不同种类有机物料施用对黑土团聚体有机碳及腐殖质组成的影响

摘要

以黑土有机培肥定位试验基地（2011-2015年）为平台;设置了8个不同处理进行试验。分别为不施肥（CK）、矿质氮磷钾肥（NPK）、NPK配施四种有机粪肥（NPK＋牛粪、NPK＋猪粪、NPK＋鸡粪、NPK＋堆腐肥）;以及NPKS（NPK＋玉米秸秆）、NPKB（NPK＋玉米秸秆生物炭）;设计 3 次重复;种植作物为玉米。对施用不同种类有机物料对土壤及不同粒级团聚体中有机碳（C）和腐殖质组成的影响进行了研究。本文还用化学和光谱方法描述从玉米秸秆（MS）及玉米秸秆生物炭（MSB）中分离出的类腐殖物质（HLS）的定量和定性特征;来揭示MS与MSB中HLS的本质区别。进而研究MS及MSB施用对土壤团聚体粒径分布和水稳定性的影响;以及水稳性团聚体含量及其组分中有机C和腐殖质C的化学组成。 主要研究结果如下： 1、与CK和单施NPK相比;有机肥与NPK配合显著增加土壤有机C、胡敏酸碳（HAC）以及胡敏素碳（HUC）含量显著（P<0.05）;此外;有机肥配施NPK还增加了不同粒级团聚体中有机C和腐殖质C含量;而施用堆腐肥显著提高了各粒级团聚体中有机C、HAC和HUC含量;不同种类有机肥相比;堆腐肥处理的土壤有机C、HAC和HUC含量均高于其它有机肥处理;并与牛粪处理之间差异显著。堆腐肥和牛粪施用后;在>0.25 mm 粒级团聚体中;有机C含量高于其它有机肥处理;在2～0.25 mm粒级团聚体中;有机C含量显著高于鸡粪处理;从不同粒级团聚体中腐殖质组分的分布来看;施用堆腐肥后;2～0.25 mm粒级团聚体中HAC和HUC含量显著高于猪粪中的HAC和HUC含量;而HAC含量在0.25～0.053 mm、<0.053 mm粒级团聚体中显著低于鸡粪处理。 2、用化学和光谱方法描述从MS、MSB中分离出的HLS的定量和定性特征;研究表明;与原MS相比;MSB中类胡敏酸（HLA）和类富里酸（FLA）含量较低;而HUL组分C含量较高;在MSB中;HLA的H/C、烷基C/O与烷基C比、脂肪族C/芳香族C比和疏水性C/亲水性C的比率分别为1.2、1.1、0.8和2.6;而MS中的HLA比率分别为1.5、0.2、2.1和0.7;说明MSB中的HLA的芳香度、烷基化度、疏水度均高于MS;就HLA而言;HUL组分的元素组成与它们各自的原料更相似;同时;MSB中的HUL组分也比其HLA更具芳香性和极性。 3、与CK和NPK相比;在NPKS和NPKB处理下;大团聚体（>0.25 mm）主要是>2 mm的比例增加;而0.25～0.053 mm、<0.053 mm组分的比例降低;导致土壤团聚体的平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）均高于CK和NPK处理;在NPKS和NPKB处理下;土壤和团聚体组分的有机C和腐殖质C含量也普遍高于CK和NPK处理。NPKB的处理效果比NPKS更明显;NPKB处理显著增加了大团聚体与微团聚体有机C以及HUC 的比例。2～0.25 mm团聚体的固态 13C交叉极化魔角旋转（CPMAS）NMR谱及其腐殖酸组分显示;NPKS处理不改变C官能团的比例;而NPKB处理显著降低了烷基C和烷氧基C的比例;增加了芳香族C比例;导致烷基C/烷氧基C、疏水C/亲水C比例更高;而脂族C/芳香族C的比例在NPKB处理下比其他处理低;MSB的应用增强了土壤团聚体稳定性;并提高了团聚体有机C和腐殖质C含量。与0.25～0.053 mm团聚体相比;生物炭C优先纳入大团聚体和其胡敏素组分。另外;2～0.25 mm团聚体的分子结构及其HA组分变得更稳定;更疏水且更芳香性。

目录

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