长期连作下黑土有机质结构及周转特征

发布时间：2018-02-02 18:33

  本文关键词： 长期连作 黑土 团聚体 密度组分 有机质结构 红外光谱 核磁共振　出处：《中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所)》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：土壤有机质是土壤质量的一个重要指示因子,提高土壤有机质固定量对于修复退化土壤、提高土壤肥力和生产力、减缓温室效应具有重要意义,因此,对土壤有机质稳定性机制的研究是土壤研究领域的一个重点。近十年,中国东北黑土退化问题严重,有机质含量降低,且自引进玉米新品种后,由于经济效益好,玉米连作面积不断扩大,而长期连作下黑土有机质变化情况还不清楚。因此,本研究基于中国科学院海伦农业生态试验站长期定位试验,根据团聚体和密度大小对土壤有机质进行分组,并采用傅里叶红外光谱、固态~(13)C核磁共振和稳定性同位素技术,探究长期连作下,黑土有机质结构特征及周转情况,从化学结构角度阐明黑土有机质稳定性机制,完善土壤有机质动态变化理论,为农业生产优化种植模式提供理论依据。主要研究结果与结论如下:(1)长期连作降低耕层土壤及各组分有机质含量。与长期轮作相比,长期连作下各粒级团聚体结合有机质含量显著降低,且在微团聚体中降低幅度最大。与连作前相比,经过长期玉米连作后,各粒级团聚体结合有机质含量有降低的趋势,且在微团聚体中显著降低5.85%;各密度组分中,轻组有机质含量显著变化,游离态轻组(LF)增加32.74%,闭蓄态轻组(OF)减少16.72%,而矿质结合态组分(MF)变化不显著。(2)长期连作使耕层土壤及其各组分有机质结构趋于简单化,氧化性增强,而芳香性降低。与长期轮作相比,长期连作下耕层黑土各粒级团聚体中有机质脂肪族-CH、多糖C-O、酚醇-OH相对含量增加,而芳香族C=C,C=O含量减少,且微团聚体中有机质结构变化程度最大。长期玉米连作后,黑土有机质中脂肪族-CH、多糖C-O、酚醇-OH相对含量增加,芳香族C=C和羧基C=O相对含量降低,脂肪族-CH/芳香族C=C比值增加。在各粒级团聚体中,-CH/C=C比值增加主要表现在2 mm团聚体中,主成分分析也表明2 mm团聚体中有机质结构变化最大,该粒级团聚体中三个密度组分LF、OF和MF有机质-CH/C=C比值增加,且LF中增加程度最大;在其他粒级中的三个密度组分有机质-CH/C=C比值有增加的趋势。(3)长期连作下,黑土有机质烷氧碳特征峰与芳香碳特征峰相对强度比值增加,氧化性增强,有机质稳定性降低。固态~(13)C核磁共振表明,连作耕层土壤有机质稳定性结构的相对含量低于轮作;随土壤深度增加,有机质稳定性增强,与耕层相比,大豆连作在40~60 cm层增加幅度最大,芳香-C/烷-O-C升高60.22%,玉米连作则在80~100 cm层增加幅度最大,芳香-C/烷-O-C升高80.95%。在上层土壤中,大豆连作有机质稳定性增强程度高于玉米连作,而下层土壤80~100 cm层,玉米连作有机质稳定性降低。(4)不同作物长期连作,土壤有机质δ~(13)C、周转速率不同。在耕层土壤中,玉米连作土壤有机质δ~(13)C高于大豆连作,而有机质周转速率比大豆连作的慢。玉米和大豆连作,在各粒级团聚体中,土壤有机质δ~(13)C和周转速率均表现为大团聚体高于小团聚体,在2 mm团聚体中差异最大。在不同深度土壤剖面中,与实验设置前相比,长期玉米连作后土壤剖面0~1.8 m层δ~(13)C值增加,而长期大豆连作后,0~0.8 m层δ~(13)C值减小;大豆连作土壤有机质转化速率高于玉米连作。长期连作降低黑土有机质含量,使黑土有机质结构简单化,氧化性增强,而芳香性降低,稳定性降低。不同作物连作,黑土有机质周转不同,玉米(C4作物)连作有机质周转速率低于大豆(C3作物)连作。不同深度土壤剖面有机质结构和周转也不同,随着土壤深度加深,有机质结构稳定性增强,周转速率降低。
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【学位授予单位】：中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S153.6
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本文编号：1485194