孫喆華 汪艷如 柏松
(西南民族大學化學與環境保護工程學院 四川成都 610041)
土壤有機碳庫是陸地生態系統的最大碳庫,在全球碳循環和全球氣候變化中起重要作用[1]。研究表明,土壤有機碳庫減少0.1%將導致大氣CO2濃度相應增加1mg/L;全球土壤有機碳10%轉化為CO2,其數量將超過30年來人類CO2的總量排放,并對全球氣候變化產生重要影響[2]。在全球氣候變暖壓力下,如何進一步增加土壤碳蓄積,減少CO2排放,緩解全球氣候變暖已成為世界各國關注的焦點。
納米Fe2O3是廣泛應用的磁性材料,在醫藥、化工、材料、建筑、環境等眾多領域的應用日益增多。由于土壤具有磁性,土壤磁場的改變會對其理化性質、微生物和酶活性產生影響[3-4]]。因此,具有磁性的Fe2O3納米粒子進入土壤生態系統,很有可能通過影響土壤微生物活性,進而影響微生物對土壤有機碳的分解礦化能力,并最終對土壤有機碳庫產生一定影響。因此,深入探討Fe2O3納米顆粒對土壤分解礦化能力的影響是十分重要的。為此,本項目擬通過室內培養實驗,研究Fe2O3納米粒子對土壤有機碳分解礦化能力的影響,為更好的了解土壤有機碳庫變化的機制提供新思路。
納米α-Fe2O3購買于晶試劑有限公司,純度99.5%,平均粒徑為30nm,形狀為球形。供試土樣為高山草甸土,采至四川若爾蓋高原。土壤樣品經風干研磨過2mm篩用于土壤性質和土壤呼吸指標的測定。
土壤顆粒組成采用吸管法測定;土壤pH值按水土比為2.5:1制成懸浮液,玻璃電極測定;土壤全N采用半微量開氏法;有機碳含量用重鉻酸鉀-硫酸氧化外加熱法。全P采用酸溶-鉬銻抗比色法;土壤呼吸采用土壤CO2原位測定儀測定。
取10g風干土壤于500mL培養瓶中,分別按0,5,10,20,30,40g·kg-1加入納米Fe2O3,同時以未加納米Fe2O3的土樣作為對照,保持土壤水分為60%田間持水量,置于25℃恒溫培養箱中,設置2個重復,分別于1d,3d,5d,7d測定土壤呼吸強度的變化。
土壤基本性質測定結果見表1和表2,由表1和表2可知,土壤有機碳含量較高,均值在5%以上。
表1 土壤基本理化性質
表2 土壤各粒徑組分有機碳含量
Fe2O3納米粒子對土壤呼吸作用的影響如表3所示,由表3可知,納米顆粒對土壤呼吸強度具有顯著影響。經納米Fe2O3處理的土壤呼吸強度均高于對照組,說明Fe2O3納米顆粒有助于增強土壤呼吸作用;另外,納米Fe2O3對土壤呼吸強度的影響與其加入量密切相關;隨著納米Fe2O3加入量增加,土壤呼吸強度呈先增加后減小的趨勢,當加入量為10g/kg時,土壤呼吸作用最強。
表3 土壤呼吸測定結果
值得注意的是,土壤呼吸強度除了與Fe2O3納米粒子加入量有關外,也受培養時間的影響。由表3可見,培養時間由1天增至7天時,土壤呼吸強度先增加后減小,但總體變化并不明顯。Fe2O3納米粒子對土壤呼吸作用的影響可能與其所具有的磁性有關,因此Fe2O3納米粒子的磁性可能會對土壤微生物活性有激活作用,從而增強微生物對土壤有機碳的分解能力,增強了土壤呼吸作用,最終導致土壤CO2排放量增加。已有研究表明,在土壤中施加磁性改良劑后轉化酶活性提高了34.7%,脲酶、過氧化物酶活性等均有不同程度的提高,土壤的呼吸作用相應增強了2.5倍[5]。由此可見,Fe2O3納米粒子對土壤有機碳分解礦化作用的影響,很可能部分取決于其磁性,但具體原因有待進一步研究。
本研究結果表明,在試驗周期內,Fe2O3納米顆??梢栽谝欢ǔ潭壬显鰪娡寥篮粑饔?,這可能與Fe2O3納米粒子所具有的磁性有關。因此,Fe2O3納米粒子進入土壤中,可能有助于增強土壤有機碳的分解礦化能力,進而導致土壤CO2排放量增加,值得引起重視。
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