添加外源硫?qū)r(nóng)田土壤揮發(fā)性含硫氣體釋放的影響

高珍珍，汪麗玲，景偉文

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830052； 2.巴州綠環(huán)環(huán)境科學(xué)技術(shù)研究所， 新疆 庫爾勒 841000)

添加外源硫?qū)r(nóng)田土壤揮發(fā)性含硫氣體釋放的影響

高珍珍1,2，汪麗玲1，景偉文1

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830052； 2.巴州綠環(huán)環(huán)境科學(xué)技術(shù)研究所， 新疆 庫爾勒 841000)

選擇新疆地區(qū)代表性農(nóng)田土壤為樣品，采用氣相色譜法進(jìn)行測定，通過室內(nèi)培養(yǎng)的方式考察了各種添加外源硫和環(huán)境條件對土壤揮發(fā)性含硫氣體釋放的影響。結(jié)果表明：不同添加源對揮發(fā)性含硫氣體種類及數(shù)量的影響各不相同。添加胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、硫酸鈉和硫代硫酸鈉后，釋出的揮發(fā)性含硫氣體在總硫中所占的比例依次為1.71%、0.52%、11.5%、0.0016%和0.0014%，表明轉(zhuǎn)化率均較低，其中無機(jī)硫的轉(zhuǎn)化率最低，甲硫氨酸的轉(zhuǎn)化率最高，有機(jī)硫是主要來源。在土壤微生物分解作用下，胱氨酸、半胱氨酸的主要分解產(chǎn)物是H2S，分別占總釋放量的97.9%、90.8%；甲硫氨酸能夠釋放較多的CH3SH氣體，占總釋放量的88.3%。在一定范圍內(nèi)(1～10 mg·g-1)，含硫氣體的釋放量隨半胱氨酸添加量的增加而增加。碳、氮源加入的影響與揮發(fā)性含硫氣體的種類有關(guān)。環(huán)境條件對揮發(fā)性含硫氣體的釋放也有影響，培養(yǎng)用水的影響遠(yuǎn)高于土壤類型，是相對重要的因素。

添加劑；外源硫；農(nóng)田土壤；揮發(fā)性含硫氣體；釋放

揮發(fā)性含硫氣體主要包括硫化氫(H2S)、羰基硫(COS)、二甲基硫(DMS)、二硫化碳(CS2)、甲硫醇(CH3SH)和二甲基二硫(DMDS)，是自然界硫循環(huán)的重要組成部分，對環(huán)境有著較大的影響，如酸沉降加劇、能見度降低、輻射平衡破壞、陽傘效應(yīng)(反溫室效應(yīng))乃至臭氧層耗損等[1-2]。揮發(fā)性含硫氣體依靠其揮發(fā)特性成為連接大氣、陸地、海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要紐帶，因而成為硫素生物地球化學(xué)研究的一個重要組成部分。

陸地生態(tài)系統(tǒng)是硫循環(huán)的構(gòu)成系統(tǒng)之一，農(nóng)田是陸地生態(tài)系統(tǒng)中比較活躍的部分。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)揮發(fā)性含硫氣體的釋放/吸收過程與土壤密切相關(guān)。因此，作為揮發(fā)性含硫氣體重要的釋放源之一，土壤也常被作為陸地硫源中一個非常重要的獨立部分進(jìn)行研究。硫素經(jīng)由土壤中的生化反應(yīng)過程產(chǎn)生、釋放揮發(fā)性含硫氣體推動硫循環(huán)，對環(huán)境生態(tài)、氣候變化和生物代謝產(chǎn)生重要影響[3]。不同的土壤除了其中有機(jī)質(zhì)構(gòu)成和土壤微生物的特性有差別外，其溫度、濕度、pH值、氧化還原條件、土壤結(jié)構(gòu)等情況也各有差異，因此不同類型的土壤往往會產(chǎn)生不同的釋放行為。當(dāng)前隨著對硫作為植物營養(yǎng)元素重要性認(rèn)識的不斷提高，硫肥施用日益增加，導(dǎo)致硫?qū)θ蜃兓铜h(huán)境的影響日益加劇，迫切需要我們深入研究硫在土壤中的氧化還原反應(yīng)及轉(zhuǎn)化過程，尤其是結(jié)合不同地區(qū)的土壤特性來考慮這一問題。

干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是與全球氣候變化聯(lián)系比較密切的生態(tài)類型，也是全球陸地硫循環(huán)的重要組成部分之一。新疆地處特殊的干旱區(qū)，綠洲是新疆人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)載體和基本地理空間。由于自然條件惡劣，綠洲地區(qū)相對脆弱的生態(tài)環(huán)境和日益增加的人口承載壓力之間的矛盾需要我們特別重視科學(xué)地進(jìn)行生態(tài)環(huán)境保護(hù)和建設(shè)[4]。新疆地處中、高緯度區(qū)，綠洲土壤具有明顯的地域特色，其性質(zhì)有別于其它地區(qū)的農(nóng)田土壤[5]，因此必然影響硫的存在形態(tài)及氧化還原過程，進(jìn)而衍生出硫的生物地球化學(xué)循環(huán)研究的特有內(nèi)容。另外，干旱區(qū)綠洲具有獨特的人-地相互作用特點，也是受到人類活動影響比較明顯的區(qū)塊，但是目前比較缺乏該方面的研究報道。本研究采用實驗室培養(yǎng)的方法，通過考察不同添加源對綠洲土壤揮發(fā)性含硫氣體釋放的影響，探討綠洲土壤中揮發(fā)性含硫氣體產(chǎn)生和釋放的途徑及基本的轉(zhuǎn)化規(guī)律，說明土壤的地域性差異對土壤揮發(fā)性含硫氣體(以下簡稱氣體)釋放的影響。

1 材料與方法

1.1 土樣的采取與制備

培養(yǎng)所用的土壤均采自烏魯木齊市近郊農(nóng)田(0～10 cm表層土。水田土壤采自稻田，為潛育型水稻土，前身為典型灰漠土;旱田土壤采自旱田，為黃土質(zhì)棕鈣土)。其理化性狀見表1。把土樣通風(fēng)晾干，揀去石塊、根莖等雜物，研細(xì)后用40目的篩子過篩，充分混合后用四分法取出一部分作測定土壤成分之用，其余放入廣口瓶，冰箱冷藏備用。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

1.2 培養(yǎng)實驗

稱取約50 g土壤，置于螺口玻璃培養(yǎng)瓶中，加入75 mL離子交換水，保持淹水狀態(tài)，定量加入添加物質(zhì)(有機(jī)硫源：胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸；無機(jī)硫源：硫酸鈉、硫代硫酸鈉；氮源：硝銨；碳源：葡萄糖；碳、氮源：尿素)并調(diào)節(jié)土壤pH值近中性，搖勻后擰緊瓶蓋，放入振蕩器中38℃恒溫下全天光照培養(yǎng)。設(shè)定相應(yīng)對照。每8～10 d為一個培養(yǎng)周期，從培養(yǎng)次日起每天以注射器抽取瓶中頂空氣體進(jìn)行氣相色譜測定，連續(xù)分析各揮發(fā)性含硫氣體的產(chǎn)生釋放情況。每次氣體取樣時注意不能搖動培養(yǎng)瓶。

1.3 分析測定條件

島津GC-2014型氣相色譜儀，配火焰光度檢測器，色譜柱RTX-5(30 m×0.25 mm)。采用程序升溫，初溫30℃，恒溫4 min后以15℃·min-1的速度升至80℃，恒溫5 min，然后再以15℃·min-1的速度升至120℃，恒溫5 min。載氣為N2，流速0.8 ml·min-1，分流比50，進(jìn)樣口溫度150℃，檢測器溫度200℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同添加源的影響

2.1.1 有機(jī)硫源 向土樣中分別加入胱氨酸、半胱氨酸和甲硫氨酸后進(jìn)行培養(yǎng)，所測結(jié)果如圖1和表2。作為對照，發(fā)現(xiàn)加熱滅菌后的土壤培養(yǎng)后沒有測到有關(guān)氣體，證明揮發(fā)性含硫氣體主要來自于微生物的作用。相比于空白樣品(不加入添加源)，加入這些有機(jī)含硫氨基酸后釋放的氣體種類和數(shù)量都顯著增加。生成氣體的釋放過程大致呈峰型曲線變化，一般在培養(yǎng)數(shù)天后達(dá)到峰值，然后逐漸下降。氣體濃度的逐漸下降一方面是與環(huán)境中的羥基或其它自由基反應(yīng)而被氧化，另一方面也與氣體的水溶性、土壤的吸附性和瓶壁效應(yīng)有關(guān)[6-7]。

圖1 不同半胱氨酸添加量對揮發(fā)性含硫氣體釋放量的影響

表2 添加不同物質(zhì)后以單位硫含量計土壤釋放的揮發(fā)性含硫氣體(nL·mg-1·g-1)

注：“—”代表低于檢出限；括號前的數(shù)值代表檢測到該氣體最高累積濃度，括號內(nèi)的數(shù)值代表此時的培養(yǎng)天數(shù)。

Note: “—”: not detected (below detection limit). Data before the parentheses was the maximum measured value of volatile sulfur gases and data in the parentheses was the days of incubation.

添加半胱氨酸和胱氨酸培養(yǎng)數(shù)天以后，培養(yǎng)瓶中的土壤顏色逐漸變黑，提示有H2S的生成，測定結(jié)果中也顯示有大量H2S的生成(H2S分別占總釋放量的97.9%、90.8%)。H2S的水溶性較好，能夠較快轉(zhuǎn)化成FeS，故土壤呈黑色[8]。釋放的其它氣體主要還有COS、CS2和DMS。土壤微生物分解甲硫氨酸釋出的揮發(fā)性含硫氣體種類與胱氨酸和半胱氨酸有所不同。甲硫氨酸能夠釋放較多的CH3SH氣體(占總釋放量的88.3%)，同時還檢測到相對少量的H2S、COS和DMS。

2.1.2 無機(jī)硫源 硫酸鹽可經(jīng)微生物還原過程生成揮發(fā)性含硫氣體。培養(yǎng)結(jié)果表明(表2)，與有機(jī)硫源相比，加入無機(jī)硫源后土壤釋放的氣體種類減少，釋放量也大大降低。

不同硫源對氣體釋放產(chǎn)生的影響不同。將各硫源換算為單位硫含量后比較不同硫源對氣體釋放的影響(表2)。從表2中可以看出，釋出的氣體在添加物中所占的比例依次為1.71%、0.52%、11.5%、0.0016%和0.0014%，表明轉(zhuǎn)化率均不高，其中，無機(jī)硫的轉(zhuǎn)化率最低，甲硫氨酸的轉(zhuǎn)化率最高。

在實驗條件下，土壤中添加有機(jī)和無機(jī)硫源后生成揮發(fā)性含硫氣體，表明有機(jī)和無機(jī)硫源是微生物的營養(yǎng)物質(zhì)。土壤中揮發(fā)性含硫氣體釋放的途徑主要有兩個[9]，一是硫酸鹽的同化(還原)過程，另一個是含硫氨基酸和其它有機(jī)物的分解，一些微生物，如放線菌、絲狀菌等能以含硫氨基酸為營養(yǎng)物和碳、硫源對含硫氨基酸進(jìn)行分解、利用，生成中間產(chǎn)物或終產(chǎn)物揮發(fā)性含硫氣體[8]。從實驗結(jié)果來看，后一個途徑顯然是主要的。硫酸鹽需經(jīng)同化作用，才能完成由無機(jī)硫到有機(jī)硫的轉(zhuǎn)變，故此作用結(jié)果不顯著，且能夠還原硫酸鹽的菌種也比較少。如Swary等的結(jié)果表明[9]，其所試驗的四種嗜溫性菌難以還原硫酸鹽，而四種嗜熱性菌則完全不能還原硫酸鹽。同樣是有機(jī)硫源，相比于半胱氨酸和胱氨酸，添加甲硫氨酸后氣體的釋放量顯著增加。由于甲硫氨酸的分解反應(yīng)可以直接進(jìn)行，且作用酶的種類多，故釋放量顯著增加[10-11]。半胱氨酸是合成甲硫氨酸的起始物質(zhì)，也是硫酸鹽同化的終產(chǎn)物，因此作用效果弱于甲硫氨酸而強(qiáng)于硫酸鹽。

H2S可以由半胱氨酸經(jīng)胱硫醚β-合成酶(cystathionineβ-synthase，CBS)和γ-裂解酶(cystathionineγ-lyase，CSE)通過轉(zhuǎn)硫作用生成[10]：

或者：

胱氨酸也有類似反應(yīng)[11]：

能夠利用甲硫氨酸生成CH3SH氣體的微生物比較多，主要有曲霉菌屬、帚霉屬、鐮刀菌、鏈霉菌或酵母菌等[10]。甲硫氨酸可由胱硫醚β-裂解酶、胱硫醚γ-裂解酶、甲硫氨酸-β裂解酶三種酶直接脫氨基生成CH3SH。CH3SH進(jìn)一步氧化生成DMS、DMDS。反應(yīng)式如下[11]：

甲硫氨酸也可以通過轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)生成巰基丁酮酸，再經(jīng)裂解生成丁酮酸和甲硫醇，還可以直接通過γ-裂解酶直接脫氨基并生成甲硫醇[11]。利用甲硫氨酸或甲硫醇生成DMS的途徑尚不清楚[11-12]。

作為氧化態(tài)硫，硫酸鹽被微生物利用的方式有兩種[13]：一條途徑是硫的同化還原，即還原硫的專性厭氧菌把從環(huán)境中吸收的無機(jī)態(tài)硫經(jīng)ATP硫酸化酶激活為3'-磷酸腺苷-5'-磷酰硫酸(PAPS)或5'-腺苷酰硫酸(APS)，同化還原為亞硫酸鹽、硫化物等各種含硫化合物，最后釋出氣體或合成半胱氨酸和胱氨酸，這些含硫氨基酸也可經(jīng)還原降解進(jìn)一步生成氣體。另一條途徑是硫的異化還原，即在微生物參與下，硫酸鹽作為電子受體氧化有機(jī)物，同時硫被還原為H2S。從反應(yīng)產(chǎn)物判斷，硫的同化還原過程可能是主要的。

作為還原性硫，硫代硫酸鈉可被自養(yǎng)細(xì)菌(如硫桿菌屬，Thiobacillus)和異養(yǎng)硫細(xì)菌微生物利用發(fā)生氧化反應(yīng)[14]：

S2O32-+H2O+2O2→2SO42-+2H+

因此，添加硫代硫酸鈉后的情況與硫酸鈉類似。

綜上，半胱氨酸、胱氨酸、甲硫氨酸和硫酸鹽添加后氣體釋放種類和量的不同主要源自這些含硫物質(zhì)的可轉(zhuǎn)化性以及一些化學(xué)(其分子結(jié)構(gòu)的差別)和生物的因素(作用酶的不同)等。

2.1.3 氮源的影響 以半胱氨酸(350 mg)為硫源，分別以硝銨(1.5 g)、尿素(1.125 g)為氮源，培養(yǎng)后的測定結(jié)果見圖2(a～d)。圖2(a～d)的結(jié)果表明，與只加入硫源的對照相比，添加硝銨后COS氣體已檢測不到，H2S和DMS的釋放量減少，尤以H2S明顯，但是CS2的釋放量卻顯著增加。尿素的作用效果與硝銨類似，但對CS2的促進(jìn)作用弱于硝銨，對H2S、DMS的抑制作用則強(qiáng)于硝銨。

以半胱氨酸為硫源，加入不同量的硝銨(0.5、1.5、3 g)為氮源，比較不同氮素含量對揮發(fā)性含硫氣體釋放的影響。測定結(jié)果(表3)表明，H2S、COS和DMS釋放量隨硝銨用量的增加而減小，表現(xiàn)出明顯的氮抑制。當(dāng)?shù)暮吭黾訒r，CS2的釋放量反而增加，表現(xiàn)為明顯的氮促進(jìn)作用，說明該類微生物對氮素的需求較多，氮素增加有利于該類微生物活性的增強(qiáng)。

氮和硫是合成含硫有機(jī)物的主要元素，因此，氮、硫養(yǎng)分供應(yīng)狀況對微生物的活性有著非常重要的影響。向土壤中添加氮源后，一般認(rèn)為微生物的活性增加，生長加快，導(dǎo)致氣體釋放量增加，如CS2的結(jié)果即是如此。土壤中氮源的添加保證了氮素供應(yīng)充足，產(chǎn)生CS2的微生物對氮素的響應(yīng)較快，活性增強(qiáng)后能將可資利用的氮素轉(zhuǎn)化成含硫氨基酸[15]，由于有機(jī)硫的利用率高，導(dǎo)致CS2的釋放量增加。同時該結(jié)果也說明產(chǎn)生CS2的微生物耐酸、堿性也比較強(qiáng)。但施氮導(dǎo)致H2S、DMS和COS釋放量降低。Jerry等[16]關(guān)于施氮對氣體釋放量的影響也有類似的結(jié)論。Simmons等[17]認(rèn)為過量的可利用硫素可能限制了這類微生物將將氮素轉(zhuǎn)化成含硫氨基酸的過程。劉松忠等[18]的研究認(rèn)為，高硫條件下ATP硫酸化酶(ATPS)和O-乙酰絲氨酸水解酶(OASS)的活性相對較低。Arnerbrandt等[19]的研究也表明，施用氮肥對土壤微生物群落，特別是腐生菌和菌根真菌有直接的抑制作用，其機(jī)制是抑制酶活力和積累毒性化合物。另外，施氮改變了土壤的酸堿度，也可能導(dǎo)致微生物活性受到抑制。施氮同時也能改變土壤的氧化還原電位，如硝銨有抑制土壤氧化還原電位持續(xù)下降的作用[20]。土壤氧化還原電位越低，越趨于厭氧環(huán)境，對微生物產(chǎn)生氣體有利[21]。因此，施氮破壞厭氧條件，減少了氣體的釋放。最后氮素在土壤溶液中被分解后的產(chǎn)物對H2S、COS和DMS氣體的吸收溶解能力增強(qiáng)也是一個可能的原因?？梢姡c硫代謝密切相關(guān)。對不同的氣體來說，氮對硫代謝的影響是不盡相同的。

不同的氮肥對氣體釋放的影響基本一致，但強(qiáng)度有差異。硝銨所含氮素容易經(jīng)過反硝化過程而有所損失，相當(dāng)于相對降低了施氮水平，故抑制作用弱于尿素。培養(yǎng)初期尿素在土壤脲酶的參與下先水解成氨，釋放出的氨大多被土壤吸附，奪取土壤溶液中的H+而形成NH4+，然后再同銨態(tài)氮肥一樣進(jìn)行硝化作用[20]。因此，對于氮促進(jìn)效應(yīng)來說，尿素弱于硝銨。尿素含可甲基化碳源，碳源的添加對微生物的生長有利，但本實驗的結(jié)果沒有體現(xiàn)出碳的影響，可能是添加量較少未達(dá)顯著性效應(yīng)的原因。

圖2 添加碳、氮源后對揮發(fā)性含硫氣體釋放量的影響(以cysteine為對照)

from cysteine-added soils (cysteine taken as substrate)

2.1.4 碳源的影響 以葡萄糖為有機(jī)碳源，若只加入碳源，發(fā)現(xiàn)氣體的釋放量與空白相比沒有明顯差異，幾乎檢測不到。向土壤中同時添加半胱氨酸(350 mg)和葡萄糖(5 g)再次培養(yǎng)，測定結(jié)果見圖2(a～d)。圖2(a～d)的結(jié)果表明，與只加入硫源的對照相比，同時加入C、S源后DMS的釋放量變化不大，CS2和H2S的釋放量明顯增加，而COS的釋放量則明顯下降。以上結(jié)果表明以半胱氨酸為固定硫源，添加有機(jī)碳源葡萄糖后對不同氣體釋放量的影響是不同的。

考察不同碳添加量下氣體的釋放情況。土壤本身的C/N為 20/1，分別加入5、10、15 g葡萄糖后(以半胱氨酸為硫源)，將土壤的C/N分別調(diào)整為38/1、52/1和65/1。在此條件下的測定結(jié)果(表4)表明，當(dāng)C/N的比例增加到38/1時，H2S、CS2的釋放量較大，繼續(xù)增加C/N的比例后，釋放量不再增加反而有所下降。葡萄糖的增加對COS的釋放產(chǎn)生抑制作用，對CH3SH的釋放則影響不明顯。

表4 葡萄糖不同添加量的影響(以最高累積釋放量計)

對化能異養(yǎng)型微生物來說，有機(jī)碳既是能源，也是微生物生長的碳源。當(dāng)土壤中的有機(jī)碳增加后，微生物的生長有了充足的可資利用的能源和碳源，微生物的活性和數(shù)量增加。土壤中雖本身有一定的硫，但這些硫素主要以無機(jī)硫的形式存在。由于微生物對無機(jī)硫的利用率較低，所以在只添加碳源的條件下氣體釋放不明顯，只有同時添加有機(jī)硫源后，微生物可對其進(jìn)行充分利用，加速分解，導(dǎo)致H2S、CS2的釋放量增加。COS的釋放量下降反映了作用酶的特點。微生物的活性和數(shù)量增加后，釋放的COS也相應(yīng)增多。但土壤中的碳酸酐酶(CA)能利用COS，將其水解轉(zhuǎn)化成CO2和H2S[22]，因此導(dǎo)致COS濃度下降。上述結(jié)果表明，充足的硫源和碳源有利于土壤的硫釋放。

土壤中的C/N比發(fā)生變化時，意味著土壤對微生物的養(yǎng)料供應(yīng)情況發(fā)生了相應(yīng)變化，使得不同種類微生物的活性和競爭能力發(fā)生了改變，最終導(dǎo)致氣體釋放的變化。土壤C/N較低時，可供微生物利用的碳源較少，增加碳源，提高C/N，有利于土壤中微生物的活性增加，但碳源并非越多越好。微生物以一定的比例同化利用一定數(shù)量的碳、氮，以滿足其生長的需要。在碳源不成為硫釋放的限制性因素時再添加碳源，對微生物的硫源利用就不會有影響[6]。另外，雖然通過增加碳源提高了C/N，但是氮素受限，微生物對氮素的需求會有所增加，導(dǎo)致氣體的釋放量不再增加反而下降?？梢?，C、N、S代謝之間有著一定的聯(lián)系，但目前的研究工作較少，需進(jìn)一步深入。

2.2 添加量的影響

分別在土壤中加入不同量的半胱氨酸(50、200、350、500 mg)進(jìn)行培養(yǎng)，測定的結(jié)果見圖1。從圖中可以看出，在一定范圍內(nèi)，氣體的釋放量隨半胱氨酸添加量的增加而增加，DMS、CS2和COS的釋放量與半胱氨酸添加量大致呈正相關(guān)關(guān)系。

2.3 土壤環(huán)境條件的影響

2.3.1 不同的土壤類型 分別取旱田土壤和水田土壤培養(yǎng)后進(jìn)行測試，結(jié)果(表5)表明，同一條件下水田土壤氣體的釋放量高于旱地土壤，但差異不明顯，說明土壤類型對氣體的釋放有一定影響。水田土和旱地土壤成土母質(zhì)本身有一定差別，長期水熱管理的不同，使得土壤性質(zhì)產(chǎn)生一定差別。從表1可以看出，水田土壤中有機(jī)碳及全氮含量均高于旱地土壤，且C/N較大。這些都是有利于微生物活性增強(qiáng)的條件。

2.3.2 不同用水 以上結(jié)果均用離子交換水進(jìn)行培養(yǎng)。為考察不同用水的影響，在土壤中加入稻田水(取自試驗大田，分蘗期稻田水)培養(yǎng)后進(jìn)行測試(表6)。與離子交換水的培養(yǎng)結(jié)果相比，以稻田水培養(yǎng)后氣體的釋放種類增多，釋放量也明顯增加。這是因為稻田水長期和土壤、植物在一起，使得稻田水中微生物種類及數(shù)量更多(106～107個·mL-1，遠(yuǎn)高于離子交換水中102～103個·mL-1的水平)，活性也更好。與前述數(shù)據(jù)相比，表明不同用水對氣體釋放的影響強(qiáng)度遠(yuǎn)高于土壤類型，稻田水對氣體的釋放具有相對重要的作用。

表5 不同類型土壤揮發(fā)性含硫氣體最高累積釋放量/(nL·g-1)

表6 稻田水培養(yǎng)時揮發(fā)性含硫氣體的最高累積釋放量/(nL·g-1)

注：*表示數(shù)值較大，超出色譜線性范圍。 Note:* indicated the maximum emission rate exceeded the linear range of chromatography.

3 結(jié) 論

與張晉華等的結(jié)果相比[6]，添加營養(yǎng)源后，新疆地區(qū)農(nóng)田土壤揮發(fā)性含硫氣體的釋放顯示出與之相同的一些規(guī)律，如氣體的釋放主要來自于微生物的作用，土壤微生物還原有機(jī)硫源釋放的氣體量遠(yuǎn)大于無機(jī)硫源等，但也表現(xiàn)出獨特之處，具體有：

(1) 新疆地區(qū)農(nóng)田土壤揮發(fā)性含硫氣體的釋放種類偏少，以H2S、CH3SH、COS和DMS為主，濃度總體上偏低。

(2) 土壤中添加胱氨酸和半胱氨酸后釋出的H2S分別占總釋放量的97.9%、90.8%，添加甲硫氨酸后釋出的CH3SH占總釋放量的88.3%。由此表明：胱氨酸和半胱氨酸是H2S的主要前體物，甲硫氨酸是CH3SH的主要前體物。

(3) 在一定的含量范圍內(nèi)(1～10 mg·g-1)，氣體釋放量隨硫源添加量增加而增加。在土壤中添加氮源和碳源，對不同氣體釋放量的影響不盡相同。氮源和碳源的添加改變了土壤微生物活性，最終導(dǎo)致氣體的釋放量及種類發(fā)生變化。

(4) 不同的土壤類型是影響土壤揮發(fā)性含硫氣體釋放的因素之一。水田土壤氣體的釋放量高于旱作土壤。稻田水對氣體釋放的影響強(qiáng)度遠(yuǎn)高于土壤類型的影響，表明其對揮發(fā)性含硫氣體的釋放具有重要的作用，凸顯了微生物的影響。

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Effectsofexogenoussulfuronvolatilesulfurgasesemittingfromthefarmland

GAO Zhen-zhen1,2, WANG Li-ling1, JING Wei-wen1

(1.DepartmentofChemicalEngineering,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,Xinjiang830052,China; 2.LvHuanEnvironmentalScienceandTechnologyResearchInstituteinBayingolinPrefecture,Korla,Xinjiang841000,China)

In this paper, the influences of different exogenous sulfur and environmental conditions on the emissions of volatile sulfur gases from soil were investigated by gas chromatography for the representative farmland soil samples in arid area of Xinjiang. The results showed that sources of exogenous sulfur had different influences on the kind and the amount of volatile sulfur gases emitting from incubation soils. Volatile sulfur gases released from the soil with cystine, cysteine, methionine, sodium sulfate and sodium thiosulfate addition contributed fewer to total sulfur emission, being 1.71%, 0.52%, 11.5%, 0.0016% and 0.0014%, respectively. The conversion rate was the highest for methionine but lowest for inorganic sulfate. Organic sulfur acted as a major contributor to volatile sulfur gases emission from soil. As the main product, H2S accounted for 97.9% and 90.8% of the total emissions from cystine and cysteine by microbial decomposition. CH3SH was the main product detected from methionine decomposition and accounted for 88.3% of the total emissions. The amounts of volatile sulfur gases were positively proportional to the amounts of added cysteine (1～10 mg·g-1). The influence of added carbon and nitrogen fertilization was related to the kind of evolved volatile sulfur gases. Incubation conditions such as the soil types and irrigation water had substantial effect on sulfur gases emissions, with the moisture in incubation soil having the larger influence.

additives; exogenous sulfur; farmland soil; volatile sulfur gases; emission

1000-7601(2017)03-0253-07doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2017.03.39

2016-03-20

：2017-02-27

：國家自然科學(xué)基金(41263004)；霍英東教育基金(111019)

高珍珍(1988—)，女，山東泰安人，碩士，研究方向為環(huán)境化學(xué)。 E-mail:396938909@qq.com。

景偉文(1972—)，女，陜西華縣人，教授，主要從事環(huán)境化學(xué)研究。 E-mail:479218061@qq.com。

S152.6; X13

： A