半干旱覆膜滴灌土壤有机物料腐解特征及对有机碳影响

发布时间：2020-04-15 14:11

【摘要】：不合理利用有机物料不仅会造成资源的浪费,还会引起严重的环境污染问题。将有机物料作为肥料施入土壤是有机物料综合管理及利用的有效措施之一。内蒙古自治区兴安盟属于我国西部半干旱地区,土壤贫瘠、耕层薄及干旱胁迫已严重制约了当地农作物的生产。覆膜滴灌技术具有节水和保墒的作用,在当地已大面积推广和应用。然而,此技术在改善土壤微环境的同时也加速了土壤有机质的矿化与分解。外源有机物料的施用可以补充土壤碳源,使土壤有机碳库发生变化,且不同来源有机物料的作用机理不同。因此,本试验选用6种不同来源有机物料,分别为秸秆(MS)、牧草(FG)、树叶(TL)、鸡粪(CM)、羊粪(SM)和菌渣(MR),以单施化肥为对照(CK),在半干旱覆膜滴灌土壤上设置不同来源有机物料的尼龙网袋原位埋土田间腐解试验和田间培肥试验。半干旱覆膜滴灌土壤不同来源有机物料腐解特征的结果表明,(1)腐解540d时,CM(71.55%)、SM(68.21%)和MS(68.16%)的腐解率明显高于MR(58.64%)、FG(55.28%)和TL(47.95%)。(2)腐解过程中,MS(6.11)和TL(4.75)的碳素矿化潜力(C_0)高于其他有机物料。MS(0.0194)的碳释放速率常数(k_0)最高,而TL(0.0117)的最低。(3)腐解过程中,有机物料的水溶性有机化合物总量(WOM)呈先降低再增加再降低的变化趋势,且MS持续生成WOM的能力较强。(4)腐解过程中,有机物料的纤维素含量先快速下降后趋于稳定,木质素含量先大幅度增加后趋于稳定,且MS能在较短的时间内形成更多的木质素衍生物。(5)红外光谱和差热分析表明,腐解后MS、CM和MR的芳香族、碳水化合物及多糖类物质明显增加,TL、FG和SM明显减少。半干旱覆膜滴灌土壤不同来源有机物料类腐殖质腐解特征的结果表明,(1)腐解过程中,有机物料的类腐殖质(HSL)和类胡敏酸(HAL)含量呈先降低再增加再降低的趋势,且MS持续生产HSL的能力最强。(2)HAL和类富里酸(FAL)的E_4/E_6比和ΔlogK及HAL/FAL呈先降低再增加再降低的趋势。(3)红外光谱分析表明,腐解后有机物料HAL脂肪族化合物增加,MR、CM、SM和MS的HAL芳香C=C伸缩振动增强。施用不同来源有机物料对半干旱覆膜滴灌土壤有机碳及活性有机碳影响的结果表明,(1)与CK相比,连续2年施用有机物料增加了土壤有机碳(SOC)、易分解态碳(LC)、耐分解态碳(RC)、水溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)及碳库管理指数(CPMI),降低了土壤氧化稳定系数(K_(os))。(2)施用TL和MS后SOC、RC及RC/SOC明显高于其他有机物料,施用CM、SM和MS后LC、DOC、EOC及CPMI明显高于其他有机物料,而K_(os)较低。施用不同来源有机物料对半干旱覆膜滴灌土壤腐殖质组成及结构影响的结果表明,(1)与CK相比,施用有机物料显著增加了土壤胡敏酸(HA)和富里酸(FA)含量,且施用TL和MS后HA和FA含量显著高于其他有机物料。(2)施用TL、FG和SM显著降低了HA和FA的E_4/E_6和ΔlogK,均表现为TLFGSM;施用MS、CM和MR明显增加了HA和FA的E_4/E_6和ΔlogK,HA表现为MSCMMR,FA表现为CMMSMR。(3)元素、红外、三维荧光和固体~(13)C核磁分析表明,施用TL、FG和SM降低了HA和FA的脂肪碳/芳香碳和荧光强度(SFI),提高了C/H比。说明,施用TL、FG和SM增强了HA和FA的芳香缩合度,使分子结构复杂化和稳定化,且TL的效果明显好于FG和SM。施用MS、CM和MR增加了HA和FA的肪碳/芳香碳和SFI,降低了C/H比。说明,施用MS、CM和MR增加了HA和FA的脂肪结构,使分子结构简单化,且MS对HA的效果最好,CM对FA的效果最好。施用不同来源有机物料土壤有机碳库与玉米产量的相关性研究结果表明,(1)施用有机物料提高了玉米产量,且MR、CM和MS的增产效果好于其他有机物料。(2)MBC、DOC、LC及LC/SOC与玉米产量呈显著或极显著正相关,与K_(os)呈显著负相关。(3)HA和FA的E_4/E_6比、ΔlogK值及脂肪碳/芳香碳与玉米产量呈显著或极显著正相关。(4)土壤SOC和RC与有机物料的木质素、多酚、WOM、WHA、HSL及HAL显著相关。总体来说,不同来源有机物料的化学组成、类腐殖质含量及结构明显不同,在腐解过程中各类有机物的动态变化及腐解特征也存在明显差异。连续2年施用有机物料明显改变了半干旱覆膜滴灌土壤的有机碳库,但不同来源有机物料的作用效果存在明显差异。施用TL和MS有利于半干旱覆膜滴灌土壤有机碳和腐殖质的积累。施用TL后土壤腐殖质的结构趋于复杂化,更有利于土壤有机碳的固定,而施用MS后土壤腐殖质的结构趋于简单化,且能有效地积累活性有机碳,更有利于土壤有机碳的更新。
【图文】：

土壤剖面,扎赉特旗,太阳辐射总量,兴安盟

内蒙古自治区兴安盟扎赉特旗图牧吉镇(123°地区。年平均气温为 4.0℃，年降雨量为 300。年太阳辐射总量为 5 362.46 MJ/m2。≥10℃有期为 150 d 左右。拱试土壤为黑钙土，土壤层薄，，仅有 15 cm 左右，见图 2.1。表 2-1 试验地基本理化性质Tab.2-1 The basic properties of soil）速效钾（mg/kg）碱解氮（mg/kg）含水量（%）电导率（μS/m）容重（g/cm3）紧51.36 84.82 9.49 143.27 1.13

栽培技术,覆膜,有机物料,栽培方式

注：表中同一行数据后不同小写字母表示各有机物料在 5%水平差异显著。本试验采用机械化覆膜滴灌的栽培方式（图 2.2），所用地膜为白地膜，厚8μm，宽 80 cm。/氮 6.24±0.24cd 1.51±0.32d 2.65±0.19d 13.19±0.92a 8.65±0.43b 5物(g/kg) 12.82±1.20c 15.55±2.27b 13.71±1.30c 11.04±1.26d 17.01±2.29a 1物(g/kg) 7.33±0.52a 6.47±0.43ab 5.20±0.71b 4.91±0.25b 6.57±0.55ab 酸(g/kg) 5.49±0.26b 9.07±1.24a 8.50±0.47ab 6.13±0.53b 10.44±2.22a 8(g/kg) 7.93±1.20dc 6.16±1.30c 8.19±1.18d 10.28±1.21c 17.45±2.21a 1(g/kg) 4.47±0.29c 4.19±0.25c 2.16±0.13d 5.97±0.34c 9.90±1.90a (g/kg) 3.46±0.22c 1.97±0.06d 6.03±0.40a 4.32±0.26b 7.55±0.85a C/H 0.57±0.01b 0.55±0.01b 0.63±0.01a 0.64±0.02a 0.53±0.01b O/C 0.39±0.01a 0.43±0.01a 0.38±0.01a 0.28±0.01a 0.36±0.01a
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S153.6

【参考文献】