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

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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20.25 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,20.25 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0.250.053 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>2mm的比例增加,而0.250.053 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。20.25 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0.250.053 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,20.25 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。
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