不同气候区典型水稻土表面电化学性质的演变特征与效应

Paddy soils occupy the largest area of Anthrosols in the world. Paddy soil research has become a hot spot of soil science in recent decades due to their important role in sustainable agriculture and environmental protection. However, only a few information about effect of water submergence on the surface chemical properties of paddy soils are available. Great changes in surface chemical properties of paddy soils derived from Alfisol and Ultisol were observed in our preliminary studies. In the proposed project, the changes of compositions of solid components, particle size distribution, surface electrochemical properties of paddy soils collected from different climatic regions with different cultivation years were compared. The purpose of the project is to explore the law of surface chemical properties evolution of paddy soils and elucidate the mechanisms of the effect of water submergence on the evolution. In the studies, special attention to influences of alternation of wetting and drying, i.e. changing oxidation and reduction conditions on soil surface electro-chemical properties will be paid. The research results will enrich the modern soil chemistry theories, and provide theoretical basis for fertilization and management, and pollution control of paddy soils.

水稻土是世界上面积最大的人为土壤，由于其在农业可持续发展和生态环境保护中的重要作用，一直是土壤学研究的热点，然而目前就水耕人为活动对水稻土表面电化学性质的影响所开展的研究并不多。申请人在前期研究中发现，黄棕壤和红壤淹水种稻后表面电化学性质发生了明显改变，初步认识到水稻土表面性质的演变趋势。本项目拟系统研究不同气候区典型水稻土的固相物质、颗粒组成和表面电化学性质随水耕年限的演变特征，阐明水耕人为活动影响水稻土表面电化学性质演变的机制；揭示干湿交替和氧化还原状况变化对土壤表面电化学性质的影响；剖析水稻土表面电化学性质变化与离子在土/水界面化学行为的互馈关系。研究结果将加深对水稻土形成过程中表面电化学性质演变的认识，丰富现代土壤化学理论，为水稻土水肥管理及污染物控制提供理论依据。

本项目主要通过研究盘锦和南京淋溶土，鹰潭老成土和湛江铁铝土不同水耕年限水稻土，分析其固相组成，颗粒粒径变化，进而对土壤表面电荷性质的影响；研究水耕人为作用对营养元素和污染物质在土壤表面化学行为的影响；研究模拟干湿交替条件下土壤表面电化学性质变化以及对离子界面反应和赋存形态的影响。.结果表明，土壤有机质随着水耕年限逐渐增加。例如，经过3，8，30和70年水稻种植，盘锦表层水稻土有机质分别增加了52.79%, 84.90%, 144.35%和126.52%；经过7，17，22，35和80年水耕人为作用，鹰潭表土有机质分别增加了46.67%, 79.29%, 117.33%, 160.18%和203.38%。原因主要归结于大量使用有机肥料和淹水条件下微生物分解能力减弱所致。.恒电荷土壤中主要层状硅酸盐矿物为蒙脱石和伊利石，它们的含量随水耕年限增加而增加。例如水耕3，8，30和70年的盘锦水稻土伊利石含量分别增加了24.07%, 46.30%, 46.30%和61.11%，蒙脱石含量增加了26.58%, 49.37%, 91.14%和54.43%。对铁解水稻土而言，主要的变化是Fe氧化物的淋失和形态变化。例如，湛江表层水稻土总铁和游离铁含量分别为76.63和63.07g kg–1，明显低于表层铁铝土的108.12和105.87 g kg–1。但是水稻土中无定形氧化铁与游离铁的比值要比铁铝土高，湛江水稻土和铁铝土中两者分别为7.86%–23.92%和5.54%–5.82%。.盘锦水稻土随水耕年限表面负电荷分别增加了16.41%, 33.21%, 56.49%和31.68%，原因在于土壤有机质和粘粒含量的增加。可变负电荷增加源于土壤有机质积累，而层状硅酸盐矿物变化导致了永久负电荷增加。铁铝土发育水稻土由于铁解作用导致磷酸根、砷酸根和铬酸根吸附容量显著降低。而这些离子吸附容量的降低与游离铁含量下降幅度相比要低，原因在于水稻土中丰富的无定形氧化铁要比晶态氧化铁表面活性更高。.淹水培养过程初期添加生物质炭导致土壤pH显著降低，因此酸溶态Cu(II)含量显著降低，而还原态和氧化铁Cu(II)含量增加。随着淹水培养时间延长，土壤pH值降低，导致Cu(II)钝化的效果逐渐消失，并且生物质炭中有机物质分解导致土壤pH进一步降低，反而活化重金属Cu(II)。