黑土层的性质与控制

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    “黑土层”是指果岭草坪下10cm左右的深（黑）色土层。通常它有一股臭鸡蛋味道。该土层会降低草坪质量——使草坪变薄、枯黄，直至完全死掉。所以，黑土层被称为草坪“黑死病”。 80年代末的美国，就曾因它而发生过大规模的本特草疫病。

金属硫化物的积累
    美国草坪专家经过研究，发现黑土层的形成与土壤内硫酸盐悄悄流失存在关联。硫酸盐减少又与厌氧菌的呼吸相关。因此，提出了一个假设：黑土层是金属硫化物积累的结果，过程中伴随着硫化氢的产生，而硫化氢产生于厌氧菌在低氧化还原电位环境下的呼吸作用。低氧化还原电位源于土壤中缺氧。水涝、过多的微生物呼吸作用都可能造成土壤缺氧。许多球场为了降低果岭草坪根部pH值而施加硫元素，也会降低土壤氧化还原电位及刺激硫化氢释放，进而产生黑土层。草坪坏死是硫化氢毒性的结果。


实验结果
    初步研究表明，在湿沙内按4.88g/m2施加硫元素，4天时间内就会产生黑土层。更高的硫元素含量会加重黑土层，但如果不加入硫元素，即使沙土被水浸泡达33天，也不会出现黑土层。多种含硫化学品都可以造成黑土，包括含硫尿素肥料、硫酸铵铁（Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O）、硫酸铁（FeSO4·7H2O）和硫酸钙（CaSO4）或石膏。硝酸盐，如硝酸钙（Ca(NO3)2）、硝酸钾（KNO3）和硝酸钠（NaNO3）。
    在黑土层实验中，金属硫化物的存在可以通过叠氮化钠（NaN3）与碘（I2）溶液的点滴测试来验证。此溶液只有被金属硫化物催化才能发生反应，产生出碘化钠（NaI），同时释放出氮气（N2），化学反应式为：
    2NaN3 + I2→2NaI + 3N2↑
    上述测试表明，氮气气泡可以作为金属硫化物的存在表征。

放射性硫的试验
    放射性硫酸根可用来测试黑土层中的硫酸含量。将放射性硫酸注入一个来自本特草果岭黑土层的土样，它转化为放射性硫离子。一天后转化率达到35%，其中80%-95%以Me35S分子的形式存在，余下5%-20%变成了放射性硫化氢（H235S）。这个实验证明，在真实黑土层中，硫酸因为反应而减少，并释放出硫化氢。
    向同样来源的黑土层泥土样本里施放叠氮化合物（N3）——一种广谱杀虫剂、钼酸铵（MoO42-）——针对厌氧菌的抑制剂，连同放射性硫，可以将硫酸-金属硫化物转化率降低到0.03%甚或0.01%。这证明了厌氧菌是硫化氢的产生原因。
    向黑土层样本放入放射性硫元素，24小时后，25.2%转化为金属硫化物（Me35S），6.4%转化为硫化氢。
    以上实验都表明，硫酸和硫元素在黑土层内都很显著地减少，实验同时也证明，硫化氢在黑土层大量存在，它对草坪植物有极强毒性。

硫化氢的毒性
    为了验证硫化氢是否造成草坪枯萎的罪魁祸首，研究人员将本特草草坪样本放入1000ppm的硫化氢稀释溶液。经过12个小时浸泡，草的地上组织停止发育；7天后枯萎，根部组织也停止发育并随后坏死。草叶和根部都变成黑褐色，与自然黑土层上发生的状况一样。这个实验证明，硫化氢严重杀伤本特草，也是这种物质使得球场出现黑土层后，草坪大面积枯萎。

硫化物降低氧化还原电位
    根据以上假设，硫元素或含硫物质能直接降低土壤的氧化还原电位，从而造成黑土层。换句话说，硫元素使草根部位变成厌氧的。研究人员通过实验验证硫元素是否影响氧化还原电位及硫离子堆积程度。将硫元素分别按0g/m2、4.88g/m2、14.65g/m2注入果岭沙，然后用水浸泡21天，增加硫离子堆积及降低氧化还原电位。如加入有机物能进一步增加上述效应。
    实验表明，加入硫元素能增加果岭土壤的厌氧性，尤其是土壤富含有机物情况下。硫元素也会刺激生成硫化氢和金属硫化物。

以硝酸盐保持氧化还原电位
    研究人员也探讨了硝酸盐能否阻止硫化氢产生。将样本分为两组——一组让硫化氢和金属硫化物自然积累，另一组施放硝酸盐，连续20天进行对照实验。施放硝酸钙（Ca(NO3)2·4H2O）使样本中氮含量达到4.88g/m2，能将氧化还原电位保持在高位5-6天，延缓了硫化氢释放。当地9天后，氧化还原电位开始下降，金属硫化物开始积累，黑土层随之出现。
    该实验表明，按适宜比例施放硝酸盐能有效保持氧化还原电位，从而阻止硫酸根（SO42-）转化。所以硝酸盐可作为防止黑土层的有效工具。

以上研究证明，黑土层源自于金属硫化物堆积，后者则是产自硫酸根的转化或硫元素在低氧化还原电位环境下的反应。耗硫的不明细菌产生出硫化氢，然后造成黑土层。草坪枯萎与硫化氢毒性有关。硫元素实验证明了低氧化还原电位是黑土层产生的必要条件，硫元素也是硫化氢之源。控制果岭土壤内硫化氢含量的关键——也即控制黑土层的关键，是控制耗硫细菌的呼吸活动，可以通过施硝酸盐氮肥及阻止硫元素的方式实现。

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发布时间：2011-08-29  点击：1785  <<< 回上页