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土壤学报 2019年第5期56卷 1108-1117页

作者：王擎运杨远照徐明岗陈景郜红建陈林张佳宝柴如山叶新新周云鹏农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室安徽农业大学资源与环境学院合肥230036 耕地培育技术国家工程实验室中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 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) 南京210008

依托10a定位试验研究了秸秆还田对典型砂姜黑土有机矿质复合体中有机质稳定性的影响机制。田间试验设置5个处理:氮磷钾配施下的小麦和玉米秸秆双季还田(WMS+F)、小麦秸秆还田(WS+F)、玉米秸秆还田(MS+F)、非秸秆还田(F)处理,以不施肥模... 详细信息

依托10a定位试验研究了秸秆还田对典型砂姜黑土有机矿质复合体中有机质稳定性的影响机制。田间试验设置5个处理:氮磷钾配施下的小麦和玉米秸秆双季还田(WMS+F)、小麦秸秆还田(WS+F)、玉米秸秆还田(MS+F)、非秸秆还田(F)处理,以不施肥模式下的非秸秆还田为对照(CK)。结果显示,铁铝键合态和紧密结合态有机质含量累计占土壤总有机质的88.70%,且三者变化趋势一致,均呈现WS+F≈WMS+F≈MS+F>F>CK,并与土壤短程有序、有机结合态铁铝氧化物呈显著正相关,但与非晶型铁铝氧化物呈负相关性。秸秆还田显著促进了土壤有机质累积,并受到土壤铁铝键合态有机质的影响,但由于非晶型铁铝氧化物生成速度较慢,限制了土壤有机质的进一步累积。土壤紧密结合态有机质对其全量的贡献明显高于铁铝键合态有机质,相关机制值得进一步研究。

关键词：秸秆还田有机质累积有机矿质复合体非晶型铁铝氧化物

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长期秸秆还田模式下典型砂姜黑土有机矿质复合体的形成机制

长期秸秆还田模式下典型砂姜黑土有机矿质复合体的形成机制

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作者：杨远照安徽农业大学

学位级别：硕士

砂姜黑土中黏粒含量较高,且以蒙脱石为主,存在较为明显的湿胀干缩效应,严重制约了该类型农田耕性条件的改善、土壤质量的提升。土壤有机质(SOM)的提升可增强土壤水养库存能力,降低该类型土壤因湿胀干缩效应所带来的生产负效应,是该类型... 详细信息

砂姜黑土中黏粒含量较高,且以蒙脱石为主,存在较为明显的湿胀干缩效应,严重制约了该类型农田耕性条件的改善、土壤质量的提升。土壤有机质(SOM)的提升可增强土壤水养库存能力,降低该类型土壤因湿胀干缩效应所带来的生产负效应,是该类型土壤属性障碍因子消减、质量提升最为直接的农田措施。本文以淮北平原砂姜黑土为研究对象,采用田间调查结合室内分析的模式开展土壤有机质累积关键制约因子分析;依托区域内秸秆还田长期定位试验,深入探讨土壤有机-矿质复合体的形成、转化机制。本试验运用红外光谱、扫描电镜和固态核磁共振等技术研究了不同秸秆还田模式下土壤黏粒的形貌特征、有机质结构及有机矿质复合体的形成转化机制,探究了制约砂姜黑土有机质稳定的关键因子。相关研究成果将有助于砂姜黑土属性障碍因子消减,基础地力的提升提供理论依据。田间试验设置5个处理:氮磷钾配施下的小麦和玉米秸秆双季还田(WMS+F)、小麦秸秆还田(WS+F)、玉米秸秆还田(MS+F)、非秸秆还田(F)处理,以不施肥模式下的非秸秆还田为对照(CK)。主要研究结果如下:1.皖北区域土壤调查显示:非晶型铝与易氧化有机质百分比呈极显著负相关(r2=-0.48,p有机质与惰性有机质呈显著负相关(r2=-0.46,p有机质的累积影响较大。土壤有机质全量与惰性有机质呈显著正相关(r2=0.36,p有机质呈显著负相关(r2=-0.59,p有机质提升过程中更易于累积在惰性有机质中。惰性有机质含量是决定砂姜黑土土壤有机质累积的关键。2.蒙城长期定位试验结果显示:铁铝键合态和紧密结合态有机质含量累计占土壤总有机质的 88.70%,且三者变化趋势一致,均呈现WS+F≈WMS+F≈MS+F>F>CK,并与土壤短程有序、有机结合态铁铝氧化物呈显著正相关,但与非晶型铁铝氧化物呈负相关性。秸秆还田显著促进了土壤有机质累积,并受到土壤铁铝键合态有机质的影响,但由于非晶型铁铝氧化物生成速度较慢,限制了土壤有机质的进一步累积。3.提取蒙城长期定位试验小于2 μm 土壤黏粒,其矿质复合体中有机质的平均含量约27.69 g/kg,对有机质的累积贡献率达75%。小麦秸秆还田相对玉米秸秆还田,更能促进有机质在矿质复合体中的累积。扫描电镜观察到黏土矿物表面呈层状结构或片状结构。傅里叶红外光谱结果显示,小麦秸秆与玉米秸秆相比是砂姜黑土黏粒有机质键合类型丰富的关键。砂姜黑土中金属氧化物和金属氢氧化物形成的键对有机质固定起着重要影响,秸秆还田处理有利于金属键的形成。4.固态核磁共振的结果显示黏粒中有机质主要以Alkyl C和O-alkyl C的形式存在,且主要以质子碳的形式存在。长期秸秆还田配施化肥可以增加土壤黏粒有机质中的芳香族化合物含量(aromatic C和aromatic C-O),并能提高土壤黏粒的芳香度,呈现 WMS+F≈WS+F>MS+F≈F>CK 的趋势。Alkyl C 和 O-alkyl C 的比值(A/OA)可以反映有机质的分解程度,在黏粒中表现出CK>WMS+F>WS+F>MS+F>F的趋势。这表明单施化肥不利于O-alkyl C向着Alkyl C方向转化,而秸秆还田配施化肥与单施化肥相比有利于O-alkyl C的分解。秸秆还田对砂姜黑土有机质提升起着重要作用,铁铝氧化物及非晶型硅是有机矿质复合体形成的关键因素,黏土矿物的是砂姜黑土有机质累积的关键。

关键词：砂姜黑土秸秆还田有机质累积有机矿质复合体铁铝氧化物

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