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荒漠绿洲生态系统中植物残体腐解特征的研究

孙本华  
【摘要】: 在干旱区,人类与荒漠处于长期对峙状态,由此形成了荒漠绿洲犬牙交错、交替消长的独特景观。研究荒漠绿洲生态系统中植物残体在土壤中的腐解过程及腐解物和腐殖物质的特征,可为研究荒漠绿洲生态系统中土壤有机质的累积和分解、土壤肥力状况和荒漠绿洲生态系统的物质循环和能量流动积累宝贵的第一手资料,对于抑制荒漠生态的恶化,促进绿洲生态的发展具有重要意义。本文以玉米秸和大豆秸为腐解材料,通过常规分析方法结合能态分析、热分析(DTA、TG、DTG)和红外光谱(FTIR)分析研究了荒漠绿洲生态系统下残体的腐解特征以及不同利用方式下土壤养分和土壤腐殖质的变化。主要结论如下: (1) 荒漠绿洲生态条件下,残体的腐解以0-3个月最快,3-6个月较缓,6-13个月则基本不变。加氮玉米秸的腐解速率大于大豆秸的腐解速率,绿洲生态条件下的腐解速率大于荒漠生态条件下的腐解速率。 根据腐解残留量和有机C分解率的变化可将腐解过程分为三个阶段:快速分解阶段,缓慢分解阶段,趋于稳定阶段。 试验结束时,玉米秸和大豆秸C/N比分别为26-29和29-36,远大于土壤腐殖酸的C/N比,说明腐殖化作用还未完成。 (2)玉米秸Q_v的变化呈“马鞍形”,大豆秸Q_v变化基本呈“弓”形,两类物料腐解过程的Q_v值变化都存在3个阶段,波动起伏——趋于平稳——波动下降。Q_v值变化的三个阶段和腐解残留量变化的三个阶段在起止时间和前后顺序上存在差别。腐解残留量的变化仅反映了残留物重量的变化,而Q_v值的变化则可以反映腐解残留物中组分和性状的变化。 (3)热分析的结果显示,不同腐解期腐解物的DTA、TG和DTG曲线的形状基本相似。绿洲生态条件下,腐解过程中玉米秸和大豆秸的DTA曲线中出现了400-432℃的小放热峰,DTG曲线中出现了460-498℃的小失重峰,而荒漠生态条件下则没有出现。 DTA曲线中300℃峰失重率与能态Q_v值达极显著相关水平,450℃峰失重率与能态Q_v值相关不显著,说明样品的等容燃烧热Q_v主要由样品中的低温热解部分(300℃峰)的含量来决定的,而高温部分(450℃峰)则关系不大。 DTA曲线中h300/h450的比值与DTG曲线中w320/w500比值的变化趋势基本一致,经相关分析,两者的相关系数为0.8035(n=32),达极显著相关水平,两者都可作为热分析方法表征腐解进程的指标。根据其变化可将腐解过程分为四个阶段:剧烈变化阶段→波动缓降阶段→相对平稳阶段→起伏波动阶段。表明DTG曲线与DTA曲线一样可以反映腐解过程的特征。 (4)红外光谱分析结果,腐解物原样的红外光谱各主要吸收带均较窄且强度较 大,而腐殖酸的红外光谱各主要吸收带均较宽且峰尖平缓。各腐解期腐解物的红外光 谱接近原样的红外光谱,与腐殖酸的红外光谱差异较大。表明在新疆这种气候和土壤 条件下,秸秆腐解13个月后,仍处于残体阶段,腐殖化作用并未完成,这与根据C/N 比所得结论相一致。 荒漠生态条件下,玉米秸的脂肪等酷类物质和蛋白质(包括多肤、氨基酸)在 1.5个月被分解,大豆秸3个月基本分解完全。绿洲生态条件下,两种有机物料在1.5 个月内脂肪和蛋白质被分解,同时合成了新蛋白质,并在整个腐解过程中存在。在腐 解过程中碳水化合物被分解减少。 (5)首蓓地较荒地相比,土壤有机质、全N、全P、全K、缓效K和碱解N都有 不同程度的增加,速效磷和速效钾则下降较多。玉米地与首稽地相比,有机质、全K、 缓效K和速效K均下降,而全N、全P、碱解N和速效P含量的增加。 所有土壤胡敏酸DTA、DTG曲线基本类似,DTA、DTG和红外光谱分析的结果均显 示首稽地胡敏酸的脂族性较强,较年轻,而荒地胡敏酸脂族性相对较弱,较老。玉米 地胡敏酸则介于荒地和首稽地的中间,更接近于荒地。 本研究的创新之处: 首次利用常规分析方法结合能态分析、热分析和红外光谱分析系统研究了荒漠绿 洲生态系统下残体的腐解特征以及不同利用方式下土壤养分和土壤腐殖质性质的变 化。


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