Fe2O3納米粒子對土壤呼吸作用的影響研究

孫喆華 汪艷如 柏松

（西南民族大學化學與環境保護工程學院 四川成都 610041）

1 引言

土壤有機碳庫是陸地生態系統的最大碳庫，在全球碳循環和全球氣候變化中起重要作用[1]。研究表明，土壤有機碳庫減少0.1%將導致大氣CO2濃度相應增加1mg/L；全球土壤有機碳10%轉化為CO2，其數量將超過30年來人類CO2的總量排放，并對全球氣候變化產生重要影響[2]。在全球氣候變暖壓力下，如何進一步增加土壤碳蓄積，減少CO2排放，緩解全球氣候變暖已成為世界各國關注的焦點。

納米Fe2O3是廣泛應用的磁性材料，在醫藥、化工、材料、建筑、環境等眾多領域的應用日益增多。由于土壤具有磁性，土壤磁場的改變會對其理化性質、微生物和酶活性產生影響[3-4]]。因此，具有磁性的Fe2O3納米粒子進入土壤生態系統，很有可能通過影響土壤微生物活性，進而影響微生物對土壤有機碳的分解礦化能力，并最終對土壤有機碳庫產生一定影響。因此，深入探討Fe2O3納米顆粒對土壤分解礦化能力的影響是十分重要的。為此，本項目擬通過室內培養實驗，研究Fe2O3納米粒子對土壤有機碳分解礦化能力的影響，為更好的了解土壤有機碳庫變化的機制提供新思路。

2 研究方法

2.1 供試材料與樣品采集

納米α-Fe2O3購買于晶試劑有限公司，純度99.5%，平均粒徑為30 nm，形狀為球形。供試土樣為高山草甸土，采至四川若爾蓋高原。土壤樣品經風干研磨過2mm篩用于土壤性質和土壤呼吸指標的測定。

2.2 土壤指標測定方法

土壤顆粒組成采用吸管法測定；土壤pH值按水土比為2.5：1制成懸浮液，玻璃電極測定；土壤全N采用半微量開氏法；有機碳含量用重鉻酸鉀-硫酸氧化外加熱法。全P采用酸溶-鉬銻抗比色法；土壤呼吸采用土壤CO2原位測定儀測定。

2.3 試驗設計

取10g風干土壤于500 mL培養瓶中，分別按0，5，10，20，30，40 g·kg-1加入納米 Fe2O3，同時以未加納米 Fe2O3的土樣作為對照，保持土壤水分為60%田間持水量，置于25℃恒溫培養箱中，設置2個重復，分別于1 d，3 d，5 d，7 d測定土壤呼吸強度的變化。

3 研究結果

土壤基本性質測定結果見表1和表2，由表1和表2可知，土壤有機碳含量較高，均值在5%以上。

表1 土壤基本理化性質

表2 土壤各粒徑組分有機碳含量

Fe2O3納米粒子對土壤呼吸作用的影響如表3所示，由表3可知，納米顆粒對土壤呼吸強度具有顯著影響。經納米Fe2O3處理的土壤呼吸強度均高于對照組，說明Fe2O3納米顆粒有助于增強土壤呼吸作用；另外，納米Fe2O3對土壤呼吸強度的影響與其加入量密切相關；隨著納米Fe2O3加入量增加，土壤呼吸強度呈先增加后減小的趨勢，當加入量為10g/kg時，土壤呼吸作用最強。

表3 土壤呼吸測定結果

值得注意的是，土壤呼吸強度除了與Fe2O3納米粒子加入量有關外，也受培養時間的影響。由表3可見，培養時間由1天增至7天時，土壤呼吸強度先增加后減小，但總體變化并不明顯。Fe2O3納米粒子對土壤呼吸作用的影響可能與其所具有的磁性有關，因此Fe2O3納米粒子的磁性可能會對土壤微生物活性有激活作用，從而增強微生物對土壤有機碳的分解能力，增強了土壤呼吸作用，最終導致土壤CO2排放量增加。已有研究表明，在土壤中施加磁性改良劑后轉化酶活性提高了34.7%，脲酶、過氧化物酶活性等均有不同程度的提高，土壤的呼吸作用相應增強了2.5倍[5]。由此可見，Fe2O3納米粒子對土壤有機碳分解礦化作用的影響，很可能部分取決于其磁性，但具體原因有待進一步研究。

4 結語

本研究結果表明，在試驗周期內，Fe2O3納米顆粒可以在一定程度上增強土壤呼吸作用，這可能與Fe2O3納米粒子所具有的磁性有關。因此，Fe2O3納米粒子進入土壤中，可能有助于增強土壤有機碳的分解礦化能力，進而導致土壤CO2排放量增加，值得引起重視。

[1]Bolin B,Degens E T.The global biogeochemical carboncycle[J].Geophysical research letters,2001,(8):555-558.

[2]任軍，郭金瑞，邊秀芝等.土壤有機碳研究進展[J].中國土壤與肥料,2009,06:1-7.

[3]Denting JA,Lees JA,White C.Mineralmagnetic properties of acid gleyed soils under oak and Corsican Pine[J].Geoderma,1995,68:309-319.

[4]Thompson R,Stober JC,Turner G M,Oldfield F,Bloemendal J,Dearing JA,Rummery T A.Environmental application ofmagnetism measurements[J].Science,1980,207:481-486.

[5]盧高升,俞勁炎.土壤磁學及其應用研究進展 [J].土壤學進展,1991，(5):1-8.