不同深度土壤中氮的釋放實驗研究

儲曉紅

摘要：探討了不同深度土壤中氮的釋放規律，分析了氨氮釋放的影響因素。釋放實驗表明：在振蕩擾動下，氨氮逐漸向水體釋放，土壤對NH+4-N的釋放是一個復雜動態過程，各采樣點不同深度土壤中的氮釋放量都較小，說明土壤未被氮營養元素污染。振蕩擾動時間對于氮的釋放量有較大影響，各土樣基本在振蕩3～4 d時釋放量達最大。

關鍵詞：土壤；不同深度；氨氮；釋放

中圖分類號：S153.6

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）16007303

1緒論

1.1氮元素的釋放機理

土壤中氮素的形態可分為有機態氮和無機態氮兩大類。土壤中的氮絕大部分以有機態存在，無機態氮一般只占總氮量的1%～2%，常以NH+4-N和NO-3-N形態存在[1]。土壤氮素容易在生物化學、物理化學、物理、化學等作用下發生形態轉化，具體地說，土壤氮素轉化作用包括氮素礦化—生物固持作用、硝化作用、反硝化作用、銨的粘土礦物固定—釋放作用、銨的吸附—解吸作用、銨—氨平衡以及氨揮發等過程。

土壤對氮的釋放指的是土壤固相表面吸附的銨自土壤固相表面進入液相的過程。氮的釋放主要包括生物釋放（細菌釋放、大型水生植物的釋放和底棲生物的消化道釋放）、物理釋放（溶解性氮的濃度梯度所產生的擴散作用、擾動引起的再懸浮）。土壤氮的釋放一般在風力擾動、溫度升高、pH值改變、動植物的分解作用等情況下發生，釋放量主要取決于溶解氧的含量水平。

1.2研究內容及技術路線

1.2.1實驗準備工作

（1）在基礎資料收集的基礎上，對采樣點周邊進行現場調查，制定具體詳實的采樣計劃。

（2）采樣點布設。取一定數量土壤監測點，均勻布點。每隔100～200 m設一個點。采樣時采集表層0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤，以分析氮元素在土壤垂向的分布規律。項目共設2個土壤采樣點，采集了6個土壤樣品。

（3）樣品預處理：土壤樣品采集后通常需要一定的處理，主要包括干燥、磨細、過篩。干燥采用風干法，磨細前要把巖屑、侵入體及粗有機物揀除，并把巖屑部分稱重，細土部分用研缽磨細。磨細后土樣過20目篩制成待測土樣，分裝貯存。

（4）稱取土樣。釋放實驗將每份待測土樣稱取11份，每份0.3 g，分裝入50 mL離心管中。

1.2.2實驗步驟

（1）釋放實驗。實驗中分別向裝有0.3g土樣的各離心管加入30 mL蒸餾水，分別按一時間序列進行振蕩之后進行離心，取上清液過0.45 μm微孔濾膜抽濾。對濾液適當稀釋至比色管，采用納氏試劑比色法測定土樣中氨氮的含量。

（2）釋放實驗的同時要進行全過程空白實驗。

（3）標準曲線的繪制。吸取0、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00和10.0 mL銨標準使用液分別于50mL比色管中，加水至標線，加1.0 mL酒石酸鉀鈉溶液，混勻。加1.5 mL鈉氏試劑，混勻。放置顯色10 min后，在波長420 nm處，用光程10 mm比色皿，以蒸餾水為參比，測定吸光度。由測得的吸光度，減去零濃度空白管的吸光度后，得到校正吸光度，繪制以氨氮含量（mg）對校正吸光度的標準曲線：

y=4.1209x+0.0045，R2=0.999。

2不同深度土壤中氮的釋放實驗研究

2.1釋放實驗步驟

實驗中分別向裝有0.3 g土樣的各離心管加入30 mL蒸餾水，使土壤與水樣按1∶100的體積進行，試驗開始后，分別按一時間序列0 h、0.25 h、0.5 h、1 h、2 h、5 h、10 h、24 h、36 h、48 h、72 h進行振蕩，之后取出離心管在4500 r/min轉速下離心5 min以達到模擬靜置的效果，取上清液過0.45 μm微孔濾膜抽濾以消除微生物的影響，對濾液適當稀釋至比色管中，加入1.0 mL酒石酸鉀鈉溶液、1.5 mL納氏試劑，充分搖晃，靜置10 min顯色，測定土樣中氨氮含量。

2.2釋放實驗數據處理

由水樣測得的吸光度減去空白實驗的吸光度后，從標準曲線上查得氨氮量（mg），按下式計算溶液中的氨氮濃度（即為由土壤釋放出的氨氮濃度）：

氨氮（N，mg/L）=m/V×1000（1）

式（1）中：m為由標準曲線查得的氨氮量，mg； V為測定水樣體積，mL。

氨氮釋放量的表示有多種方式：釋放濃度（mg/L）、釋放量（mg）、釋放強度（mg/kg）、釋放速率[mg/（kg·h）]。實驗中待測溶液均由0.3 g左右重的土樣、30 mL蒸餾水組成，所以采用以上幾種方式表示均可以。不過精確起見，處理時可將土壤重量考慮進去，即采用釋放強度表示。

2.3釋放實驗數據分析

1～20點位土樣氮的釋放量在振蕩前15 min緩慢下降，在第30 min達最大值0.144 mg/kg，之后氮釋放迅速減慢，振蕩1h后溶液中氮濃度趨于平衡，直到振蕩達24 h，36 h時釋放量達最大值0.183 mg/kg，之后又呈現下降態勢（圖1）。

1～40點位土樣氮的釋放在前5 h內升降幅度均不大，在5 h時降至波谷后上升，10 h處增至較大值再次出現轉折到24 h達到最小值，釋放36 h時出現最大幅度的上升趨勢并達到最大值，之后釋放強度繼續下降（圖2）。

1～60點位土樣氮的釋放在前1 h內忽升忽降，總體還是呈現下降的趨勢。之后一直到24 h，釋放強度始終呈下降態勢，在36 h時迅速上升達最大值，這時達到了充分擾動，釋放量最大，之后土壤中氮含量減少，釋放量下降（圖3）。

2～20點位氮的釋放量開始較大，0.5 h處降至第一次波谷，1 h處有所回升，2 h處降至第二次波谷——最小值。在24 h、36 h處的變化也呈現出與前面1號點位相同的規律，24 h時最小，36 h時最大（圖4）。

2017年8月綠色科技第16期

2～40點位氮的釋放量開始時的規律同一號點位，變化幅度不大，在2 h時降至波谷，5 h稍有回升，10 h釋放量稍有下降后激增，24 h釋放量達0.420 mg/kg，是一般情況下的兩倍，之后又迅速下降（圖5）。

2～60點位氮的釋放量在前15 min持平，釋放30 min時釋放量激增，1 h處又降到較小值，之后均保持在較小值，始終在0.06 mg/kg以下。相對而言，10 h與36 h處的值較大（圖6）。

3結論

氮的釋放實驗研究表明，土壤對NH+4-N的釋放是一個復雜動態過程，總體來說，除少量釋放強度較大情況，各采樣點各深度處土樣的氮釋放量都較小，基本保持在1.0mg/kg以下，說明土壤未被氮營養元素污染。振蕩擾動時間對于氮的釋放量有較大影響，各土樣基本在振蕩3～4 d后擾動達到最充分的狀態，釋放量最大，之后土壤中氮含量減小，釋放量下降。

參考文獻：

[1]

陳聞.施肥對雷竹林土壤下滲水氮磷含量及土壤養分的影響[D].杭州：浙江農林大學，2011.

[2]黎明，顧艷雯，楊塞克.水體污染物在水和底泥中的分布研究現狀[J].科技創新導報，2011（12）：131～132.

[3]張麗萍，袁文權，張錫輝.底泥污染物釋放動力學研究[J].環境污染治理技術與設備，2003，4（2）：22～26.

[4]劉靜靜.巢湖內源氮磷的形態、釋放規律及控制研究[D].合肥：合肥工業大學，2006.

[5]劉培芳，陳振樓，劉杰，等.環境因子對長江口潮灘沉積物中NH+4的釋放影響[J].環境科學研究，2002，15（5）：48～53.

[6]孫小靜，秦伯強.持續水動力作用下湖泊底泥膠體態氮、磷的釋放[J].環境科學，2007，28（6）：1223～1229.

[7]胡剛，王里奧.三峽庫區消落帶下部區域土壤氮磷釋放規律模擬實驗研究[J].長江流域資源與環境，2008，17（5）：780～784.endprint