氧化石墨烯对苗圃地土壤有机质和腐殖质含量的影响

王晓林

(山西省桑干河杨树丰产林实验局，山西 大同 037006)

土壤有机质含量是衡量土壤质量的关键指标之一[1]。腐殖质主要由富啡酸、胡敏酸、胡敏素组成，可以促进植物的生长发育，提高土壤的保肥性和缓冲性[2]，与土壤的结构性、通气性、渗透性有密切关系。在一般条件下，土壤有机质含量的变化可用来表征土壤肥力的变化。本试验研究了不同浓度的氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)溶液对土壤有机质和腐殖质含量的影响，可为改善苗圃地土壤肥力提供依据。

1 试验方法

1.1 土样采集

试验土样取自山西省桑干河杨树丰产林实验局金沙滩林场苗圃。按S形布设5个采样点，取土深度为0 cm～20 cm，混匀后去除石砾和植物根茎，研磨、风干备用，共分为3个土样，编号为1、2、3。

1.2 试验设计

本研究设5个处理。在500 mL的玻璃烧杯中，装入风干后的土样200 g，分别加入0.000 mg/L(对照)、 0.007 mg/L、0.010 mg/L、0.017 mg/L、0.050 mg/L 的氧化石墨烯溶液50 mL，每处理3次重复。试验过程中保持土壤含水量稳定，分别于试验开始后的第3天、第7天、第15天取样，测定土壤有机质、腐殖质及其组分含量[3]。

1.3 测定方法

土壤有机质含量的测定采用重铬酸钾容量-外加热法。土壤腐殖质的测定成分包括胡敏酸、富里酸和胡敏素。先测定土壤腐殖质含量，后采用配置好的浸提剂提取胡敏酸与富里酸，测定其含量；再加入酸化浸出液，使胡敏酸沉淀，测定其含量；其余成分可根据差数算出。

2 结果分析

2.1 氧化石墨烯对土壤有机质含量的影响

氧化石墨烯对3个土样土壤有机质含量的影响见表1。

表1 氧化石墨烯对3个土样土壤有机质含量的影响

从表1可以看出，随着时间的增加，3个土样的土壤有机质含量均出现了不同程度的降低。与对照相比，0.017 mg/L浓度的氧化石墨烯可以增加土壤有机质含量；0.050 mg/L浓度下，1号土样与2号土样的土壤有机质含量高于对照，3号土样与对照相近；0.007 mg/L浓度下，1号土样与2号土样的土壤有机质含量与对照相近，3号土样小于对照；0.010 mg/L浓度的氧化石墨烯会降低3个土样的土壤有机质含量。氧化石墨烯对土壤有机质含量的增加效果表现为0.017 mg/L>0.050 mg/L>0.007 mg/L>0.010 mg/L。

2.2 氧化石墨烯对土壤腐殖质及其组分含量影响

氧化石墨烯对3个土样土壤腐殖质及其组分含量的影响见表2和第31页表3、表4。

由表2至表4可以看出，随着时间的增加，土壤腐殖质及其组分含量均出现了不同程度的降低。1号土样和2号土样中，与对照相比，0.017 mg/L、0.050 mg/L浓度的氧化石墨烯可提高土壤中腐殖质、腐殖酸的含量，0.070 mg/L、0.017 mg/L、0.050 mg/L浓度的氧化石墨烯可提高土壤中胡敏素和富里酸的含量；3号土样中，与对照相比，0.017 mg/L浓度的氧化石墨烯可提高土壤中腐殖质、腐殖酸、胡敏素和富里酸的含量。4种浓度的氧化石墨烯均会降低土壤中的胡敏酸含量，降低程度由高向低为0.007 mg/L>0.010 mg/L>0.017 mg/L>0.050 mg/L。

表2 氧化石墨烯对1号土样土壤腐殖质及其组分含量的影响

表3 氧化石墨烯对2号土样土壤腐殖质及其组分含量的影响

表4 氧化石墨烯对3号土样土壤腐殖质及其组分含量的影响

3 结论与讨论

本研究结果表明，随着时间的增加，土壤有机质含量、腐殖质及其组分含量均出现了不同程度的降低。不同浓度氧化石墨烯对土壤有机质及腐殖质的影响不同，原因可能与土壤微生物的含量及活性有关。3个土样中，0.017 mg/L浓度的氧化石墨烯均可提高土壤中有机质、腐殖质、腐殖酸、胡敏素和富里酸的含量。不同浓度的氧化石墨烯对土壤有机质含量的增加效果表现为0.017 mg/L>0.05 mg/L>0.007 mg/L>0.01 mg/L。4种浓度的氧化石墨烯均会降低土壤中的胡敏酸含量，降低程度由高到低为0.007 mg/L>0.010 mg/L>0.017 mg/L>0.050 mg/L。这可能与测量方法有关，且土壤中胡敏酸含量过少。