硝化抑制剂CP在不同土壤中的吸附解吸特征及对氮素转化的影响研究

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2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(CP)是目前应用较为广泛的硝化抑制剂之一,其作用机理是抑制土壤中氨氧化细菌的活性,从而降低硝化反应速率。但在不同性质土壤中应用的效果不同,特别是在高有机质含量土壤中有效性较低,目前关于CP在土壤中有效性方面研究大部分还停留在CP在不同土壤类型应用效果之间对比分析上,而关于CP在土壤中吸附动力学和等温吸附方面影响有效性的基础研究尚未见报道。本研究以吉林省典型的草甸黑土、风沙土和苏打盐碱土为供试土壤,在确定采用超声萃取-高效液相色谱分析方法测定CP在土壤中含量的基础上,采用批量平衡法,探索CP在不同性质土壤类型上的吸附解吸行为;通过室内培养实验,研究CP对不同类型土壤的无机氮转化影响。研究结果确定了CP在不同类型土壤中有效性的差异的机理及作用剂量,对CP在不同类型土壤上的精准使用和推广提供基础理论依据。主要研究结论如下:
  (1)建立了CP在土壤中的超声萃取-高效液相色谱分析方法。确定流动相为乙腈-水(80:20, V / V),波长为285nm,流速为0.8ml/min,检出限为0.42mg/L。
  (2)CP在草甸黑土、风沙土和苏打盐碱土上的吸附-解吸动力学过程均为快速、缓慢和平衡3个阶段,吸附-解吸动力学可以用Elovich方程拟合(R2>0.880,P<0.05),吸附-解吸等温线可用Freundlich拟合(R2>0.983,P<0.05),整个过程为吸热、自发、熵增的过程。吸附量随着反应温度的增加而增加,最大吸附量为:草甸黑土>风沙土>盐碱土;最大解吸量为:盐碱土>风沙土>草甸黑土。
  (3)解吸率随温度升高和溶液浓度升高而降低,三种供试土壤的解吸率在浓度为75mg/L时均表现为:298K:盐碱土(53.76%)>风沙土(47.31%)>草甸黑土(10.77%);308K:盐碱土(52.04%)>风沙土(29.53%)>草甸黑土(8.70%);318K:盐碱土(51.91%)>风沙土(17.68%)>草甸黑土(6.92%)。CP在三种土壤中均存在一定程度的滞后性,滞后顺序均表现为:298K:草甸黑土(1.169)>盐碱土(1.259)>风沙土(1.151);308K:风沙土(1.088)>盐碱土(1.013)>草甸黑土(0.973);318K:风沙土(1.001)>盐碱土(0.914)>草甸黑土(0.814)。
  (4)与单施尿素处理相比,CP在三种土壤中均起到明显的硝化抑制作用,不同剂量CP在同一土壤中的NH4+-N含量大小顺序为:尿素+1.0%CP>尿素+0.5%CP>尿素+0.2%CP;表观硝化率增加幅度随着CP添加量的增加而降低,表现为:尿素+1.0%CP<尿素+0.5%CP<尿素+0.2%CP;在同一添加剂量下,三种土壤的表观硝化率大小为:盐碱土>风沙土>草甸黑土;随着培养时间的延长和添加浓度的增加,硝化抑制率亦有显著增加,在同一剂量下顺序为:风沙土>草甸黑土>盐碱土。三种土壤中添加CP的硝化抑制效果总体表现为:风沙土>草甸黑土>盐碱土。
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