秸稈腐解過程中結(jié)構(gòu)的變化特征

曹瑩菲，張　紅，趙　聰，劉　克，呂家瓏*（.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌7200；2.黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌7200）

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秸稈腐解過程中結(jié)構(gòu)的變化特征

曹瑩菲1，2，張紅1，2，趙聰1，劉克1，呂家瓏1，2*
（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌712100；2.黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌712100）

摘要：應(yīng)用尼龍網(wǎng)袋法和傅里葉變換紅外光譜分析，研究玉米和大豆秸稈在3種不同試驗(yàn)地（葡萄園、桃園、農(nóng)田）腐解過程中的結(jié)構(gòu)變化特征，為秸稈還田措施提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，玉米和大豆秸稈的官能團(tuán)組成具有相似之處，但在3400、1640、1400～1460、1310、1000～1100 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度不同，穩(wěn)定成分存在差異。腐解前后作物秸稈紅外光譜吸收峰強(qiáng)度有所改變，隨著腐解時(shí)間的增加，羥基、酰胺基、甲基、亞甲基和次甲基的含量逐漸降低，羧基增多，有機(jī)酸形成，碳水化合物、酰胺類化合物、糖類等逐漸分解。易分解的化合物（如脂肪族結(jié)構(gòu)、酰胺類化合物和糖類）可直接進(jìn)行分解，部分芳香類等難分解化合物則先分解為羧酸酯類（1725～1735 cm-1）、脂肪族類（1450～1460 cm-1）等中間產(chǎn)物后再進(jìn)行分解。1560～1732 cm-1處的肩峰與作物殘?bào)w中有機(jī)酸有關(guān)。尿素對(duì)玉米秸稈的腐解具有促進(jìn)作用，且與1310 cm-1處的吸收峰變化有關(guān)。作物秸稈還田之后，會(huì)向腐植酸方向腐解，其結(jié)構(gòu)變化在不同土地利用類型和干濕處理之間無明顯區(qū)別（P＞0.05），與還田作物秸稈種類以及N含量有關(guān)。

關(guān)鍵詞：秸稈腐解；紅外光譜；結(jié)構(gòu)

曹瑩菲，張紅，趙聰，等.秸稈腐解過程中結(jié)構(gòu)的變化特征［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 35（5）：976-984.

CAO Ying-fei, ZHANG Hong, ZHAO Cong, et al. Changes of organic structures of crop residues during decomposition［J］. Journal of Agro-Environment Science, 2016, 35（5）: 976-984.

作物秸稈是一種較為常見的生物質(zhì)資源，含有有機(jī)質(zhì)和植物生長(zhǎng)所必需的氮、磷、鉀及其他微量元素［1］。我國(guó)作物秸稈類有機(jī)固體廢棄物的數(shù)量龐大（7 億t）［2］，由于運(yùn)輸成本等問題，部分作物秸稈就地焚燒，這樣不僅浪費(fèi)了秸稈中的有機(jī)碳和養(yǎng)分資源，而且會(huì)增加大氣環(huán)境污染。因此，秸稈還田日益受到重視［3-4］。秸稈還田利于改善土壤結(jié)構(gòu)、理化性狀、養(yǎng)分循環(huán)、土壤有機(jī)碳含量以及培肥土壤［5-6］。秸稈還田后，其在土壤中的存在狀態(tài)、分解轉(zhuǎn)化等都與秸稈還田的效果息息相關(guān)。作物殘?bào)w在土壤中的腐解既與秸稈本身物質(zhì)構(gòu)成有關(guān)，也與溫度、水分、土壤性狀等環(huán)境條件有關(guān)［7］。Zibilske等［8］研究指出，不同作物殘?bào)w由于水分及本身組成的差異，其本身的性質(zhì)和分解的特征必然不同。張紅等［9］研究發(fā)現(xiàn)，作物秸稈的殘留率與所處的試驗(yàn)地有關(guān)。

秸稈腐解是一個(gè)復(fù)雜的過程［9-10］，秸稈還田后的存在狀態(tài)和結(jié)構(gòu)變化是研究其如何提高土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因素［10］，耕作方式、秸稈還田模式以及還田處理量等在不同程度上影響秸稈還田的最終效果［11-12］。秸稈在土壤中分解轉(zhuǎn)化所形成的中間產(chǎn)物是非常復(fù)雜的，并且很難分離出來。紅外光譜技術(shù)則能夠區(qū)分個(gè)體結(jié)構(gòu)上的差異，同時(shí)具有操作簡(jiǎn)便、進(jìn)樣微量及檢測(cè)快速等特點(diǎn)［13］，可以用于對(duì)土壤和植物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域的復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)分析，以研究作物殘?bào)w結(jié)構(gòu)變化［14］。

目前，由于作物殘?bào)w在土壤中分解、轉(zhuǎn)化較為復(fù)雜［9-10］，對(duì)其在土壤中的變化機(jī)制還不完全清楚。玉米是中國(guó)非常普遍且種植較多的農(nóng)作物，其秸稈在農(nóng)田系統(tǒng)中的循環(huán)利用非常重要，豆科作物秸稈又常常用來作為綠肥施入土壤。因此，將傅里葉變換紅外光譜應(yīng)用于農(nóng)業(yè)研究，探索玉米和大豆秸稈在不同土壤中腐解的結(jié)構(gòu)變化，了解秸稈還田過程中秸稈腐解變化機(jī)制，可為秸稈更有效地還田提供理論參考。本文利用紅外光譜分析了玉米和大豆秸稈在不同腐解時(shí)期的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，以及影響作物殘?bào)w結(jié)構(gòu)變化的因素（作物C/N比、水分、類型和土地利用類型）。雖然，由于紅外光譜的復(fù)雜性，其結(jié)果還不能完全反映出所測(cè)樣品的全部結(jié)構(gòu)性質(zhì)，但其提供的信息可以提高我們對(duì)秸稈農(nóng)用腐解過程中結(jié)構(gòu)變化的認(rèn)識(shí)。

1　材料與方法

1.1研究概況

該試驗(yàn)設(shè)在黃土高原南部的陜西省楊凌示范區(qū)，年均氣溫13℃，年均降水量550～600 mm，主要集中在7—9月，土壤為塿土（土墊旱耕人為土），質(zhì)地屬粉砂粘壤土。供試植物殘?bào)w為玉米和大豆秸稈（包括莖和葉）。玉米秸稈全碳和全氮含量分別為402.50、 11.31 g·kg-1，C/N比為35.59；大豆秸稈全碳和全氮含量分別為373.18、25.47 g·kg-1，C/N比為14.65。秸稈還田腐解試驗(yàn)分別在3個(gè)試驗(yàn)地（不同土地利用類型）進(jìn)行：國(guó)家黃土肥力與肥料效益野外科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站的農(nóng)田（34°17′51″N，108°00′48″E）、西北農(nóng)林科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)標(biāo)本園區(qū)的桃園（34°19′81″N，108°04′11″E）和葡萄園（34°17′81″N，108°04′17″E）。農(nóng)田種植方式為冬小麥-夏玉米輪作，桃園與葡萄園常年種植桃樹與葡萄。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將一部分新鮮的作物秸稈快速處理為2～3 cm大小，4℃冷藏保鮮備用；另一部分作物秸稈先風(fēng)干再60℃烘干至恒重，粉碎過1 mm篩；另外，添加尿素調(diào)整玉米秸稈的C/N比至25：1作為對(duì)比進(jìn)行腐解試驗(yàn)。每個(gè)試驗(yàn)地共有新鮮玉米秸稈（FC）、新鮮玉米秸稈+氮（fc）、烘干玉米秸稈（DC）、烘干玉米秸稈+氮（dc）、新鮮大豆秸稈（FB）、烘干大豆秸稈（DB）6個(gè)處理。考慮腐解速率以及水分含量的不同，新鮮秸稈和粉碎烘干秸稈分別稱取30 g·袋-1和15 g·袋-1各自裝入30 cm×30 cm和20 cm×20 cm的350目尼龍網(wǎng)袋中并封口。10月31日分別將各個(gè)處理的若干袋子埋入3個(gè)試驗(yàn)地（農(nóng)田、桃園和葡萄園）0～20 cm處土壤中，于埋入后第10、20、30、45、60、90、120、150、180、210、240、270、300 d取樣，每個(gè)處理每次取出三袋。取出的秸稈樣品60℃烘干、磨細(xì)（100目），用于紅外光譜分析。由于土壤溫度和降水會(huì)影響作物秸稈的腐解，在腐解試驗(yàn)處埋入土壤溫度記錄儀（TidbiT v2，美國(guó)）用于測(cè)定土壤溫度（表1），降水?dāng)?shù)據(jù)列于表2。

1.3紅外光譜

用布魯克傅里葉紅外光譜儀（Tensor27，德國(guó)）進(jìn)行紅外光譜的測(cè)量。采用壓片法，將1.0 mg樣品與100 mg的光譜純KBr粉同時(shí)用瑪瑙研缽研磨成微米級(jí)的細(xì)粉，混合均勻后，在紅外干燥箱中烘2～3 min，用壓片機(jī)壓制成透明度好的薄片，即可用光譜儀進(jìn)行分析，光譜吸收峰范圍4000～600 cm-1。

1.4數(shù)據(jù)分析

根據(jù)張葛等［15］的方法，對(duì)主要光譜吸收峰進(jìn)行半定量分析，采用SAS（9.1.2）軟件進(jìn)行方差分析（Duncan新復(fù)極差法，P＜0.05）。

表1　不同試驗(yàn)地不同腐解期的土壤溫度（℃）Table 1 Temperature dynamics in 0 to 20 cm soil layer during 1-year of decomposition（℃）

表2　不同腐解時(shí)期的降水量Table 2 Precipitation during 1-year of decomposition

2　結(jié)果與分析

2.1不同作物秸稈原樣的紅外光譜特征

玉米和大豆秸稈原樣的紅外光譜特征如圖1所示，吸收峰及其歸屬詳見表3［16-17］。兩者的紅外光譜基本相似，都在3400、2925、1640、1400～1460、1310、1220～1240、1000～1100、870 cm-1等處出現(xiàn)較為明顯的吸收峰，同時(shí)兩種秸稈殘?bào)w在某些特征吸收峰和強(qiáng)度上又有差異［18］，如表4所示，大豆秸稈在3400、1400～1460、1640和1310 cm-1處的吸收峰較玉米秸稈更強(qiáng)，玉米秸稈則在1000～1100 cm-1的吸收峰較強(qiáng)。另外，不同作物秸稈都有自己的特征峰，玉米秸稈在1560～1590、1490、1375～1380、1150～1160、890～900 cm-1處有吸收峰，大豆秸稈在2850、1540 cm-1處有吸收峰（表3）。

圖1　不同作物秸稈原樣（玉米和大豆秸稈）的紅外光譜Figure 1 Fourier transform infrared spectra of different crop residues（corn and bean residues）

2.2不同腐解時(shí)期不同處理的紅外光譜變化

以農(nóng)田為例，圖2至圖7顯示了不同處理不同腐解時(shí)期（0、30、120、210、300 d）的紅外光譜圖，表5為腐解末期不同處理主要吸收峰的相對(duì)強(qiáng)度。比較結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同作物殘?bào)w在各腐解階段的紅外光譜圖圖形基本相近，但一些特征吸收峰及其強(qiáng)度出現(xiàn)了變化。從總體特征來看，原樣主要吸收峰較窄且強(qiáng)度較大，腐解后逐漸變平緩［17］，部分吸收峰減弱直至消失。

圖2至圖7以及表5表明，隨著腐解的進(jìn)行，DB、FB、dc、fc處理3400 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度在腐解20 d后逐漸下降，DC、FC處理則在第90 d出現(xiàn)下降趨勢(shì)。所有作物秸稈處理2850～2930 cm-1處的吸收峰隨著腐解的進(jìn)行強(qiáng)度逐漸下降。到第30～60 d時(shí)，1725 cm-1處出現(xiàn)新的吸收峰，在腐解后期其強(qiáng)度又逐漸減小。大豆秸稈在腐解第10 d時(shí)1640 cm-1吸收峰強(qiáng)度下降，玉米秸稈則在第30 d時(shí)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，第240 d后1640 cm-1處的吸收峰變?yōu)榧夥?，且伴隨著玉米秸稈在1560～1590 cm-1處吸收峰的起伏變化，直至第180 d后消失。腐解第30～60 d，大豆秸稈在1550～1510 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度逐漸減弱直至消失。隨著腐解的進(jìn)行，大豆秸稈在1490 cm-1處出現(xiàn)微弱的吸收峰，在1400～1460 cm-1處的吸收峰逐漸減弱，第210 d后，1410～1430 cm-1處出現(xiàn)新吸收峰，玉米秸稈則在第20 d后變?yōu)榧绶澹?450～1460和1410～1430 cm-1），此后肩峰和單峰（1400～1460 cm-1）交替出現(xiàn)，每次單峰出現(xiàn)相比原樣強(qiáng)度有所減弱。大豆秸稈在腐解的過程中1375～1380 cm-1處出現(xiàn)了吸收峰。1310 cm-1處的吸收峰隨著腐解的進(jìn)行不同處理變化不同：大豆秸稈在1310 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度逐漸降低，加氮玉米秸稈有所增高，未加氮玉米秸稈則無明顯變化。處理fc和dc在腐解第60 d時(shí)1100～1000 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度減弱，F(xiàn)C和DC在腐解第90 d時(shí)開始減弱。不同作物殘?bào)w870 cm-1的吸收峰在腐解第210 d時(shí)明顯減弱，1220～1240、1150～1160、890～900 cm-1的吸收峰隨著腐解的進(jìn)行有下降趨勢(shì)。玉米秸稈在腐解后期（第210 d）出現(xiàn)了新的微弱吸收峰（780～790 cm-1）。

表3　不同作物秸稈的紅外光譜吸收峰的歸屬Table 3 Assignment of FTIR absorption bands in different crop residues

表4　不同作物秸稈原樣紅外光譜主要吸收峰的相對(duì)強(qiáng)度Table 4 Relative intensities of major FTIR absorption peaks in different crop residues

圖2　FC處理不同腐解時(shí)期在農(nóng)田的紅外光譜圖Figure 2 Fourier transform infrared spectra of FC treatments in farmland during decomposition

圖3　DC處理不同腐解時(shí)期在農(nóng)田的紅外光譜圖Figure 3 Fourier transform infrared spectra of DC treatments in farmland during decomposition

圖4　fc處理不同腐解時(shí)期在農(nóng)田的紅外光譜圖Figure 4 Fourier transform infrared spectra of fc treatments in farmland during decomposition

圖5　dc處理不同腐解時(shí)期在農(nóng)田的紅外光譜圖Figure 5 Fourier transform infrared spectra of dc treatments in farmland during decomposition

圖6　FB處理不同腐解時(shí)期在農(nóng)田的紅外光譜圖Figure 6 Fourier transform infrared spectra of FB treatments in farmland during decomposition

圖7　DB處理不同腐解時(shí)期在農(nóng)田的紅外光譜圖Figure 7 Fourier transform infrared spectra of DB treatments in farmland during decomposition

表5　不同作物秸稈處理在農(nóng)田腐解末期紅外光譜主要吸收峰的相對(duì)強(qiáng)度Table 5 Relative intensity of major FTIR absorption peaks in different crop residues in farmland during decomposition

3　討論

3.1不同作物秸稈原樣的紅外光譜分析

由不同作物殘?bào)w的紅外光譜譜圖（圖1）可以看出，玉米和大豆秸稈的官能團(tuán)組成具有相似之處（表3），但各特征峰及吸收強(qiáng)度具有不同程度的差異（表4），可見這些峰所對(duì)應(yīng)的物質(zhì)含量略有不同［18］。本試驗(yàn)中，玉米和大豆秸稈在羧酸鹽、脂肪族化合物、芳香族化合物、酰胺化合物和糖類等物質(zhì)含量方面存在差異。大豆秸稈在3400、1400～1460、1640、1540、1310 cm-1等處的峰更強(qiáng)，正是由于大豆秸稈中氮含量以及酰胺化合物高的緣故。王帥等［19］指出，紅外光譜的吸收峰強(qiáng)度之比可以間接明確各類官能團(tuán)的數(shù)量之比，與玉米秸稈相比，大豆秸稈的2920/1640和1050/ 1640峰強(qiáng)度比值較小，根據(jù)表3各吸收峰的歸屬以及He等［20］、孟凡榮等［21］的分析（1050 cm-1和2920 cm-1處的化合物更易分解），認(rèn)為大豆秸稈芳香族化合物含量高，較玉米秸稈穩(wěn)定成分多。

3.2由FTIR譜圖變化判斷腐解過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及其影響因素

從圖2至圖7可見，3430 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度隨著腐解的進(jìn)行逐漸下降，表明腐解過程中碳水化合物和酰胺化合物的含量逐漸減少［22］，由于N含量存在差異，大豆秸稈和玉米秸稈加氮處理較未加氮處理在3430 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度大（表4和表5）。2850～2930 cm-1吸收峰強(qiáng)度的減弱表明，在腐解過程中作物秸稈的甲基、亞甲基含量減少，即脂肪族化合物含量降低，和龔報(bào)森等［17］研究的結(jié)果一致。1640～1650 cm-1處的吸收峰在腐解前期強(qiáng)度降低，到第270 d變?yōu)榧夥?，結(jié)合吳景貴等［23］的分析，可能是由于木質(zhì)素分解后生成了含有羧基的有機(jī)中間產(chǎn)物，因而在本試驗(yàn)腐解過程中，1720～1731 cm-1（C=O）處出現(xiàn)新峰，這正是作物秸稈氧化后非結(jié)合羰基羧酸酯類等化合物產(chǎn)生的結(jié)果［22］。腐解后期強(qiáng)度降低，與Stevenson等［24］的研究結(jié)果一致。而玉米秸稈在1560～1590 cm-1處吸收峰的起伏變化直至消失，說明一些羧酸酯類化合物在腐解過程中發(fā)生分解［25］，形成羧酸鹽，隨后可能混入土壤。這與作者所做的有機(jī)酸在作物殘?bào)w與土壤中的變化規(guī)律相吻合［26］，說明1560～1732 cm-1處的吸收峰與作物殘?bào)w中有機(jī)酸有關(guān)。大豆秸稈的紅外光譜在1540～1510 cm-1吸收峰的強(qiáng)度逐漸減弱，說明其酰胺結(jié)構(gòu)成分逐漸減少［27］。1400～1460 cm-1的單峰變?yōu)?450～1460 cm-1和1410～1430 cm-1的肩峰，說明木質(zhì)素、纖維素和蛋白質(zhì)部分分解，使脂肪族化合物結(jié)構(gòu)中的甲基和亞甲基、氨基酸及無機(jī)的氨鹽和硅酸鹽的吸收峰與木質(zhì)素等難分解物質(zhì)的主峰分離而形成肩峰［28-29］。與此同時(shí)，大豆秸稈在1375～1380 cm-1處出現(xiàn)了新峰，也是木質(zhì)素等分解生成甲基、羧酸鹽等的結(jié)果［27］。大豆秸稈和FC、DC處理在1310 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度逐漸減弱，說明其本身N流失；fc和dc處理由于N的加入使C2N及NH4+的無機(jī)復(fù)合物的含量增加，因而1310 cm-1的吸收峰增強(qiáng)［27］。各處理在1220～1240、1150～1160、1100～1000、890～900 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度皆有所降低，這些吸收峰強(qiáng)度的下降是木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、糖類等碳水化合物分解的標(biāo)志［30］。780～790 cm-1處峰的出現(xiàn)說明玉米秸稈中有機(jī)硅分解形成了Si-O［27］，也說明玉米秸稈中1000～1100 cm-1吸收峰比大豆秸稈強(qiáng)的結(jié)果可能與秸稈中Si的含量有關(guān)。

總體而言，隨著秸稈的腐解，碳水化合物、酰胺類化合物和糖類逐漸減少，羧基增多，有機(jī)酸形成［27］。Inbar等［31］則用傅里葉變換紅外光譜法對(duì)葡萄渣腐解的研究也得出相似的結(jié)果。由紅外光譜各峰的變化強(qiáng)度來看（圖2至圖7），秸稈腐解變化具有階段性［32］，到了第180～210 d，溫度和降水（表2和表3）較為適宜，變化相應(yīng)較大［33］。作物秸稈腐解后吸收峰逐漸趨于平緩［17］，且部分吸收峰消失，較難分解化合物的吸收峰比例增大。根據(jù)趙光等［34］的分析，植物體內(nèi)易于微生物分解的物質(zhì)比較容易被分解，難以被分解的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)會(huì)殘留下來，被微生物利用，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的反應(yīng)就形成了芳香性的難分解高分子化合物，這就是腐植酸類物質(zhì)。腐植酸的各主要吸收峰也對(duì)應(yīng)著作物秸稈腐解后留下的主要吸收峰，峰形較寬而平緩［17］。Yonebayashi等［35］研究了不同開墾年限的泥炭土中有機(jī)質(zhì)的變化，紅外分析結(jié)果表明，泥炭中的有機(jī)成分，在開墾后五年內(nèi)被分解并轉(zhuǎn)化為腐植酸。因此，秸稈腐解有向形成腐植酸方向發(fā)展的趨勢(shì)［17］。結(jié)合吸收峰強(qiáng)度比值變化得出，易分解的化合物（如脂肪族化合物、酰胺類化合物和糖類）先進(jìn)行分解，部分芳香類等難分解的物質(zhì)可分解為易分解的中間產(chǎn)物后再分解［30］。

作物秸稈的2920/1640和1050/1640峰強(qiáng)度比值也可以反映秸稈腐解程度［15］。與秸稈原樣相比，F(xiàn)C和DC處理的2920/1640比值下降，fc、dc、FB和DB處理上升（表6），是由于fc、dc、FB和DB處理1640 cm-1吸收峰強(qiáng)度下降幅度較大、2920 cm-1變化不大的緣故（表4和表5）。1050/1640峰強(qiáng)度比值在不同處理間也有所差異（表6）。由圖2至圖7也可以看出，N含量高的處理紅外光譜譜形變化差異較大，這是因?yàn)槟蛩氐鹊收{(diào)節(jié)還田作物秸稈的C/N比，促進(jìn)了秸稈中木質(zhì)素的變性［36］，所以N含量會(huì)影響作物秸稈腐解的速度。此外，作物秸稈腐解是土壤水分和溫度共同作用的結(jié)果［9］，本試驗(yàn)不同試驗(yàn)點(diǎn)的降水量和地溫基本相似（表1和表2），所以作物秸稈的結(jié)構(gòu)變化在不同土地利用類型（表7）和干濕處理之間（表6）并無明顯區(qū)別（P＞0.05），僅與作物的種類和N含量有關(guān)（表6）。

表6　不同處理腐解末期紅外光譜主要吸收峰的強(qiáng)度比Table 6 Relative intensity ratios of major FTIR absorption peaks indifferent crop residues during decomposition

表7　不同試驗(yàn)地腐解末期紅外光譜主要吸收峰的強(qiáng)度比Table 7 Relative intensity ratios of major FTIR absorption peaks in different land uses during decomposition

4　結(jié)論

（1）玉米和大豆秸稈的官能團(tuán)組成具有相似之處，羧酸鹽、脂肪族化合物、芳香族化合物、酰胺化合物和糖類等存在差異，且大豆秸稈較玉米秸稈穩(wěn)定成分多。

（2）隨著作物秸稈的腐解，碳水化合物、酰胺類化合物和糖類逐漸減少，亞甲基、甲基減少，羧基增多，有機(jī)酸形成。易分解的物質(zhì)（如脂肪族化合物、酰胺類化合物和糖類）可直接進(jìn)行分解，部分芳香類等物質(zhì)則先分解為易分解的中間產(chǎn)物后再進(jìn)一步分解。

（3）腐解過程中，秸稈結(jié)構(gòu)變化特征與秸稈種類和N含量有關(guān)，在不同土地利用類型和干濕處理之間并無明顯區(qū)別，且隨地溫和降水量的變化具有階段性。

綜上，秸稈腐解有向形成腐植酸方向發(fā)展的趨勢(shì)，將玉米和大豆秸稈還田有利于土壤結(jié)構(gòu)的改善，可以應(yīng)用于不同的土地利用類型，同時(shí)玉米秸稈配合適量N肥可促進(jìn)作物秸稈在土壤中的腐解。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號(hào)：X712

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-2043（2016）05-0976-09

doi:10.11654/jaes.2016.05.023

收稿日期：2016-01-16

基金項(xiàng)目：中國(guó)科學(xué)院黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目（K318009902-1310）；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目（2011K01-48）

作者簡(jiǎn)介：曹瑩菲（1987—），女，山西平陸人，博士研究生，主要從事土壤化學(xué)研究。E-mail：yingfeicao@126.com

*通信作者：呂家瓏E-mail：ljlll@nwsuaf.edu.cn

Changes of organic structures of crop residues during decomposition

CAO Ying-fei1,2, ZHANG Hong1,2, ZHAO Cong1, LIU Ke1, Lü Jia-long1,2*
（1.College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2.State Key Lab of Soil Erosion and Dryland Farming on Loess Plateau, Yangling 712100, China）

Abstract：In this study, field experiments were conducted in vineyard, peach orchard, and farmland to examine structural characteristics of organic substances in crop residues（corn stover and soybean stem）during decomposition, using nylon mesh bag method and fourier transform infrared（FTIR）spectroscopy. Results showed that corn and soybean residues had similar functional groups. However, FTIR absorption peaks and intensities were different at 3400, 1640, 1400～1460, 1310 and 1000～1100 cm-1because of differences in content of amide compounds and silicon stable matters. The FTIR absorption peaks and intensities in crop residues changed after decomposition. With decomposition, hydroxyl, amide group, methyl, and methylene content in the residues reduced, but carboxyl increased, along with the formation of organic acids and the decomposition of carbohydrates, amide compounds and sugars. Those easily decomposable compounds such as aliphatic structure, amide compounds and sugars were directly decomposed, while aromatic substances with difficult decomposition first broke down to intermediates such as carboxylic acid esters（1725～1735 cm-1）and aliphatic structure（1450～1460 cm-1）. The shoulder peak at 1560～1732 cm-1was associated with organic acids in crop residues. Urea had a promoting effect on decomposition of corn residues, and influenced the absorption peak at 1310 cm-1. The residues mainly formed humic acid after decomposition. There were no obvious differences in organic structures among different land uses and between fresh and dry treatments（P＞0.05）. However, crop residue type and residue N content impacted structural changes.

Keywords：crop residue decomposition; infrared spectroscopy; structure