土壤颜色是反映土壤发生、 形成环境及肥力特征的一项重要物理性状。 通常高有机质含量土壤的颜色比较黑, 但我国典型低有机质含量的砂姜黑土土壤颜色也很黑。 基于传统化学方法的研究认为高度芳构化的腐殖质成分与土粒结合使砂姜黑土呈现黑色。 然而采用化学方法只能提取部分腐殖质成分, 且破坏了有机质及有机无机复合体的化学结构, 其结果不具有代表性。 通过不破坏土壤有机无机复合体结构的物理方法从砂姜黑土中提取黑色物质的研究发现蒙皂石吸附有机质形成的黑色有机无机复合体是砂姜黑土呈现黑色的决定性成分。 但是, 这些黑色有机无机复合体的有机质结构及复合体呈现黑色的机制还不清楚。 本研究旨在通过物理方法从砂姜黑土中提取黑色组分, 从有机质结构及其与蒙皂石矿物作用方面研究这些黑色有机无机复合体的特征, 探讨其呈现黑色的机理。 首先采用物理方法从黄淮海平原三个地点的典型砂姜黑土表土层（0～40 cm）土壤中提取浅色组分［＞53 μm颗粒、 白（W）和浅白(LW)］和黑色组分［浅黑（LB）、 黑（B）和纳米黑（NB）］。 然后采用分光测色仪、 固态13C核磁共振谱仪和X射线衍射仪分别测定不同提取组分的黑度、 有机质结构和蒙皂石含量。 相关分析和通径分析结果表明, 提取组分有机质的羧基碳、 氨基碳、 烷基碳和烷氧碳对砂姜黑土黑度的直接影响效应和间接效应都较大, 芳香碳含量和芳香度对土壤黑度的影响则较小, 蒙皂石对土壤黑度的直接影响效应及其通过羧基碳、 氨基碳和烷基碳对土壤黑度的间接效应都较大。 因此, 砂姜黑土中大量存在的蒙皂石通过吸附有机质中含有生/助色团的羧基碳、 氨基碳、 烷氧碳及烷基碳形成有机-无机复合体是其呈现黑色的主要机制, 并不是传统观点认为的芳香碳及高芳香度。

氨挥发是农田氮素向环境输出的重要途径, 也是我国空气中PM2.5形成的主要因素, 给环境和农业生产带来了诸多不利影响。 传统的农田氨挥发测定大多依赖酸吸收法, 但因采样时间长、 劳动量大, 难以获取氨挥发日内动态变化规律。 基于开放光程可调谐二极管激光吸收光谱技术进行田间痕量氨气测定时, 测量精度高、 选择性好、 系统响应速度快, 不需要复杂的采样操作, 就可以实现激光发射器与反射镜之间数十至数百米的高时间分辨率的氨气浓度原位快速监测。 其与微气象反向拉格朗日随机扩散模型相结合（TDLAS-BLS法）是目前农业源氨挥发监测技术领域的研究热点。 通过田间试验, 分析比较TDLAS-BLS法与微气象水平通量积分法（IHF法）测定的氨挥发速率及氨挥发损失结果, 实现对TDLAS-BLS法测定大面积农田氨挥发的可靠性验证。 利用监测获取的高时间分辨率数据研究冬小麦追肥期氨挥发日内变化规律及影响因素。 结果表明: TDLAS-BLS法和IHF法测定农田氨挥发速率基本一致（斜率为0.97, R2=0.97, n=14）, TDLAS-BLS法测定氨挥发速率仅比IHF法低3%, 总氨挥发损失仅低6%, 证明TDLAS-BLS法可用于冬小麦追肥期大面积农田氨挥发监测中。 冬小麦追肥期白天氨浓度明显高于夜间, 且受风速波动影响, 氨浓度瞬时波动较大。 氨挥发速率在追肥后缓慢升高, 施肥后第6天出现氨挥发速率峰值8.9 kg N·ha-1·d-1, 随后逐渐降低, 至第15天与背景接近。 氨挥发损失主要集中在施肥后的第5～8 d（79～175 h）, 该时段氨挥发损失占总氨挥发损失的69%。 整个监测期间TDLAS-BLS法测定总氨挥发损失为8.8 kg N·ha-1（占施氮量6.3%）, 较低的损失量与沟施覆土的施肥方式及低温、 低光照强度有关。 TDLAS-BLS法实现了在线监测大面积农田氨挥发日内变化规律, 高时间分辨率数据可更准确地评估气象因素对氨挥发的影响。 冬小麦追肥期氨挥发日内波动较大, 存在明显的昼高夜低变化规律, 与温度、 风速、 光照有很高的相符性。 相关分析表明风速、 光照、 土壤温度、 降水都与氨挥发有显著相关性, 异常天气下主导气象因素（如降水）是氨挥发主要控制因素。