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。     

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。     

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。     

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。     

黄土高原不同林型对土壤腐殖质组成及胡敏酸性质影响的研究

不同林型下土壤腐殖质研究表明:(1)当年枯枝落叶及表层土壤C/N值均以油松林地最大,沙棘林地最低;表层土壤C/N值与林龄、枯枝落叶C/N呈正相关,与枯枝落叶灰分含量呈负相关。(2)剖面中腐殖酸、胡敏酸、富里酸各平均值为白桦林地>辽东栎林地>辽东栎×山杨林地>山杨林地>沙棘林地>油松林地,即阔叶乔木林地>灌木林地>针叶林地;胡敏素平均值大小顺序与此完全相反。(3)表层土壤胡敏酸芳构化程度在子午岭的为:白桦林地>辽东栎林地>辽东栎×山杨林地>山杨林地>油松林地>沙棘林地;六盘山为:山杨林地>辽东栎林地。剖面芳构化程度为:三层>二层>一层。     

添加玉米秸秆培养对土壤团聚体胡敏酸数量和结构特征的影响

利用湿筛法进行土壤团聚体分组(>2、2～0.25、0.25～0.053、<0.053 mm粒级),研究了其添加不同用量玉米秸秆,25℃恒温室内培养对团聚体中胡敏酸数量和结构特征的影响。结果表明:添加玉米秸秆培养后,土壤团聚体2～0.25 mm和>2 mm粒级成为优势粒级,平均含量分别占51.41%和34.12%,其全碳含量为10.15～25.74 g kg-1,胡敏酸(HA)绝对含量为4.06～5.79 g kg-1,明显高于对照CK的9.79～10.48 g kg-1和3.70 g kg-1,并随玉米秸秆用量的增加而增大;各处理胡敏酸C/H及高温/中温比值均低于CK处理,并随玉米秸秆用量的增加逐渐减小,说明随玉米秸秆用量的增加使HA分子缩合度降低,结构趋于简单化。     

耕作黑土土壤腐殖质组成和胡敏酸类型研究

以吉林省玉米带耕作黑土为研究对象,以防护林带黑土代表未耕作土壤,依据熊田法提取土壤腐殖质,分析了玉米带耕作黑土和未耕作黑土的腐殖质组成以及胡敏酸类型的差异。结果表明:长期耕作施肥使土壤腐殖质总量降低,其中,土壤游离态胡敏酸、游离态富里酸和结合态富里酸含量均有所减少,结合态胡敏酸含量变化不大。土壤结合态腐殖质的胡富比增加,说明长期耕作施肥使结合态腐殖质的活性降低。长期耕作施肥使结合态腐殖质向腐殖化度高的类型转化,结合态腐殖质质量退化。     

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。     

秸秆还田深度对黑土腐殖质和酶活性的影响

在田间条件下对耕地黑土3个土层(0~15、15~30、0~30 cm)进行玉米秸秆还田试验,研究不同秸秆还田深度土壤腐殖质各组分含量、土壤酶活性的变化及其相关性。结果表明:还田深度0~15、15~30、0~30cm土壤总有机碳含量与初始相应层次土壤分别增加9.5%、9.9%、10.7%,与0~15 cm相比,秸秆还田深度为15~30 cm时,有利于土壤有机碳的积累。与初始相应层次土壤比,未秸秆还田的土壤总有机碳含量降低了5.8%。土壤各组分有机碳含量与土壤蔗糖酶活性之间显著(或极显著)相关,土壤胡敏素碳含量与土壤过氧化氢酶活性之间显著相关,土壤富里酸碳含量与土壤脲酶活性之间显著相关。     

黄土区土壤长期施肥对胡敏酸结构特征的影响

从黄土区长期肥料定位试验地中采集土壤样品,分离纯化胡敏酸,室内分析其化学性质、热分解特性和红外光谱特征。结果表明:长期施用化肥和有机肥均能不同程度地提高土壤胡敏酸分子的氮素含量,降低碳素含量,使其脂肪族侧链增多,芳香核结构减少,芳构化程度降低,向着简单化、年轻化方向发展。有机肥作用效果大于化肥。     

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。     

生物质炭结构性质及其对土壤有效养分和腐殖质组成的影响

生物质炭是具有高度热稳定性和较强吸附特性的含碳物质,不同来源生物质炭的结构性质可能存在着很大的差异。为此对2种自制的不同来源生物质炭和1种商业黑炭进行了结构表征,并研究了添加生物质炭对土壤有效养分和腐殖质组成的影响。结果表明,不同来源的生物质炭在结构上有明显区别：秸秆生物质炭的芳构化程度和热稳定性最低,脂族性最强;商业黑炭缩合程度和热稳定性最高,脂族性最弱;松枝生物质炭介于二者之间。向土壤中添加秸秆生物质炭和松枝生物质炭培养45d后,土壤有机碳含量、胡敏酸和富里酸含量、有效养分含量都有不同程度的增加,同时胡敏酸的色调系数ΔlgK降低,对土壤有机碳的长期保存有积极意义。     

不同形态氮素配比对添加玉米秸秆白浆土腐殖质组成的影响

微生物对铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)具有不同的生物偏好性,两者电荷恰好相反致使两类离子具有各异的生物化学特征,两者间丰度的比例变化势必会影响土壤腐殖化的方向。论文以添加玉米秸秆的白浆土作为供试对象,通过添加相同氮素数量、不同形态氮素配比(NH4+∶NO3-为4∶1、NH4+∶NO3-为1∶1和NH4+∶NO3-为1∶4),试图揭示其对腐殖质组成变化的差异影响,结果表明:(1)无论外源氮素以何种形态为主,秸秆-白浆土混料中的微生物活性均可获得提升,其对混料中较易利用的水溶性有机碳(CWSS)、可提取腐殖酸(CHE)及胡敏酸(CHA)等组分皆可产生矿化分解作用,相比之下,铵硝等比例供应对CWSS及惰性的胡敏素组分(CHu)均可产生较为强烈的分解转化,在其驱动下,微生物对混料CHA的降解程度最高,使之结构趋于简单的程度最大,但CHA组分在此过程有"再合成"的可能;(2)受到硝态氮占优的供氮影响下,微生物可消耗混料CHE并使之降解片段进入CHu组分,不利于腐殖质活性的增加;(3)微生物利用外源以铵态氮为主的氮素形态更有利于其对CHA中较为简单有机分子片段的降解并使之向富里酸(CFA)转化,有利于腐殖质活性提升。     

腐植酸共聚物对土壤酶活性的影响

对使用腐植酸共聚物改良后土壤酶活性进行了研究。实验结果表明改良后的土壤蔗糖酶、脲酶、蛋白酶和多酚氧化酶的活性增强。土壤酶活性的提高表明改良后的土壤结构、性能更适宜土壤微生物的繁殖和生长 ,土壤中的微生物量增加。     

不同分子量腐植酸的结构特征及其对土壤镉有效性的影响

为探究不同分子量腐植酸组分的结构特征,本研究利用褐煤粉提取腐植酸进行超滤分级,获得四个不同分子量的腐植酸组分。研究发现,分子量大于50 kDa和小于1 kDa的腐植酸分别占总腐植酸的49.66%、47.07%,中间两个组分占比很小；腐植酸的理化性质和功能主要是由1 kDa以下的腐植酸和50 kDa以上的腐植酸所决定的。1 kDa以下的腐植酸总酸性基、羧基和酚羟基官能团含量最高,酚羟基占总酸性基的比例也较高,腐植酸的芳香化程度、缩合度随分子量的增大而增大,含氧官能团含量、E4/E6值随分子量的增大而减少。通过盆栽试验,探索了不同分子量腐植酸对土壤镉有效性的影响,土壤对镉的吸附量随腐植酸分子量的增大而减少,各处理均在500 mg/L时达到吸附平衡；土壤镉的解吸量亦随腐植酸分子量的增大而减少。小分子量腐植酸的酸性官能团丰富,对土壤重金属的吸附络合能力更强,可以降低土壤对镉的吸持能力,提高其移动性和生物有效性；大分子腐植酸则主要起吸持和固定作用,降低重金属的移动性和生物有效性。     

施用生物质炭对黑土腐殖质组成及水稳性团聚体分布的影响

为探究生物炭对土壤腐殖质组成和团聚体特征的影响，以东北黑土区植烟土壤为研究对象，设置了3个处理，2019-2020年连续施用低量生物炭5t/hm2（C1）；高量生物炭25t/hm2（C2）和不施生物炭（CK），分析了不同用量生物炭对土壤腐殖质组分及水稳性团聚体分布的影响，并利用傅里叶红外光谱(FTIR)和13C核磁共振光谱(13C-NMR)对土壤胡敏酸化学结构进行表征。结果表明：C1和C2处理分别使富里酸减少了16.90%和40.85%，胡敏酸含量显著增加了14.86%和33.78%，胡敏酸在腐殖酸中所占比例（PQ值）也显著增加；FTIR和13C-NMR分析表明，C2处理的土壤胡敏酸的2920/1620值降低了11.82%，脂族C/芳香C比值降低了13.04%，表明高量生物炭使胡敏酸芳构化程度增强，脂肪结构比例降低；生物炭的添加促使土壤大团聚体（>0.25mm）比例增加，C2处理提升大团聚体的作用更显著。结合相关性分析发现，胡敏酸含量与2~0.25mm大团聚体含量显著正相关，胡敏酸分子的脂肪族官能团特征与>2mm粒级团聚体显著正相关。此外，C1和C2处理显著提高了烟叶产量。从而表明，生物炭能提升土壤腐殖质中胡敏酸含量和结构，有利于土壤大团聚体形成，提高土壤固碳潜力，对作物有一定的增产效果。     

不同利用方式下土壤团聚体腐殖质组成及胡敏酸结构特征

通过微区定位试验,研究了休闲地、耕地、裸地3种利用方式对土壤水稳性团聚体中腐殖质组成及胡敏酸(HA)结构特征的影响。结果表明:休闲地有利于团聚体中腐殖质的形成,其团聚体中的胡敏酸(HA)、富里酸(FA)含量均高于耕地和裸地。休闲地各级团聚体中HA的缩合度最低,脂族性最强;耕作会导致2mm和2～0.25mm团聚体中HA的芳香性增强,脂族性降低。