不同玉米秸稈還田方式對土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)影響

岳紅麗 吳景貴 王蒙

摘要通過微區(qū)試驗，研究玉米秸稈4種還田方式對土體聯(lián)合態(tài)腐殖質(zhì)的含量及組成影響。采用熊毅—傅積平改進法對土壤進行不同結(jié)合態(tài)的腐殖質(zhì)提取，再分別測定有機碳含量、胡敏酸含量及富里酸含量。結(jié)果表明，秸稈不同方式還田對土壤總有機碳、松結(jié)態(tài)和聯(lián)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)影響顯著?？傆袡C碳、松結(jié)態(tài)、聯(lián)結(jié)態(tài)的碳含量和HA、FA的含量以秸稈混合覆蓋還田處理最高，玉米秸稈深還田處理總有機碳、FA的含量與松聯(lián)結(jié)合態(tài)的HA含量最低，差異顯著;穩(wěn)結(jié)態(tài)、緊結(jié)態(tài)的腐殖質(zhì)碳和HA含量為粉碎混合覆蓋處理最高，差異不顯著。不同玉米秸稈還田方式，各腐殖質(zhì)形態(tài)含量各異。秸稈一年內(nèi)還田以粉碎秸稈與土混合覆蓋還田方式整體表現(xiàn)最好。

關(guān)鍵詞秸稈還田;腐殖質(zhì);結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)

中圖分類號S?153.6+22文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）18-0056-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.18.014

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Effects of Different Corn Straw Returning Methods on Combined?States of Soil Humus

YUE Hong-li1，WU Jing-gui1，WANG Meng2（1.College of Resources and Environment，Jilin Agricultural University，Changchun，Jilin 130118;2.Institute of resources and Environment，Jilin Academy of Agricultural Sciences，Changchun，Jilin 130033）

AbstractMicro-plot experiments were conducted to study the effects of four maize and wheat straw returning methods on the content and composition of soil combined humus.Soil humus was extracted adopted grouping method of different humus combined forms modified by XiongYi-Fu Jiping，then the organic carbon content，humic acid content（HA） and fulvic acid content（FA） of soil humus were determined respectively.The results showed that the different ways of returning straw to the soil had significant effects on soil total organic carbon，loose joints and joint humus.Among them，the content of total organic carbon and HA and FA ，loosely-combined humus and unitedly-combined humus HA and FA were the highest in straw mulching and returning treatment ;and the total organic carbon content ，F(xiàn)A content and HA content with loose state and bound state were the lowest in straw depth treatment，and the difference was significant. The content of carbon and HA in stable and compact humus was the highest in mixed mulching and returning treatment，but the difference was not significant.Different ways of corn and wheat straw returning to the field resulted in different humus forms and contents. When the straw is returned to the field within one year，the best way is to mix mulching of smashed straw and soil.

Key wordsStraw return;Humic substance;Combind forms of humus

土壤有機質(zhì)決定了土壤生物地理群落生產(chǎn)力和平穩(wěn)性，是肥力、地力的物質(zhì)基礎(chǔ)[1-3]。有機質(zhì)動態(tài)變化是土壤有機質(zhì)的長期研究方向，也是土壤有機培肥機理和生化研究的重要內(nèi)容[4]，而腐殖質(zhì)是有機質(zhì)的主體，對土壤地力、構(gòu)造和性質(zhì)、土壤養(yǎng)分的輪回和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要作用[5]。土壤有機質(zhì)隨土壤類型、施肥和耕耘方法等變化[6-8]。土壤中腐殖質(zhì)僅有小部分以游離態(tài)存在，絕大部分通過與土壤顆粒聯(lián)合成復(fù)合體存在。由于土壤不同的有機碳組分，土壤腐殖質(zhì)聯(lián)合方法和松緊水平也有差異，所以把腐殖質(zhì)分成4種結(jié)合形態(tài)，分別是松結(jié)態(tài)、聯(lián)結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)、緊結(jié)態(tài)，土壤總的腐殖質(zhì)中各結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量所占比例在腐殖質(zhì)的形成和肥力特征方面有重要作用[9-10]。4種不同結(jié)合形態(tài)腐殖質(zhì)的碳含量不同，胡敏酸、富里酸的構(gòu)成差異能夠反映出土壤的肥力特征[6]。

有研究證明，土壤營養(yǎng)主要來源于作物后溶酶，且對土壤理化性質(zhì)也有影響[11-12]。作物后溶酶體施入后增添了土壤氮素及有機碳的含量[13-14]。當玉米秸稈施入土體后，增加了土壤有機質(zhì)的含量，削減了土壤侵蝕局面的產(chǎn)生[15]。關(guān)于玉米秸稈還田對有機質(zhì)特征的作用已經(jīng)有很多學者作了

大量研究[16-19]。但是，如何實現(xiàn)秸稈資源利用最大化，從而實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟依然需要進一步研究。為此，筆者借助微區(qū)試驗進行了秸稈還田方式對土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量及組成影響的研究，以期為玉米秸稈還田研究奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗設(shè)計

在吉林農(nóng)業(yè)大學開展微域試驗，試驗地位于東經(jīng)125°24′9″，北緯43°48′44″。 對各小區(qū)進行預(yù)處理，即各小區(qū)土壤挖出30 cm深并充分混勻后再還回微區(qū)內(nèi)以保證每個小區(qū)基本條件相同。試驗設(shè)4個處理：處理A，段狀秸稈覆蓋還田，為了防止秸稈被風吹散，玉米秸稈剪成10 cm的段狀并用鐵絲網(wǎng)壓住;處理B，秸稈粉碎后與土混合覆蓋還田，將粉碎秸稈和1～2 cm土混合浸濕后平鋪覆蓋在小區(qū)表面，用鐵絲網(wǎng)壓住;處理C，粉碎秸稈耕層混合還田，粉碎后的玉米秸稈均勻施入0～20 cm耕層土壤;處理D，玉米秸稈粉碎深還，還于20 cm土層以下。每個處理平行3次。小區(qū)面積為2 m×1 m=2 m2，所需物料按10 000 kg/hm2計算出每個微區(qū)施入2 kg的秸稈，秸稈粉碎為2 cm大小，不施入任何肥料，也未種植作物。

1.2樣品的采集試驗2017年5月份開始，采樣時間為10月。每個小區(qū)采3點0～20 cm的土樣，混和均勻后用自封袋密封，拿回實驗室并自然風干，過60目篩保留備用。

1.3樣品的測定

1.3.1結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的提取。腐殖質(zhì)的分組采用熊毅[20]法，具體步驟如下：分別稱5.00 g各土壤樣本放入100 mL離心管中，然后加0.1 mol/L的 NaOH試劑50 mL，攪拌均勻，蓋好蓋子，放入30 ℃的恒溫箱內(nèi)過夜培養(yǎng)，第2天取出離心?15 min，離心速度為3 000 r/min，如果上清液出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，要加入微量的 Na2SO4攪拌均勻后碼放10 min再次進行離心，離心好的上清液倒入?250 mL容量瓶中，再次加0.1 mol/L的 NaOH試劑50 mL繼續(xù)離心，直至上清液無色為止， 這個過程一般需要重復(fù)3～5次，將離心的混合上清液定容到?250 mL待用，該過程提取出來的物質(zhì)為松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì); 繼續(xù)向離心管中加入0.1 mol/L NaOH與0.1 mol/L Na4P2O7的混合溶液（pH約為13）50 mL，30 ℃的恒溫箱過夜，第2天離心，如果上清液出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，要加入少量的 Na2SO4攪勻后放置10 min再次離心，上清液倒入250 mL容量瓶內(nèi)，多次操作，直至上清液無色，一般需要3～5次，定容待用，此過程的提取液為聯(lián)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì);離心管再次加入0.1 mol/L NaOH與0.1 mol/L Na4P2O7的混合溶液（ pH約為13）50 mL，經(jīng)超聲波處置所得液體即為穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì);緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)通過計算獲得。重鉻酸鉀外加熱法測定各結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)有機碳含量。

1.3.2不同聯(lián)合態(tài)腐殖質(zhì)有機碳的測定。各組分有機碳含量的檢測采用重鉻酸鉀氧化法，分別吸取各提取液10 mL于三角瓶中， 把裝有提取液的三角瓶放入恒溫水浴鍋內(nèi)60 ℃蒸干，蒸干后的三角瓶再分別加入10 mL的重鉻酸鉀溶液，蓋上曲徑漏斗，在加熱板220 ℃加熱，從曲徑漏斗滴下第一滴液體開始計時5 min，待冷卻后用硫酸亞鐵試劑滴定并?計算。

1.3.3不同結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)胡敏酸（HA）的測定。各提取液移取50 mL到三角瓶，加0.5 mol/L H2SO4試劑調(diào)節(jié) pH至1.0～1.5，將三角瓶置于60 ℃恒溫水浴鍋內(nèi)干燥1 h，室溫下靜置2夜，細濾紙過濾，將沉淀物全部移入漏斗，用0.025 mol/L的 H2SO4試劑洗滌漏斗，直至溶液無色，棄去液體，全部沉淀用0.05 mol/L NaOH試劑洗入50 mL容量瓶中，0.5 mol/L H2SO4溶液中和 pH=7，蒸餾水定容。其他步驟同1.3.2。

1.3.4不同結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)富里酸（FA）的測定。富里酸的含量采取公式計算的出：

富里酸（FA）=有機碳-胡敏酸（HA）

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析數(shù)據(jù)經(jīng)Excel處理后，采用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件進行試驗數(shù)據(jù)的方差及相關(guān)分析，所有指標均采用Duncans方法分析，P<0.05代表有顯著差異，結(jié)果表達為平均值±標準差。

2結(jié)果與分析

2.1總有機碳含量及其組分表1表明，B處理總碳量最高（40.44 g/kg），D處理總碳量最低（35.32 g/kg），比處理B低12.67%。處理A、B的總碳量與處理C、D總碳量之間差異顯著?？偺剂坑筛叩降鸵来螢锽>A>C>D。胡敏酸（HA）、富里酸（FA）含量B處理最優(yōu)（分別為18.41、22.03 g/kg），處理C的HA含量最低（15.62 g/kg），比處理B低15.15%，處理A、D之差異不顯著，其他處理間差異顯著;處理D的FA含量顯著低于另外3個處理，比B處理低16.11%，無明顯規(guī)律。土壤的胡敏酸和富里酸之比對于進一步說明土壤肥力，有重要意義，胡富比值最高的是D處理，各處理間存在差異，但沒有規(guī)律。H/F從高到低依次為D>B>A>C。

2.2松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)組成特征由表2可知，不同方式玉米秸稈還田對土體松結(jié)態(tài)碳含量有顯著影響。秸稈粉碎混合覆蓋還田處理方式（B處理）的松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量明顯高于其他還田方式處理，粉碎秸稈耕層混合還田方式（處理C）土體松結(jié)態(tài)的腐殖質(zhì)含量最低。由此證明，不同方式玉米秸稈還田對土體松結(jié)態(tài)碳含量有顯著影響。處理B松結(jié)態(tài)碳含量最高（14.33 g/kg），其次是處理A（13.15 g/kg），各處理碳含量高低順序為B>A>D>C。不同處理HA含量無顯著差異。處理B的FA含量最高（10.33 g/kg），處理C最低?（8.03 g/kg）。FA含量高低順序為B>A>D>C，不同處理間差異顯著。不同秸稈還田方式對松結(jié)態(tài)H/F的比值作用不?顯著。

2.3聯(lián)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)組成特征由表3可見，玉米秸稈還田方式對土體聯(lián)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)的含量也有影響。其中處理B碳含量最高（3.16 g/kg），處理C最低（2.30 g/kg），處理C比處理B降低27.22%，差異顯著。這表明玉米秸稈的覆蓋還田增多了土壤聯(lián)結(jié)態(tài)腐殖碳的含量，秸稈混合還田腐殖質(zhì)含量增多不明顯，這可能與混合施入秸稈改變了土壤孔隙有關(guān)。不同玉米秸稈還田方式下的聯(lián)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)HA胡敏酸含量有顯著差異，其中HA以處理B表現(xiàn)最優(yōu)（0.71 g/kg），處理D最低（0.31 g/kg），比 B處理低56.34%。聯(lián)結(jié)態(tài)FA含量和H/F值差異不顯著。

2.4穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)組成特征由表4可知，不同處理對土體穩(wěn)結(jié)態(tài)碳含量影響不顯著，且玉米秸稈覆蓋或混合還田之間無明顯規(guī)律。該研究結(jié)果中，穩(wěn)結(jié)態(tài)碳含量以處理D深還處理最高（8.52 g/kg），處理B粉碎混合覆蓋最低（8.12 g/kg），比處理D低4.70%，其他2個處理與B處理之間只有輕微差別，碳含量略低于處理D，沒有顯著性差異。各穩(wěn)結(jié)態(tài)碳含量由高到低順序為D>C>A>B。穩(wěn)結(jié)態(tài)的胡敏酸，富里酸以及 H/F均沒有顯著差異，其中胡敏酸HA最高的是B處理（含量為4.80 g/kg） ，最低的是C處理（ 含量為4.07 g/kg），比B處理低15.21%。處理A和B是覆蓋還田，含量相近且偏高，處理C和D含量偏低，這可能與玉米麥秸還田方式有關(guān)。處理C的FA含量最高（4.23 g/kg），處理D略低?（4.06 g/kg）。處理B的FA含量最低（3.31 g/kg），比處理C低?21.75%。 FA含量從大到小依次為C>D>A>B。處理B的H/F最高（1.58 g/kg），處理C最低（1.05 g/kg），比處理B?低33.54%。

2.5緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)組成特征緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)有很強的穩(wěn)定性，其碳含量的多少顯著作用于保持土體構(gòu)造，積累和貯存養(yǎng)分等方面。表5可見，處理D腐殖碳含量最低?（11.79 g/kg），與碳含量最高的處理B（14.84 g/kg）相比，含量低?20.55%。各處理腐殖碳含量從大到小為B>C>A>D，處理D與其他處理間差異顯著。處理B緊結(jié)態(tài)胡敏酸含量最高（8.90 g/kg），處理D最低（7.46 g/kg），二者相差16.18%，差異不顯著。處理C緊結(jié)態(tài)FA含量最高（6.95 g/kg），比含量最低的D處理（3.04 g/kg）高出56.26%，差異顯著。處理D的H/F比值最高（3.68 g/kg），顯著高于其他處理，H/F從大到小為D>B>A>C。

土體腐殖質(zhì)的松/緊比率與活性呈正相關(guān)，可用于鑒別土體的肥力特征[20]。表5是各處理經(jīng)過1年時間不同秸稈還田方式后土壤的腐殖質(zhì)松/緊比值情況的變化，表現(xiàn)為D>B>A>C，處理C松/緊比值最低（0.82 g/kg），相比較于松/緊比值最高的D處理（1.09 g/kg）低24.77%，差異顯著。

3討論

腐殖質(zhì)是土壤關(guān)鍵的構(gòu)成物質(zhì)，其含量直接影響土壤肥力。腐殖質(zhì)的松、聯(lián)、穩(wěn)、緊4種結(jié)合形態(tài)含量及其胡敏酸和富里酸含量變化都是直接影響土體肥力、結(jié)構(gòu)狀況及土壤生物地理群落穩(wěn)定性的要素[3]。 該文研究了玉米秸稈還田方式對土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)的影響，該研究試驗結(jié)果表明， 松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量處理B粉碎玉米秸稈混合覆蓋還田顯著高于其他還田方式，松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)碳含量粉碎混合覆蓋（處理B）最高（14.33 g/kg），松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量粉碎秸稈耕層混合還田（處理C）最低（11.64g/kg）。松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)HA、FA含量以粉碎混合覆蓋（B處理）最高，其中HA含量比深還（D處理）高16.5%，F(xiàn)A含量比粉碎秸稈耕層混合還田（C處理）高22.27%。不同處理間FA含量差異顯著，HA含量差異不顯著。玉米秸稈不同方式還田對松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)H/F的影響也不顯著。各處理中，松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)HA含量、FA含量、腐殖碳含量都以B處理最高，這可能是因為短時間內(nèi)粉碎混合覆蓋方式接觸地表腐殖質(zhì)面積大，土壤表面O2和 CO2含量較高，好氧微生物數(shù)量大，并且土壤動物也多存在于土壤表層有利于玉米秸稈的分解。聯(lián)結(jié)態(tài)腐殖碳含量表現(xiàn)為覆蓋處理顯著高于耕層混合和深還處理，即處理A、B顯著高于處理C、D，總體而言各組分含量均以粉碎玉米秸稈混合覆蓋還田（處理B）最高，粉碎秸稈耕層混合還田（處理C）、秸稈深還（處理D）較低，但FA含量及H/F差異不顯著。結(jié)果表明，秸稈不同還田方式對松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)和聯(lián)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)影響顯著，這與任玲等[3]關(guān)于秸稈還田對結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的研究結(jié)果一致。土壤穩(wěn)結(jié)態(tài)的腐殖質(zhì)、HA含量、FA含量以及H/F均無顯著差異，并且秸稈覆蓋還田和混合還田之間也無明顯規(guī)律。穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)的HA含量和H/F值以處理B最高，粉碎秸稈耕層混合還田（處理C）的FA含量最高。緊結(jié)態(tài)腐殖碳含量深還（處理D）顯著低于其他3個處理，其他處理含量相近。這表明秸稈深還可能不適合短時間內(nèi)養(yǎng)分補給和土體腐殖質(zhì)的積累。結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的松緊表現(xiàn)為深還處理（D）顯著高于其他3個處理?？傮w而言，一年內(nèi)秸稈淺施更能快速補給養(yǎng)分。

4結(jié)論

運用微域試驗研究了短期內(nèi)單因素玉米秸稈還田對土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明，短期內(nèi)不同方式玉米秸稈還田對土壤總有機碳、結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量及其組分的影響表現(xiàn)為粉碎混合覆蓋（處理B）效果最佳，各組分含量最高，其次是秸稈粉碎混合還田（處理C），短時間內(nèi)深還（處理D）效果最差。

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