长期施有机肥和化肥对潮土胡敏酸结构特征的影响

发布时间：2019-09-22 10:25

【摘要】：以河南封丘长期肥料试验为平台,选择有机肥(OM)、化肥NPK(NPK)和不施肥(CK)3种处理,研究了不同施肥措施对潮土胡敏酸(HA)结构特征的影响。HA样品经提取纯化后,采用一系列固态~(13)C核磁共振(NMR)技术并结合元素分析和稳定碳同位素(δ~(13)C)技术对其结构进行定量表征。其中NMR技术包括高速多重倾斜幅度交叉极化/魔角自旋(multiCP/MAS)、偶极相移、化学位移各向异性过滤和质子碳编辑技术。结果表明:长期施有机肥和NPK肥增加了HA的饱和程度、氧化程度和极性,但缩合程度降低;HA的δ~(13)C值降低,表明有新的有机碳进入HA中。潮土HA以脂肪族化合物为主,烷基比例最高,占全碳的24.1%~26.3%;δ64~44处同时存在含氮烷基和甲氧基,且含氮烷基比例更高;另外异头碳和烷氧基中的非质子碳比例均很低。HA的芳香族成分中,δ142~113芳香碳以质子碳为主,且有少量质子芳香碳存在于δ113~93。结果还表明施肥均降低了HA的羧基和δ142~113芳香碳比例,增加了烷氧基和甲氧基比例;施有机肥还增加了酚碳和含氮烷基比例,降低了烷基比例。本研究表明长期施用有机肥和NPK肥使潮土HA结构向着疏水性程度和分解程度降低的方向发展;OM和NPK处理均使糖类物质增加,OM处理还使木质素和多肽增加,脂类物质降低。不同施肥模式下HA的形成机制不同。
【图文】：

６５０逡逑土邋壤学报逡逑５４卷逡逑６逦７逡逑１逦羧基邋Ｃ００／Ｎ－Ｃ＝０逡逑２逦酣碳邋Ａｒｏｍａｔｉｃ邋Ｃ－Ｏ逡逑３逦芳＃碳邋Ａｒｏｍａｔｉｃ邋Ｃ逡逑４逦异头杂邋Ａｎｏｍｅｒｉｃ邋Ｃ逡逑５烷氧基Ｏ－ａｌｋｙｌ逡逑６甲氧基＋含氮烷基ＯＣＨ／ＮＣＨ逡逑７烷基Ａｌｋｙｌ逡逑８非质子芳香碳Ａｒｏｍａｔｉｃ邋ＯＣ逡逑９非质子异头碳ＯＣｑＯ逡逑１０甲氧基ＯＣＨ，逡逑图１邋ＨＡ的ｍｕｌｔｉＣＰ／ＭＡＳ１３Ｃ邋ＮＭＲ图谱（黑线）和偶极相移图谱（灰线）逡逑Ｆｉｇ．邋１邋Ｍｕｌｔｉｐｌｅ邋ｃｒｏｓｓ－ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ／ｍａｇｉｃ邋ａｎｇｌｅ邋ｓｐｉｎｎｉｎｇ邋ｌ３Ｃ邋ＮＭＲ邋ｓｐｅｃｔｒａ邋（邋ｂｌａｃｋ邋ｌｉｎｅｓ）邋ｏｆ邋ＨＡｓ，邋ｃｏｍｂｉｎｅｄ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｅｉｒ邋ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ逡逑ｄｉｐｏｌａｒ邋ｄｅｐｈａｓｉｎｇ邋ｓｕｂｓｐｅｃｔｒａ邋（邋ｇｒａｙ邋ｌｉｎｅｓ邋）逡逑和烷基（ａｌｋｙｌ）；而偶极相移图谱则显示出非质逡逑子碳和可转动碳的共振峰信号，包括羧基、酚逡逑碳、非质子芳香碳、非质子烷氧基（0Ｃｑ）、逡逑非质子异头碳（0ＣｑＯ）、甲氧基、甲基和聚亚逡逑甲基。逡逑潮土邋ＨＡ全碳图谱的最大共振峰均在５３０处，且逡逑均含有较高的羧基峰Ｓ１７３，而在５２２０邋￣邋１８８内信号逡逑强度不明显，表明存在较少的羰基；Ｓ１２９处均显逡逑示出较强的芳香碳信号，且ＯＭ处理的峰最低，而逡逑ＣＫ处理的最高，几乎与竣基峰齐平。与ＣＫ相比，逡逑施有机肥后ＨＡ在５１５３、５１１３￣９３和５５６处的信号逡逑增强，而ＮＰＫ处理则变化不明显。经偶极相移技术逡逑处理后，潮土ＨＡ除在５２２０邋￣邋１４２内碳信号基本不变逡逑外

６５２逡逑土邋壤学报逡逑５４卷逡逑由于官能团相对比例的变化，，施肥后ＨＡ的Ａ／逡逑０－Ａ、芳香度和疏水性指数也发生了变化。由图３逡逑可知，Ａ／０－Ａ和疏水性指数表现出ＣＫ邋＞邋ＮＰＫ邋＞逡逑０Ｍ的规律，说明施肥降低了有机碳的分解程度逡逑和疏水性特征。ＨＡ主要偏脂肪性，芳香度较低为逡逑０．２９邋￣邋０．３３，施肥后芳香度略有降低。逡逑３讨论逡逑３．１长期施肥对潮土邋ＨＡ元素组成和Ｓ１３Ｃ值的影响逡逑元素组成能简单判别有机质的结构和特性［ｉｅ］。逡逑本研究表明长期施肥尤其是有机肥降低了邋ＨＡ的Ｃ逡逑含量，增加了Ｎ和０含量（表２），与吴景贵等［２］逡逑及孟安华和吴景贵［１°］的研究结果一致。有机肥和逡逑ＮＰＫ肥的施用相比不施肥对照增加了土壤中的全逡逑氮和有效氮含量（表１邋），这部分增量则可能通过逡逑腐殖化过程反映在胡敏酸Ｎ含量的增加上。施肥后逡逑ＨＡ的（Ｎ＋Ｏ）邋／Ｃ比值增加，表明其极性增加，这逡逑和施肥后ＨＡ疏水性指数降低是一致的（图３邋）；说逡逑明施肥后ＨＡ的电性增强，保肥能力贡献更大［１１邋］。逡逑同时ＨＡ的Ｈ／Ｃ增加、０／Ｃ增加，表明其饱和程度和逡逑氧化程度增加，缩合度减小［４］，暗示施肥后ＨＡ的逡逑Ｋ基和烧氧基比值Ａ／０－Ａ邋芳香度Ａｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ逡逑疏水性指数ＨＩ逡逑结构特征邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ逡逑图３不同处理间ＨＡ的Ａ／０－Ａ、芳香度和疏水性指数变化逡逑Ｆｉｇ．邋３邋Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋Ａ／Ｏ－Ａ，邋ａｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ邋ａｎｄ邋ＨＩ邋ｏｆ邋ｈｕｍｉｃ邋ａｃｉｄｓ邋ｕｎｄｅｒ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ逡逑脂肪性增加，这与施肥后芳香度降低是
【作者单位】： 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所);中国科学院大学;
【基金】：国家重点研发计划项目(2016YFD0200107,2016YFD0300802) 现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-03)共同资助~~
【分类号】：S153.6

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