有机肥施加对阿特拉津在黑土中吸附行为的影响

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阿特拉津是东北黑土区农业生产中常用的除草剂之一,其在土壤中的残留及其环境行为,是决定其对土壤环境及敏感作物所产生负面影响的主要因素。此外,施用有机肥被普遍认为有助于遏制黑土退化,提升黑土肥力的有效措施。但有机肥施用对阿特拉津在黑土中吸附行为的影响及其相关机制仍需进一步的关注。为此,本研究采用室内模拟方法,通过比较不同投加量有机肥施用后,阿特拉津在黑土中吸附行为变化规律;进一步探讨黑土土壤团聚体、可溶性有机质占比与组成等特性对有机肥施用响应,结合黑土土壤团聚体与可溶性有机质与阿特拉津的结合特性,初步揭示有机肥施加调控阿特拉津在黑土上吸附行为的相关机制。主要研究结果概括如下:(1)土壤养分及表面特性分析发现:有机肥投加量为3.25 g·kg-1的黑土(OF1,相当于7500kg·ha-1)和6.50 g·kg-1黑土(OF2,相当于15000 kg·ha-1)处理黑土中有机质含量较未投加有机肥黑土(CK)处理相比分别提升10.28%和16.04%,达到显著差异水平。通过扫描电镜及能谱分析发现:随着有机肥投加量的增大(0-6.50 g·kg-1),供试黑土中C元素的含量由0.99%增加到13.1%,与投加量呈正相关,同时黑土表面结构孔隙逐渐变大,颗粒结构增强。红外光谱结果表明:有机肥投加能够增加黑土中亲脂性官能团和含氧官能团的含量。有机肥投加可调节3种粒级土壤团聚体的质量占比。具体来说,OF2有机肥投加处理黑土的0.05-0.25 mm和0.25-1 mm粒级土壤团聚体占比提高4.37%和1.76%,1-2 mm粒级土壤团聚体整体占比减少6.13%。(2)吸附动力学试验结果表明:CK、OF1、OF2处理对阿特拉津吸附平衡最大吸附量分别为33.798 mg·kg-1、95.034 mg·kg-1和102.053 mg·kg-1,说明有机肥投加可以提升黑土对于阿特拉津吸附量。拟二级动力学能更好地模拟上述三种状态黑土吸附阿特拉津的动力学过程。等温吸附试验结果表明:在25℃室温条件下,Freundlich模型能够更好描述上述三种状态黑土吸附阿特拉津的等温吸附过程(R~2分别是0.969、0.984、0.991)。上述三个处理中黑土吸附阿特拉津的KF值分别为3.223、3.726和7.230 L·kg-1,KF与黑土理化性质的相关性分析结果表明,有机肥投加可以改善土壤理化性质进而提高黑土吸附阿特拉津的能力。(3)不同粒级土壤团聚体吸附试验结果表明:三种有机肥投加处理黑土的各粒级土壤团聚体的KF值大小顺序为:0.05-0.25 mm粒级>0.25-1 mm粒级>原土>1-2 mm粒级。另外,结合KF与不同粒级土壤团聚体质量占比的相关性分析结果表明可以得出以下结论,既有机肥投加可以提高黑土中吸附阿特拉津能力更强的0.05-0.25 mm,0.25-1 mm两种小粒级土壤团聚体的比例,进而提高黑土吸附阿特拉津的能力。(4)三维荧光光谱分析发现,上述三个处理黑土的可溶性有机质(DOM)的主要成分均为腐殖质类物质。另外,所提取的DOM都均能够结合阿特拉津从而使各自的荧光峰发生猝灭,但OF1处理和OF2处理黑土DOM的猝灭速度分别是CK处理黑土DOM的猝灭速度1.4倍和2倍。平行因子分析法进一步发现:OF1处理和OF2处理黑土DOM相较于CK处理黑土DOM中的腐殖质类组分含量分别提高了41.55%和119.06%。综上所述,有机肥投加能够改善黑土理化性质,提高0.05-0.25 mm和0.25-1 mm粒级团聚体占比,增加DOM中腐殖质类组分含量从而提升黑土吸附阿特拉津的能力。
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