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土壤硫化氢气体产生与氮元素的关系

来源:原创论文网 添加时间:2020-02-24

  摘    要: 硫酸盐类型盐碱地释放出的硫化氢气体,危害地上植物生长,抑制或消除硫化氢生成是治理这类盐碱地的有效途径。土壤中水溶性无机硫在好气微生物自养作用下转化为硫化氢气体,硫化氢气体的产生与土壤温度、土壤湿度、空气温度、空气湿度、太阳光强度、土壤质地、土壤肥力、土壤pH值等因素有关,监测土壤硫化氢气体产生与氮元素之间的关系,对硫酸盐类型盐碱地的综合利用及施肥决策提供依据有十分重要的意义。

  关键词: 硫化氢; 影响因素; 关系;

  硫酸盐类型盐碱地在土默川平原盐碱地中占有比较大的比例,硫酸盐盐碱地俗称马尿碱,其无机态硫有相当一部分是以SO42-的形式存在[1,2,3],SO42-在矿质化过程中,由于好气微生物自养作用,在缺氧条件下被还原成硫化氢释放到大气中,当其浓度达到一定值时就会对地上农作物产生危害。

  实践证明,土默川平原硫酸盐盐碱地硫化氢气体产生主要集中在每年的5月中下旬—8月中下旬,此期间光照充足,气温与土壤温度较高,雨季到来土壤与空气湿度较高,说明这些因素对土壤硫化氢的产生有一定关系,同时也证明这些因素与土壤好氧微生物的数量有关。

  1、 测定地点、方法与仪器

  1.1、 测定地点

  测定地点位于土默川平原上游的土右旗海子乡南八份村蒙特利养殖有限公司黄河故道的农田,该农田连续多年耕作,以种植玉米、油葵、大豆为主。土壤总含盐量在4‰左右,p H值7.1,是典型的硫酸盐土壤,硫酸盐以斑状分布,占总面积的70%~95%;地下水埋深在0.8~1.2m,土壤有机质含量<1.02%;周围无树木灌木生长。

  1.2、 测定方法与仪器

  1.2.1、 供试范围与围挡

  选择面积为4m×4m的正方形土地,沿着周长线每隔1m用高1.3m,直径5cm的圆木棍做立柱,立柱入土30cm深,用宽1.2m的大棚透明塑料薄膜将四周围挡,围高1m,底部用土将10cm塑料压实。

  1.2.2、 使用仪器

  HC-TSY土壤水分监测记录仪;PG-120/SW土壤温度记录仪;TR-72Ui空气温湿度记录仪;TYQ-SSX手持式风速风向仪;JA908-IV气体检测仪。
 

土壤硫化氢气体产生与氮元素的关系
 

  1.2.3 、测定内容与方法

  选择晴天测定,首先在地块中央距离地面50cm高度竖立风速计,当风速﹤0.3~1.5m/s(1级)时测定(2级风、风速﹥1.6m/s时土壤产生的硫化氢气体消散速度快,基本不会对农作物产生不利影响)。用JA908-IV气体检测仪检测一定空气温湿度、土壤温湿度下,硫化氢气体在地表、距地表30cm、60cm、90cm、120cm处空气中的含量。

  2 、结果与分析

  2.1 、土壤类型分析

  采集选定范围地块所在土地表层土(0~15cm),所取土样的农田连续多年施用化肥和农家有机肥,化肥(硫铵)的施用量为每年25kg/667m2。土壤总碳和总氮含量用C、N自动分析仪(PrimacsSNC-100)测定,有机碳含量用重铬酸钾容量法—外加热法测定[5],土壤pH值用雷磁PHS-3C型酸度计测定(水土比为5∶1),测定结果见表1。

  表1 土壤性质
表1 土壤性质

  2.2 、气温与硫化氢的关系

  实际测定过程中发现,从每年5月中下旬气温接近20℃开始,硫化氢气体逐渐活跃,气温低于15℃基本不会产生硫化氢气体,气温接近30℃时达到极值,当地气温达到30℃以上一般出现在7月中下旬—8月,此时由于地上作物对地表的遮盖,硫化氢气体的产量有所下降。用TYQ-SSX手持式风速风向仪测定风速﹤0.3~1.5m/s(1级)时测定硫化氢气体的产量,气温用TR-72Ui空气温湿度记录仪测定,硫化氢气体用JA908-IV气体检测仪检测,结果见表2(均为2a内5—8月份多次测定的平均值
  

  表2 气温与硫化氢气体产量
表2 气温与硫化氢气体产量

  2.3 、空气湿度与硫化氢关系

  表3 空气湿度与硫化氢产量
表3 空气湿度与硫化氢产量

  用TYQ-SSX手持式风速风向仪测定风速﹤0.3~1.5m/s(1级)时测定硫化氢气体的含量。空气湿度用TR-72Ui空气温湿度记录仪测定,用JA908-IV气体检测仪检测硫化氢气体的产量。为更好地反应空气湿度与硫化氢气体的产量之间的关系,测定时机选择在灌水或雨后7~10d内的晴朗日进行测定,详见表3(结果为5—7月份气温22℃时的平均值)。

  2.4 、地温与硫化氢关系

  测定过程中发现,地表温度与气温有关,还与地上作物的遮盖程度有关,前者呈正性关系,这种相关性随着地上作物遮盖程度而减弱,当遮盖程度达到85%以上时地温基本不随气温的变化而变化。用TYQ-SSX手持式风速风向仪测定风速﹤0.3~1.5m/s(1级)时测定硫化氢气体的产量,地温用PG-120/SW土壤温度记录仪测定,硫化氢气体用JA908-IV气体检测仪检测,结果见表4(地表温度、地下20cm温度、硫化氢空气中的ppm浓度,均为2a内5—8月份多次测定的平均值)。

  表4 地温与硫化氢气体产量
表4 地温与硫化氢气体产量

  2.5、 土壤湿度与硫化氢关系

  贵州大学林海波等研究土壤湿度和pH都与硫化氢有关,中国科学院生态环境研究中心席婧茹等研究表明SO42-浓度与硫化氢气体成正比关系。这可能与土壤中硫酸盐还原菌生长要求有关。土壤湿度用HC-TSY土壤水分监测记录仪测定,用TYQ-SSX手持式风速风向仪测定风速﹤0.3~1.5m/s(1级)时测定地表硫化氢气体的产量,硫化氢气体用JA908-IV气体检测仪检测,结果见表5(硫化氢浓度均为2a内5—8月份多次测定的平均值)。

  表5 土壤湿度(含水率)与硫化氢气体产量
表5 土壤湿度(含水率)与硫化氢气体产量

  2.6、 土壤硫化氢产生有关因素分析

  从分析结果看,土壤硫化氢气体的产生与太阳光照强度、风速、空气温度湿度、土壤温湿度、地上植物的遮盖度、土壤类型、土壤有机质含量、土壤pH值、土壤含盐量、土壤含硫量、土壤含硫形态(有机态硫无机态硫)、土壤微生物总量、土壤微生物的种类等因素有关。其中土壤类型、土壤有机质决定了土壤含硫形态,也与土壤微生物总量及种类有关,土壤pH值在短期内难以改变,地上植物的遮盖度与植物生长的不同时期有关,风速、太阳光强度、空气湿度研究证明与硫化氢气体的产量关系不大,空气温度、土壤温度、土壤湿度与硫化氢的产生关系比较密切,这与乔维川等人的研究相同,而3因素中又以土壤温度最为突出。

  3 、结论

  从统计结果看,5月下旬—9月上旬都有硫化氢产生,7月是硫化氢产生高峰期,基本成正态分布;硫化氢气体的产量与土壤温度、土壤湿度、气温都成正性关系。而5—9月正是植物生长的旺盛期,对气温、土壤温湿度的要求很高,尤以土壤湿度最为重要,因而要控制灌水量,以碱少硫化氢对作物的危害。

  地上作物的遮盖度对土壤硫化氢气体产生有较大的影响,主要影响地温,遮盖度与地温在一定范围内呈负性关系,所以提高地上作物的遮盖度是减小硫化氢危害的有效方法。建议采取覆膜种植提高土壤的遮盖度,减少硫化氢气体产生。

  土壤硫化氢的产生与土壤无机态硫的含硫有直接关系,土壤硫酸盐还原菌能把SO42-转化为硫化氢,因而在硫酸盐类型的耕地上应该杜绝使用含硫化肥。

  检测显示硫化氢气体从地表向上梯度递减且递减速度较慢,因而在大田种植时考虑东西向高矮间作,利与硫化氢气体扩散减少对农作物的危害。

  参考文献

  [1] 王凡等.土壤中的硫素及其转化研究综述[J].中国农学通报,2007,23(3):249-253.
  [2] 吴金水.土壤微生物对硫素转化及有效性的控制作用[J].安徽农业大学学报,2000(27):109-113.
  [3] 黄界颖.农田生态系统中硫平衡的研究[J].土壤通报,2003,34(3):196-200.

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