不同施肥条件下旱地红壤铁铝氧化物转化与固碳机理研究
发布时间：2023-08-07 17:39
土壤有机碳(SOC)是地球上最大的活性碳库。SOC固持是全球生物地球化学过程的核心,在减缓全球气候变化以及保持土壤肥力、确保农业生产中发挥着重要作用。近年来原位光谱学观测技术在土壤学研究中发展迅速。研究者运用这类技术表明有机碳在土壤中的长期固持不是由其分子结构决定的,而主要是由其所处生态系统决定。SOC与无机矿物,特别是纳米尺度的铁铝氧化物通过表面相互作用形成有机无机复合体,在更长时间尺度上控制着SOC固持。同时,有机无机复合体中不同类型铁铝氧化物与SOC相互作用。弱晶态铁铝氧化物更有助于SOC的稳定,有机物的种类和数量也影响着不同类型铁铝氧化物之间的相互转化。施肥作为一项基本农艺措施,显著改变土壤物理化学和生物特征,进而影响SOC的含量、组成及结构,同时也对在纳米尺度上的铁铝氧化物分子晶态结构有显著影响。此外,微生物介导的铁氧化还原循环在土壤中广泛存在,显著影响着土壤中铁(氢)氧化物的晶态结构,并受到长期不同施肥的微观调控。然而,长期施肥对土壤中铁铝氧化物与SOC相互作用的影响,以及微生物介导的铁氧化还原循环在其中发挥的作用,目前尚不清楚。本论文以长期定位施肥试验站的红壤样品为研究对...
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略语及专有词汇检索表
第一章 文献综述
1 土壤有机碳固持
1.1 土壤有机碳固持的重要性
1.2 土壤有机无机复合体在有机碳固持中的作用
2 长期施肥对土壤有机无机复合体影响机制
2.1 长期施肥试验
2.2 长期施肥对土壤有机碳含量和铁铝氧化物结构的影响
3 长期施肥对土壤中铁(氢)氧化物晶态结构的影响
3.1 土壤微生物介导的铁氧化还原循环
3.2 有机物在铁氧化还原循环中的作用
4 土壤铁铝氧化物以及有机质含量和结构的研究方法
4.1 土壤中铁铝氧化物形态结构的研究方法
4.2 红外光谱研究土壤矿物有机物相互作用
5 研究目的与意义
6 技术路线
第二章 长期施肥对红壤中铝氧化物形态结构的影响
1 引言
2 试验材料与方法
2.1 供试土壤样品
2.2 样品提取与测定
3 结果与分析
3.1 长期施肥对土壤pH以及总有机碳含量的影响
3.2 长期施肥红壤中不同铝组分的含量分布
3.3 土壤水分散胶体的铝配位状态研究
3.4 土壤水分散胶体的傅里叶红外一维光谱分析
3.5 土壤DOM与Al络合的二维红外光谱研究
3.6 土壤水分散胶体中纳米矿物形态
3.7 不同形态铝与土壤SOC以及pH相关性分析
3.8 有机肥中的总铝以及弱晶态铝含量
4 讨论
5 小结
第三章 长期施肥对红壤中铁氧化物形态结构的影响
1 引言
2 材料与方法
2.1 供试土壤
2.2 土壤总铁(Fet)含量测定
2.3 土壤水分散胶体中铁(Feco)含量的测定
2.4 CBD方法提取土壤活性铁(Fed)
2.5 弱结晶态Fe(Feam)以及与有机质结合态铁(Fep)的提取
2.6 土壤水分散胶体的Fe K边同步辐射X射线近边吸收结构(XANES)
2.7 土壤水分散胶体扫描透射X射线显微镜(STXM)以及NEXAFS分析
3 结果分析
3.1 长期施肥土壤中不同形态的Fe含量分布
3.2 水分散胶体扫描透射X射线显微镜(STXM)以及NEXAFS分析
3.3 土壤水分散胶体的Fe K边X射线近边吸收结构(XANES)图谱
4 讨论
5 小结
第四章 有机物在土壤铁矿物转化中的作用
1 引言
2 材料与方法
2.1 供试土壤
2.2 土壤水分散胶体与DOM提取
2.3 室内模拟水铁矿老化试验
2.4 土壤水分散胶体的光电子能谱(XPS)分析
3 结果分析
3.1 室内模拟老化试验样品的X射线衍射(XRD)分析
3.2 室内模拟老化试验样品的Fe K边XANES分析
3.3 长期施肥土壤水分散胶体XPS分析
3.4 长期施肥土壤中有机C组分与Fe组分的相关性分析
4 讨论
5 小结
第五章 长期施肥土壤中微生物介导的铁氧化还原循环
1 引言
2 材料与方法
2.1 供试土壤
2.2 土壤中DOC、NH4
+、NO3
-、Mn和土壤容重测定
2.3 铁微生物氧化还原循环培养试验
3 结果分析
3.1 长期施肥土壤基本理化指标
3.2 培养过程中溶液Fe(Ⅱ)、总铁浓度变化趋势
3.3 培养过程中溶液NO3
-,NO2
-,NH4
+变化趋势
3.4 培养过程中微生物变化趋势
3.5 培养过程中水铁矿的转换
4 讨论
4.1 长期施肥对Fe氧化还原微生物群落结构的影响
4.2 土壤Fe氧化还原微生物群落结构变化对水铁矿晶态结构转换的影响
4.3 施肥对铁氧化还原细菌群落结构影响的可能机制
4.4 本研究在环境生物地球循环中的应用
5 小结
第六章 长期施肥土壤中铁矿物与DOM结合机制
1 引言
2 材料与方法
2.1 供试土壤
2.2 土壤水分散胶体与DOM提取
2.3 水铁矿合成
2.4 水铁矿与DOM的吸附试验
2.5 水铁矿与DOM的共沉降试验
2.6 吸附和共沉降样品的同步辐射X射线吸收精细结构表征
2.7 难溶性OM-Fe复合体同步辐射红外显微成像(SR-FTIR)
2.8 解吸试验
3 结果分析
3.1 共沉降与吸附反应前后的体系C/Fe摩尔比
3.2 同步辐射X射线吸收精细结构表征
3.3 难溶性OM-Fe复合体同步辐射红外显微成像(SR-FTIR)
3.4 DOM与水铁矿的吸附/沉降复合体解吸分析
4 讨论
5 小结
全文结论
研究展望
论文创新点
参考文献
致谢
攻读博士学位期间已(待)发表的论文
作者简介
本文编号：3840061
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略语及专有词汇检索表
第一章 文献综述
1 土壤有机碳固持
1.1 土壤有机碳固持的重要性
1.2 土壤有机无机复合体在有机碳固持中的作用
2 长期施肥对土壤有机无机复合体影响机制
2.1 长期施肥试验
2.2 长期施肥对土壤有机碳含量和铁铝氧化物结构的影响
3 长期施肥对土壤中铁(氢)氧化物晶态结构的影响
3.1 土壤微生物介导的铁氧化还原循环
3.2 有机物在铁氧化还原循环中的作用
4 土壤铁铝氧化物以及有机质含量和结构的研究方法
4.1 土壤中铁铝氧化物形态结构的研究方法
4.2 红外光谱研究土壤矿物有机物相互作用
5 研究目的与意义
6 技术路线
第二章 长期施肥对红壤中铝氧化物形态结构的影响
1 引言
2 试验材料与方法
2.1 供试土壤样品
2.2 样品提取与测定
3 结果与分析
3.1 长期施肥对土壤pH以及总有机碳含量的影响
3.2 长期施肥红壤中不同铝组分的含量分布
3.3 土壤水分散胶体的铝配位状态研究
3.4 土壤水分散胶体的傅里叶红外一维光谱分析
3.5 土壤DOM与Al络合的二维红外光谱研究
3.6 土壤水分散胶体中纳米矿物形态
3.7 不同形态铝与土壤SOC以及pH相关性分析
3.8 有机肥中的总铝以及弱晶态铝含量
4 讨论
5 小结
第三章 长期施肥对红壤中铁氧化物形态结构的影响
1 引言
2 材料与方法
2.1 供试土壤
2.2 土壤总铁(Fet)含量测定
2.3 土壤水分散胶体中铁(Feco)含量的测定
2.4 CBD方法提取土壤活性铁(Fed)
2.5 弱结晶态Fe(Feam)以及与有机质结合态铁(Fep)的提取
2.6 土壤水分散胶体的Fe K边同步辐射X射线近边吸收结构(XANES)
2.7 土壤水分散胶体扫描透射X射线显微镜(STXM)以及NEXAFS分析
3 结果分析
3.1 长期施肥土壤中不同形态的Fe含量分布
3.2 水分散胶体扫描透射X射线显微镜(STXM)以及NEXAFS分析
3.3 土壤水分散胶体的Fe K边X射线近边吸收结构(XANES)图谱
4 讨论
5 小结
第四章 有机物在土壤铁矿物转化中的作用
1 引言
2 材料与方法
2.1 供试土壤
2.2 土壤水分散胶体与DOM提取
2.3 室内模拟水铁矿老化试验
2.4 土壤水分散胶体的光电子能谱(XPS)分析
3 结果分析
3.1 室内模拟老化试验样品的X射线衍射(XRD)分析
3.2 室内模拟老化试验样品的Fe K边XANES分析
3.3 长期施肥土壤水分散胶体XPS分析
3.4 长期施肥土壤中有机C组分与Fe组分的相关性分析
4 讨论
5 小结
第五章 长期施肥土壤中微生物介导的铁氧化还原循环
1 引言
2 材料与方法
2.1 供试土壤
2.2 土壤中DOC、NH4
+、NO3
-、Mn和土壤容重测定
2.3 铁微生物氧化还原循环培养试验
3 结果分析
3.1 长期施肥土壤基本理化指标
3.2 培养过程中溶液Fe(Ⅱ)、总铁浓度变化趋势
3.3 培养过程中溶液NO3
-,NO2
-,NH4
+变化趋势
3.4 培养过程中微生物变化趋势
3.5 培养过程中水铁矿的转换
4 讨论
4.1 长期施肥对Fe氧化还原微生物群落结构的影响
4.2 土壤Fe氧化还原微生物群落结构变化对水铁矿晶态结构转换的影响
4.3 施肥对铁氧化还原细菌群落结构影响的可能机制
4.4 本研究在环境生物地球循环中的应用
5 小结
第六章 长期施肥土壤中铁矿物与DOM结合机制
1 引言
2 材料与方法
2.1 供试土壤
2.2 土壤水分散胶体与DOM提取
2.3 水铁矿合成
2.4 水铁矿与DOM的吸附试验
2.5 水铁矿与DOM的共沉降试验
2.6 吸附和共沉降样品的同步辐射X射线吸收精细结构表征
2.7 难溶性OM-Fe复合体同步辐射红外显微成像(SR-FTIR)
2.8 解吸试验
3 结果分析
3.1 共沉降与吸附反应前后的体系C/Fe摩尔比
3.2 同步辐射X射线吸收精细结构表征
3.3 难溶性OM-Fe复合体同步辐射红外显微成像(SR-FTIR)
3.4 DOM与水铁矿的吸附/沉降复合体解吸分析
4 讨论
5 小结
全文结论
研究展望
论文创新点
参考文献
致谢
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作者简介
本文编号：3840061
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