫貧攻堅(jiān)存在貧困面積廣、脫貧難度大、生態(tài)環(huán)境脆弱、工業(yè)化城鎮(zhèn)化水平低、社會(huì)發(fā)展滯后等諸多制約，是新疆扶貧攻堅(jiān)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，此次捐助將用于喀什塔什鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，助力當(dāng)?shù)胤鲐毠?jiān)。

將FT-ICRMS光譜絕對(duì)峰強(qiáng)度歸一化為相對(duì)峰強(qiáng)度,并根據(jù)分子式計(jì)算元素比、芳香指數(shù)(modified aromatic index,AI)和H/C值?；贒OM化合物的特性,將DOM分子簡單分類為惰性組分(H/C<1.5)和不穩(wěn)定組分(H/C≥1.5),或詳細(xì)分類為木質(zhì)素類(lignin-like)(O/C=0.1～0.67,H/C=0.7～1.5,AI<0.67)、單寧類(tannin-like)(O/C=0.67～1.2,H/C=0.5～1.5,AI<0.67)、稠環(huán)芳烴類(condensed aromatic-like)(O/C=0～0.67,H/C=0.2～0.7,AI≥0.67)、不飽和烴類(unsaturated hydrocarbon-like)(O/C=0～0.1,H/C=0.7～1.0)、脂質(zhì)類(lipid-like)(O/C=0～0.3,H/C=1.5～2.0)、碳水化合物類(carbohydrate-like)(O/C=0.67～1.2,H/C=1.5～2.0)和蛋白質(zhì)/氨基糖類(protein/aminoacid-like)(O/C=0.3～0.67,H/C=1.5～2.2,N/C≥0.05)等物質(zhì)[20-21]。

為了查明在周叢生物腐解情況下土壤中DOM、鐵和磷的耦合關(guān)系,對(duì)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行主成分分析(PCA)和相關(guān)性分析。其中,根據(jù)DOM各組分相對(duì)豐度及變化程度選擇單寧類、木質(zhì)素類和脂質(zhì)類物質(zhì)作為DOM的重要組分進(jìn)行分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2019處理原始數(shù)據(jù),所有結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用SPSS 22.0進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)后,采用最小顯著差數(shù)(LSD)法進(jìn)行多重比較(P<0.05)。采用R的vegan包[25]進(jìn)行PCA分析,首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,然后計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣、特征值和特征向量,最后選擇主成分1(PC1)和主成分2(PC2),計(jì)算綜合評(píng)價(jià)值,并作圖。采用R的vegan包進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析,計(jì)算各指標(biāo)之間的相關(guān)性。

周叢生物腐解增加了土壤DOC含量,同時(shí)也改變了土壤DOM組分(圖1)。周叢生物腐解14 d時(shí),除添加2 g周叢生物處理外,其他添加周叢生物處理土壤DOC含量相較于對(duì)照均顯著增加(P<0.05),且相較于起始樣增加20.30%～77.28%,而對(duì)照僅增加2.11%,其中,添加10 g周叢生物處理土壤DOC含量最高,為(0.78±0.02) g·kg-1。周叢生物腐解28 d時(shí)各處理土壤DOC含量均低于14 d時(shí),但土壤DOC含量隨周叢生物添加量增加而增加,且添加8和10 g周叢生物處理DOC含量顯著高于其他處理(P<0.05),這表明周叢生物腐解增加了土壤DOC含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 周叢生物腐解過程對(duì)土壤DOC含量和DOM組分的影響

在撫育管理方面，林地間作不科學(xué)、不合理；林地?fù)嵊芾聿患皶r(shí)，管理經(jīng)營粗放，導(dǎo)致原有油茶林地灌木和雜草瘋狂生長，造成與油茶爭光、爭水、爭養(yǎng)分，使得油茶長勢頹廢不健壯、欠佳。

由PCA及相關(guān)性分析可知,土壤中鐵的還原性與磷形態(tài)轉(zhuǎn)化有著密切聯(lián)系,同時(shí),周叢生物腐解改變了土壤DOM組分,而DOM不同組分也在不同程度上影響鐵的還原性和磷的形態(tài)。

英文大寫字母不同表示周叢生物腐解14 d時(shí)各處理間土壤DOC含量差異顯著,英文小寫字母不同表示周叢生物腐解28 d時(shí)各處理間土壤DOC含量差異顯著,*表示同一處理不同腐解時(shí)間之間土壤DOC含量差異顯著(P<0.05)。

各處理土壤中惰性DOM組分相對(duì)豐度為63.76%～79.42%(圖1)。當(dāng)周叢生物腐解14 d時(shí),各處理土壤DOM中單寧類、稠環(huán)芳烴類和碳水化合物類物質(zhì)相對(duì)豐度相較于起始樣均有所增加,且添加周叢生物處理增加更多,而木質(zhì)素類物質(zhì)則有所減少。其中,對(duì)照組木質(zhì)素類和單寧類物質(zhì)相對(duì)豐度分別為44.32%和19.84%,添加8 g周叢生物處理與對(duì)照差別最大,其木質(zhì)素類和單寧類物質(zhì)相對(duì)豐度分別為28.90%和29.57%。當(dāng)周叢生物腐解28 d時(shí),添加周叢生物處理土壤DOM中單寧類和碳水化合物類物質(zhì)相對(duì)豐度高于對(duì)照組,而木質(zhì)素類和脂質(zhì)類物質(zhì)相對(duì)豐度則低于對(duì)照組。綜上所述,周叢生物腐解過程存在土壤DOM組分轉(zhuǎn)化,最明顯的是單寧類物質(zhì)相對(duì)豐度增加,而木質(zhì)素類物質(zhì)相對(duì)豐度降低。

2.2 周叢生物腐解過程對(duì)土壤Fe2+及Feo/Fed的影響

由圖4可知,PCA分析結(jié)果表明對(duì)照組與添加周叢生物處理之間土壤理化性質(zhì)存在差異,說明周叢生物腐解對(duì)土壤中DOM、鐵、磷均有影響。當(dāng)周叢生物腐解14 d時(shí),各處理間DOC含量、木質(zhì)素類物質(zhì)相對(duì)豐度、單寧類物質(zhì)相對(duì)豐度、Fe-P含量、Fe2+含量和Feo/Fed值存在明顯差異;而當(dāng)腐解28 d時(shí),各處理之間差異主要表現(xiàn)在DOC含量、單寧類物質(zhì)相對(duì)豐度、Al-P含量、Fe2+含量和Feo/Fed值上。此外,在周叢生物腐解不同階段,土壤木質(zhì)素類物質(zhì)相對(duì)豐度、脂質(zhì)類物質(zhì)相對(duì)豐度和Fe-P含量也存在明顯差異。

同一幅圖中,英文大寫字母不同表示周叢生物腐解14 d時(shí)各處理間某指標(biāo)差異顯著,英文小寫字母不同表示周叢生物腐解28 d時(shí)各處理間某指標(biāo)差異顯著,*表示同一處理不同腐解時(shí)間之間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

DOM分子組成采用FT-ICR MS測定。具體而言,將2 g土樣與20 mL超純水混合,在(25±1) ℃條件下振蕩8 h后,將上清液通過0.22 μm孔徑纖維素酯膜過濾,得到上清液DOM,并用1 mol·L-1鹽酸將樣品溶液pH調(diào)節(jié)至2.0。首先將SPE柱(Agilent Bond Elut PPL,500 mg,6 mL)先后用甲醇(色譜純)和0.01 mol·L-1鹽酸淋洗活化,然后向柱子中緩慢加入一定量樣品(為了達(dá)到送樣標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)樣品DOC濃度及濃縮時(shí)損失率50%計(jì)算樣品體積,要求最后DOM質(zhì)量濃度約為100 mg·L-1),樣品流完后加入0.01 mol·L-1鹽酸淋洗柱子,以除去鹽分。最后用甲醇洗脫,收集洗脫液并用氮吹至甲醇完全揮發(fā)得到濃縮樣品。樣品在-20 ℃冰箱內(nèi)保存,并在FT-ICR MS測量前采用1 mL甲醇溶解。樣品用Bruker公司SolariX型FT-ICR MS檢測、校正,匹配分子式。最后對(duì)初步結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步篩選,保留m/z值為100～800 Da的質(zhì)譜峰,并計(jì)算各分子式的H/C和O/C值,保留0.3

2.3 周叢生物腐解過程對(duì)土壤磷組分的影響

周叢生物腐解促進(jìn)土壤磷轉(zhuǎn)化,增加土壤中磷有效性。各處理土壤Olsen-P含量在周叢生物腐解14 d時(shí)相較于起始樣均顯著增加(P<0.05),但28 d時(shí)Olsen-P含量有所減少,且對(duì)照組減少最多,下降(11.24±2.51) mg·kg-1(圖3)。當(dāng)周叢生物腐解28 d時(shí),添加周叢生物處理土壤Olsen-P含量均高于對(duì)照組,最高為(64.21±5.07) mg·kg-1(周叢生物添加量為10 g)。這說明周叢生物腐解有利于增加土壤中磷有效性。

Ca-P、Fe-P和Al-P分別為磷酸鈣鹽、磷酸鐵鹽和磷酸鋁鹽。同一幅圖中,英文大寫字母不同表示周叢生物腐解14 d時(shí)各處理間某指標(biāo)差異顯著,英文小寫字母不同表示周叢生物腐解28 d時(shí)各處理間某指標(biāo)差異顯著,*表示同一處理不同腐解時(shí)間之間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

相較于Olsen-P,土壤中Fe-P和Al-P變化幅度較大。由圖3可知,當(dāng)周叢生物腐解14 d時(shí),添加6、8和10 g周叢生物處理土壤無機(jī)磷含量高于對(duì)照組,而添加2和4 g周叢生物處理低于對(duì)照組,各處理之間差別主要在Al-P和Fe-P含量上。添加周叢生物處理土壤Al-P含量均顯著高于起始樣(P<0.05),最高值為(149.84±10.45) mg·kg-1(周叢生物添加量為10 g)。就Fe-P含量而言,周叢生物添加量越多,Fe-P含量越高,但只有添加8和10 g周叢生物處理土壤Fe-P含量高于對(duì)照。而當(dāng)周叢生物腐解28 d時(shí),添加周叢生物處理土壤無機(jī)磷含量均高于對(duì)照,Al-P含量相較于腐解14 d時(shí)均顯著減少(P<0.05)。同時(shí),對(duì)照組土壤Fe-P含量減少,而添加周叢生物處理土壤Fe-P含量均增加,其中,添加4 g周叢生物處理增加量最多,增加(125.74±19.14) mg·kg-1。這表明周叢生物腐解對(duì)土壤中磷形態(tài)的轉(zhuǎn)化有較大影響。

就土壤中鐵而言,周叢生物腐解后土壤Fe2+含量和氧化鐵還原性顯著增加。未添加周叢生物處理土壤Feo/Fed值與起始樣有明顯差異,這是因?yàn)樵囼?yàn)初始向干土中添加蒸餾水,使土壤從干土狀態(tài)變?yōu)檠退疇顟B(tài),處于厭氧環(huán)境,鐵對(duì)氧化還原環(huán)境非常敏感,因此Feo/Fed值增加,但腐解28 d時(shí),土壤Feo/Fed值顯著下降。而添加周叢生物處理Fe2+含量顯著高于對(duì)照組,且Feo/Fed值變化趨勢也不同,這表明土壤中鐵形態(tài)的變化不僅受到淹水條件影響,更多的是受到周叢生物腐解的影響。

2.4 周叢生物腐解對(duì)DOM、鐵和磷耦合的影響

周叢生物腐解過程中土壤Fe2+含量顯著增加,Feo/Fed值增加,土壤還原性增強(qiáng)(圖2)。當(dāng)周叢生物腐解14 d時(shí),對(duì)照組土壤Fe2+含量無明顯變化,為(0.10±0.002) g·kg-1,而添加周叢生物處理Fe2+含量均顯著高于對(duì)照組(P<0.05),添加8 g周叢生物處理Fe2+含量最高,為(0.60±0.08) g·kg-1,是起始樣的3.05倍。這說明周叢生物腐解過程顯著增加土壤Fe2+含量。當(dāng)腐解28 d時(shí),除添加8 g周叢生物處理外,其他添加周叢生物處理土壤Fe2+含量相較于14 d時(shí)均顯著增加,也顯著高于對(duì)照(P<0.01),最高為(0.76±0.08) g·kg-1(周叢生物添加量為6 g)。這表明周叢生物腐解改變了土壤中氧化還原狀態(tài),促使土壤中鐵轉(zhuǎn)化,從而使得Fe2+含量增加。

Fe-P為磷酸鐵鹽,Al-P為磷酸鋁鹽,Olsen-P為土壤有效磷,TP為土壤全磷,Feo/Fed為氧化鐵活化度,DOC為溶解性有機(jī)碳。*表示P<0.05,**表示P<0.01,***表示P<0.001。

由圖4可知,相關(guān)性分析結(jié)果表明Fe2+含量與Fe-P和TP含量之間均呈顯著正相關(guān),而Feo/Fed值與Al-P含量之間呈顯著正相關(guān),說明土壤中Fe形態(tài)的變化直接影響不同形態(tài)磷含量及轉(zhuǎn)化。DOM中單寧類、木質(zhì)素類和脂質(zhì)類物質(zhì)相對(duì)豐度與土壤中鐵和磷均呈顯著相關(guān),其中,單寧類物質(zhì)相對(duì)豐度與Al-P含量和Feo/Fed值之間均呈顯著正相關(guān),而木質(zhì)素類相對(duì)豐度則與Al-P含量和Feo/Fed值之間均呈顯著負(fù)相關(guān)。

超支化聚合物的制備采用較多的方法為“一步法”，又稱“一鍋法”，即通過一步反應(yīng)即可獲得產(chǎn)物，其合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)不明確，產(chǎn)率較低[12]。本文采用分步法，通過分步合成陽離子超支化硅油，可以明確每步合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，超支化硅油的性能將能夠被設(shè)計(jì)與調(diào)控[13]。先合成雙端環(huán)氧硅油為封端劑，以3-[(2,3)-環(huán)氧丙烷]丙基甲基二甲氧基硅烷為偶聯(lián)劑，四甲基氫氧化銨(TMAH)為催化劑，八甲基環(huán)四硅氧烷(D4)為原料，通過本體聚合法制備ESESO，然后用三甲胺鹽酸鹽作陽離子化試劑合成CHSOS。重點(diǎn)研究了反應(yīng)溫度、陽離子試劑用量、反應(yīng)時(shí)間、溶劑用量，對(duì)CHSOS產(chǎn)率的影響。

在進(jìn)入二十一世紀(jì)后，世界形成了更健康、更科學(xué)、更完美的社會(huì)文明，此時(shí)，綠色已經(jīng)成為人們的一種價(jià)值觀念，全方面改變了人們的衣食住行，有效改善了生態(tài)環(huán)境。對(duì)此，在畜牧業(yè)方面，為推動(dòng)其的可持續(xù)發(fā)展，也應(yīng)積極發(fā)展生態(tài)畜牧業(yè)，充分利用生態(tài)系統(tǒng)中的生物工程和諧技術(shù)，將物質(zhì)能量進(jìn)行多層次的循環(huán)，以此降低廢物的產(chǎn)生，推動(dòng)畜牧業(yè)生產(chǎn)的系統(tǒng)化，促進(jìn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3 討論

3.1 周叢生物腐解對(duì)DOM的影響

在腐解過程中,周叢生物可視為外源有機(jī)質(zhì),且比其他有機(jī)質(zhì)組分更易被微生物降解和利用,因此周叢生物腐解對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量和分子組成的影響不容忽視[23-24]。筆者研究中添加周叢生物處理土壤DOC含量均顯著高于對(duì)照組,這說明周叢生物在腐解過程中會(huì)向土壤釋放有機(jī)碳。然而,隨著腐解時(shí)間增加,DOC含量有所下降,這可能與土壤中微生物分解和消耗有關(guān)[5,25]。筆者研究結(jié)果表明周叢生物腐解會(huì)使土壤DOM組分發(fā)生變化,與對(duì)照組相比,添加周叢生物處理土壤中單寧類物質(zhì)等惰性DOM組分增加。這是由于周從生物腐解過程會(huì)釋放有機(jī)質(zhì),其中的不穩(wěn)定DOM組分易被土壤微生物快速礦化并以CO2形式流失,而惰性DOM組分則更穩(wěn)定并保留在土壤中[20]。

3.2 周叢生物腐解對(duì)鐵的影響

工作在升壓模式:DC-DC變換器輸入為鋰電池端,輸出為直流電機(jī),電機(jī)額定電壓為30 V,額定電流為1.2 A。待鋰電池較長時(shí)間放電后,兩端電壓降低,取整數(shù)電壓點(diǎn)測量。測試結(jié)果如表4所示。

墾區(qū)各地堅(jiān)持融會(huì)貫通，學(xué)以致用，切實(shí)把習(xí)近平總書記重要講話精神貫徹到具體目標(biāo)、思路、措施中，不斷實(shí)化細(xì)化具體化。

添加周叢生物處理土壤Fe2+含量增加,這主要是由于周叢生物腐解過程向土壤中釋放細(xì)胞分泌物和生物碎屑,土壤中微生物呼吸作用增強(qiáng),O2消耗增加,使土壤形成并維持較長時(shí)間的厭氧強(qiáng)還原環(huán)境。同時(shí)土壤微生物分解碳源,消耗DOC以及O2、Fe3+等電子受體,降低界面土壤Eh,促使Fe3+還原[5,7]。

3.3 周叢生物腐解對(duì)磷含量和形態(tài)的影響

從筆者研究結(jié)果可知,周叢生物腐解增加了土壤磷含量,也改變了無機(jī)磷形態(tài),增加磷的有效性,且這與DOM和鐵形態(tài)的變化有很強(qiáng)相關(guān)性。首先,周叢生物具有捕獲和富集磷的能力,因此腐解時(shí)會(huì)將自身存儲(chǔ)的磷釋放到土壤中,增加土壤磷含量[2,26]。其次,周叢生物腐解通過影響土壤DOM組成和鐵的形態(tài),在一定程度上影響著土壤中磷的吸附,從而影響磷的有效性[10,14-15]。正因?yàn)橹軈采锔鈱?duì)磷影響的復(fù)雜性,才導(dǎo)致筆者試驗(yàn)中不同周叢生物添加量處理磷含量和形態(tài)出現(xiàn)不同變化。腐解14 d時(shí),添加2、4 g周叢生物處理無機(jī)磷含量低于對(duì)照組,而添加6、8和10 g周叢生物處理無機(jī)磷含量高于對(duì)照組,這可能是由于周叢生物腐解釋放的磷含量與其添加量有關(guān),添加量越多,釋放的磷含量越多,但其對(duì)土壤磷吸附和無機(jī)磷轉(zhuǎn)化的影響在添加量為4、6 g時(shí)達(dá)到最大。上述分析表明,周叢生物腐解不僅增加土壤中磷含量,還影響磷的吸附,增加磷的有效性。

3.4 周叢生物腐解對(duì)DOM、鐵及磷耦合的影響

在周叢生物腐解過程中,土壤DOM組分、鐵含量及形態(tài)與磷含量之間存在一定相關(guān)性。周叢生物腐解促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)分解,增加土壤DOM中單寧類物質(zhì)相對(duì)豐度,這都能促進(jìn)Fe3+的還原,提高Feo/Fed值,增加鐵的還原性[27-28];同時(shí),有研究表明DOM中木質(zhì)素類、單寧類和稠環(huán)芳烴類物質(zhì)等惰性組分比例較高時(shí),更能有效降低磷的吸附,提高土壤磷的有效性[10]。這解釋了筆者相關(guān)性分析結(jié)果中單寧類物質(zhì)相對(duì)豐度與Feo/Fed值和Al-P含量均呈顯著正相關(guān)(圖4),表明周叢生物腐解增加DOC含量,改變土壤DOM組分,增加單寧類物質(zhì),對(duì)土壤中鐵的還原性和磷的有效性增加有積極作用。

試驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)生相同的一名教師授課，選用的教材相同。理論和試驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)相同。兩組課堂采用的教材、授課計(jì)劃和所用PPT內(nèi)容相同。

Fe-P作為土壤中磷的一個(gè)重要賦存形式,對(duì)Fe3+的還原有著較為敏感的響應(yīng)[6],而周叢生物腐解改變了土壤中氧化還原狀態(tài),Fe2+含量增加,土壤氧化鐵形態(tài)和結(jié)晶度發(fā)生改變,氧化鐵閉蓄的無機(jī)磷及鐵磷游離度隨之增加,土壤中磷的有效性也增加[3,14-15]。此外,土壤中鐵礦物能夠大量吸附DOM,且優(yōu)先吸附其中的芳香族化合物,而在還原環(huán)境下,鐵還原時(shí)可以釋放其吸附的DOM[29]。這解釋了筆者相關(guān)性分析結(jié)果中Feo/Fed值與Al-P含量、DOC含量及Fe2+含量呈顯著正相關(guān)(圖4),表明周叢生物腐解促進(jìn)了土壤中鐵的還原,進(jìn)一步增加了土壤中DOM含量,并影響土壤中磷形態(tài)轉(zhuǎn)化。

綜上所述,周叢生物腐解直接影響土壤中DOM組成、鐵形態(tài)和磷含量,同時(shí)DOM、鐵和磷3者之間存在相互作用,相互影響,最終增加了磷的有效性。

4 結(jié)論

(1)周叢生物腐解過程中,土壤DOC含量顯著增加,DOM中單寧類物質(zhì)等惰性組分增加,同時(shí)Fe2+含量和Feo/Fed值增加,土壤還原性增強(qiáng)。

(2)周叢生物腐解增加了土壤無機(jī)磷含量,且改變磷形態(tài),提高土壤中磷的生物有效性,這與周叢生物腐解的直接影響以及DOM、鐵和磷之間的相互作用有關(guān)。