不同處理牛糞對大豆重茬土壤腐殖質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征的影響

孟安華，張振都，吳景貴

(1 吉林農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，吉林 長春 130118；2 吉林省農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所，吉林 長春 130033)

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不同處理牛糞對大豆重茬土壤腐殖質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征的影響

孟安華1，張振都2，吳景貴1

(1 吉林農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，吉林 長春 130118；2 吉林省農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所，吉林 長春 130033)

【目的】 研究施用不同處理牛糞后大豆重茬土壤中腐殖質(zhì)的組分含量及結(jié)構(gòu)特征變化?！痉椒ā?以大豆“九黑1號”為供試品種，設置單施化肥處理(對照，CK)、風干牛糞處理(X)、腐解牛糞處理(F)和蠐螬牛糞處理(Q)，采用室內(nèi)盆栽試驗，于2011年5月在施用不同處理牛糞的土壤中第1次播種大豆，09-30收獲；2012年5月繼續(xù)在各處理土壤中播種大豆，09-30收獲后采集0～20 cm土層土壤，用元素分析法、紅外光譜分析法(IR)及核磁共振光譜法(13C-NMR)，研究不同處理牛糞對大豆重茬土壤中胡敏酸(HA)、富里酸(FA)組分的元素組成和結(jié)構(gòu)特性的影響?！窘Y(jié)果】 不同處理牛糞對大豆重茬土壤HA和FA的元素(C、H、O、N)組成影響有明顯差異。不同處理牛糞可以提高大豆重茬土壤HA的氧化度，降低縮合度，使大豆重茬土壤FA氧化度降低。大豆重茬土壤HA含有更多的長鏈烷烴和酚基碳，F(xiàn)A含有更多的支鏈和短鏈烷基碳，且FA的芳化度比HA低。與CK相比，施用牛糞的各處理大豆重茬土壤中HA的烷基成分、羧酸化合物、酰胺類化合物和芳香環(huán)類化合物減少，而碳水化合物或多糖類成分增加，脂化度升高，芳化度下降；土壤中FA的烷基成分、多肽類化合物、芳香環(huán)類化合物和碳水化合物減少。對不同牛糞處理土壤進行對比分析發(fā)現(xiàn)，風干牛糞處理(X)明顯增加了大豆重茬土壤HA和FA的羧酸化合物含量，腐解牛糞處理(F)明顯增加了大豆重茬土壤FA烷基成分和碳水化合物成分，蠐螬牛糞處理(Q)下大豆重茬土壤HA的碳水化合物或糖類成分明顯增加?！窘Y(jié)論】 不同處理牛糞對大豆重茬土壤HA和FA的元素組成與結(jié)構(gòu)特征產(chǎn)生了不同程度的影響，且明顯增加了土壤HA酚基碳含量。

牛糞；大豆；重茬土壤；腐殖質(zhì)；胡敏酸；富里酸；元素組成；結(jié)構(gòu)特征

由于大豆的經(jīng)濟價值和近年來國內(nèi)外對大豆需求量的與日俱增，導致大豆重茬面積逐年遞增，而大豆重茬會引起土壤腐殖質(zhì)總量、胡敏酸(HA)、HA/FA(富里酸)下降[1]。已有研究表明，施用有機肥或其與無機肥配施能夠增加土壤各結(jié)合形態(tài)腐殖質(zhì)(松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)、緊結(jié)態(tài))的總量，提高松結(jié)態(tài)與緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)比率[2]，增加腐殖質(zhì)中烷烴基和氨基的數(shù)量[3]。因此，研究如何對大豆重茬土壤實施有機培肥，提高大豆重茬土壤中的腐殖質(zhì)含量就顯得尤為重要。而牛糞作為我國豐富的有機肥料之一，不僅為土壤提供大量的營養(yǎng)物質(zhì)成分，而且在改善土壤板結(jié)情況、改良土壤透水性、螯合土壤里的微量元素以及提升土壤肥力等方面都發(fā)揮了重要作用；同時，用牛糞做原料生產(chǎn)有機肥，可以防止牛糞堆積對環(huán)境產(chǎn)生的污染，實現(xiàn)牛糞資源的循環(huán)再利用[4]。史振鑫等[5]認為，施用牛糞能提高土壤中HA和FA的碳、氫、氮含量，降低氧含量，改善黑土腐殖質(zhì)活性，且以施用腐解牛糞的效果較好；王妮等[6]利用盆栽試驗研究牛糞對側(cè)柏根際土壤微環(huán)境特征的影響，結(jié)果表明牛糞能明顯增加根際土壤中腐殖酸和胡敏酸的含量，提高HA/FA。塔莉[7]和李鳴雷等[8]通過大田隨機區(qū)組試驗研究了施用化肥和牛糞有機肥對10個品種大豆生育性狀、產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤性質(zhì)的影響，結(jié)果表明牛糞有機肥對重茬大豆土壤理化性質(zhì)的影響較大，且有利于土壤真菌等微生物的生長和繁衍。雖然已有學者對牛糞及大豆重茬土壤養(yǎng)分、理化性質(zhì)、微生物等方面進行了研究，但是關于牛糞施入大豆重茬土壤后，土壤腐殖質(zhì)組分和結(jié)構(gòu)特征變化的研究卻少有報道。本研究通過田間盆栽試驗，利用元素組成分析儀、紅外光譜儀、核磁共振(13C-NMR) 光譜儀等現(xiàn)代儀器技術(shù)分析牛糞施入大豆重茬土壤后，土壤腐殖質(zhì)的組分和結(jié)構(gòu)特征變化，旨在為利用牛糞等有機肥改善大豆重茬后土壤環(huán)境質(zhì)量，進而提高大豆產(chǎn)量提供借鑒。

1　材料與方法

1.1供試材料

1.1.1供試土壤本試驗設在吉林農(nóng)業(yè)大學試驗田(E 125°40′37"，N 43°81′06")，供試土壤為典型黑土，盆栽試驗開始前供試土壤有機質(zhì)含量為23.5 g/kg、堿解氮含量117 mg/kg、速效磷含量 19.11 mg/kg、速效鉀含量91.4 mg/kg、pH為 7.05。

1.1.2供試作物供試大豆品種為九黑1號，由吉林省平安種業(yè)有限公司提供。

1.1.3供試肥料(1)供試化肥。N肥：尿素 (總N≥46.4%)，購自山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團)股份有限公司；P肥：磷酸二銨 (P2O5≥64%)，購自慶豐集團吉林省隆源農(nóng)資有限公司；K肥：氯化鉀 (K2O≥60%)，購自煙臺市嘉禾農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料有限公司。

(2)供試有機肥。 風干牛糞：在吉林農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院奶牛養(yǎng)殖場內(nèi)采集新鮮牛糞，之后將其在自然狀態(tài)下暴曬，風干備用。腐解牛糞：將風干后的牛糞充分攪拌均勻，將其在自然狀態(tài)下堆放腐解49 d。蠐螬牛糞：選取體態(tài)勻稱、大小相同的蠐螬幼蟲200只，每只蠐螬幼蟲質(zhì)量約為2.05 g，先將蠐螬幼蟲放入土壤內(nèi)預培養(yǎng)1周，以排清蠐螬幼蟲腸道里的內(nèi)容物，然后挑出，按照接種密度(Q)為284.91條/m3，均勻放入400 kg的新鮮牛糞中，堆放腐解49 d，堆肥長、寬、高約為145，95，50 cm，發(fā)酵過程中在堆體表面覆蓋草簾，以防止蠐螬幼蟲死亡，同時控制堆體溫度、水分，并在堆體上方約1 m 處搭遮雨蓬布，以保證蠐螬幼蟲的生長環(huán)境。以上牛糞均在陰涼處風干，然后粉碎過孔徑0.15 mm篩備用。

1.2試驗設計

試驗設在吉林農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院的培養(yǎng)試驗場網(wǎng)室，采用盆栽試驗，隨機區(qū)組排列，試驗起始時間為2011-05，試驗所用培養(yǎng)盆為直徑30 cm、高40 cm 的塑料盆。試驗共設4個處理：單施化肥處理(CK)、風干牛糞處理(X)、腐解牛糞處理(F)和蠐螬牛糞處理(Q)，每處理3次重復。每盆裝土 12.5 kg(以干質(zhì)量計)，并施入尿素10 g/盆，磷酸二銨5 g/盆，氯化鉀7 g/盆；除CK外，其他處理分別施入占風干土質(zhì)量5%的各處理牛糞(風干質(zhì)量)，混勻，裝盆。種植方式是大豆重茬，具體方法為：第1年于2011-05-23播種，05-28出苗，出苗后每盆定植4 株，定期澆水，09-30收獲；第2年于2012-05-25播種，其他同上年處理。09-30大豆收獲后，采集各處理盆中0～20 cm土層土壤樣品，陰涼處風干，磨細，過孔徑0.15 mm篩備用。

1.3方法

1.3.1土壤腐殖質(zhì)組分的粗提取采用Pollo修改法[9]，進行土壤主要腐殖質(zhì)組分胡敏酸(HA)和富里酸(FA)的提取。具體步驟為：稱取0.500 0 g 過孔徑0.15 mm篩的土壤樣品放入100 mL離心管，加0.1 mol/L NaOH 60 mL，20 ℃下提取24 h，將提取液以3 500 r/min離心15 min，反復提取10次左右，收集上清液，上清液即為可提取腐殖質(zhì)(HE)，用2.5 mol/L HCl酸化提取液至pH=1.5(廣泛試紙)，放入恒溫水浴(70 ℃)中保溫1.5 h。將上述酸化了的混合液(溫度降下后)置于低速離心管中3 500 r/min離心15 min，所得上清液即為FA，離心管中沉淀為HA。

1.3.2土壤腐殖質(zhì)組分的純化(1)HA的純化[9]。用少量0.1 mol/L NaOH 溶液將離心管的沉淀溶解，倒入燒杯中，用2.5 mol/L HCl溶液調(diào)pH=1.5(廣泛試紙)，再離心，棄去上清液，如此反復4次。最后將離心管中的沉淀用0.1 mol/L NaOH溶解，用2.5 mol/L HCl調(diào)至pH=7(精密試紙)，16 000 r/min離心30 min，將離心管中上清液倒入電滲析儀中進行電滲析，最后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，凍干，即為HA。

(2)FA的純化[9]。將粗FA溶液加到活性炭中，用布氏漏斗吸濾，吸附完畢后，用0.2 mol/L NaOH清洗活性炭(開始先反應一會)，直至濾液顏色很淡為止。之后在溶液中加入2.5 mol/L HCl調(diào)至pH=7(精密試紙)，16 000 r/min離心20 min(去除黏粒)，取上清液進行電滲析，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，凍干，即為FA。

1.3.3元素組成分析大豆重茬土壤腐殖質(zhì)組分(HA、FA)的C、H、N含量(g/kg)，用德國VARIO EL Ⅲ型元素分析儀測定。用差熱分析儀的灰分和含水量數(shù)據(jù)校正后，計算O含量(g/kg)，即O含量=1 000-(C含量+H含量+N含量)。

1.3.4紅外光譜大豆重茬土壤腐殖質(zhì)組分(HA、FA)的官能團特征用美國Nicolet-AV360紅外光譜儀測定，即用微量天平稱取腐殖質(zhì)組分樣品0.5～2 mg，用瑪瑙研缽研磨到粒徑小于2 μm，然后將樣品和KBr粉末以1∶100的質(zhì)量比在瑪瑙研缽中充分磨勻、用壓片機壓片，燈光照射后，在波長 4 000～400 cm-1以16次/min掃描，獲得紅外光譜圖。

1.3.5核磁共振在碳的同位素中，只有13C有自旋現(xiàn)象，存在核磁共振吸收，因此，大豆重茬土壤腐殖質(zhì)組分(HA、FA)的13C核磁共振光譜，用BRUKER AVANCE III 400WB寬腔固體超導核磁共振波譜儀測定。用金剛烷為內(nèi)標(化學位移δ=29.5)，轉(zhuǎn)子直徑4 mm，共振頻率100.46 MHz，魔角自旋頻率12 kHz，脈沖延遲時間6 s，1 500次累加。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007對結(jié)果進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，分別用紅外光譜儀和核磁共振光譜儀的數(shù)據(jù)處理軟件導出數(shù)據(jù)圖譜，用Origin 7.5 制作光譜圖。

2　結(jié)果與分析

2.1不同牛糞處理大豆重茬土壤HA和FA的元素組成

不同牛糞培肥方式下大豆重茬土壤胡敏酸(HA)和富里酸(FA)的元素組成分析如表1所示。由表1可知，土壤HA的C、H、O、N含量分別是446～512，39.2～47.8，404～472和34.2～46.7 g/kg，這說明各施肥處理土壤HA具有較高的C、O含量和較低的H、N含量。與對照(CK)相比，施用不同處理牛糞后，HA的C含量均降低，降幅1.17%～12.9%，具體表現(xiàn)為Q

由表1還可見，不同牛糞培肥方式下大豆重茬土壤FA的C、H、O、N含量分別是422～468，35.4～57.8，428～471和59.4～66.3 g/kg，各處理C、O含量較高。與對照(CK)相比，施用不同處理牛糞后，大豆重茬土壤FA的C含量均升高，升幅6.16%～10.9%，具體表現(xiàn)為CK

已有研究表明，腐殖質(zhì)C/H、O/C、C/N可用來表征土壤腐殖質(zhì)的縮合度、氧化度和腐植酸的腐殖化程度[10]。由表1可以看出，不同牛糞處理的大豆重茬土壤HA的C/H為0.782～1.089，與對照(CK)相比，各牛糞處理的大豆重茬土壤HA的C/H均降低，具體表現(xiàn)為Q

表 1　不同牛糞處理大豆重茬土壤胡敏酸(HA)和富里酸(FA)的元素組成及原子比Table 1　Elemental composition and atomic ratio of humic acids and fulvic acids in continuous soil samples under different cow treatments

注：CK.單施化肥處理；X.風干牛糞處理；F.腐解牛糞處理；Q.蠐螬牛糞處理。下同。

Note:CK.Single chemical fertilization treatment;X.Dried cow dung treatment;F.Rotting cow dung treatment;Q.Grubs manure treatment.The same below.

2.2不同牛糞處理大豆重茬土壤HA和FA的紅外光譜

2.2.1紅外光譜主要吸收峰的確定已有研究表明，土壤的紅外光譜吸收峰主要歸屬為：3 400 cm-1(羧酸、酚類、醇類等的-OH伸縮振動和酰胺類官能團的N-H振動)；2 920～2 850 cm-1(脂族結(jié)構(gòu)中-CH2和-CH3的C-H的伸縮振動)；1 710～1 725 cm-1(羧酸的C=O伸縮振動)；1 620～1 630 cm-1(羧酸鹽中COO-的反對稱伸縮振動)；1 540 cm-1(酰胺類化合物的N-H 變形振動)；1 414 cm-1(脂族中甲基和亞甲基的變形振動)；1 240～1 220 cm-1(羧基上C-O伸縮振動，羧基上的C-OH變形振動)；1 080～1 036 cm-1(酚類或醇類上的C-O不對稱伸縮振動)及471 cm-1(無機礦物的Si-O變形振動)[11]。本研究中，為分析牛糞施入后大豆重茬土壤腐殖質(zhì)組分各吸收峰的相對吸收強度變化，將3 540，1 820 和860 cm-1處的吸收量作為零點吸收，經(jīng)過這3點做一直線為基線，同時將 3 000 cm-1和1 480 cm-1處吸收量作為強度不變的吸收點，判斷其他吸收峰強度的增減情況[11]。

2.2.2土壤胡敏酸(HA)的紅外光譜不同處理牛糞培肥方式下大豆重茬土壤HA的紅外光譜如圖1所示。圖1顯示，與CK相比，施用不同處理牛糞后，大豆重茬土壤HA的3 400，2 930，1 720，1 610，1 520，1 410，1 240 cm-1處的吸收峰強度均降低，1 030 cm-1處吸收峰升高，說明不同牛糞處理減少了大豆重茬土壤HA的烷基成分、羧酸化合物、酰胺類化合物和芳香環(huán)類化合物，而碳水化合物或多糖類成分增加。對不同牛糞處理大豆重茬土壤HA的紅外吸收峰強度進行比較，可知風干牛糞處理(X)明顯增加了土壤HA的烷基成分、羧酸化合物和芳香環(huán)類化合物，蠐螬牛糞處理(Q)明顯增加了碳水化合物或多糖類成分(1 030 cm-1)。

圖 1　不同牛糞處理下大豆重茬土壤 胡敏酸(HA)的紅外光譜變化 CK.單施化肥處理；X.風干牛糞處理； F.腐解牛糞處理；Q.蠐螬牛糞處理。下圖同F(xiàn)ig.1　Infrared spectra of humic acids of continuous soil samples under different cow treatments CK.Single chemical fertilization treatment; X.Dried cow dung treatment;F.Rotting cow dung treatment; Q.Grubs manure treatment.The same below

2.2.3土壤富里酸(FA)的紅外光譜不同牛糞培肥方式下大豆重茬土壤FA的紅外光譜如圖2所示。從圖2可以看出，不同處理的紅外光譜基本類似，但各處理特征峰的相對吸收強度不一致，說明不同處理牛糞培肥影響大豆重茬土壤FA的官能團數(shù)量。與CK相比，施用不同處理牛糞后，大豆重茬土壤FA的3 400，2 930，1 640，1 540，1 410，1 220，1 030 cm-1處的吸收強度均降低，而風干牛糞處理(X)和腐解牛糞處理(F)在1 720 cm-1處吸收強度升高，且風干牛糞處理(X)在1 540 cm-1的吸收強度也升高，說明不同牛糞處理減少了大豆重茬土壤FA的烷基成分、多肽類化合物、芳香環(huán)類化合物和碳水化合物。對不同牛糞處理大豆重茬土壤FA的紅外吸收強度的比較分析表明，風干牛糞處理(X)明顯增加了土壤FA的羧酸化合物和酰胺類化合物(1 720，1 540 cm-1)，腐解牛糞處理(F)明顯增加了烷基成分和碳水化合物成分(3 400，2 930，1 410和 1 030 cm-1)。

圖 2　不同牛糞處理下大豆重茬土壤 富里酸(FA)的紅外光譜變化Fig.2　Infrared spectra of FA of continuous soil samples under different cow treatments

2.3不同牛糞處理大豆重茬土壤HA和FA的核磁共振光譜

2.3.1核磁共振光譜分區(qū)一般而言，核磁共振圖譜上的光譜區(qū)域被劃分為7個化學位移，分別是：δ=0～50(脂肪族碳)，δ=50～108(多糖)，δ=108～165(芳香碳)，δ=108～140(芳基碳)，δ=140～165(酚醛碳)，δ=165～190(羧基碳)，δ=190～230(醛基和酮基碳)[12-13]。

2.3.2土壤胡敏酸(HA)的核磁共振光譜不同處理牛糞培肥下大豆重茬土壤HA的13C-NMR譜圖見圖3。從圖3可以看出，不同處理的波譜基本相似，但土壤HA的各官能團相對含量存在差異。參考相關文獻[14-15]后對譜圖中不同化學位移(δ)處的13C核磁共振信號進行歸屬：在脂肪族碳區(qū)域(δ=0～50)中，δ=31處存在最大吸收峰，系長鏈烷烴(甲基、亞甲基、次甲基碳)的貢獻；在烷氧碳區(qū)域(δ=50～110)中，δ=56處的吸收峰為與木質(zhì)素及其類似物有關的甲氧基碳的信號，而在δ=72和δ=103處的吸收峰為碳水化合物中的仲醇基碳的信號；在芳香碳區(qū)域(δ=110～160)中，δ=129和152處的吸收峰分別為被-COOH 或COOMe 取代的芳香碳，后者主要為酚羥基碳；在羧基碳區(qū)域(δ=160～230)中，δ=172處的吸收峰主要為羧酸、酰胺類和醚類碳。

表2是不同牛糞處理下大豆重茬土壤HA不同官能團碳相對含量的變化。從表2可以看出，與CK相比，施用不同處理牛糞后，烷基碳、烷氧碳、芳香碳和羧基碳相對含量均降低，4種處理的順序分別為：X

CK

圖 3　不同牛糞處理下大豆重茬土壤 胡敏酸(HA)的核磁共振光譜Fig.3　CPMAS 13C-NMR spectra of soil humic acids of continuous soil samples under different cow treatments

表 2　不同牛糞處理下大豆重茬土壤胡敏酸(HA)各組分的相對含量Table 2　Relative contents of the chemical compositions of continuous soil samples under different cow treatments　%

2.3.3土壤富里酸(FA)的核磁共振光譜不同牛糞處理下大豆重茬土壤FA的13C-NMR譜圖如圖4所示。

圖 4　不同牛糞處理下大豆重茬土壤 富里酸(FA)的核磁共振光譜Fig.4　CPMAS 13C-NMR spectra of soil fulvic acids under different cow treatments

由圖4可以看出，不同施肥處理的波譜基本相似，但土壤FA的各官能團碳相對含量存在差異。根據(jù)相關文獻[14-15]對譜圖中不同化學位移處的共振信號加以歸屬：在烷基碳區(qū)(δ=0～50)中，δ=20～30處有小的吸收峰，系支鏈和短鏈烷基碳的貢獻[14]；在烷氧碳區(qū)(δ=50～110)中，烷氧區(qū)被劃分為甲氧基(δ=50～60)和碳水化合物(δ=60～110)2個區(qū)域，各處理最大吸收峰對應的δ大約在51，72和101處，δ=51處的主要吸收峰為與木質(zhì)素及其類似物有關的甲氧基碳，δ=72處的主要吸收峰為碳水化合物中的伯仲醇基碳的信號，δ=101處的主要吸收峰為多糖中的芳香碳；在芳香碳區(qū)(δ=110～160)中，各施肥處理均在δ=131處存在核磁共振，主要吸收峰為-COOH 或COOMe 取代的芳香碳；在羧基碳區(qū)(δ=160～230)中，δ=172處的吸收峰主要為羧酸、酰胺類和醚類碳。腐解牛糞處理(F)在δ=152處有振動信號峰，主要為酚基碳[16]。

不同施肥處理下大豆重茬土壤FA不同碳基相對含量見表3。由表3可知，與CK相比，各處理土壤FA的烷基碳、烷氧碳、羧基碳均升高，4種處理的順序分別為CK

表 3　不同牛糞處理下大豆重茬土壤富里酸(FA)各組分的相對含量Table 3　Relative contentd of chemical compositions of continuous soil samples under different cow treatments 　%

3　討　論

土壤腐殖質(zhì)作為土壤碳庫的重要來源，是土壤質(zhì)量的一個關鍵屬性[15]。已有研究結(jié)果表明，長期有機肥與化肥配施，對重茬作物土壤性質(zhì)的改善具有明顯效果；不同培肥方式對黑土HA和FA的元素組成產(chǎn)生影響，使得土壤HA的C 含量降低，N含量增加，土壤FA的C、N、H 含量增加，O 含量降低[16]；也有研究表明，不同牛糞處理提高了土壤HA和FA的C、H、N含量，降低了O含量，而且以施用腐解牛糞的效果較好[5]。本研究結(jié)果表明，不同牛糞培肥方式對大豆重茬土壤HA和FA的元素組成產(chǎn)生了不同程度的影響。其中風干牛糞處理對大豆重茬土壤HA的C、H、O、N含量影響較??；腐解牛糞處理和蠐螬牛糞處理對大豆重茬土壤HA的C、H、O、N含量影響較大，各牛糞處理的大豆重茬土壤HA的C/H降低，O/C升高，除風干牛糞處理(X)外C/N升高，說明不同處理牛糞能夠提高大豆重茬土壤HA的氧化度，降低縮合度，且風干牛糞有利于大豆重茬土壤HA含氮基團的形成。風干牛糞處理對大豆重茬土壤FA的N、H含量影響較小，對FA的C、O含量影響較大；腐解牛糞對大豆重茬土壤FA的N、H含量影響較大，對FA的C含量影響較??；蠐螬牛糞處理對FA的O含量影響較大。各牛糞處理的大豆重茬土壤FA的C/N升高，O/C降低，除腐解牛糞處理(F)外，C/H升高，說明不同處理牛糞能夠降低大豆重茬土壤FA的氧化度，有利于土壤FA含氮基團的形成，且腐解牛糞處理的大豆重茬土壤FA縮合度較低。

紅外光譜分析是依據(jù)紅外光譜曲線的吸收峰位置、吸收峰強度以及峰外光譜譜圖來判斷化合物存在哪些官能團的手段之一[11]。本研究中不同牛糞培肥方式對大豆重茬土壤HA和FA均在3 400，2 930，1 720，1 410和1 030 cm-1處存在吸收峰，說明不同牛糞培肥方式并未改變土壤官能團的類型，只是在各處理特征峰吸收強度上顯示出差異性，且不同處理土壤中胡敏酸和富里酸的結(jié)構(gòu)特征相似[17]。不同牛糞處理減少了大豆重茬土壤HA的烷基成分、羧酸化合物、酰胺類化合物和芳香環(huán)類化合物，而碳水化合物或多糖類成分增加。對不同牛糞處理下大豆重茬土壤HA的紅外吸收峰強度比較分析表明，風干牛糞處理(X)明顯增加了土壤HA的烷基成分、羧酸化合物和芳香環(huán)類化合物，蠐螬牛糞處理(Q)明顯增加了碳水化合物或多糖類成分(1 030 cm-1)。不同牛糞處理減少了大豆重茬土壤FA的烷基成分、多肽類化合物、芳香環(huán)類化合物和碳水化合物；對不同牛糞處理下大豆重茬土壤FA的紅外吸收強度比較分析表明，風干牛糞處理(X)明顯增加了土壤FA的羧酸化合物和酰胺類化合物(1 720，1 540 cm-1)，腐解牛糞處理(F)明顯增加了烷基成分和碳水化合物成分(3 400，2 930，1 410和 1 030 cm-1)，這一研究結(jié)果與元素分析是一致的。

利用核磁共振光譜能夠分析化學位移(δ)在 0～230范圍內(nèi)碳的組成，因在碳的同位素中，只有13C有自旋現(xiàn)象，存在核磁共振吸收，因此13C-NMR在腐殖質(zhì)組成研究中得到了普遍應用[18]。本研究中，不同牛糞處理大豆重茬土壤HA和FA的核磁共振譜圖形狀基本相似，只是核磁共振吸收峰的相對強度存在明顯差異，表明不同牛糞處理未能改變土壤HA和FA的碳骨架，只是對它的數(shù)量產(chǎn)生了影響，而不同牛糞處理大豆重茬土壤HA含有更多的長鏈烷烴和酚基碳，重茬土壤FA含有更多的支鏈和短鏈烷基碳，這與梁重山等[19-20]的結(jié)論是一致的，這可能是因為牛糞對重茬土壤有修復作用所致。其中，腐解牛糞可促使大豆重茬土壤FA中形成酚基碳。除此之外，施用不同處理牛糞后，大豆重茬土壤HA的烷基碳、烷氧碳、芳香碳和羧基碳相對含量均降低，導致脂化度升高，芳化度下降。本研究中，對不同牛糞處理的比較結(jié)果表明，腐解牛糞處理(F)下土壤HA的烷基碳含量較高，蠐螬牛糞處理(Q)土壤HA的烷氧碳和芳香碳含量較高，風干牛糞處理(X)土壤HA的羧基碳含量較高，這與紅外分析結(jié)果一致。不同牛糞處理下大豆重茬土壤FA的烷基碳、烷氧碳、羧基碳均升高，芳香碳均下降，導致脂化度升高，芳化度下降。對不同牛糞處理的比較結(jié)果表明，風干牛糞處理(X)土壤FA的烷基碳和羧基碳含量較高，腐解牛糞處理(F)土壤FA的烷氧碳含量較高，芳香碳含量最低，這與史振鑫等[5]的研究結(jié)果一致。同時，對不同牛糞處理下大豆重茬土壤HA和FA 的芳化度進行比較發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A的芳化度比HA的低[21-22]。

4　結(jié)　論

(1)不同牛糞處理對大豆重茬土壤HA和FA的元素組成產(chǎn)生了不同程度的影響。不同牛糞處理能夠提高大豆重茬土壤HA的氧化度，降低縮合度，而大豆重茬土壤FA氧化度較低。

(2)不同牛糞處理下大豆重茬土壤HA和FA的結(jié)構(gòu)特征相似，不同牛糞處理大豆重茬土壤HA含有更多的長鏈烷烴和酚基碳，重茬土壤FA含有更多的支鏈和短鏈烷基碳，且FA的芳化度比HA低。對不同牛糞處理下大豆重茬土壤HA和FA進行比較可知，風干牛糞處理(X)明顯增加了土壤HA和FA的羧酸化合物含量，腐解牛糞處理(F)明顯增加了土壤FA烷基數(shù)量和碳水化合物含量，蠐螬牛糞處理(Q)明顯增加了土壤HA的碳水化合物或多糖類化合物含量。

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Effect of cow dung on elemental composition and structural characteristics of soil humus in soybean continuous cropping field

MENG Anhua1，ZHANG Zhendu2，WU Jinggui1

(1CollegeofResourcesandEnvironmentalScience,JilinAgriculturalUniversity,Changchun,Jilin130118,China;2InstituteofAgriculturalQualityStandardandTestingTechnology,JilinProvinceAgricultureAcademyofScience,Changchun,Jilin130033,China)

【Objective】 Effects of different cow dung applications on elemental composition and structural characteristics of soil humic acid (HA) and fulvic acid (FA) in soybean cropping field were investigated. 【Method】 Indoor pot experiments were used to compare single chemical fertilization treatment (CK), dried cow dung treatment (X),rotting cow dung treatment (F),and grubs manure treatment (Q) using “Nine black 1” as tested varieties.The effect of different cow dung on elemental composition and structural characteristics of soil HA and FA in soybean continuous cropping filed. The first soybean was planted in May 2011 and harvested on 09-30 while the second soybean was planted in May 2012 and harvested on 09-30.Then,samples were collected at depth of 0-20 cm and analyzed by element analysis,infrared spectrum analysis (IR) and nuclear magnetic resonance (13C-NMR).【Result】 There were significant differences in elemental composition (C,H,O,N) of soil HA and FA among different manure applications in soybean continuous cropping field.Different manure treatments increased the oxidation degree of HA,reduced the condensation degree,and decreased oxidation degree of FA.HA contained more long-chain alkanes and phenol-based carbon,and FA contained more branched and short carbon chain alkyl.The aromatization degree of FA was lower than that of HA.Compared with CK (without cow dung),manure treatments reduced the carboxylic acid compounds,amides and aromatic compounds,carbohydrates or sugars,aryl degree of HA and composition,while increased the degree of fat.Cow treatments also reduced the group composition of peptide compounds,aromatic compounds and carbohydrates of soil FA.Dried manure treatment (X) significantly increased the carboxylic acid compounds of HA and FA,the decomposing manure treatment (F) significantly increased carbohydrate composition and alkyl of FA,and grubs manure treatment (Q) significantly increased the carbohydrates or sugars in HA.【Conclusion】 The effects of different cattle manures on elemental composition and structural characteristics of soil HA and FA in soybean continuous cropping field were different.Phenol-based carbon was greatly increased.

cow dung;soybean;continuous soil;humus;humic acid;fulvic acid;elemental composition;structural properties

時間:2016-09-0709:03DOI：10.13207/j.cnki.jnwafu.2016.10.020

2015-03-16

國家科技支撐計劃項目“松遼平原區(qū)農(nóng)牧結(jié)合循環(huán)生產(chǎn)技術(shù)集成研究與示范項目”(2012BAD14B05)；國家科技支撐計劃項目“東北與黃淮海糧食主產(chǎn)區(qū)適應氣候變化技術(shù)研發(fā)與應用”(2013BAC09B01)；吉林省科技廳重點科技成果轉(zhuǎn)化項目“高效多功能夾心肥料的示范與推廣”(20130303035NY)

孟安華(1980-)，男，四川安岳人，講師，博士，主要從事土壤化學與農(nóng)業(yè)廢棄物資源化研究。

E-mail：dongshim@sina.com

吳景貴(1965-)，男，吉林舒蘭人，教授，博士，博士生導師，主要從事土壤環(huán)境優(yōu)化與農(nóng)業(yè)廢棄物資源化研究。

S153.6

A

1671-9387(2016)10-0141-09

網(wǎng)絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160907.0903.040.html