開墾對黑土有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響

鐘 鑫，苗淑杰，郝翔翔，李 娜，喬云發(fā)*

（1．南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇 南京 210044； 2．中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，黑龍江 哈爾濱 150081）

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，也是土壤中化學(xué)性質(zhì)最活躍的組分，控制土壤質(zhì)量，影響土壤水分養(yǎng)分保持及供應(yīng)的調(diào)控能力。土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性在土壤質(zhì)量中占據(jù)重要地位[1-2］，其在土壤中的動(dòng)態(tài)平衡狀況決定了土壤肥力水平[3-4］，也決定了土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[5］。土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性的核心是有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)表征的綜合表現(xiàn)，有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)特征影響其在土壤中的積累與轉(zhuǎn)化[6］。有機(jī)質(zhì)積累量的增加有利于土壤生產(chǎn)力的提高及土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康[7］，有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性成為土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要因素。有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)所含官能團(tuán)眾多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜[8］，為了能更細(xì)致地了解外部干擾對土壤各組分有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，研究各組分有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)成為當(dāng)今研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。Barberi 等[9］將黑土進(jìn)行密度分組研究有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，全土中有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性高于游離態(tài)輕組（LF）、閉蓄態(tài)輕組（OF）和＜0.053 mm粉粒、粘粒。有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性主要與有機(jī)物質(zhì)對礦物的吸附與固定有關(guān)，Margenot等[10］在對加利福利亞番茄地土壤不穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)官能團(tuán)分析后發(fā)現(xiàn)，脂肪族-CH與有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性呈正相關(guān)關(guān)系。張苗苗[11］研究青海省主要草地有機(jī)質(zhì)光譜特性時(shí)發(fā)現(xiàn)，草甸土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，含有較多的多環(huán)芳香烴類物質(zhì)，而有機(jī)質(zhì)含量較少的荒漠性沙地，有機(jī)質(zhì)的芳香化程度較低，結(jié)構(gòu)簡單，有機(jī)質(zhì)易于分解流失。常漢達(dá)等[12］也發(fā)現(xiàn)，有機(jī)質(zhì)中芳香族含量的提高是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加的重要原因。Steffens等[13］研究不同放牧程度草原沙質(zhì)土壤后指出，輕組有機(jī)質(zhì)較閉蓄態(tài)有機(jī)質(zhì)烷基碳含量較少，而含有較多的烷氧碳，且游離態(tài)輕組有機(jī)質(zhì)中烷氧碳含量約占總量的一半，其次為烷基碳和芳香碳，芳香碳含量隨著土壤粒級的減小而上升，在微團(tuán)聚體中聚集。此外，土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)差異與土壤類型也有關(guān)系[14］，棕壤土有機(jī)質(zhì)中芳香碳和烷氧碳比例較多，而灰化土有機(jī)質(zhì)中烷基碳含量較高[15］。將土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分組研究，可以了解到不同組分中有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)變化對土壤整體有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的貢獻(xiàn)程度，同時(shí)探明各官能團(tuán)有機(jī)物對有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響程度，研究較為細(xì)致深入，能夠從本質(zhì)上解釋有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變化的原因。

東北黑土區(qū)是我國最大的糧食生產(chǎn)基地，開墾僅有百年歷史，通常情況下，開墾前10年，有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性處于快速變化期，平均每年有機(jī)質(zhì)含量以0.0293%速度降低[16］。以往有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究主要集中在開墾百年后土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性變化方 面[17］，而對于東北黑土開墾前期，有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)快速變化期，從土壤團(tuán)聚體和密度組分方面來研究有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)特征鮮見報(bào)道。為探明開墾農(nóng)田有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性下降的根本原因，本研究黑土依據(jù)濕篩法分成不同的團(tuán)聚體（＞0.25、0.25～0.053、＜0.053 mm）和不同密度組分（游離態(tài)輕組LF、閉蓄態(tài)輕組OF、礦質(zhì)結(jié)合態(tài)重組MF），利用傅里葉紅外光譜分析對比開墾前后不同水穩(wěn)性團(tuán)聚體以及不同密度組分有機(jī)質(zhì)主要官能團(tuán)變化特征，從土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒和干旱土壤不同密度團(tuán)粒角度探討東北黑土區(qū)開墾有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)變化特征，完善黑土有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)主要官能團(tuán)動(dòng)態(tài)變化理論。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于黑龍江省海倫市西郊（126°09′～ 127°25′ E，47°00′～47°43′ N）的中國科學(xué)院海倫農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站，自然植被是以橘梗、問荊、野火球、拂子茅為主的草原化草甸植物，俗稱“五花草塘”。屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候型，四季分明，雨熱同季，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，年降水量500～600 mm，年平均氣溫1.5℃，≥10℃活動(dòng)積溫2600～2800℃，無霜期130 d，日照時(shí)數(shù)2600～2800 h，總輻射量為466 kJ/cm2。一年一熟制，土壤類型為黑土，基礎(chǔ)理化性質(zhì)見 表1。

表1 供試土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2011年10月在自然植被草地“五花草塘”上以自然草地為對照處理，沒有人為干擾，以開墾成農(nóng)田為開墾處理，設(shè)3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)面積6 m×8 m，小區(qū)隨機(jī)排列。種植耕作方式與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)耕作方式相同，翻耕深度為0～20 cm，種植作物為玉米，品種為德美亞1號，每年玉米收獲后秸稈不還田。

1.3 樣品采集

2019年10月玉米收獲后采用“S”形5點(diǎn)取樣法，采取0～20 cm耕層土壤1 kg，室內(nèi)陰干，剔除雜物，備用。

1.4 試驗(yàn)與分析方法

團(tuán)聚體篩分：稱50.00 g風(fēng)干土樣放進(jìn)三角瓶中，沿瓶壁緩慢加入蒸餾水至沒過土樣2～3 cm，10 min后轉(zhuǎn)入套篩（自上而下篩孔分別為0.25、0.053 mm）上層，桶內(nèi)水面沒過套篩最上層。濕篩10 min（振幅4 cm，頻率30次/min），篩好后將套篩 中各個(gè)篩子里的土樣洗入燒杯中，50℃烘至恒重[18］。

密度分組：稱取10.000 g置于100 mL離心管中，倒入密度為1.7 g/cm3的碘化鈉（NaI）重液至80 mL，上下翻轉(zhuǎn)5～6次使之混勻，3500 r/min離心15 min，緩慢取出后，用吸液器吸出懸液，置于0.45 μm濾膜上抽濾，濾膜上的物質(zhì)先用0.01 mol/L CaCl2洗滌1～2次，再用蒸餾水洗滌2～3次，最后將濾膜放入120 mL塑料燒杯中，在烘箱內(nèi)50℃烘至恒重，記為LF。繼續(xù)向離心管內(nèi)加入NaI重液至80 mL，搖勻放入超聲波破碎儀中破碎15 min（100 W，40 Hz）后3500 r/min離心15 min，緩慢取出，將土壤懸液全部吸出抽濾，最后將濾膜放入120 mL塑料燒杯中，50℃烘至恒重，記為OF。繼續(xù)向離心管內(nèi)加入50 mL蒸餾水，混勻成泥漿后放入往復(fù)式振蕩機(jī)振蕩20 min，取出后4000 r/min離心15 min，輕輕倒掉懸液，重復(fù)3次，再向離心管中加入50 mL 95%酒精，搖勻后4000 r/min離心 2 min，倒掉上清液，按此操作反復(fù)洗滌3～4次至上清液無色，最后將土樣轉(zhuǎn)入塑料燒杯中，50℃烘干至恒重，記為MF[19］。

有機(jī)質(zhì)紅外光譜測定：利用傅里葉紅外光譜儀（Nicolet IS10，美國）測定。將樣品在50℃去潮12 h，減小水氣對光譜的影響。精確稱取各組分土樣0.7 mg放入瑪瑙研缽中，加入70 mg光譜純溴化鉀與土樣混合均勻，放入壓片機(jī)中75 kPa制成壓片，光譜儀分辨率為4 cm-1，測量范圍為4000～400 cm-1，掃描16次，測定光譜時(shí)減去了溴化鉀的背景光譜值。

特征峰相對強(qiáng)度=某一特征峰面積/總特征峰面積有機(jī)質(zhì)抗分解能力F=（芳香族特征峰面積+脂肪族—CH特征峰面積）/（多糖C—O特征峰面 積+醇酚—OH特征峰面積）

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2018進(jìn)行數(shù)據(jù)收集整理，用OMNIC進(jìn)行有機(jī)質(zhì)紅外光譜分析，Origin 2018進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑土有機(jī)質(zhì)紅外光譜特征

開墾前后全土及各粒級團(tuán)聚體、密度組分有機(jī)質(zhì)紅外結(jié)構(gòu)特征峰相似（圖1、圖2），主要在3619、3415、2922、2846、1880、1634和1034 cm-1附近有吸收峰，由紅外光譜圖解析可知，3619 cm-1是自由羥基—OH伸縮振動(dòng)的吸收峰（3650～3600 cm-1），主要來自土壤中的碳水化合物；3415 cm-1是分子間氫鍵—OH伸縮振動(dòng)吸收峰（3500～3200 cm-1）；2922和2846 cm-1是脂肪中—CH3和—CH2的伸縮振動(dòng)吸收峰（3000～2850 cm-1）；1880 cm-1是羰基的吸收峰（1900～1600 cm-1）； 1634 cm-1主要來自芳香族的振動(dòng)吸收峰（1500～1650 cm-1）；1034 cm-1為多糖中C—O的伸縮振動(dòng)吸收峰（1300～1000 cm-1）。本試驗(yàn)中，將3619和3415 cm-1附近吸收峰面積加和代表醇酚—OH，2922和2846 cm-1附近吸收峰面積加和代表脂肪族—CH。由此可知，與開墾前土壤相比，開墾不影響土壤有機(jī)質(zhì)主要官能團(tuán)種類（表2、表3），主要有醇酚—OH、脂肪族—CH、羰基芳香族和多糖C—O，以醇酚—OH和多糖C—O兩種官能團(tuán)為主，相對強(qiáng)度分別為27.70%～28.33%和58.75%～60.01%，累積強(qiáng)度86%以上。

圖1 全土及各粒級團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)紅外光譜

表3 全土及各密度組分特征峰相對強(qiáng)度（%）

2.2 各粒級團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)紅外光譜特征

紅外特征峰相對強(qiáng)度是指各特征峰面積在總特征峰面積當(dāng)中的占比，可以用于表示有機(jī)質(zhì)中對應(yīng)官能團(tuán)含量。開墾后有機(jī)質(zhì)主要官能團(tuán)種類沒有差異（圖1），均以多糖C—O和醇酚—OH為主，其次是芳香族和脂肪族—CH，羰基含量最少。由表2可知，與自然草地土壤相比，全土多糖C—O相對強(qiáng)度較開墾前增加2.14%，而醇酚—OH、脂肪族—CH、羰基和芳香族相對強(qiáng)度分別降低2.22%、5.02%、5.63%和4.77%。就各粒級團(tuán)聚體而言，開墾處理，在＞0.25 mm粒級團(tuán)聚體內(nèi)多糖C—O含量減少，其余粒級中含量增加。醇酚—OH和脂肪族—CH含量變化趨勢與多糖C—O相反，其含量在＞0.25 mm粒級團(tuán)聚體中增加，且增加了8.00%～15.60%，而在其余粒級中含量減少。羰基和芳香族含量在各粒級團(tuán)聚體中變化趨勢相同，在＞0.053 mm團(tuán)聚體中較開墾前降低，在＜0.053 mm團(tuán)聚體中上升。比值在＞0.25 mm團(tuán)聚體中增加了24.00%；在全土、0.25～0.053 mm和＜0.053 mm團(tuán)聚體中有減少趨勢，且在0.25～0.053 mm團(tuán)聚體中減小程度最大，達(dá)20.51%。說明開墾使團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)中多糖類物質(zhì)增加，芳香族、羰基、醇酚和脂肪族類物質(zhì)減少。

表2 全土及各粒級團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)紅外特征峰相對強(qiáng)度（%）

2.3 各密度組分有機(jī)質(zhì)紅外光譜特征

圖2 各密度組分有機(jī)質(zhì)紅外光譜

2.4 開墾對黑土有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性的影響

從圖3中可以看出，開墾降低了全土、各粒級團(tuán)聚體以及各密度組分有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，全土有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降6.32%。開墾前各粒級團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性隨著團(tuán)聚體粒級的減小逐漸降低，開墾以后有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性與團(tuán)聚體粒級的關(guān)系呈現(xiàn)相反的趨勢，各粒級團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性下降3.89%～25.00%，＞0.25 mm團(tuán)聚體下降最多。密度組分中，無論開墾前后，LF和OF中有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相差不顯著，但比MF高26.80%～54.12%，開墾后，LF、OF中有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性下降幅度要高于MF，LF中有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降23.49%，OF穩(wěn)定性下降21.65%，MF下降7.00%，這也說明MF是密度組分中最穩(wěn)定的部分。這表明，從有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性變化幅度來看，＞0.25 mm團(tuán)聚體、LF和OF中有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性對于開墾的響應(yīng)最為 顯著。

圖3 開墾前后黑土有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性

2.5 主成分分析

2.5.1 各粒級團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)特征值大于0.5，總貢獻(xiàn)率大于85%選取主成分，選載荷值大于0.5表示為主成分顯著因素。分析結(jié)果顯示共選取兩個(gè)主成分，PC1特征值為2.84，貢獻(xiàn)率為56.74%；PC2特征值為1.48，貢獻(xiàn)率為29.68%，二者累積貢獻(xiàn)率為86.42%，表明兩個(gè)主成分對開墾前后有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)差異顯著解釋度達(dá)86.42%，可以選為主成分。圖4為全土及各粒級團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)主成分分析平面坐標(biāo)，從圖4的成分分析圖中可以看出，開墾前PC1主要由＞0.25 mm團(tuán)聚體決定，PC2主要由0.25～0.053 mm團(tuán)聚體決定，說明開墾使黑土有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)主要為＞0.053 mm團(tuán)聚體。從圖4的成分載荷圖中可以看出，開墾前PC1主要決定因素為芳香族和多糖C—O，PC2主要決定因素為羰基但開墾后PC2主要決定因素仍是羰基故羰基變化不顯著，所以開墾前后，全土及各粒級團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)變化顯著的主要官能團(tuán)為芳香族和多糖C—O。

圖4 各粒級團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)主要官能團(tuán)主成分分析

2.5.2 各密度組分有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)分析

圖5為開墾前后密度組分有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)主成分分析平面坐標(biāo)圖，從圖5中可以看出共選取2個(gè)主成分，PC1特征值為4.24，貢獻(xiàn)率為84.86%；PC2特征值為0.60，貢獻(xiàn)率為11.99%，二者累積貢獻(xiàn)率為96.85%，可以較好地解釋各密度組分有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)變化。圖5的成分分析圖表明，開墾前PC1主要由OF決定，PC2主要由LF決定，故開墾主要影響LF和OF的有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)。圖5的成分載荷圖表明，PC1主要由開墾后的羰基和多糖C—O決定，PC2的主要決定因素是開墾前后的芳香族綜上，開墾主要影響LF和OF中羰基和多糖C—O的相對含量。

圖5 各密度組分有機(jī)質(zhì)主要官能團(tuán)主成分分析

3 討論

3.1 各粒級團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)變化

草地開墾為農(nóng)田且不施用有機(jī)物料的情況下，有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)主要官能團(tuán)雖沒有發(fā)生變化，但各官能團(tuán)特征峰相對強(qiáng)度改變了，說明開墾改變了有機(jī)質(zhì)中各官能團(tuán)相對含量。開墾后，全土中較為活躍的多糖類物質(zhì)增多，芳香族物質(zhì)減少，這可能與每年玉米收獲后秸稈不還田有關(guān)[20-22］，土壤中有機(jī)質(zhì)得不到補(bǔ)充，穩(wěn)定的芳香類物質(zhì)含量下降，同時(shí)，秸稈移除減少了土壤微生物需要的碳源[23］，微生物殘?bào)w也是土壤有機(jī)質(zhì)中相應(yīng)官能團(tuán)有機(jī)物質(zhì)的來源[24］，所以開墾后全土有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性下降。有研究表明，農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性普遍比草地低，可能是因?yàn)椴莸厣鷳B(tài)系統(tǒng)凋落物含量較高[14］。在各團(tuán)聚體中，開墾后＞0.25 mm團(tuán)聚體中多糖類物質(zhì)增多，而芳香族物質(zhì)和羰基在＜0.053 mm團(tuán)聚體中含量增加，這一研究結(jié)果與Baldock等[25］的研究結(jié)果相一致，其研究結(jié)果表明，土壤類型和團(tuán)聚體粒級對有機(jī)質(zhì)的影響有所不同，多糖碳、脂肪碳等活性較高的碳大多富集在大團(tuán)聚體內(nèi)，而微團(tuán)聚體中主要含有穩(wěn)定的芳香碳。經(jīng)典腐殖質(zhì)形成理論表明，腐殖質(zhì)形成的核心就是含氧芳香烴，降解過程的中間產(chǎn)物與其結(jié)合形成大分子多聚體，最終形成以芳香族化合物為基礎(chǔ)，外接不同活躍有機(jī)物質(zhì)的有機(jī)質(zhì)分子[26］。主成分分析表明發(fā)生變化的主要是＞0.25 mm團(tuán)聚體，5～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體與有機(jī)質(zhì)顯著相關(guān)[27］，而在＞0.25 mm團(tuán)聚體中芳香族特征峰相對強(qiáng)度顯著降低，故有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性下降。

3.2 各密度組分有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)變化

開墾后，MF中芳香族物質(zhì)含量增加，多糖、脂肪類物質(zhì)減少，LF、OF中多糖類物質(zhì)增加，芳香族、脂肪族和醇酚類物質(zhì)減少，且變化幅度比MF大。每年玉米收獲后秸稈不還田，土壤缺少了秸稈分解帶來的碳水化合物以及脂肪族碳的補(bǔ)充，所以有機(jī)質(zhì)中脂肪族、多糖族峰相對強(qiáng)度在開墾后有所減弱[27］。有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性方面，開墾后，LF、OF中有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性下降21.65%～23.49%，而MF僅下降7.00%，這是因?yàn)長F、OF大多在土壤表層，動(dòng)植物殘?bào)w易于在表層分解，所含活性物質(zhì)含量較高[28］，同時(shí)與MF相比，LF微生物產(chǎn)物信號較弱，土壤碳更容易分解，芳香度沒有MF 高[29］，所以MF是密度組分中穩(wěn)定性最高的組分[30］。 Helfrich等[31］研究表明，與草地相比，玉米凋落物的烷基—O—C含量最高，烷基—C、芳基—C和羰基—C含量最低，草原和種植玉米土壤中的有機(jī)質(zhì)主要與MF中有機(jī)質(zhì)有關(guān)，占全土有機(jī)質(zhì)的86%～91%[32］，其中芳基—C和羰基—C相對比例較大，玉米種植引起的有機(jī)質(zhì)含量下降導(dǎo)致MF有機(jī)質(zhì)中芳香族物質(zhì)的相對積累，芳香族物質(zhì)與土壤中的鐵氧化物之間有較強(qiáng)的吸引力[33］，二者在土壤有機(jī)質(zhì)中絡(luò)合成穩(wěn)定性較強(qiáng)的團(tuán)聚物，這種保護(hù)機(jī)制使得芳香族物質(zhì)較難被土壤微生物分解，故土壤中的有機(jī)質(zhì)平均轉(zhuǎn)換時(shí)間隨著芳香性的增加而增加，順序?yàn)镸F＞OF＞LF，這一結(jié)果與本試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

3.3 黑土保護(hù)意義

多數(shù)研究結(jié)果顯示，草地開墾為農(nóng)田后，有機(jī)質(zhì)含量不斷下降，特別是開墾后的前10年，有機(jī)質(zhì)含量劇烈下降[16］。本研究對開墾初期黑土各組分有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，表明開墾使黑土有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)中芳香類物質(zhì)減少，有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，這是由于草地開墾為農(nóng)田后，土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，微生物種類和數(shù)量大大降低，易被微生物分解的糖類等物質(zhì)積累下來；此外，秸稈移除使土壤中頑抗性較強(qiáng)的木質(zhì)素難以積累，而木質(zhì)素是芳香族類物質(zhì)的主要來源，玉米收獲后，裸露的地表暴露在空氣中，導(dǎo)致芳香族類物質(zhì)下降[34］。為應(yīng)對有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降的問題，研究中較為常見的解決方法為留茬和秸稈還田，秸稈以及植物凋落物是農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的主要來源，秸稈的分解可以提供大量的芳香族碳和脂肪族碳[12］，為土壤不斷輸入芳香族物質(zhì)，同時(shí)避免土壤過多暴露使芳香族物質(zhì)分解，土壤微生物活動(dòng)旺盛，分解有機(jī)質(zhì)中多糖類物質(zhì)，有利于增強(qiáng)有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，緩解有機(jī)質(zhì)下降程度。故在以后的農(nóng)業(yè)活動(dòng)中，可以增加留茬和秸稈還田培肥土壤，對黑土有機(jī)質(zhì)保護(hù)具有現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié)論