施用有机肥料对土壤胡敏酸结构特征的影响──胡敏酸的光学性质

本工作通过田间试验和模拟试验研究了施用有机物料对棕壤、草甸土和水稻土中胡敏酸光学性质的影响。结果表明，施用有机物料后使土壤胡敏酸的吸光值（Ｅ＿（２６５）、Ｅ＿（４６５））和相对色度（ＲＦ）下降，色调系数（ΔｌｏｇＫ）升高，甚致发生类型改变（Ｒ＿ｐ化）。还使胡敏酸紫外２８５ｎｍ和红外２９２０ｃｍ￣（－１）吸收增强，１７２０ｃｍ￣（－１）和萤光强度减弱，激发光谱最大强度波长（λ＿（ｅｘ））紫移。说明胡敏酸的分子结构变得脂族化，简单化和年轻化。两种有机物料相比，玉米秸秆对胡敏酸的木质素特征作用突出；而猪粪更有利于胡敏酸的脂族化。上述作用一般随有机物料用量的增加而加强。不加有机物料空白培养则使胡敏酸发生“老化”。

施用有机肥料对胡敏酸结构特征的影响─—胡敏酸的~1H-核磁共振波谱

通过在棕壤、草甸土和水稻土上进行的田间试验和模拟试验表明，施用有机肥料一般使胡敏酸（HA）的脂族H（Ali-H的相对含量增加，聚亚甲基链长（n值）变短，芳香H（Ar-H）相对含量和由之计算的芳香度（faH）下降，从而导致HA中脂族Ali-H与Ar－H的比值增加，即发生了脂族化。其中猪粪（PM）比玉米秸杆（CS）和稻草（RS）等秸秆类有机物料更有利于HA的脂族化，且主要表现在烷基链烃中H（Alk-H）相对含量的增加；而CS和RS主要表现在增加碳水化合物中H（a－CH）的相对含量方面。研究还表明，HA在DMSO-d6和NaOH-d1溶剂系统中的1H-NMR波谱，可相互补充的提供信息。用1H-NMR果相对地比较土壤有机培肥中HA结构特征的变化是较13C-NMR更为简便的方法。

长期秸秆还田对土壤有机碳和胡敏酸结构特征的影响

针对黑土有机质老化急需培肥和解决秸秆焚烧问题,通过长期、少量、连年秸秆还田试验,研究土壤有机碳(SOC)、腐殖质组分含量和胡敏酸(HA)结构特征的变化。结果表明:与ck相比,秸秆还田配施化肥和秸秆还田处理表层、亚表层土壤有机碳含量分别增加了18.9%,20.0%和13.1%,14.7%;HA碳含量增加了17.5%,57.4%和10.7%,28.1%;胡敏素(Hu)含量分别增加了23.1%,23.0%和20.7%,16.2%。秸秆还田配施化肥处理亚表层土壤HA碳的增加量占SOC增加量的75.3%;HA占可提取腐殖质比例(PQ)从58.2%提升至63.6%。与ck相比,秸秆配施化肥处理HA的结构特征变化显著,表层和亚表层(O+S)/C比值分别降低了15.8%和17.7%;H/C比值分别增加了4.8%和5.3%;I_(2920)/I_(1720)比值分别增加了110.5%和131.2%;热量高/中比值分别降低了35.3%和28.9%;失重高/中分别降低了14.1%和12.0%。秸秆配施化肥处理使HA结构的氧化度、缩合度和热稳定性降低,脂族性增强,结构趋于简单化。

不同CO_2浓度长期培养玉米秸秆对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响

通过室内模拟试验,采用元素分析和红外光谱等技术手段,研究添加玉米秸秆1 440 d后,不同CO_2浓度培养条件下,玉米秸秆对水稻土腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响。试验共设6个处理:CO_2浓度分别为48%~52%(C)、8%~12%(F)和<2%(G)添加秸秆的处理及不同CO_2浓度条件下不添加秸秆的对照,分别记为CKC、CKF、CKG。结果表明:在培养1 440 d后,不同CO_2浓度条件下,秸秆处理的土壤有机碳(SOC)和腐殖质各组分有机碳(水溶性碳、富里酸、胡敏酸、胡敏素)含量均高于对照,且在F处理下最高; PQ值的大小顺序是F> C> G;与对照相比,玉米秸秆培养1 440 d H/C和2920/1620增加,(O+S)/C下降,也是F处理最明显。上述结果表明:8%~12%CO_2浓度有利于土壤HA的形成和稳定;有利于降低土壤HA结构的缩合度和氧化度,增加脂族链烃比例。

施用生物质炭对黑土腐殖质组成及水稳性团聚体分布的影响

为探究生物质炭对土壤腐殖质组成和团聚体特征的影响,以东北黑土区植烟土壤为研究对象,于2019—2020年在田间设置了3个处理,包括连续施用低量(5 t/hm^(2),C1)、高量(25 t/hm^(2),C2)生物质炭和不施生物质炭(CK)处理,分析了不同用量生物质炭对土壤腐殖质组分及水稳性团聚体分布的影响,并利用傅里叶红外光谱(FTIR)和^(13)C核磁共振(^(13)C-NMR)对土壤胡敏酸化学结构进行了表征。结果表明:C1和C2处理分别使土壤富里酸减少了16.90%和40.85%,胡敏酸含量显著增加了14.86%和33.78%,胡敏酸在腐殖酸中占比也显著增加;FTIR和^(13)C-NMR结果显示,C2处理的土壤胡敏酸I_(2920)/I_(1620)吸收峰强度比值降低了11.82%,脂族碳/芳香碳比值降低了13.04%,表明高量生物质炭使胡敏酸芳构化程度增强,脂肪结构比例降低;生物质炭的添加促使土壤大团聚体(>0.25 mm)比例增加,C2处理提升大团聚体的作用更显著。结合相关性分析发现,胡敏酸含量与0.25~2 mm大团聚体含量显著正相关,胡敏酸分子的脂肪族官能团特征与>2 mm粒级团聚体显著正相关。此外,C1和C2处理显著提高了烟叶产量。综上,生物质炭能提升土壤腐殖质中胡敏酸的含量和结构,有利于土壤大团聚体形成,提高土壤固碳潜力,对作物有一定的增产效果。

等碳量玉米秸秆及其腐解、炭化材料还田对黑土腐殖质的影响

本文通过在高型塑料桶施加等碳量的玉米秸秆、腐熟秸秆和生物质炭的盆栽试验,以不施加有机物料作对照,研究不同还田材料对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构性质的影响,为施用不同秸秆产品提供科学支持。试验共设4个处理,分别是不施加有机物料的对照(CK)、施加玉米秸秆(CS)、施加腐熟玉米秸秆(HCS)和施加玉米秸秆生物质炭(Bc),每个处理3次重复。结果表明:3种有机物料处理有利于增加土壤有机碳含量,改善腐殖质组成。Bc、HCS和CS处理SOC分别增加了18.20%、17.36%和1.45%,Bc和HCS处理差异显著;水溶性物质(WSS)含碳量分别增加36.36%、36.36%和18.18%,差异显著;胡敏素(HM)含碳量分别增加28.91%、24.69%和1.25%,Bc和HCS处理差异显著;胡敏酸(HA)含碳量分别增加21.64%、19.65%、8.46%,差异显著;富里酸(FA)含碳量显著减少;PQ值显著增加,从CK的62.86%分别增加到74.16%、69.86%和67.47%。不同材料对HA分子结构的影响不同,CS和HCS 2种秸秆处理的HA分子H/C和2920/1620比值增大(分别从1.056增加到1.075和1.107;从0.262增加到0.333和0.380),高温/中温放热比和失重比显著降低(分别从1.95降低到1.75和1.57;从1.56降低到1.50和1.41),说明施加玉米秸秆和腐熟秸秆使得HA分子缩合度和芳香性下降,脂族性增强,有利于HA分子向简单化方向发展;而Bc与秸秆处理相反,HA分子H/C和2920/1620比值减小(分别从1.056减少到1.025;从0.262减少到0.223),高温/中温放热比和失重比增加(分别从1.95增加到2.19;从1.56增加到1.65),说明施加生物质炭使得HA分子脂族与芳香碳比例下降,缩合度和芳香性增强,更有利于HA分子的稳定。秸秆和腐熟秸秆还田有利于增强HA的活性,而生物质炭还田更有利于土壤有机碳的固定。

玉米浆及配合其他有机物料对苏打碱土改良效果及腐殖质特性变化

为研究玉米浆(CSL)及其与不同有机物料混合对苏打盐碱土的改良效果及腐殖质特性变化,本文以松原市苏打盐碱土为研究对象,设置对照组(CK)、1/2倍用量玉米浆(1/2CSL)、1倍量玉米浆(CSL)、2倍量玉米浆(2CSL)、1/2倍用量玉米浆与秸秆混合(1/2CSL+C)、1/2倍用量玉米浆与生物质炭混合(1/2CSL+B)和1/2倍用量玉米浆与泥炭混合(1/2CSL+P)7个处理,研究了其对苏打盐碱土的改良效果及腐殖质组成和胡敏酸(HA)结构特征的变化。每个处理3次重复。结果表明:与CK相比,除2CSL,各玉米产量均增加,增长比率为66.67%~193.65%,各处理pH、全盐量的降低比率分别为9.80%~11.09%、12.2%~44.3%,碱化度降低12.67~26.53个百分点。1/2CSL处理的有机碳含量增加了46.19%,HA和胡敏素(HM)分别增加了48.59%和47.32%,I2920/I1720增加了156.3%,H/C增加了25.96%,(O+S)/C降低了30.68%,放热量高温值/中温值降低了48.6%,质量损失量高温值/中温值降低了14.2%。说明有机物料的施入使土壤HA结构的脂族性增强,氧化度、缩合度和热稳定性降低,结构趋于年轻化,其中1/2CSL处理效果最好。