等质量玉米秸秆及其腐解和炭化材料对土壤及团聚体中有机质特征的影响

发布时间：2020-04-24 16:27

【摘要】：作物秸秆作为一种重要的可再生生物能源、工农业生产资源,含有丰富的营养元素以及可利用化学资源。近年来为了解决秸秆利用问题,国内外学者进行了大量的研究。但是已有的研究大多基于等碳量玉米秸秆还田,对相同质量玉米秸秆及其腐解、炭化材料的研究较少,而且在实际生产生活中关注更多的也是相同质量的秸秆到底能转化成多少腐熟秸秆和生物质炭,目前的研究中没有具体对比到底哪种还田材料对土壤组成及结构改善效果最为显著。因此,本文通过室内模拟试验,研究等质量下玉米秸秆(CS)、腐熟秸秆(HCS)和生物质炭(Bc)还田对土壤腐殖质及团聚体腐殖质产生的影响。以期为实际生产生活提供理论基础和科学依据。具体研究如下:1、玉米秸秆及其腐解、炭化过程中类腐殖质组成及结构的变化玉米秸秆在腐解和炭化过程中,类腐殖质组成及结构变化显著。腐解和炭化过程对类腐殖质各组分有机碳含量以及腐殖化水平(PQ)均有提高作用。与玉米秸秆原样相比,腐解后芳香性增强,脂族性下降,炭化过程脂族性增强,芳香性下降,分子结构简单化。2、添加玉米秸秆及其腐解、炭化材料对土壤团聚体分布状况的影响不论培养时间的长短,添加有机物料培养均促进2mm、0.25~0.053mm粒级含量的增加,且各处理0.25~0.053mm的团聚体含量均为最高,,培养3个月后达31.29%~49.75%,培养12个月达48.79%~53.12%;最少的为2mm的粒级,含量分别为1.85%~4.52%和2.86%~5.10%。3、添加玉米秸秆及其腐解、炭化材料对土壤和团聚体总有机碳的影响添加有机物料的土壤总有机碳(SOC)含量均呈上升趋势,均表现为BcHCSCSCK,培养90d后Bc处理较CK差异达显著水平(P0.05),培养培养360 d后各处理均较CK差异达显著水平(P0.05),但相比于培养90d,培养360d后土壤总有机碳整体呈现下降趋势。培养90d后CS、HCS和Bc处理的SOC含量较CK分别增加6.06%、10.34%和17.64%;培养360d后CS、HCS和Bc处理的SOC含量较CK分别增加2.84%、9.47%和15.51%。添加有机物料后,团聚体各粒级总有机碳含量均高于对照,且随培养时间的增加逐渐减少。不同处理各粒级团聚体中总有机碳含量随培养时间的增加差异显著,CS和HCS处理随土壤团聚体粒级直径增大,总有机碳含量逐渐增加,大小依次为:2,2~0.25,0.25~0.053和0.053mm,而Bc处理随土壤粒级直径的增大,有机碳含量呈现先减小后增加的V型分布,由大至小依次为:2,2~0.25,0.053和0.25~0.053 mm。4、添加玉米秸秆及其腐解炭化材料对土壤和团聚体腐殖质组成的影响就不同培养时间的土壤而言,添加有机物料均有利于增加腐殖质各组分有机碳含量,提高土壤腐殖化程度。培养90 d的土壤,CS、HCS和Bc处理PQ值分别增加了5.44%、9.10%和11.95%;培养180 d的土壤,PQ值分别增加了6.40%、10.50%和12.52%;培养360 d的土壤,PQ值分别增加了11.38%、12.97%和13.94%。培养90d时,HCS处理对提升土壤团聚体胡敏酸含碳量影响最大,各粒级胡敏酸(HA)含碳量分别为:3.50g/kg、3.80g/kg、3.49g/kg和3.90g/kg。在培养360d时,各粒级HA含量相对降低,各粒级HA含量最多的仍为CS和HCS处理,但随着培养时间的增加,Bc处理和HCS处理之间差异不再显著。5、添加玉米秸秆及其腐解炭化材料对土壤HA结构的影响添加有机物料培养后C/N比增加,H/C和O/C均降低,Bc、HCS和CS 3种处理降低了土壤HA的氧化度。CS和HCS处理使中温放热和失重均较CK增加,而高温放热和失重降低,Bc处理则相反,随培养时间的增加,各处理中高温放热量和失重均随之增加,Bc处理2920/1620的比值有所减弱。结果表明,玉米秸秆和腐熟秸秆的添加增加了土壤HA的脂族化程度,降低了芳香化程度,使其结构更简单。而Bc处理则使得土壤HA结构中芳香化程度得到提升,脂族化程度减弱。6、添加玉米秸秆与土壤不同混合方式对腐殖质组成和结构的影响与CK相比,玉米秸秆与土壤混合(I)与玉米秸秆覆盖(C)处理均使得土壤总有机碳含量显著增加,各处理富里酸含碳量及PQ值无显著差异;各处理I2920/I1720和I2920/I1620比值均高于CK,热量高/中比值和失重高/中比值均小于CK,玉米秸秆与土壤不同混合方式均使得土壤HA脂族化程度增强,芳香化程度降低,氧化度降低,结构趋于简单化,其中玉米秸秆覆盖处理HA的脂族性更低,芳香性和热稳定性更高,结构更复杂。
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S153

【相似文献】