有机物料添加对退化黑土无机氮及腐殖酸组分的模拟研究

【摘要】：黑土是珍贵的自然资源,是我国粮食安全的重要保障。随着粮食生产的压力逐渐增加,单一的耕作方式、施肥的不合理等致使黑土退化严重,有机质含量显著下降、氮肥利用率低等问题越来越突出。培肥农田黑土,维持和提高其生产力,对保证粮食安全具有重要意义。本文以退化黑土为研究对象,采用室内培养方法,研究添加生物炭、秸秆和有机肥处理下,土壤无机氮素转化和腐殖质组分变化,旨在为施用有机物料培肥黑土地力、合理利用资源和提高黑土地生产力提供科学依据。在供试黑土中分别添加生物炭(B)、有机肥(O)和秸秆(S),添加碳量水平分别为5.98g·kg~(-1)、11.96 g·kg~(-1)、23.92 g·kg~(-1)和35.88 g·kg~(-1),25℃恒温培养,时间为60d,试验结果如下:(1)添加生物炭、秸秆和有机肥处理的土壤NH_4~+-N含量均随着培养时间的延长呈现先增加后降低的趋势,整体上添加生物炭和有机肥处理NH_4~+-N含量增加,而添加秸秆处理NH_4~+-N含量减少;NO_3~--N含量随着培养时间的延长而逐渐增加。秸秆和有机肥处理均可以增加土壤NH~+_(4f)-N的含量,而生物炭处理NH~+_(4f)-N的含量略有降低。(2)添加生物炭、秸秆和有机肥处理均可以使土壤矿化碳释放量增加,且随着培养时间的延长和施入碳水平的增加而增加,矿化速率随着培养时间的增加逐渐减小;有机碳矿化累积量符合Stanfor和Smith提出的一级动力学方程(R~20.98);添加生物炭处理中B1处理对有机碳矿化产生负激发效应,其余处理先产生正激发效应后产生负激发效应;秸秆和有机肥处理则对土壤矿化产生正激发效应。(3)三维荧光光谱分析表明,添加生物炭、秸秆和有机肥处理,显著影响了腐殖酸组分,且对富里酸的影响大于胡敏酸。在富里酸的三个组分中,添加生物炭和秸秆处理促进了芳香族蛋白质和类富里酸物质的积累,其中添加有机肥处理除了促进上述两种物质的增加外,还促进了类腐殖酸物质的积累,形成结构更加复杂的物质。(4)添加生物炭、秸秆和有机肥处理,显著影响了土壤酶活性。酶活性随着碳施入水平的增加而增加。其中对脲酶活性促进最大的为秸秆处理,其次为有机肥和生物炭处理;对硝酸还原酶影响最大的为有机肥处理,其次为秸秆和生物炭处理;对过氧化氢酶影响最大的为生物炭处理,其次为有机肥和秸秆处理;对蔗糖酶影响最大的为秸秆处理,其次为有机肥和生物炭处理。