黑土与潮土铁氧化物结合态有机碳对长期秸秆还田的响应

作     者：孙悦 任科宇 邹洪琴 高洪军 张水清 李德近 李冰洁 廖楚芊 段英华 徐明岗 

作者机构：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室 吉林省农业科学院农业资源与环境研究所 河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所 南京林业大学生态与环境学院 山西农业大学生态环境产业技术研究院 

出 版 物：《中国农业科学》 (Scientia Agricultura Sinica)

年 卷 期：2024年第19期

页      面：3823-3834页

核心收录：

学科分类：09[农学] 090101[农学-作物栽培学与耕作学] 0901[农学-作物学] 

基　　金：国家重点研发计划(2022YFD1500301) 中国农业科学院创新工程(CAAS-CSAL-202302) 

主　　题：长期秸秆还田 土壤有机碳 有机碳性质 铁氧化物 

摘      要：【目的】旨在探究不同旱地土壤中不同类型铁氧化物结合态有机碳含量和性质的差异及其对长期秸秆还田的响应。【方法】基于1990年开始位于我国吉林公主岭和河南郑州的黑土和潮土长期定位施肥试验，选择长期定位试验中的不施肥对照（CK）、单施化肥（NPK）和化肥+秸秆还田（NPKS）3个处理进行。通过连续浸提法获取土壤中络合铁(FePP)、非晶型铁氧化物(FeHH)及晶型铁氧化物(FeDH)，探究不同形态铁氧化物及其结合态有机碳的含量差异；结合紫外可见光谱分析，探究铁氧化物结合态有机碳的性质差异。【结果】与CK及NPK处理相比，NPKS处理下黑土有机碳含量显著提高了18.1%和14.9%，潮土有机碳含量显著提高了46.1%和13.3%。两种土壤中FePP含量均低于FeHH及FeDH含量，但络合铁结合态有机碳(OCPP)含量明显高于非晶型铁氧化物结合态有机碳(OCHH)及晶型铁氧化物结合态有机碳(OCDH)含量，可占总铁氧化物结合态有机碳含量的71.4%—93.2%，说明OCPP是铁氧化物结合有机碳的主要存在形态。与NPK相比，NPKS处理黑土中FePP含量显著降低了65.6%,FeHH含量显著降低了17.8%,FeDH含量没有显著变化；潮土中FePP含量显著增加了15.9%,FeHH含量没有显著变化，FeDH含量显著提高了24.6%。NPKS较NPK处理显著降低了黑土中总铁氧化物结合有机碳的含量，其中OCPP降低了11.3%,OCDH增加了53.7%,OCHH没有显著变化，而对潮土中总铁氧化物结合有机碳含量没有显著影响。进一步对每克铁氧化物结合有机碳含量的分析发现，与NPK相比，NPKS处理显著增加了黑土中3种铁氧化物结合有机碳的能力，而对潮土中结合有机碳的能力没有显著影响。FePP主要与疏水性较强、芳香性较弱的大分子有机碳结合，FeHH主要与疏水性、芳香性均较强的小分子有机碳结合，而FeDH主要与一些疏水性及芳香性均较差的大分子化合物结合。【结论】与单施化肥相比，长期秸秆还田后黑土和潮土中晶型和非晶型铁氧化物结合有机碳的含量均显著增加，而络合铁结合有机碳在黑土中显著降低，在潮土中无变化。这是秸秆还田后土壤有机碳水平提升且在土壤类型中存在差异的重要机制之一。