有机物料施用下原生盐碱土胡敏酸结构特征

为研究不同有机物料对原生盐碱土胡敏酸官能团组成的影响,以吉林省大安市原生盐碱地为研究对象,设置空白处理(CK)、颗粒状秸秆处理(KL)、正常玉米秸秆处理(JG)、牧草处理(MC)和羊粪处理(YF),通过红外光谱与主成分分析(Principal component analysis,PCA)相结合,研究不同有机物料施用下土壤胡敏酸红外光谱特征。结果表明,有机物料各处理与CK处理相比增加了土壤胡敏酸中脂肪碳和芳香碳的相对含量,减少了羧基碳的含量。除KL处理外,其他处理均增加了土壤胡敏酸中氨基化合物的相对含量。同时有机物料的施用增加了土壤胡敏酸的脂族碳/羧基碳和脂族碳/芳香碳比值,表征有机物料的施用使得土壤胡敏酸结构缩合度和氧化度下降,脂族性增强,芳香性降低,胡敏酸结构趋于脂族化、简单化、年轻化。对比两种秸秆处理,发现KL处理更有利于土壤新形成结构年轻化、简单化、脂族性强的胡敏酸分子。根据PCA结果,有机物料的施用是土壤中脂族性碳、芳香族碳以及氨基化合物的主要来源之一,为探讨胡敏酸官能团的来源提供依据。通过红外光谱结合PCA,发现了土壤胡敏酸官能团组成对有机物料的不同响应,为研究有机物料的施用对土壤胡敏酸性质的影响机制提供理论依据。     

秸秆均匀还田对东北地区黑钙土土壤理化性质及玉米产量的影响

为明确秸秆均匀还田在农业生产中推广应用的可行性,以吉林省农安县正邦农场黑钙土为研究对象,设置CK(未施用秸秆)、EIS(秸秆均匀还田)、SM(秸秆覆盖还田)、SP(秸秆翻压还田)共四种处理,通过环刀法及土壤紧实度仪测量土壤容重及土壤紧实度,湿筛法及干筛法测定土壤团聚体组成,腐殖质组成修改法提取土壤胡敏酸及富里酸,红外光谱法测定土壤胡敏酸结构特征,并对玉米产量进行计算。结果表明:秸秆还田有效降低了土壤容重及土壤紧实度,增加了土壤有机碳含量,有效促进了土壤腐殖质积累,显著提高了玉米产量,其效果在秸秆均匀还田处理中最为明显。与CK相比,EIS处理显著降低了土壤容重及土壤紧实度,降低幅度分别为33.11%、24.3%;EIS处理增加了土壤平均当量直径(MWD)、水稳系数(K)及大于0.25 mm团聚体组分含量,增加幅度分别为56.86%、33.69%及16.21%;EIS处理的土壤有机碳、腐殖质碳、胡敏酸碳和富里酸碳含量明显增加,增加幅度分别为27.8%、44.2%、63.3%及33.8%。EIS处理同时促进了秸秆的腐解与转化,促使土壤胡敏酸结构氧化度和缩合度呈下降趋势,脂族链烃和芳香碳含量增加,土壤胡敏酸结构简单化、年轻化。该结果对于指导东北地区秸秆还田实践具有重要意义。     

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。     

水分状况对红壤水稻土中有机物料碳分解和分布的影响

以室内模拟的方法研究了好气、淹水和干湿交替3种水分条件下有机物料碳在红壤水稻土中分解和分布的差异。试验结果表明,干湿交替条件下有机物料的分解速率最高,好气条件下次之,淹水条件下较低。好气和淹水条件下添加物料促进土壤原有有机碳的矿化,产生正激发效应,而干湿交替条件显著抑制了土壤原有有机碳的矿化,呈负激发效应,随着培养时间的延长激发效应减弱。干湿交替条件下添加有机物料处理的土壤胡敏酸(Humic acid,HA)色调系数和E4/E6比值显著低于淹水和好气条件,淹水培养使土壤胡敏酸的结构简单化,干湿交替使胡敏酸芳构化和腐殖化程度增加,结构复杂化。有机物料碳在土壤腐殖质组分中的分配比例显示,干湿交替和好气条件促进了胡敏酸的形成,提高了土壤原有富里酸(Fulvic acid,FA)组分的转化和胡敏酸组分的分解;淹水条件下物料碳在富里酸组分中分布比例较高,且抑制了土壤原有胡敏酸组分的分解。有机物料碳在0.053 mm粒级团聚体中分布比例较大,干湿交替和淹水条件下更为明显。     

基于荧光分析的不同有机碳水平水稻土添加外源有机物培养对DOC的影响

以江西省红壤研究所内的水稻土有机肥长期定位试验(始于1981年)为研究对象,基于三维荧光技术,在室内培养条件下,研究外源有机物(葡萄糖和秸秆,分别代表易分解和难降解碳)对不同碳水平水稻土可溶性有机碳含量与结构的影响。结果表明:添加葡萄糖对高碳和低碳水稻土可溶性有机碳(DOC)含量均无显著影响(p0.05),但可以促进DOC结构中类溶性微生物代谢产物的增加与类胡敏酸类富里酸的减少。添加秸秆则对高碳和低碳水稻土DOC有不同的影响:低碳土壤中,在培养末期(60d),添加秸秆处理的DOC含量显著提高(p0.05),而高碳土壤处理则无显著变化。在DOC结构方面,秸秆可以促进低碳土壤中类蛋白物质转化为更稳定的类胡敏酸和类富里酸物质;对于高碳土壤,则可以促进类溶性微生物代谢产物的积累,促进类胡敏酸与类富里酸的分解利用。低碳土壤DOC含量相对稳定,结构受外源有机碳影响较大;高碳土壤DOC结构相对稳定,但含量变化较大。     

生物质炭和有机肥配施对水稻土溶解性有机质光谱学特征的影响

为探究生物质炭对水稻土壤溶解性有机质（DOM）的影响及其与有机肥配施的协同效应,通过5年连续定位试验,探讨了生物质炭施用5年后不同施肥处理：对照(CK)、生物质炭 (BC)、化肥(F)、生物质炭+化肥(F+BC)、化肥+有机肥（25%氮替代, MF）和化肥+生物质炭+有机肥（25%氮替代, MF+BC）对水稻产量和土壤pH、全氮、有效磷、速效钾、有机碳、易氧化有机碳（ROC）及溶解性有机碳的影响。采用紫外-可见光谱、荧光光谱结合平行因子分析方法对土壤中DOM的光谱特征和荧光组分进行表征,分析了DOM的紫外光吸收系数和紫外光斜率系数以及荧光指数、腐殖化指数、生物指数和富里酸、色氨酸、胡敏酸相对含量。结果表明：施用生物质炭和有机肥均能有效提高水稻产量,缓解土壤酸化,并且MF+BC处理水稻产量和土壤有效磷含量最高。水稻产量与DOM生物可利用性、芳香化程度、腐殖化程度、色氨酸组分含量和亲水性呈显著正相关(P＜0.05)。提高DOM生物可利用性和腐殖化程度均表现为有机肥大于生物质炭。生物质炭显著增加DOM富里酸和色氨酸组分含量,并且促进了水稻土中ROC向难氧化有机碳转化;而有机肥有效增加DOM富里酸、色氨酸、胡敏酸和ROC含量。生物质炭和有机肥协同配施对提升水稻产量及增加ROC、DOM富里酸和色氨酸含量、芳香化程度、腐殖化程度和生物可利用性方面具有交互作用。综上所述,在本研究条件下生物质炭配施有机肥在水稻增产和水稻土有机碳及DOM组分功能多样性提升方面具有长期效应。     

牛粪配施生物质炭的土壤碳净变化率和腐殖物质组成研究

牛粪是农业生产中常用的有机肥,牛粪配施生物质炭是否会提高有机物料在土壤中的碳净变化率是高效利用有机物料重要问题。通过1年田间试验施用常量(M1)和倍量(M2)牛粪、常量(CBM1)和倍量(CBM2)牛粪配施生物质炭对比了短期腐殖物质碳净变化率差异和结构特征。结果表明,与单施牛粪(M1和M2)相比,牛粪配施生物质炭(CBM2)土壤胡敏酸、富里酸和胡敏素的含量增至1.36g·kg~(–1)、2.50g·kg~(–1)和5.03g·kg~(–1);土壤胡敏酸和富里酸碳净变化率分别提高1.18%和3.67%。与施用牛粪相比,牛粪配施生物质炭胡敏酸、富里酸和胡敏素脂族碳和多糖相对含量增加;CBM2处理胡敏酸和胡敏素芳香碳相对含量增加,CBM1处理富里酸芳香碳相对含量增加。表明牛粪配施生物质炭在土壤固碳效果上优于单施牛粪,可形成更多的腐殖物质,提高胡敏酸和富里酸的碳净变化率;同时也有利于腐殖物质脂族碳和多糖相对含量的增加,而生物质炭用量不变的情况下,配施更多的牛粪可增加胡敏酸和胡敏素芳香碳相对含量。施用牛粪或牛粪配施低量生物质炭可使Hu和FA的缩合度增加,氧化度降低,而HA则相反。     

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。     

有机物料对盐土腐殖物质组成和结构特征的影响

通过室内培养试验研究了秸秆、秸秆堆肥、秸秆生物质炭对黄河三角洲地区盐土腐殖物质组成和结构特征的影响。结果表明,秸秆、秸秆堆肥和秸秆生物质炭主要增加了胡敏素含量,由对照的5.48 g·kg~(–1)分别增加至11.20 g·kg~(–1)、16.66 g·kg~(–1)和20.60 g·kg~(–1)。秸秆堆肥和生物质炭配施胡敏酸含量增加至1.36 g·kg~(–1),秸秆处理的富里酸由培养30 d时的3.77 g·kg~(–1)下降至3.32 g·kg~(–1)。土壤胡敏素含量与土壤有机碳含量在培养30 d(R~2=0.84,P 0.001,n=10)和180 d(R~2=0.98,P 0.001,n=10)时均呈显著正相关关系。秸秆、秸秆堆肥、生物质炭均有利于富里酸脂族碳相对含量的增加。生物质炭有利于土壤胡敏酸芳香类物质的增加;而秸秆或秸秆堆肥进入土壤初期,尤其是秸秆堆肥更有利于胡敏酸中脂族和碳水化合物或多糖类物质的积累。总之,生物质炭主要增加了胡敏素含量,秸秆堆肥与生物质炭配施更有利于增加胡敏酸含量。秸秆在进入土壤初期增加了富里酸含量。生物质炭与秸秆或秸秆堆肥配施时,生物质炭所占比例对胡敏素含量、胡敏酸芳香类物质含量和富里酸脂族碳含量影响较大。     

不同处理牛粪对植菜土壤腐殖质结构特征的影响

通过元素组成分析法、红外光谱分析法(IR)、核磁共振光谱分析法(13 C-NMR)等现代分析方法,研究施用新鲜牛粪、腐解牛粪和蛴螬牛粪2a后对植菜轮作土壤胡敏酸(HA)和富里酸(FA)的影响。结果表明,与单施化肥(CK)相比,不同牛粪处理对植菜土壤胡敏酸和富里酸的元素组成影响有较大的差异,各牛粪处理均引发植菜土壤胡敏酸C含量和C/H降低,O含量、O/C和(N+O)/C升高,富里酸C含量和C/N升高,N、O含量和O/C降低,降低了植菜土壤胡敏酸的缩合程度,升高了土壤胡敏酸的氧化程度和极性,降低了植菜土壤富里酸的氧化程度。不同牛粪处理使植菜土壤胡敏酸的脂肪族化合物减少,且均含有苯基碳、酚羟基C、芳香醚和(或)与O、N等取代基邻、对位的连H芳香C,使芳构化程度增加,富里酸的脂肪族化合物增加,芳香类、羧基类化合物减少,芳构化程度降低。不同牛粪处理的植菜土壤未改变土壤腐殖质的基本结构特征,只引起植菜土壤的结构单元和官能团数量上的差异。     

外源有机碳对黑土有机碳及颗粒有机碳的影响

为了阐释外源有机碳在土壤有机碳运转中的作用机制,以黑土为供试材料,进行了5年的室外培养试验,并结合室内全土及颗粒组分单独矿化培养试验,研究了不同外源有机碳对黑土有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)含量及其矿化特征的影响。试验包括单施化肥、牛粪配施化肥、鸡粪配施化肥、秸秆配施化肥和树叶配施化肥5个处理。结果表明:(1)单施化肥黑土SOC的损失主要来源于POC的损失,外源有机碳有利于SOC和POC的累积,与对照相比,禽畜粪便处理的SOC和POC平均增加幅度分别为16.6%和27.8%,植物残体处理的SOC和POC平均增加幅度分别为27.0%和46.4%;(2)一级动力学方程能较好地描述SOC和POC的矿化动态(R~20.9),且POC比SOC易矿化,POC的60d累积矿化量是SOC的3倍以上;(3)禽畜粪便处理和植物残体处理的POC平均矿化率分别为31.5%和29.8%,禽畜粪便处理的POC更易矿化;(4)外源有机碳有效降低了黑土有机碳的矿化,尤其是牛粪,其SOC矿化率为1.9%,比对照低了3.4%,其POC矿化率为24.8%,比对照低17.4%;(5)外源有机碳在黑土中的碳累积能力表现为树叶秸秆牛粪鸡粪。     

Influence of Organic Manure on Organic Phosphorus Fraction in Soils

The transformation of organic P(Po) from organic manures in two types of soils (ultisol and entisol) and the influences of external addition of organic substance or inorganic P(Pi) on Po under the condition of the 60% maximum water capacity were investigated.The results obtained from Po fractionation experiments indicated that all the Po fractions except for the highly resistant Po fraction decreased during incubation.Application of pig feces and cow feces could largely increase each fraction of Po in the soils.Immediately after application of organic manure into the soils a large part of labile and moderately labile Po from organic manure was transferred into moderately resistant Po,which might be due to the fact that Ca-or Mg-inositol P was precipitated into Fe-inositol P.However,the availability of Po from organic manure in the soils would increase again after incubation because of the transformation of moderately labile and resistant Po fractions into labile Po fractions.Addition of cellulose or Pi into the soils showed a good effect on increasing all the Po fractions except for the highly resistant Po,and this effect was much more pronounced when cellulose was applied in combination with Pi.Therefore,in view of the effect of organic manure on improving P nutrition to plant,attention should be paid to both the Po and the organic substances from organic manure,It is suggested that application of Pi fertilizer combined with organic manure may be referred to as an effective means of protecting Pi from chemical fixation in soil.     

施加有机物料对土壤有机质影响的研究

研究结果证明,有机物料的矿化速度在绵土中,牛粪>麦草>玉米秆>草术樨;在塿土中,牛粪>玉米秆>麦草。各类还田有机物的腐殖化系数,在绵土中玉米秆为0.25,麦草为0.25,草木樨为0.26,牛粪为0.21,在塿土中玉米秆为0.35,麦草为0.37,牛粪为0.31。施入物料后土壤有机质的累积与物料的矿化速度和施后时间呈负相关,与加入有机物量呈正相关。文中计算了本地区维持土壤耕层一定的有机质水平,每亩耕地每年需加入有机物料的数量。     

有机物料中有机磷矿化进程的研究

采用室内恒温好气培养试验,研究不同C/N有机物料腐解过程中有机磷的矿化特征与进程。结果表明:新鲜粪肥类有机物料中磷以无机磷(P i)为主,秸秆类有机物料中磷以有机磷(Po)为主,有机物料中有机磷在培养的前30天矿化最快,之后趋于平缓,培养结束时,供试有机物料中磷均以无机磷为主,约占全磷的70~90%;不同有机物料有机磷的残留率在腐解前期差别很大,后期趋于一致,有机磷的矿化要先于有机氮;有机物料中磷的矿化速率大小与C/PO及有机磷含量的大小存在显著的相关关系。     

有机酸对石灰性潮土有机磷组分的影响

采用小麦盆栽试验的方法,研究了有机酸对石灰性潮土有机 P 组分含量及土壤 P 有效性的影响.结果表明:石灰性潮土的 4 种有机 P 组分中,以中度活性有机 P 为主,其次为高稳性有机 P 和中稳性有机 P ,活性有机P的含量最低;施用磷酸二氢钾和氟磷灰石后,土壤有机P总量和有机P各组分发生了变化;土壤经有机酸处理后,有机P总量增加,有机P总量的增加主要是中度活性有机P和活性有机P的增加.而中稳性有机P和高稳性有机P主要表现为下降,说明有机酸能够促进土壤有机P由有效性较低的形态逐步向有效性高的形态转化,从而进一步矿化为无机P或者被植物根系直接吸收,其中草酸的作用效果总体上较腐殖酸强;在P素供应不足的情况下,有机酸(草酸和腐殖酸)能够提高石灰性潮土中P的有效性,促进植物的正常生长.     

不同有机物料及其配施对潮棕壤轻组有机碳的动态影响

用埋袋法研究了潮棕壤中加入单一物料(玉米秸秆,稻草秸秆,苜蓿,鸡粪,猪粪)和混合物料(玉米秸秆-鸡粪-猪粪和苜蓿-鸡粪-猪粪)后土壤中轻组有机碳的一年内动态变化。结果表明:施不同有机物料后,土壤中轻组有机碳与对照相比都有较大幅度提高。随着培养时间的推移,不同处理的土壤中轻组有机碳碳含量都逐渐下降,且其下降趋势与添加物料的C/N比值呈显著的正相关。相关分析表明,施用混合物料处理中轻组有机碳的含量与单一物料处理都呈显著的正相关。     

Comparison of Analytical Methods for Organic Matter in Composts and Organic Mulches

Abstract

The conventional dichromate (Walkley and Black), carbon analyzer, and weight loss‐on‐ignition (WLOI) methods are compared for determination of organic matter contents in composts and organic mulches. The objective of this study was to evaluate these three methods for their reliability in determining the organic matter contents of composts and organic mulches that also contain inorganic carbon. The carbon analyzer method overestimated organic matter contents for samples containing inorganic carbon (C) as carbonate or charcoal C. The removal of inorganic C improved the correlation coefficients (r) of results obtained by the carbon analyzer method and the Walkley and Black method (0.95 vs. 0.89). The WLOI method produced results more similar to those obtained with the Walkley and Black method than with a carbon analyzer. Oven drying samples for 16–24 h at 105°C as a basal temperature for WLOI improved results compared with a basal temperature at 70°C, which is commonly used. A heating temperature of 500°C for 12 h resulted in organic matter determinations by the WLOI method in the closest agreement with those obtained by the Walkley and Black method.     

长期有机肥与氮肥配施对潮土有机碳和有机氮组分的影响

以进行7年的小麦-玉米轮作农田有机肥与氮肥配施田间定位试验为基础,采用Bremner法测定有机氮组分,研究长期有机肥与氮肥配施对潮土0~30 cm土壤有机碳、全氮和有机氮组分的影响。结果表明:相比不施用有机肥,施有机肥22.5 t hm-2和30 t hm-2显著的提高了土壤有机碳、全氮,但有机肥7.5 t hm-2和15 t hm-2对土壤有机碳、有机氮的提高不显著。施用有机肥对有机氮各组分均有极显著影响,而施氮量180 kg hm-2,225 kg hm-2和270 kg hm-2对土壤全氮以及有机氮各组分的影响不显著,有机肥与氮肥配施仅对酸解氨态氮、氨基酸氮有显著影响。从潮土中有机氮组分上来看,酸解未知氮氨基酸氮酸解氨态氮氨基糖氮。有机碳与全氮、酸解氨态氮、氨基糖氮、非酸解氮有极显著相关性,全氮与酸解氮、酸解氨态氮、非酸解氮有极显著相关性,与氨基糖氮有显著相关性。     

几种有机物料分解过程中溶解性有机物质化学成分的变化

本研究依据稻草、紫云英和茶树修剪叶分解过程中水溶性有机物质(DOM)的化学组成的变化,认为:随着有机物料的分解,水溶性有机碳(DOC)溶出量减少,21d后出现一溶出峰,35d后趋于稳定。DOM中溶解性有机氮(DON)、水溶性糖、有机酸种类及其含量的动态变化结果表明:不同分解阶段DOM的化学组成有差异,且因有机物料种类不同而不同。35d后DOM的含量与化学组成都已趋于稳定,不同有机物料溶出DOM中化学组成相似,表明有机物料的分解已进入难分解物质的缓慢分解阶段。     

有机物料对土壤有机磷组分及其矿化进程的影响

通过300天室内恒温(30℃)好气培养实验,研究了不同C/N有机物料(水稻秸秆、玉米秸秆、牛粪、猪粪)掺入土壤后,土壤有机P及各组分含量和有机P的矿化特征。结果表明:有机物料的添加,不同程度地增加了土壤有机P含量;添加有机物料处理,有机P矿化率高于对照处理,且在培养的前30天迅速矿化。掺入有机物料处理土壤有机P各组分含量均有所增加;对照处理有机P各组分的矿化进程都比较平稳,而添加物料处理的活性和中等活性有机P则呈增加或波动状态,中稳和高稳性有机P在腐解初期出现迅速矿化。有机物料的添加,可以促进有机P各组分间的转化,提高土壤P素的有效性。