秸秆深还对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响

以辽宁省阜新县试验基地培肥3年的草甸褐土为研究对象,设CK(不施秸秆)和CS(秸秆深还施用量为24 000 kg hm-2)2个处理,每个处理随机选取3个采样点,采集深度为0～20 cm和20～40 cm。采用腐殖质组成修改法提取水溶性物质(WSS)、胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(Hu),研究秸秆深还对土壤腐殖质各组分含量的影响,并提取土壤胡敏酸(HA)固体样品进行结构表征。研究表明:秸秆深还更有助于表层土壤及其各腐殖质组分WSS、HA、FA和Hu有机碳含量的积累,分别较CK增加了33.11%、26.39%、11.09%、9.197%和18.55%,亚表层土壤WSS有机碳含量变化不显著,但HA和Hu的含碳量降低;表层和亚表层土壤PQ值的变化不显著;表层和亚表层土壤HA,缩合度变大,分子结构变复杂,芳香结构增加,热稳定性相对提高,亚表层土壤HA脂族结构稳定性增强。     

秸秆深还及配施化肥对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构的影响

中国每年农作物秸秆总量巨大,大部分农民选择焚烧,焚烧秸秆会减少表层土壤有机质,损害土壤墒情,引起环境污染,进而危害人类健康。将玉米秸秆施入土壤亚表层(20~40 cm之间),即"秸秆深还"(Corn stover deep incorporation,CSDI),可以有效解决秸秆利用问题,以及由于焚烧秸秆造成的诸多问题,继而达到固碳、蓄水、培肥、稳产的目的。以吉林农业大学试验站玉米连作耕地0~20 cm和20~40 cm土层土壤为研究对象,设CK(未施用秸秆)、CS(秸秆深还)、NPK(单施化肥)、CS+NPK(秸秆深还配施化肥)4种处理,主要研究秸秆深还及配施化肥对土壤腐殖质组成和胡敏酸(HA)结构的影响。腐殖质组成采用腐殖质组成修改法测定,胡敏酸样品采用IHSS方法提取纯化,其结构经元素组成、红外光谱进行研究。结果表明:秸秆深还及秸秆配施化肥对不同土层土壤有机碳(SOC)含量以及腐殖质各组分含碳量均有显著积累作用,PQ值(胡敏酸在腐殖酸中所占的比例)无显著变化。秸秆深还及秸秆配施化肥均能使HA分子的芳香结构比例增加,但CS处理还能同时增加脂族链烃的比例;而CS+NPK处理则使HA的缩合度提高,氧化度下降。说明CS和CS+NPK使HA变稳定的机制有所不同,除了分子结构芳香性提高的作用以外,前者还体现在疏水性的提高上;而后者则体现在分子结构变复杂上。     

有机物料对不同作物根系土壤腐殖质组成和结构的影响

为探讨施用有机物料后不同作物根系土壤腐殖质各组分含量和胡敏酸元素组成的变化情况,以吉林农业大学试验田培肥2a的黑土为研究对象,试验选取3种作物(玉米、大豆、白菜),每种作物设4种施肥处理,包括化肥(CK)、玉米秸秆配施化肥、树叶配施化肥和鸡粪配施化肥。采用腐殖质修改法提取水溶性物质(WSS)、胡敏酸(HA)、富里酸(FA)、胡敏素(HM),利用重铬酸钾外加热法测定腐殖质各组分有机碳含量,采用分光光度计法测定HA和FA的光学性质,通过光密度E_4/E_6值和元素组成分析HA的结构变化。结果表明:土壤总有机碳(TOC)和腐殖质各组分有机碳含量均表现为白菜玉米大豆。相比CK,配施有机物料后作物根系土壤TOC、WSS、HA含量分别显著增加5%~8%,34%~55%,8%~20%,FA含量变化不明显。相比树叶和鸡粪,秸秆可显著提高TOC含量;WSS在各物料之间差异不明显;HM含量表现为秸秆树叶鸡粪CK。有机物料对PQ值的影响因作物而异,秸秆和鸡粪对玉米、大豆根系土壤PQ值(HA占腐殖酸的比率)的影响相似,而鸡粪对白菜根系土壤PQ值的影响显著高于玉米秸秆。施用有机物料后HA的E_4/E_6未发生明显改变,FA的E_4/E_6显著提高。有机物料使根系土壤HA缩合度升高,分子结构更加复杂,且有利于HA含氮基团的形成,以秸秆处理作用最好。由此可见,有机物料具有良好的培肥效果,其中鸡粪对白菜根系土壤培肥效果最显著,秸秆与鸡粪对玉米、大豆根系土壤培肥效果相似,均显著高于化肥。     

不同恢复阶段人工沙棘林土壤腐殖质组成及性质

以陇东黄土高原沟壑区人工沙棘林根际土壤为研究对象,研究了不同恢复阶段近熟期沙棘林土壤的腐殖质组成、结合形态及胡敏酸的光学性质。结果表明,不同恢复年限人工沙棘林下土壤腐殖质各组分有机碳含量为:胡敏素(HM)胡敏酸(HA)富里酸(FA);PQ值(可提取腐殖质中HA的比例)表现为:CK7a10a15a,且不同恢复年限各层土壤的PQ均大于52%;E4/E6和ΔlgK(色调系数)的值:15a10aCK7a;RF值(相对色度)与E4/E6和ΔlgK的变化趋势相同,即15a10a7aCK。恢复15a后,各层土壤有机碳的腐殖化程度比10,7a和CK显著降低,说明随着恢复年限的增加,土壤的腐殖化程度趋向简单,土壤胡敏酸的氧化稳定性下降,且不利于土壤的肥力发展。因此,在利用人工沙棘林进行水土保持和恢复提高土壤综合肥力超过15a时,应及时更新。     

土壤腐殖质组成对大气二氧化碳浓度升高的响应

为了探求大气CO2浓度升高对土壤腐殖质及其组成的影响，为大气CO2浓度升高条件下土壤生物化学过程的变化提供依据，通过稻-麦轮作FACE（Free-air CO2 enrichment）平台研究了正常施氮水平下水稻土壤有机碳及其各组分对大气CO2浓度升高的响应。研究结果表明：不同土层的腐殖质组分含量有所差异，表层（0～15cm）土壤腐殖化程度较高，表层的土壤有机碳（SOC）、水溶性碳（WSOC）、胡敏酸（HA）、富里酸（FA）、胡敏素（HM）数量均高于下层（15～30cm）。大气CO2浓度升高，增加了表层和下层的SOC，促进了土壤有机质的积累；使表层WSOC有增加趋势，但对下层没有显著影响；降低了土壤中可提取腐殖物质中HA的比例（PQ），土壤的腐殖化度下降，有利于HA的分解与转化和FA的积累；对土壤HM没有显著影响。     

开垦年限对稻田土壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响

以吉林省磐石市朝阳山镇青山村开垦年限分别为5 a、20 a和50 a的稻田土壤为研究对象,研究了0~15 cm和15~30 cm土层的土壤有机碳含量(SOC)、水溶性物质(WSS)、富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(Hu)组成和HA结构特征及土壤养分含量的变化。结果表明:随稻田开垦年限增加(5~50 a),表层(0~15 cm)与亚表层(15~30 cm)土壤变化如下:(1)电导率分别增加74.8%和113.7%,p H均基本稳定。土壤速效氮、有效磷和速效钾含量分别增加0.24%、15.8%、29.7%和1.33%、6.92%、14.7%。(2)有机碳总量分别增加42.1%和47.9%,WSS、HA和Hu含量分别增加28.4%、51.9%、76.2%和87.7%、84.9%、70.1%,而FA含量分别下降了9.2%和1.74%。说明稻田耕作年限越长越有利于土壤有机碳的积累。(3)胡敏酸占腐殖质的比例(PQ)值均增大,土壤腐殖化程度加深。(4)HA的氢碳元素物质的量之比(H/C)、色调系数(?lg K)、半定量分析得红外光谱在2 920和1 720峰处吸收强度之比(E2 920/1 720)与在2 920和1 620峰处吸收强度之比(E2 920/1 620)均减小,HA分子芳化度增强,缩合度上升,结构变得复杂。     

子午岭人工油松林不同管理方式对土壤腐殖质性质及结合形态的影响

以黄土丘陵沟壑区的子午岭人工油松林区的土壤为研究对象,综合研究了不同管理措施,不同深度土壤的腐殖质组成、结合形态及胡敏酸的光学特征。结果表明:不同管理方式下土壤腐殖质各组分有机碳含量为胡敏素(HM)富里酸(FA)胡敏酸(HA),其对土壤腐殖质组分和结合形态的影响主要集中在0-40cm土层之间;PQ值天然油松林(N)粗放管理型(E)精细管理型(F),油松林各层土壤的PQ均小于26%;E4/E6和色调系数(ΔlogK)的值为FEN,RF的平均值为NEF。综合研究表明,天然油松林土壤有机碳的腐殖化程度和芳化度较人工油松林显著提高,说明人为干扰不利于土壤腐殖质品质的提高,反而使其腐殖化程度下降,降低土壤胡敏酸的氧化稳定性,不利于森林土壤的肥力发展。     

黄土高原沟壑区烟草连作对土壤腐殖质性质的影响

综合研究了陇东黄土高原黑垆土不同烟草种植年限土壤的有机质含量、腐殖质组成、形态及胡敏酸的色调系数、相对色度等,结果表明 30～70 cm土层土壤有机质含量演化随烟草种植年限的增加表现出降低的特征最为明显,土壤表层的有机碳与胡敏酸含量则呈正相关,连作23年的胡敏酸最低.烟草连作1～8年的土壤HA/FA比值均大于1, 0～30 cm土层HA/FA比值为1年烟草＞5年烟草＞农田＞8年烟草＞23年烟草.农田和种植烟草1年的表层腐殖质含量以松结态＞稳结态,连作5年至23年表层腐殖质含量则为稳结态＞松结态.烟草连作各层土壤的相对色度(RF)在0～30 cm,50～70 cm土层随烟草连作年限呈显著的降低趋势,30～50 cm土层种植烟草1～8年呈升高趋势,8年后则呈降低趋势.但各层总趋势基本呈0～30 cm＜30～50 cm＜50～70 cm.HA的色调系数(ΔlogK)30～50 cm变化较小,各土层变化趋势与RF相反但结果一致.与对照比较,烟草连作1～8年可提高或保持胡敏酸氧化和芳化程度.     

三江平原典型湿地土壤腐殖质的剖面分布及其组成特征

以三江平原腹地挠力河、别拉洪河、浓江河流域自然沼泽湿地为研究对象,研究了典型湿地土壤腐殖质的剖面分布及其组成特征,并探讨了土壤腐殖质与植被类型及土壤全氮含量的关系。三江平原典型湿地土壤草根层和泥炭层中胡敏酸(HA)和富里酸(FA)的累计含量在整个剖面总量中的比例均大于70%,各组分相对含量分别高于35%总有机碳和23%总有机碳,其剖面分布与土壤有机碳(SOC)的变化趋势一致,由表层向下层逐渐减少。除小叶章湿地土壤草根层HA/FA值为0.97外,三江平原典型湿地土壤HA/FA均大于1,其剖面均值为1.4~2.5,表明三江平原湿地为胡敏酸型土壤.腐殖质各组份含量及其HA/FA值因植被类型而异,而与土壤全氮含量呈显著线性相关(p<0.05)。     

秸秆深还对土壤团聚体中胡敏酸结构特征的影响

秸秆深还(Deep application of straw,DAS)是指将玉米秸秆施入土壤亚表层(20~40cm),可以解决秸秆焚烧的问题,同时提高土壤肥力、蓄水能力和作物产量。本文采集了吉林农业大学试验站玉米连作耕地试验田中的秸秆深还土壤和未秸秆深还土壤,采用湿筛法将其分为2 mm、2~0.25 mm、0.25~0.053 mm和0.053 mm 4个粒级,定性分析提取胡敏酸(HA),通过元素组成、红外光谱和差热分析研究了秸秆深还对黑土各粒级团聚体中HA结构特征的影响。结果表明:黑土团聚体中的优势粒级为2~0.25 mm粒级,优势粒级的团聚体含量和有机碳含量均是表层较亚表层低,DAS有利于优势粒级团聚体的形成,促使优势粒级团聚体中有机碳增多;与亚表层相比,表层各粒级团聚体HA的缩合度、氧化度和热稳定性普遍较低,脂族碳/羧基碳和脂族碳/芳香碳较高;DAS促使土壤表层和亚表层各粒级团聚体中HA的缩合度、氧化度和热稳定性下降,其中表层HA的缩合度降低更明显;而亚表层氧化度和热稳定性的降低幅度较大。表层中HA的分子结构较亚表层的简单、年轻,秸秆深还促使土壤中有机碳含量增加,HA的结构简单化、年轻化。     

秸秆深还对土壤团聚体中胡敏素结构特征的影响

秸秆还田主要是覆盖和表层浅施,存在着影响种子发芽生长、土壤升温慢和病虫害增加等问题。秸秆深还(corn stover deep incorporation,CSDI)是指将玉米秸秆施入土壤亚表层(20~40 cm),不仅能解决秸秆焚烧的问题,还能达到保碳、蓄水、培肥、稳产的目的,使秸秆还田得到改善。虽对秸秆深还后胡敏素(Hu)的结构性质有一些研究,但是对秸秆深还后土壤团聚体中Hu的变化还未见报道。探究秸秆深还对土壤腐殖质的影响,可以为如何提高土地肥力、如何利用秸秆深还创建合理耕层提供理论依据。本试验采集于吉林农业大学试验站玉米连作耕地试验田,采用湿筛法将其分为2 mm、2~0.25 mm、0.25~0.053 mm和0.053 mm 4个粒级并提取Hu,通过元素组成、红外光谱和差热分析研究秸秆深还对团聚体中Hu结构特征的影响。结果表明:用此方法制备的黑土Hu的平均含碳量为721 g kg-1;H/C的平均值为0.776;Hu的缩合度高于相应的HA;秸秆深还促使土壤表层和亚表层团聚体中Hu的氧化度降低,脂族链烃减少,活性结构增多,稳定性降低,Hu的结构趋于简单化、年轻化。     

土壤腐殖质分组研究

采用Pallo法对两种耕地土壤腐殖质进行分组,初步研究了各组分的数量和结构特征。结果表明:焦磷酸钠提取的胡敏酸(HAp)是胡敏酸(HA)的主要组分;游离富里酸(FAf)是富里酸(FA)的主要组分;胡敏素(HM)的主要组分为非溶解性胡敏素(ISHM),而溶解性胡敏素(SHM)含量较低。通常随土层深度增加,HA、HM各组分的绝对数量和相对数量都下降;FA各组分的绝对数量也下降,而相对数量增加;HA/FA比值下降。一般来看,焦磷酸钠提取的富里酸(FAp)、氢氧化钠提取的富里酸(FAs)比相应的HAp、氢氧化钠提取的胡敏酸(HAs)的分子结构简单,铁结合胡敏素(HMi)比粘粒结合胡敏素(HMc)的分子结构简单;随土层深度增加,HAp、HAs的分子结构变简单,而HMi、HMc的分子结构变复杂。     

长期施肥对小麦-玉米作物系统土壤腐殖质组分碳和氮的影响

通过对华北平原小麦–玉米轮作农田生态系统18年田间施肥试验,研究了长期不同施肥处理对耕层（0—20 cm）土壤腐殖质及活性腐殖质组分碳和氮的影响。试验设化肥NPK不同组合（NPK、NP、NK、PK）,全部施用有机肥（OM）,一半有机肥+化肥NPK（1/2OMN）及不施肥（CK）共7个处理。结果表明,各施肥处理均能在不同程度上增加土壤腐殖质（胡敏酸、富里酸和胡敏素）及活性腐殖质（活性胡敏酸和活性富里酸）组分碳和氮含量,提高可浸提腐殖质（胡敏酸和富里酸）及活性腐殖质组分碳和氮分配比例;但施肥对土壤活性腐殖质组分碳和氮含量的增加率均分别高于腐殖质组分碳和氮。各处理土壤腐殖质及活性腐殖质组分碳和氮含量均为OM处理最高,且有机肥与化肥NPK配施高于单施化肥各处理;而化肥处理中NPK均衡施用效果最好。说明施用有机肥、有机肥与化肥NPK配施及化肥NPK均衡施用是增加土壤腐殖质及活性腐殖质组分碳和氮的关键;活性腐殖质组分碳和氮较腐殖质组分碳和氮对施肥措施的响应更灵敏。     

不同植被类型紫色土腐殖质的剖面分布特征

[目的]研究龙川江流域6种不同植被类型对紫色土腐殖质(胡敏酸、富里酸、胡敏素)和土壤养分(总磷、速效磷、总氮、碱解氮)剖面分布特征的影响,为该地区保持土壤肥力提供科学依据。[方法]采用锯齿形布点法,采集紫色土表层至30 cm深度的3个土层紫色土样品,用3次4分法分离多余样品,并测定相应指标。[结果]总磷、速效磷、总氮、碱解氮的含量和腐殖质、胡敏素、胡敏酸、富里酸碳量随土壤深度的增加而减小,枯枝落叶层显著高于其他层(地下0—10,10—20,20—30 cm),不同植被类型土壤无显著差异。果园土壤腐殖质及其组成显著高于桉树林覆盖土壤,表现为果园落叶阔叶林暖温性针叶林针阔混交林灌丛桉树林。土壤腐殖质各组分之间均存在极显著正相关关系,腐殖质组成与土壤有机质、总磷、速效磷、总氮、碱解氮均存在显著正相关关系。[结论]果园和落叶阔叶林下土壤腐殖质及其组分显著高于其他植被类型土壤,腐殖质组分含量与土壤理化性质之间呈极显著正相关。     

不同施肥措施对白土腐殖质组成的影响

以白土稻区4年大田定位试验为基础,设置2种翻耕深度(10 cm、20 cm,分别标记为T10、T20)和4种施肥措施(单施化肥、化肥+畜禽粪肥、化肥+秸秆还田、化肥+绿肥,分别标记为F、F+M、F+S、F+G),通过腐殖质组成修改法分别提取表层土壤水溶性物质、胡敏酸、富里酸和胡敏素,研究不同施肥措施对白土腐殖质各组分碳含量的影响。结果表明:单施化肥措施下,翻耕20 cm处理(T20+F)土壤总有机碳和腐殖质各组分碳含量均低于翻耕10 cm处理(T10+F),但差异未达显著水平。在翻耕20 cm的基础上增施有机肥能显著提高土壤总有机碳和腐殖质各组分碳含量,增施畜禽粪(T20+F+M)、秸秆还田(T20+F+S)和增施绿肥(T20+F+G)3处理的土壤总有机碳、胡敏酸、富里酸和水溶性物质碳含量较T20+F处理分别提高14.57%~30.64%、10.36%~30.57%、0.74%~12.31%和14.25%~26.80%。增施有机肥显著提高胡敏素碳含量,T20+F+M、T20+F+S和T20+F+G处理较T20+F处理提高18.87%~35.78%。4年不同翻耕与施肥措施对白土腐殖质性质未产生显著影响。增施有机肥能一定程度上提高土壤PQ值、胡富比、E4/E6值和色调系数。相关性分析表明,胡敏素、胡敏酸、富里酸碳含量与总有机碳含量间均存在显著或极显著正相关,与水溶性物质碳含量间无明显相关性。     

玉米秸秆“富集深还”与土壤亚表层培肥

由于长期浅耕，土壤亚表层不仅缺乏有机质，还过于紧实，急需找到一种简单而有效的快速松土培肥方法。本文简要总结了已有3种秸秆还田模式的优缺点，重点介绍了秸秆“富集深还”技术及田间操作要领，以及采用该技术还田的秸秆的分解速率和亚土层培肥效果。富集深还，即将玉米联合收割机抛洒在地表的秸秆，按条带大比例富集，使用专用筒式犁具，以风力注入的方式埋入土壤亚表层 (20—40 cm)。这种模式的最大特点是不扰动土层顺序、不影响第二年种植。秸秆埋置模拟试验表明，秸秆还田330天时，其分解率就达到65%以上，剩余秸秆腐殖化，使土壤有机碳含量增加10%～15%，土壤耕层由原来的15—18 cm增加到30—35 cm。秸秆深还对腐殖物质结构特征没有产生不良影响，对H/C、亲水性等指标还有改善作用，促使黑土胡敏酸结构简单化和年轻化。秸秆深还没有引起第二年玉米产量降低。因此，采用该方法，秸秆能够连年全量还田，实现了种还分离 (种植条带与秸秆深埋条带分离) 与免耕播种的有效结合，可打破犁底层，并快速提升犁底层土壤有机质含量，为土壤亚表层快速培肥及肥沃耕层构建提供技术手段。     

沈阳市郊玉米连作土壤有机质组成及其对土壤结构的影响

通过对沈阳市郊玉米连作土壤的有机质、结构情况以及二者相互关系研究表明,土壤中有机质大致范围在16.31gkg-1～23.72gkg-1,腐殖质大致范围在15.17gkg-1～21.49gkg-1,非腐殖质大致范围在1.14gkg-1～2.59gkg-1;在腐殖质各组分中,胡敏素的含量最高,约占腐殖质总量的58.93%～66.34%,胡敏酸约占16.26%～22.87%,富里酸约占16.82%～18.20%,胡富比约在0.95～1.32之间;干筛处理后>0.25mm的土壤团聚体占到80%以上,其中以>2mm团聚体为主,湿筛处理后>0.25mm的土壤团聚体仅占20%左右,其中0.25～0.5mm团聚体为主,水稳性系数在17.33%～35.67%。对有机质及其各组分与土壤各级团聚体做的相关分析结果表明,有机质与0.25～5mm粒径组的团聚体呈显著相关,与>5mm团聚体不相关,且胡敏酸主要影响1～5mm大团聚体的形成。     

高量秸秆不同深度还田对黑土有机质组成和酶活性的影响

在田间耕作条件下黑土3个土层(0~20、20~40、40~60cm)添加4%和8%高量玉米秸秆于尼龙袋中原位培养近4年后,研究不同层次土壤秸秆转化与有机碳积累特征,以及腐殖质各组分和土壤酶活性的变化。结果表明,添加4%的秸秆量0~20、20~40和40~60cm土层有机碳分别增加31.8%、96.4%和171.1%,8%秸秆添加量分别增加了86.2%、193.5%和265.9%,增加秸秆还田深度有利于土壤有机碳的积累。0~20 cm土层在无秸秆还田情况下有机碳下降了29.3%,而20~40 cm土层仅下降了1.8%。土壤有机碳含量和酶活性均随秸秆添加量的增加而提高,腐殖质胡敏酸/富里酸(HA/FA)比值发生较大变化,改善了腐殖质品质。各处理腐殖酸碳(HS-C)和胡敏酸碳(HA-C)的大小为20~40 cm土层0~20 cm土层40~60 cm土层,而40~60 cm土层则更有利于富里酸碳(FA-C)的积累。土壤过氧化氢酶活性、脲酶和蔗糖酶活性分别与HA-C、FA-C含量呈极显著正相关、显著正相关。研究结果为深层秸秆还田促进土壤有机质的积累提供了理论依据。