长期施用生物炭对棕壤养分及腐殖质组分的影响

【目的】研究长期施用生物炭对棕壤养分含量及腐殖质组分含量的影响,为评价生物炭在提高土壤肥力水平和调控土壤腐殖质组成及稳定性方面的长效作用提供科学依据。【方法】以生物炭田间定位试验为基础,采用随机区组设计,设置4个施炭量处理:0(CK)、15.75 t·hm^(-2)(BC1)、31.50 t·hm^(-2)(BC2)和47.25 t·hm^(-2)(BC3),分别测定生物炭施用4年和8年后土壤有机碳(SOC)、氮磷钾速效养分、氮磷钾全量养分以及土壤富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(HM)含量。【结果】施用生物炭可提高SOC含量,BC1、BC2、BC3处理SOC含量较CK处理提高了37.35%—72.97%。施用生物炭显著提高了土壤速效钾(AK)含量,与CK处理相比,BC1、BC2和BC3处理土壤AK含量较CK处理分别提高了11.67—14.00、19.33—22.33和12.33—35.33 mg·kg-1。施用生物炭对土壤全氮(TN)、碱解氮(AN)、全磷(TP)、速效磷(AP)和全钾(TK)含量影响不大(除个别处理)。施用生物炭显著提高了土壤HA、可溶性腐殖质(HE)和HM含量。与CK处理相比,BC1、BC2和BC3处理土壤HA含量分别提高了39.68%—40.91%、30.91%—50.79%和34.55%—57.14%。BC1、BC2和BC3处理土壤HE含量较CK处理分别提高18.02%—29.74%、16.81%—30.48%和15.92%—24.91%。与CK处理相比,BC1、BC2和BC3处理土壤HM含量分别提高了48.39%—58.94%、13.57%—89.23%和82.36%—105.82%。施用生物炭4年后对土壤FA含量无显著影响,但施用生物炭8年后显著提高了土壤FA含量,BC1、BC2和BC3处理较CK处理分别提高了22.01%、30.19%和18.24%。在2016年,各施炭处理提高了土壤HA/HE和HA/FA,但降低了HE/HM,但在2020年,仅BC1处理显著提高了土壤HA/FA,BC3处理显著降低了HE/HM。通过冗余和相关分析表明,SOC、TK、AK、TP和AP与腐殖质组分含量存在显著的正相关关系;SOC和TK与土壤腐殖质的稳定性呈显著正相关关系,但土壤SOC、AK、TP和AP与土壤腐殖质的活性呈显著负相关关系。【结论】长期施用生物炭可改善土壤养分状况,主要表现在提高SOC和AK含量;长期施用生物炭可提高土壤腐殖质组分的含量,主要表现在提高土壤HA和HM含量,但对土壤腐殖质稳定性的影响会随时间推移被减弱;土壤养分含量与土壤腐殖质组分含量及稳定性存在显著正相关关系。

不同类型土壤胡敏素组成的研究

胡敏素(HM)是腐殖物质的主要组成部分,在碳截获、土壤结构、养分保持、生物地球化学循环等方面都占有重要的作用。采用Pallo修改法对HM进行了分组,将其分为铁结合胡敏素(HMi)、粘粒结合胡敏素(HMc)和不溶性胡敏素(HMr),并将这三种物质定义为HM的组成,同时把HMi/HMc和(HMi+HMc)/HM作为HM组成的表征指标,研究了不同类型土壤的HM组成,结果表明:不同类型土壤中HM各组分含量,HMi/HMc,(HMi+HMc)/HM,Δlgk均各不相同;(HMi+HMc)/HM>20%;除黑钙土外,HMi/HMc>1,且HM组成中HMr含量最多,HMi其次,HMc最少;HMi相对数量为黑土最高,黑钙土最低,HMc相对数量为黑钙土最高,棕壤最低,HMr相对数量为水稻土最高,黑土最低。在不同类型土壤(水稻土除外)中可溶性HM组分的Δlgk值为HMi>HMc,HMi的分子结构比HMc的简单,而且棕壤HMi,HMc的Δlgk值均最高,结构最简单。