特定培養(yǎng)條件下土壤腐殖質(zhì)形成與轉(zhuǎn)化的研究.pdf

1、土壤腐殖物質(zhì)是土壤中所特有的一類特殊的高分子化合物，對(duì)土壤肥力、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)具有重要的調(diào)節(jié)功能，土壤腐殖物質(zhì)的形成、轉(zhuǎn)化與環(huán)境因素息息相關(guān)。本論文一是采用室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)方法，從動(dòng)態(tài)的角度研究了加入有機(jī)物料的黑鈣土在不同濃度的氧氣、二氧化碳培養(yǎng)條件下，有機(jī)物料分解過(guò)程中，土壤微生物量碳(SMBC)、土壤有機(jī)碳(SOC)、胡敏素(HM)的數(shù)量及胡敏酸(HA)、富里酸(FA)的數(shù)量、性質(zhì)和腐殖物質(zhì)組成的變化。探討了有機(jī)物料分解過(guò)程中，不同氣體濃度

2、影響下，土壤有機(jī)質(zhì)及各組分對(duì)其的響應(yīng)，特別研究了胡敏酸和富里酸的消長(zhǎng)規(guī)律和轉(zhuǎn)化機(jī)理。同時(shí)，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)及各組分進(jìn)行了相關(guān)性分析。二是采用FACE試驗(yàn)平臺(tái)研究了土壤有機(jī)碳及其各組分對(duì)大氣CO2濃度升高的響應(yīng)。通過(guò)對(duì)這兩種試驗(yàn)體系的研究，探討了CO2濃度升高對(duì)微生物影響的不同機(jī)制。為闡明土壤腐殖質(zhì)的形成、轉(zhuǎn)化機(jī)制與驅(qū)動(dòng)因素之間的關(guān)系提供理論依據(jù)，有可能為溫室效應(yīng)研究提供新的資料，具有重要的科學(xué)意義。首先，在土壤系統(tǒng)內(nèi)，CO2濃度升高，增加了

3、大氣中的CO2分壓，土壤空氣與大氣之間產(chǎn)生壓力梯度，促使土壤空氣與大氣之間進(jìn)行氣體交換，使土壤空氣中CO2濃度增加。由于土壤空氣中，CO2與O2濃度是相互消長(zhǎng)的，CO2濃度增加，O2濃度降低，抑制了好氧微生物的活性，削弱了微生物分解有機(jī)質(zhì)的能力，從而使土壤有機(jī)碳得到積累。其次，F(xiàn)ACE平臺(tái)試驗(yàn)的CO2濃度升高是建立在土壤-植物系統(tǒng)內(nèi)。一方面，CO2升高，促進(jìn)了細(xì)根的生長(zhǎng)。在生長(zhǎng)初期，CO2濃度升高促進(jìn)根系生物量，而在生長(zhǎng)后期，CO2濃度

4、升高加速根系的損失量，將有更多的根系生物量轉(zhuǎn)移到土壤中，根系的死亡和根系分泌物的增加為土壤輸入了更多的碳素；另一方面，大氣中CO2濃度倍增，增強(qiáng)了地上植物的光合作用，使大氣通過(guò)光合作用向植物體中輸入的同化碳增加，凋落物中同化碳的增加也會(huì)輸入給土壤更多的碳素。這種通過(guò)CO2濃度增加，改變了土壤-植物系統(tǒng)中碳通量的變化，使輸入土壤C量增加。通過(guò)這兩種渠道，土壤中C貯量增加，C/N比提高，微生物分解與合成所需的N素缺乏，而抑制了微生物的呼吸，

5、進(jìn)而使土壤有機(jī)碳得到積累。 主要研究結(jié)果如下：(1)在室內(nèi)模擬試驗(yàn)條件下，土壤添加一定比例的玉米秸稈后，刺激了土壤微生物的大量生長(zhǎng)，各處理的SMBC顯著提高，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，SMBC逐漸下降。但不同濃度的氣體培養(yǎng)條件對(duì)SMBC的影響不同。高氧、低二氧化碳能提高SMBC數(shù)量；低氧、高二氧化碳會(huì)降低SMBC數(shù)量。 (2)土壤添加一定比例的玉米秸稈后，各處理的SOC數(shù)量均增加，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，SOC數(shù)量逐漸下降。在不同

6、濃度的氣體培養(yǎng)條件下，高氧、低二氧化碳促進(jìn)SOC的分解，使SOC的含量顯著下降；低氧和高二氧化碳有利于SOC的積累。 (3)土壤添加一定比例的玉米秸稈后，各處理的WSOC數(shù)量均增加，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，WSOC數(shù)量有所下降，180天后，WSOC數(shù)量趨于穩(wěn)定。在不同濃度的氣體培養(yǎng)條件下，高氧有利于WSOC的分解；低氧、高二氧化碳有利于WSOC的積累。 (4)土壤添加玉米秸稈后，各處理的腐殖物質(zhì)(HE)、HA、FA數(shù)量均是先

7、增加后減少，轉(zhuǎn)折時(shí)間分別為7天、15天和7天。在不同濃度的氣體培養(yǎng)條件下，高氧、低二氧化碳有利于HE、HA的形成；低氧、高二氧化碳有利于FA的積累。 (5)從HA、FA的相對(duì)數(shù)量和腐殖質(zhì)組成(PQ)的研究來(lái)看，土壤加入玉米秸稈后，分解初期FA的形成速度大于HA，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，HA的形成速度逐漸大于FA，180天后腐殖質(zhì)組成趨于穩(wěn)定。也就是說(shuō)，F(xiàn)A的形成時(shí)間順序應(yīng)該在HA之前。 (6)玉米秸稈分解期間，在不同濃度的氣

8、體培養(yǎng)條件下，低氧和高二氧化碳有利于HM的積累。 (7)土壤加入玉米秸稈后，HA、FA的色調(diào)系數(shù)(ΔlogK)值均升高，相對(duì)色度(RF)值均下降，說(shuō)明土壤添加秸稈后，土壤的腐殖化程度降低，HA、FA的分子結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單。隨著土壤腐殖化過(guò)程的進(jìn)行，HA、FA的分子復(fù)雜程度均提高。在不同濃度的氣體培養(yǎng)條件下，高氧、低二氧化碳使HA的氧化程度和芳構(gòu)化程度提高；使FA的分子結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單。低氧、高二氧化碳有利于HA分子結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化、年輕化；

9、使FA的分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。 (8)土壤加入玉米秸稈后，各處理的HA、FA的活化度均比對(duì)照提高，這反映了HA、FA的脂族鏈烴比例的增加。在不同濃度的氣體培養(yǎng)條件下，從各處理的動(dòng)態(tài)取樣過(guò)程的趨勢(shì)看，高氧、低二氧化碳使HA結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、芳構(gòu)化；有利于FA結(jié)構(gòu)的脂族化。低氧、高二氧化碳有利于HA結(jié)構(gòu)脂族化。 (9)在土壤-植物系統(tǒng)的FACE條件下，0-30cm土層土壤的SOC、FA數(shù)量顯著高于對(duì)照，0-15cm土層土壤的WSOC數(shù)量

10、顯著高于對(duì)照。0-15cm土層土壤的SOC、WSOC、HA、FA、HM數(shù)量均高于15-30cm土層的土壤。 (10)不同濃度的氧氣和二氧化碳處理，SOC與WSOC、SMBC、HE之間呈顯著正相關(guān)；SMBC與HE之間呈顯著正相關(guān)；HE與FA呈顯著正相關(guān)；正常大氣條件下SMBC與WSOC呈正相關(guān)。 玉米秸稈分解前期和中期，HA、FA間呈顯著負(fù)相關(guān)，HA、FA相互轉(zhuǎn)化、消長(zhǎng)。在玉米秸稈分解后期，土壤腐殖化程度加深，HA、FA間