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長(zhǎng)期不同利用方式對(duì)黑土剖面中有機(jī)質(zhì)化學(xué)組成的影響

發(fā)布日期：2022-09-27 作者：郝翔翔，鄒文秀，韓曉增點(diǎn)擊：

研究背景和意義

BACKGROUND & SIGNIFICANCE

土地利用方式變更會(huì)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）的組分和性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。盡管下層SOM具有較低的濃度和較高的穩(wěn)定性，但有研究表明，下層SOM對(duì)利用方式的改變與上層土壤一樣敏感。但目前有關(guān)土壤剖面中SOC的研究主要集中在總量及其組分含量等方面，對(duì)于不同土層SOM分子結(jié)構(gòu)的研究較少。從分子結(jié)構(gòu)或官能團(tuán)的角度，揭示土地利用方式轉(zhuǎn)變過程中SOM化學(xué)組成的變化規(guī)律，對(duì)深刻認(rèn)識(shí)SOM的穩(wěn)定和周轉(zhuǎn)機(jī)制具有重要科學(xué)意義。東北黑土由自然生態(tài)系統(tǒng)開墾為農(nóng)田后，土體中多年積累的SOM會(huì)逐漸降低。而將開墾后的農(nóng)田土壤進(jìn)行自然植被恢復(fù)的過程中，SOM會(huì)不斷積累而向其自然水平恢復(fù)，但在恢復(fù)過程中，SOM的化學(xué)組成是否會(huì)發(fā)生變化，如何變化？不得而知，這限制了對(duì)黑土有機(jī)質(zhì)恢復(fù)潛力的科學(xué)評(píng)價(jià)。

研究?jī)?nèi)容和方法

CONTENT & METHODOLOGY

本研究以典型黑土區(qū)29年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)（圖1）為平臺(tái)，采用紅外光譜和13C核磁共振技術(shù)，對(duì)農(nóng)田、自然恢復(fù)草地和人工林地三種利用方式下不同剖面深度（0~10、10~20、20~40、40~60、60~80和80~100 cm）SOM的活性組分含量和有機(jī)質(zhì)官能團(tuán)進(jìn)行了分析，探討了土地利用方式變更對(duì)SOM化學(xué)組成的影響。

研究結(jié)果

（1）土地利用方式對(duì)黑土0~100 cm土體中的SOM組成產(chǎn)生了重要影響（圖2）。農(nóng)田恢復(fù)為自然草地和變更為人工林地，對(duì)土壤剖面中活性有機(jī)碳的含量具有提升作用，且草地的提升效果強(qiáng)于林地，0~100 cm各土層的活性有機(jī)碳含量普遍表現(xiàn)為草地>林地>農(nóng)田。溫帶草地生態(tài)系統(tǒng)的植物有大部分碳分配于地下，且根系與枝葉比例均衡，根系生物量較一年一季的農(nóng)田高出10倍以上，這對(duì)活性有機(jī)碳的形成具有積極意義。

（2）隨著剖面深度的增加，SOM的穩(wěn)定程度呈現(xiàn)規(guī)律性變化（圖3），活性較高的甲氧基碳和烷氧基碳逐漸降低，而穩(wěn)定程度較高的芳香碳和羧基碳則逐漸增加，SOM的腐質(zhì)化程度逐漸增強(qiáng)。

（3）不同利用方式下，草地和林地SOM的甲氧基和烷氧碳含量高于農(nóng)田，芳香碳則相反，反映了草地和林地SOM含有更多氧化程度低、易分解的組分（烷氧碳），腐殖化程度降低，這與二者較高的活性有機(jī)碳含量相符。而農(nóng)田土壤中，一方面新鮮有機(jī)物料輸入少，另一方面頻繁的耕作會(huì)加速纖維素、半纖維素、氨基酸等易氧化物質(zhì)的分解，導(dǎo)致其芳香結(jié)構(gòu)和羧基碳比例相對(duì)較高。

研究結(jié)論

土地利用方式的改變會(huì)引起上、下土層中SOM化學(xué)組成的變化。植被恢復(fù)有利于SOM活性組分的形成，長(zhǎng)期耕作可促進(jìn)SOM穩(wěn)定組分的積累。從黑土可持續(xù)利用的角度出發(fā)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男莞黾有迈r有機(jī)物料投入，可提高黑土活性有機(jī)質(zhì)組分，改善土壤肥力。