施用生物腐植酸对土壤碳组分的改变

时间：2015-12-21 00:21:22 所属分类：农学 浏览量:

0 引言 碳为植物六大必需营养元素之首，植物主要通过光合作用吸收空气中的二氧化碳和植物根系吸收水溶性有机碳来合成植物自身的有机物[1].土壤碳库的微小变化将导致全球气候的显着波动，同时也是植物吸收利用碳的来源之一[2],土壤水溶性有机碳含量占总有机碳

　　0 引言

　　碳为植物六大必需营养元素之首，植物主要通过光合作用吸收空气中的二氧化碳和植物根系吸收水溶性有机碳来合成植物自身的有机物[1].土壤碳库的微小变化将导致全球气候的显着波动，同时也是植物吸收利用碳的来源之一[2],土壤水溶性有机碳含量占总有机碳的0.023%~0.131%,含量较低，不足以供应作物生长需要。碳作为植物营养元素最为普遍且最为严重的短板，因此施加碳肥作为植物碳源的补充为作物增产显得尤为重要[3-4].CO2肥料、生物碳、液态有机碳肥等碳肥慢慢的得到重视，生物腐植酸作为碳肥发展的方向之一，其特有的性质及给土壤环境及作物带来的积极影响受到了人们的重视[5,6].

　　近些年来研究证明，腐植酸能提高植物的抗旱能力[7],抗低温能力[8],抗盐碱能力[9],抗病能力[10].同时还有改良土壤理化性状，提高化肥利用率的作用，如风化煤对土壤氮磷钾的吸附、解析[11].关于腐植酸对土壤碳影响的研究还相对甚少。笔者通过分析研究施用生物腐植酸对土壤碳组分的影响，为生物腐植酸施用后土壤养分循环及土壤环境生态的影响提供理论参考。

　　1 材料与方法

　　1.1 供试材料

　　土壤：采自海南省澄迈县老城镇白莲村的蔬菜地耕作层（0~20 cm），主要理化性质如下：pH 5.66,土壤总有机碳12.7g/kg,水溶性有机碳37.58mg/kg,微生物生物量碳447.5 mg/kg,速效P 21.2 mg/kg、速效K 157.5 mg/kg.生物腐植酸：利用氢氧化钾从木薯渣发酵产物中提取 ,pH 8.84,利用总有机碳分析仪测得总碳为18.61 g/L,用 6 mol/L 的盐酸沉淀得到黄腐酸的含量为56.27 g/L.尿素，氮含量 46.3%.

　　1.2 试验设计

　　试验按腐植酸添加量设置不同的处理，以腐植酸中碳含量为200 mg/kg干土为基准添加量设计试验，共设9个处理：0（CK）；200 mg/kg干土（HA）；400 mg/kg干土（2HA）；800 mg/kg干土（4HA）；50 mg/kg干土的氮（F）；200 mg/kg 干土 + 50 mg/kg 干土的氮 （HA + F）；400 mg/kg干土+50 mg/kg干土的氮（2HA+F）；800 mg/kg干土+50 mg/kg干土的氮（4HA+F）；1 g/kg干土的木薯渣（OF）。3次重复。试验在中国热带农业科学院环境与植物保护研究所进行。

　　称取7 kg（折合干土计）土壤装入口径24 cm的花盆中，按上述设计分别添加生物腐植酸和尿素。将肥料与土壤充分混匀装盆，蕹菜催芽后直接播种，出齐苗后进行间苗，每盆按品字形保留3棵，试验期间管理措施均一致。分别在施肥处理后10、20、30、40、60天采样分析。

　　1.3 分析方法

　　土壤总有机碳测定 :950℃燃烧法-（multi N/C3100-HT1500）；土壤水溶性有机碳的测定：0.5 mol/LK2SO4浸提-总有机碳分析仪（multi N/C 3100）；土壤微生物生物量碳的测定：氯仿熏蒸法-K2SO4浸提-总有机碳分析仪（multi N/C 3100）。其他指标分析参考鲍士旦[12]的方法。

　　1.4 统计分析

　　数据统计分析采用软件Excel 2007及SPSS 19.0.

　　2 结果与分析

　　2.1 生物腐植酸对土壤总有机碳的影响

　　土壤有机碳是土壤中最重要的因子之一，对作物的生长有重要的影响，也是评价土壤肥力的重要指标之一[13].笔者分析了生物腐植酸对土壤有机碳含量的影响（见表1），土壤有机碳含量在9.2~13.6 g/kg之间，添加腐植酸处理土壤总有机碳含量高于其他处理。施肥处理土壤总有机碳含量基本高于对照处理；腐植酸、有机肥处理均能增加土壤总有机碳含量，其中腐植酸+化肥、有机肥能在较长的时间内增加土壤有机碳含量。腐植酸本身含有胡敏酸、富里酸等物质，碳含量较高，故能增加土壤有机碳含量，但随着施用时间的延长，腐植酸本身分解矿化及作物生长对土壤碳的吸收利用，作物根系的新陈代谢，均会导致土壤总有机碳含量变化。

　　2.2 生物腐植酸对土壤水溶性有机碳的影响

　　土壤水溶性有机碳（WSOC）不仅与土壤中的氮、碳、硫、磷等很多营养元素的生物有效性有关，而且在矿物风化、微生物生长代谢、土壤形成以及有机和无机污染物在土壤中的迁移转化中起重要作用[14].WSOC是土壤碳组分较为活跃的组分之一，为植物提供了可直接利用的碳源[15].不同处理的WSOC含量在5.44~42.89 mg/kg 之间（见表 2），本试验不同施肥处理均存在差异。施肥后10天，除F和2HA+F处理低于CK处理外，其他处理的土壤水溶性有机碳含量提高了6.3%~13.4%;在施肥后第 10 天的腐植酸处理中 WSOC 相应高于腐植酸+化肥处理，可能为腐植酸与化肥的相互作用，减少了腐植酸中水溶性有机碳的溶出。施肥后40天，添加腐植酸处理的WSOC含量高于F、OF、CK 处理；施肥后 60 天，添加腐植酸酸处理土壤水溶性有机碳含量高于OF、CK处理。总体从长远来看生物腐植酸较有机肥和化肥能保持土壤水溶有机碳含量。

　　腐植酸在施肥后的第30天土壤水溶性有机碳含量显着低于对照，其原因可能为一方面腐植酸中水溶性部分更易流失，另一方面腐植酸改变了土壤团体结构，使土壤疏松，土壤本身含有水溶性有机碳的淋失。施肥后20天，HA和HA+F处理的土壤水溶性有机碳含量最高；施肥后30天，腐植酸+化肥处理及有机肥处理土壤水溶性有机碳提高了3.5%~35.1%.

　　2.3 生物腐植酸对土壤微生物生物量碳的影响

　　土壤微生物生物量碳（SMBC）是土壤碳的周转与储备库，是土壤有效碳的重要来源，是评价土壤养分有效性和土壤微生物状况的敏感指标。大量研究表明施肥能调节土壤中微生物数量和其活性，不同的施肥方式对土壤中微生物生物量碳的影响差异显着[16].土壤微生物生物量碳通常用来估计生物状况，对评价土壤质量状况至关重要[17].不同施肥处理土壤微生物生物量碳含量如表 3 所示：土壤微生物生物量碳含量为45.8~610.1 mg/kg 之 间 . 施 肥 后 10 天 ,2HA（400 mg/kg）处理土壤微生物生物量碳增加了 12.1%,F处理土壤微生物生物碳含量减少了12.8%,其他施肥与对照没有显着性差异；施肥后20天，降雨和淹水导致土壤微生物生物量碳降低，尤其不施肥处理下降幅度最大，之后反弹恢复。到试验结束的60天时，又降低到比较低的水平，可能是土壤水分的变化导致土壤微生物生物量碳的大幅波动，但施肥处理比对照的土壤微生物生物量碳含量高39.3%~98.5%.

　　3 结论与讨论

　　土壤有机碳不仅为植物生长提供碳源，维持土壤良好的物理结构，也是影响土壤微生物多样性的一个重要因素。本试验结果表明施肥处理土壤总有机碳含量基本高于对照处理。腐植酸本身含有胡敏酸、富里酸等物质，碳含量较高，故能增加土壤有机碳含量，但随着施用时间的延长，腐植酸本身的腐解及其与土壤相互作用，空心菜生长对土壤碳的吸收利用，导致土壤总有机碳增量不同。施用化肥提高了土壤脲酶等活性，某些利用氮元素的细菌增加，土壤总有机碳也会有所增加，植物残体的C、N比超过一定数值时，土壤有机碳的矿化过程会因氮素养分不足而受到抑制[18],木薯渣本身含有木质素、纤维素等分解较为缓慢的物质，从一定程度上减缓了碳的矿化，能在较长的时期内稳定土壤有机碳含量，但是增加的有机碳含量少于添加腐植酸处理。土壤有机碳含量的变化不仅仅与土壤添加肥料的类型等有关，还与添加的肥料改善土壤结构、微生物种群结构及植物利用土壤碳等因素有关。良好的土壤结构，减少了土壤有机碳中易流失组分的流失，微生物分解利用导致土壤某些形态的碳转化为其他形态的碳也是促使土壤有机碳含量变化的一个重要原因。而且，空心菜不同的生长时期所需要的养分比重不同，所利用有机碳的强度也不相同。

　　土壤水溶性有机碳（SWOC）是土壤碳组分较为活跃的组分之一，为植物提供了可直接利用的碳源。土壤水溶性有机碳与土壤的氧化物和粘土矿物对之的吸附有密切的相关性，土壤水溶性有机碳含量在施肥后10、40、60 天高于施肥后 20、30 天，其主要原因可能是在施肥后20、30天下雨较为频繁量大，施用的生物腐植酸含有水溶性有机碳，易淋失，故而较低。土壤有机碳损失的重要途径是SWOC的淋失[19].有研究表明淹水可提高土壤有机碳的溶出和导致团聚体的分散进而增加可溶性有机碳量[20],焦坤等[15]也指出降雨和灌水可明显提高WSOC的含量，为落干时的1.44~2.50倍。

　　试验培养过程中过量降雨使得WSOC淋溶损失，应该是含量较低的主要原因。随着大分子有机物的分解，WSOC 又恢复到原来的水平。土壤微生物生物量碳通常用来估计生物状况，对评价土壤质量状况至关重要[17].施肥能改变土壤养分状况，改变土壤微生物结构，有研究表明长期施肥对土壤微生物生物量碳含量能升高，但长期施氮肥土壤微生物生物量碳含量会降低，短期施氮可能提高或降低或对土壤微生物生物量碳含量没有影响[13].本试验施肥处理从不同程度上改变了土壤微生物生物量碳含量，在施肥后第10、30、40天多数施肥处理土壤微生物生物量碳含量均低于对照处理，施肥后第60天施肥处理均土壤微生物生物量碳含量均增加。有研究显示，单施有机肥和化肥显着降低了红壤微生物生物量碳含量，化肥配施秸秆的红壤微生物生物量碳含量与不施肥没有显着差异[21].施肥能改变土壤养分状况，改变土壤微生物结构，有研究表明长期施肥对土壤微生物碳含量能升高，但长期施氮肥土壤微生物生物量碳含量会降低，短期施氮可能提高或降低或对土壤微生物生物量碳含量没有影响[13].本试验中施肥引起了土壤微生态环境的改变（pH、碳、氮等），土壤微生物需经历一个适应的阶段，本试验土壤pH 5.66左右，添加的腐殖酸的pH 8.84,可能是土壤微生物已适应了酸性条件下的生长繁殖，添加腐殖酸改变了土壤环境，特别是在盆栽这么一个小的环境下，部分微生物生长得到了抑制。施肥引起的土壤养分变化及土壤结构改变的优势渐渐显现出来，土壤微生物生物量碳含量也在增加，到后期，空心菜的生长利用了土壤中的养分，同时土壤含水量较低，导致了土壤微生物生物量碳含量急剧减少。

　　综上所述，通过对施用腐植酸处理后土壤有机碳组分的监测分析，初步得出如下结论（：1）腐植酸、有机肥处理均能增加土壤总有机碳的含量，但受作物残渣分解或根系新陈代谢的影响，土壤总有机碳量变化并不显着（；2）不同施肥处理土壤水溶性有机碳含量均存在差异，腐植酸分解是土壤水溶性有机碳重要来源；（3）施肥处理能维持土壤微生物生物量碳含量，氮肥的补充有利于土壤微生物的生长。

　　参考文献

　　[1] 廖宗文，毛小云，刘可星。有机碳肥对养分平衡的作用初探[J].土壤学报，2014,51（3）：656-659.

　　[2] 许乃政，刘红樱，魏峰。土壤碳库及其变化研究进展[J].江苏农业科学，2011,39（2）：1-5.

　　[3] 廖宗文。有机碳肥补天缺[N].农资导报，2014-09-26.

　　[4] 陈秀莲，魏晓琼，吴德淼。液态有机碳肥对蕹菜品质的影响[J].中国果菜，2014,34（12）：67-69.

　　[5] 李瑞波。从有机碳营养的视角透视农作物现象[J].磷肥与复肥，2013,28（5）：4-7.

　　[6] 廖宗文，刘可星，毛小云。腐植酸的三大作用-有机营养、活化、微生态调控及其技术开发[J].腐植酸，2012（6）：1-4.

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