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有机碳对于土壤肥力具有重要的作用,对于黑土这样有机碳自然含量高的土壤,其肥力的形成和保持都依赖于高蓄碳能力。而且,从土壤结构组成分析,有机成分是最容易改变和调节的,因此,黑土的有机培肥历来受到重视。近20年的研究发现,不仅有机碳数量对黑土肥力意义重大,有机碳的质量同样具有重要的作用,特别是新生的活性有机碳有多方面的作用,在提高土壤生物活性,改善土壤理化性状上具有老化有机碳所不具备的特殊功能。相对黑土有机碳高背景含量而言,有机肥的通常施用量不会引起总含量的明显变化,因一般在通常有机碳总量测定方法的误差范围内,不易被观测到,但对土壤的功能已经产生了影响。土壤溶解性有机碳(dissolved organiccarbon,DOC)是土壤样品中于室温及自然pH条件下能溶于水相粒径<0.45μ的有机组分,DOC在土壤中的含量与有机质总量相差百倍,是最具活性的有机碳组分。研究DOC变化对于理解有机质分解过程具有重要意义,同时DOC与速效氮、磷类似,是生物容易利用的碳,DOC变化影响因素研究可以为土壤培肥提供科学依据,因此具有重要的应有价值。土壤耕作与培肥是实现土壤可持续利用的技术措施及影响DOC的外在因素,而土壤性状则是DOC的内在影响因素。为此,本文对黑土DOC与耕作培肥措施及土壤性状的关系进行了较全面地分析研究。
不同研究中DOC的提取测定方法有所差别,为此,本研究选出了适用于供试黑土样品的DOC提取方法并应用于本研究。相关分析表明,土壤耕作及培肥对土壤肥力的改善作用在DOC含量上有明显反映,而DOC与其它土壤性状也有显著的相关性,预示DOC可作为土壤肥力的一种有效指标。
以水土(折算为干重)2.5:1的比例用蒸馏水振荡浸提新鲜土样30分钟,以5000转/分钟的转速离心20分钟,上清液过0.45μ滤膜真空抽滤,保存于-20℃直到测定,用岛津TOC—500分析仪测定滤液中的总有机碳和无机碳,其差为有机碳。
研究表明,黑土区土壤DOC含量有随纬度递增的趋势,在土壤剖面中则自上至下递减,总有机碳含量对黑土DOC含量有决定性的影响。
不同施肥措施对黑土DOC含量有显著影响,其中有机肥对黑土DOC的影响最大,在5t/hm2~40 t/hm2施用量范围内,有机肥施用量与黑土DOC含量呈正相关。不同种类的化肥对DOC的影响不同,短期内,氮肥的施用使黑土DOC含量下降;长期施氮可通过生物量及残茬归还量的提高增加DOC的含量。钾肥有利于增加黑土DOC的含量。
耕作栽培方式对黑土DOC有显著的影响,主要通过施肥、秸秆和根茬归还量等方式而起作用。连作玉米与玉米一玉米一大豆轮作相比,土壤DOC含量高,这是因为连作玉米的生物量和土壤归还量都高于米—豆轮作;多功能耕作栽培模式下不同垄位的DOC有明显差异,留茬垄的含量最高,休闲垄次之,种植垄最低,表明其轮作培肥功能有确切机理基础。
DOC与许多土壤性状有显著的关联性,因此DOC的变化可在一定程度上反映肥力的变化。DOC与物理性状的关系密切,低土壤容重、多土壤孔隙度状态下DOC含量高,与作物生长与土壤物理性状关系趋势一致;DOC与土壤碳的诸多性状有密切关系,总有机碳是DOC的根源,活性有机碳与DOC的关系最为密切;碳库特性与DOC关系密切,与碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数均显著或极显著相关,而与碳库管理指数拟和最佳。在有机碳结合形态方面,DOC与土壤有机碳的复合状况关系密切,与松结合态有机碳比例呈正相关,与稳结合态和紧结合态有机碳比例呈负相关;DOC更进一步受土壤有机碳形态控制,同时DOC反映了黑土的有机碳复合状况。
DOC与黑土肥力物质基础——土壤微团聚体关系密切,与粘粒级和粉粒级微团聚体含量呈负相关,与细砂级微团聚体含量呈正相关。DOC还与作物产量有密切关系。
综上,DOC含量与耕作培肥措施及土壤性状有显著的相关性,可以在一定程度上综合反映黑土的肥力状况,且分析手续简便快捷,可作为土壤质量的辅助参照指标。