輪耕對(duì)豫北潮土速效養(yǎng)分及可溶性有機(jī)碳結(jié)構(gòu)特性的影響*

朱宣霖, 朱長(zhǎng)偉, 陳 琛, 李 洋, 牛潤(rùn)芝, 姜桂英, 楊 錦, 申鳳敏,劉 芳, 劉世亮

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 鄭州 450002)

土壤可溶性有機(jī)物(dissolved organic matter,DOM)是指能夠通過(guò)0.45 μm濾膜的水溶性有機(jī)物質(zhì)的總稱(chēng)。土壤可溶性有機(jī)碳(dissolved organic carbon, DOC)作為其中的重要組分, 即使在土壤有機(jī)質(zhì)中的占比很小, 卻是陸地生態(tài)系統(tǒng)中極其活躍的組分, 擁有高度的流動(dòng)性, 生物圈碳平衡很小的變化就會(huì)引起DOC的反饋, 對(duì)環(huán)境的變化非常敏感, 對(duì)自然和人為干擾的響應(yīng)快速且具有指示作用; 而DOC的組分和結(jié)構(gòu)特性的改變會(huì)影響其化學(xué)穩(wěn)定性、可利用性和在土壤中的吸附特性。所以, 不同耕作模式對(duì)DOC產(chǎn)生的影響會(huì)進(jìn)而影響到整個(gè)土壤的有機(jī)碳庫(kù), 因此, 研究不同的耕作模式對(duì)DOC的影響特征, 有利于進(jìn)一步完善土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)機(jī)理。

前人研究表明, 長(zhǎng)期的連續(xù)旋耕很容易使土壤養(yǎng)分發(fā)生“上富下貧”的現(xiàn)象, 而合理的輪耕措施較單一旋耕則能夠顯著改善這一狀況, 起到均衡土壤養(yǎng)分并促進(jìn)0～40 cm土層土壤速效養(yǎng)分含量增加的作用。王麗等研究表明, 免耕提高表層土壤有機(jī)碳和DOC含量并降低其季節(jié)變動(dòng)性, 也就更有利于土壤有機(jī)碳及DOC的穩(wěn)定。雖然免耕覆蓋減少了人為因素所造成的擾動(dòng), 但長(zhǎng)期免耕覆蓋會(huì)使土壤容重增加, 養(yǎng)分分層加劇, 因此長(zhǎng)期免耕后采用旋耕、深耕等輪耕措施更有助于下層土壤可溶性有機(jī)碳含量的增加。Liu 等研究認(rèn)為, DOC與土壤有機(jī)碳之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系, 而不同的耕作模式又能夠?qū)ν寥烙袡C(jī)碳的形成和分解產(chǎn)生顯著的影響, 因此土壤DOC組分的結(jié)構(gòu)特性也會(huì)隨耕作模式的不同而在各個(gè)波長(zhǎng)的紫外可見(jiàn)光譜下顯示不同。目前, 對(duì)DOC結(jié)構(gòu)研究采用最廣泛的是紫外可見(jiàn)光譜法, 該法不僅能夠詳細(xì)了解DOC組分的微觀分子結(jié)構(gòu), 而且具有操作簡(jiǎn)單、分析快速、不破壞樣品的優(yōu)勢(shì)。其中紫外光譜吸收值SUVA260和SUVA280分別表示DOC的疏水組分比例與芳香化程度及其分子量大小; A250/A365和A300/A400分別表示DOC的腐殖化程度與有機(jī)質(zhì)分子量及其聚合度。不同耕作模式對(duì)DOC結(jié)構(gòu)的影響直接表現(xiàn)在以上紫外光譜特征指標(biāo)上。張偉等研究表明, 單一且不合理的耕作方式會(huì)導(dǎo)致土壤團(tuán)聚體破碎, 促進(jìn)DOC組分中結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單且穩(wěn)定性差的小分子化合物的產(chǎn)生, 導(dǎo)致土壤DOC的大量損失。而適當(dāng)且合理的輪耕措施則能夠顯著增加土壤大團(tuán)聚體的機(jī)械穩(wěn)定性, 從而促進(jìn)土壤DOC的積累。有研究發(fā)現(xiàn)土壤DOC的淋失量會(huì)隨著翻耕頻率的增加而增加, 并且DOC組分的光譜特性與DOC的淋失量具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

綜上所述, 前人雖然在不同耕作模式對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量變化方面研究較多, 但大多針對(duì)單一的耕作模式, 不同耕作模式組合對(duì)不同土層深度土壤養(yǎng)分的影響還需進(jìn)一步探究; 且耕作模式對(duì)DOC及其結(jié)構(gòu)特征的研究較少。因此, 本研究以豫北潮土為研究對(duì)象, 通過(guò)對(duì)不同輪耕模式下土壤速效養(yǎng)分與可溶性有機(jī)物的研究與分析, 探究不同輪耕模式對(duì)土壤可溶性有機(jī)物含量和結(jié)構(gòu)特性的影響, 從而為該地區(qū)適宜輪耕模式的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

本試驗(yàn)開(kāi)始于2016年, 在河南省新鄉(xiāng)市原陽(yáng)縣河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)(35°19′N(xiāo), 113°50′E)進(jìn)行,當(dāng)?shù)啬昃鶞囟葹?4.5 ℃,年均降水量615 mm,年均日照時(shí)數(shù)為2324 h, 是典型的暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。土壤類(lèi)型為砂質(zhì)潮土, 試驗(yàn)前0～20 cm土層基本理化性質(zhì)為: 有機(jī)質(zhì)含量17.3 g·kg, 全氮1.00 g·kg, 堿解氮71.33 mg·kg, 有效磷21.6 mg·kg, 速效鉀108.0 mg·kg, pH 7.2。種植制度為冬小麥(Triticum aestivum)-夏玉米(Zea mays)輪作。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用大田小區(qū)設(shè)計(jì), 在前茬作物秸稈全量還田的條件下, 在小麥季設(shè)置5種輪耕模式, 3年為一個(gè)周期: 1)連續(xù)旋耕(RT-RT-RT); 2)深耕-旋耕-旋耕(DT-RT-RT); 3)深耕-旋耕-條旋耕(DT-RT-SRT);4)深耕-條旋耕-條旋耕(DT-SRT-SRT); 5)深耕-條旋耕-旋耕(DT-SRT-RT)。小區(qū)面積為16 m×6.2 m=99.2 m,3次重復(fù)。

旋耕操作為: 玉米收獲后, 秸稈滅茬粉碎1～2遍,旋耕機(jī)整地2遍, 深度13～15 cm, 常規(guī)播種小麥; 深耕的操作為: 玉米收獲后, 秸稈滅茬粉碎1～2遍, 鏵式犁耕翻1遍, 深度28～30 cm, 旋耕機(jī)整地2遍, 深度15～18 cm; 條旋耕的操作為: 玉米收獲后, 秸稈滅茬粉碎1～2遍, 淺旋整地2遍, 深度5～8 cm。

小麥品種為‘鄭麥369’, 播量232.5 kg·hm; 基肥施用量為N∶PO∶KO=20∶16∶16的小麥專(zhuān)用肥[150 kg(N)·hm, 120 kg(PO)·hm, 120 kg(KO)·hm]750 kg·hm, 追肥69 kg(N)·hm(150 kg·hm尿素, 含氮量為46%)。

1.3 取樣與測(cè)定

在2020年6月(一個(gè)輪耕周期后)小麥?zhǔn)斋@后進(jìn)行田間取樣。采取五點(diǎn)取樣法在0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～50 cm共5個(gè)深度取樣,去除非土壤污染物后進(jìn)行風(fēng)干處理, 并過(guò)20目和60目篩。采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮含量, 采用0.5 mol·LNaHCO浸提-鉬藍(lán)比色法測(cè)定土壤有效磷含量, 采用NHOAc浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定土壤速效鉀含量。DOC采用去離子水浸提-島津TOC總有機(jī)碳分析儀(日本島津公司生產(chǎn), 型號(hào) TOCVWP)測(cè)定。DOC的紫外吸收特性: 采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(L5)進(jìn)行掃描, 用去離子水做空白, 在200～800 nm范圍內(nèi)間隔1 nm用光程為10 mm的石英比色皿掃描, 記錄250 nm、260 nm、280 nm、300 nm、365 nm和400 nm等特征紫外吸光度值, 并在其中250 nm與365 nm、300 nm與400 nm以及260 nm、280 nm與可溶性有機(jī)物濃度之間作比值計(jì)算; 利用這些參數(shù)和參數(shù)之間的相關(guān)性, 對(duì)水溶性有機(jī)物的特性進(jìn)行分析評(píng)價(jià), 如表1所示。

表1 可溶性有機(jī)物(DOM)的紫外-可見(jiàn)光譜特征參數(shù)描述及表征意義Table 1 Description and significance of characteristic parameters of ultraviolet-visible spectroscopy of dissolved organic matter(DOM)

1.4 統(tǒng)計(jì)及分析

本研究通過(guò)LSD法(P＜0.05)進(jìn)行不同處理間的差異比較, 采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì), 采用OriginPro 8.5及派森諾基因云平臺(tái)進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輪耕模式對(duì)土壤速效養(yǎng)分的影響

由圖1A可知, 總體上土壤堿解氮含量隨土壤深度的增加而下降。處理間的差異主要表現(xiàn)在0～40 cm土層。在0～10 cm土層中, DT-RT-SRT、DT-SRTSRT和DT-SRT-RT處理堿解氮含量顯著高于RTRT-RT(P＜0.05), 其中DT-SRT-SRT處理堿解氮含量相對(duì)較高。在10～40 cm土層中, 4種輪耕模式下堿解氮含量均顯著高于RT-RT-RT處理(P＜0.05), 其中DT-SRT-RT處理在10～20 cm和30～40 cm土層中相對(duì)效果較好, DT-SRT-SRT處理在20～30 cm土層中相對(duì)效果較好?？傮w來(lái)看, DT-RT-SRT、DT-SRTSRT和DT-SRT-RT輪耕模在輪耕周期內(nèi)均顯著增加了0～40 cm土層堿解氮含量。

由圖1B可知, 總體上, 土壤速效磷的含量隨土壤深度的增加而下降。處理間的差異主要表現(xiàn)在0～40 cm的土層。在0～10 cm和30～40 cm土層中,DT-RT-SRT、DT-SRT-SRT和DT-SRT-RT處理速效磷含量顯著高于RT-RT-RT(P＜0.05), 其中DT-SRTSRT和DT-SRT-RT處理相對(duì)含量較高。在10～30 cm的土層中, 4種輪耕模式下速效磷含量均顯著高于RT-RT-RT處理(P＜0.05), 其中DT-SRT-RT處理的相對(duì)效果較好?？傮w來(lái)看, DT-SRT-SRT 和DTSRT-RT 在輪耕周期內(nèi)均顯著增加了0～40 cm土層土壤速效磷含量。

由圖1C可知, 總體上, 土壤速效鉀的含量隨土壤深度的增加而下降。處理間的差異主要表現(xiàn)在0～40 cm的土層。在0～40 cm土層中, DT-RT-SRT、DT-SRT-SRT和DT-SRT-RT處理速效鉀含量顯著高于RT-RT-RT處理(P＜0.05), 其中DT-SRT-SRT處理的速效鉀含量在0～10 cm土層中相對(duì)較高; DT-SRTRT處理在10～40 cm的土層中相對(duì)效果較好?？傮w來(lái)看, DT-SRT-SRT、DT-SRT-RT和DT-RT-SRT在輪耕周期內(nèi)均顯著增加了0～40 cm土層土壤速效鉀含量。

圖1 不同處理下不同土層土壤堿解氮(A)、速效磷(B)和速效鉀(C)含量Fig.1 Alkali hydrolyzable nitrogen (A), available phosphorus (B) and available potassium (C) contents in different soil layers under different treatments

2.2 不同輪耕模式對(duì)土壤可溶性有機(jī)碳含量及其結(jié)構(gòu)特性的影響

2.2.1 對(duì)土壤可溶性有機(jī)碳含量的影響

由圖2A可知, 總體上, 土壤可溶性有機(jī)碳(DOC)的含量隨土壤深度的增加而下降。處理間的差異主要表現(xiàn)在0～40 cm的土層。在0～40 cm土層中, 4種輪耕模式下DOC含量均顯著高于RT-RTRT(P＜0.05); 在0～10 cm和30～40 cm土 層 中, 均 是DT-SRT-RT 處理DOC含量最高且顯著高于RT-RTRT處理(P＜0.05); DT-RT-SRT處理顯著增加了10～20 cm和20～30 cm土層DOC含量(P＜0.05)?？傮w來(lái)看, DT-RT-RT、DT-RT-SRT和DT-SRT-RT在輪耕周期內(nèi)均顯著增加了0～40 cm土層DOC含量。

2.2.2 對(duì)土壤腐殖化程度的影響

由圖2B可知, 總體上, 土壤的腐殖化程度隨土壤深度的增加而下降。處理間的差異主要表現(xiàn)在0～40 cm土層。在0～10 cm土層中, 4種輪耕模式的腐殖化程度均顯著高于RT-RT-RT(P＜0.05), 其中DTSRT-SRT處理程度相對(duì)較高; 10～30 cm土層中, DTRT-RT、DT-RT-SRT和DT-SRT-RT處理較RT-RTRT處理差異顯著(P＜0.05), 其中DT-RT-SRT與DTSRT-RT處理分別在兩個(gè)層次的土層中程度較大; 在30～40 cm土層中, DT-SRT-RT處理相對(duì)效果較好?？傮w來(lái)看, DT-RT-SRT顯著增加了10～40 cm土層土壤腐殖化程度, DT-SRT-RT 顯著增加了0～40 cm土層土壤腐殖化程度。

2.2.3 對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度的影響

由圖2C可知, 各處理土壤有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度均隨土層的加深呈上升趨勢(shì), 處理間的差異主要表現(xiàn)在0～40 cm土層。在0～10 cm土層中, DT-SRTSRT和DT-SRT-RT處理有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度顯著低于RT-RT-RT(P＜0.05), 其中DT-SRT-SRT相對(duì)較低; 在10～30 cm土層中, 4種輪耕模式的有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度均顯著低于RT-RT-RT(P＜0.05), 其中DT-RT-SRT和DT-SRT-RT 處理土壤有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度相對(duì)較低?？傮w來(lái)看, DT-SRT-SRT 顯著降低了0～30 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度, DTSRT-RT顯著降低0～40 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度。

圖2 不同處理不同土層土壤可溶性有機(jī)碳含量(A)、腐殖化程度(A250/A365, B)、有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度(A300/A400, C)、疏水組分比例(SUVA260, D)和芳香化程度與分子量大小(SUVA280, E)Fig.2 Soil dissolved organic carbon content (A), degree of humification (A250/A365, B), molecular weight and polymerization degree of organic matter (A300/A400, C), proportions of hydrophobic components (SUVA260, D) and degree of aromatization and molecular weight (SUVA280, E) in different soil layers under different treatments

2.2.4 對(duì)土壤疏水組分比例的影響

由圖2D可知, 總體上, 土壤疏水組分比例隨土壤深度的增加而下降。處理間的差異主要表現(xiàn)在0～40 cm土層。在0～10 cm土層中, DT-SRT-SRT處理的土壤疏水組分比例最高且顯著高于RT-RTRT(P＜0.05); 在10～40 cm的土層中, 均是DT-SRTRT處理土壤疏水組分比例相對(duì)較高。總體來(lái)看, DTSRT-SRT處理顯著增加了0～10 cm土層疏水組分比例, DT-SRT-RT處理顯著增加了0～40 cm土層疏水組分比例。

2.2.5 對(duì)土壤芳香化程度和分子量大小的影響

由圖2E可知, 總體上, 土壤芳香化程度與其分子量的大小是隨土壤深度的增加而降低的。處理間的差異主要表現(xiàn)在0～40 cm土層。在0～10 cm土層中, DT-SRT-SRT處理土壤芳香化程度與分子量顯著最高(P＜0.05); 在10～20 cm和30～40 cm的土層中,DT-SRT-RT 處理土壤芳香化程度與分子量最高; 而在20～30 cm土層中, DT-RT-SRT處理土壤芳香化程度與分子量最高且顯著高于RT-RT-RT處理(P＜0.05)?？傮w來(lái)看, DT-SRT-SRT顯著增加了0～30 cm土層土壤芳香化程度與分子量大小, DT-RT-RT和DT-SRT-RT處理均顯著增加了0～40 cm土層土壤芳香化程度與分子量大小。

2.3 輪耕模式、土層及其交互作用對(duì)速效養(yǎng)分含量主體間效應(yīng)檢驗(yàn)

由表2可知, 土層、輪耕及其交互作用的P值均小于0.05, 說(shuō)明土層、輪耕模式以及二者之間的交互作用均能顯著影響土壤速效養(yǎng)分的含量。

表2 輪耕模式對(duì)不同土層土壤速效養(yǎng)分含量的主體間效應(yīng)檢驗(yàn)Table 2 Tests on the intersubjective effects of rotation tillage patterns on soil available nutrients contents in different soil layers

2.4 輪耕模式、土層及其交互作用對(duì)可溶性有機(jī)碳含量及其結(jié)構(gòu)特性主體間效應(yīng)檢驗(yàn)

由表3可知, 土層、輪耕及其交互作用的P值均小于0.05, 不同土層、輪耕模式以及二者之間的交互作用均能顯著影響土壤可溶性有機(jī)碳含量及其腐殖化程度、有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度、疏水組分比例和芳香化程度與分子量大小等結(jié)構(gòu)特性指標(biāo)。

表3 輪耕模式對(duì)不同土層土壤可溶性有機(jī)碳及其結(jié)構(gòu)特性主體間效應(yīng)的檢驗(yàn)Table 3 Tests on the intersubjective effects of rotation tillage patterns on soil dissolved organic carbon and its structural characteristics in different soil layers

2.5 不同土層下各指標(biāo)相關(guān)性分析

由圖3可知, 總體上, 各指標(biāo)之間的相關(guān)性隨土層深度的增加而減小。在0～10 cm土層中, 除有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度和疏水組分比例, 堿解氮和速效鉀,DOC和堿解氮、芳香化程度, 腐殖化程度和堿解氮、芳香化程度之間不存在顯著相關(guān)性, 其余各項(xiàng)指標(biāo)之間均呈顯著相關(guān)關(guān)系(P＜0.05); 在10～20 cm土層中, 除堿解氮和有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度之間不存在相關(guān)性, 其余各項(xiàng)指標(biāo)之間均呈顯著相關(guān)關(guān)系(P＜0.05); 在20～30 cm土層中, 除疏水組分比例和芳香化程度、堿解氮, 芳香化程度和速效鉀、DOC、腐殖化程度, 堿解氮和有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度、DOC、腐殖化程度之間不存在相關(guān)性, 其余各項(xiàng)指標(biāo)之間均呈顯著相關(guān)關(guān)系(P＜0.05); 在30～40 cm土層中, 除堿解氮和速效鉀、疏水組分比例、有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度之間不存在相關(guān)性, 其余各項(xiàng)指標(biāo)之間均呈顯著相關(guān)關(guān)系(P＜0.05); 在40～50 cm土層中, 除堿解氮和速效鉀, DOC和腐殖化程度之間呈現(xiàn)出顯著相關(guān)關(guān)系(P＜0.05), 其余項(xiàng)指標(biāo)之間均不存在顯著相關(guān)關(guān)系。

圖3 0～50 cm土層不同深度土壤養(yǎng)分指標(biāo)與可溶性有機(jī)物紫外光譜參數(shù)的相關(guān)性分析Fig.3 Correlation analysis of soil nutrient indices and UV spectral parameters of dissolved organic matter in different depthes of 0-50 cm soil layer

3 討論

3.1 不同輪耕模式對(duì)土壤速效養(yǎng)分的影響

土壤速效養(yǎng)分是植物根系養(yǎng)分吸收的重要來(lái)源,也是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)之一, 不同的農(nóng)田管理措施均能對(duì)土壤養(yǎng)分產(chǎn)生不同的影響。大量研究表明, 耕作模式能夠?qū)ν寥澜Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響, 進(jìn)而影響到土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化程度。張琦等研究發(fā)現(xiàn), 較單一耕作而言, 輪耕能顯著增加土壤養(yǎng)分含量, 從而達(dá)到培肥土壤的目的; 張建軍等研究發(fā)現(xiàn), 免耕覆蓋措施能夠促進(jìn)表層土壤養(yǎng)分含量的富集。本研究結(jié)果表明, 隨著土層深度的增加, 土壤速效養(yǎng)分的含量呈遞減趨勢(shì), 并且相比單一的旋耕而言, DT-SRTRT處理對(duì)0～40 cm土層土壤養(yǎng)分含量的增加效果尤為突出, 這與張琦等的研究結(jié)果類(lèi)似; 這或許是因?yàn)樯罡麑?duì)土壤擾動(dòng)較大, 增加了土壤的疏松程度, 使養(yǎng)分在土壤中流動(dòng)性加快, 有利于表層土壤養(yǎng)分向底層土壤的遷移。而條旋耕則有助于增強(qiáng)土壤的保水能力, 使其不僅能夠促進(jìn)土壤養(yǎng)分的流動(dòng), 還能夠促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng), 進(jìn)而促進(jìn)了土壤難溶性養(yǎng)分的礦化分解。DT-SRT-SRT處理能夠顯著增加0～10 cm土層速效養(yǎng)分含量, 這與張建軍等的研究結(jié)果類(lèi)似, 這可能是因?yàn)檫B續(xù)兩年的條旋耕處理對(duì)土壤擾動(dòng)程度較小, 使得大量養(yǎng)分在表層土壤聚集, 造成下層土壤養(yǎng)分含量較低。

3.2 不同輪耕模式對(duì)土壤可溶性有機(jī)碳及其光譜特性的影響

土壤可溶性有機(jī)碳作為可溶性有機(jī)物中的一種,主要來(lái)源于動(dòng)植物殘?bào)w、根系分泌物、微生物以及土壤有機(jī)質(zhì)的分解等, 具有較高的生物有效性與流動(dòng)性, 是土壤碳庫(kù)的重要組成部分, 也是土壤肥力的重要來(lái)源?？追怖诘妊芯勘砻? 合理的輪耕有利于提高土壤可溶性有機(jī)碳含量, 同時(shí)能夠促進(jìn)其在耕層中的分布。本研究結(jié)果表明, 相較于單一旋耕, 4種輪耕處理均能顯著增加0～40 cm土層可溶性有機(jī)碳含量, 其中DT-SRT-RT處理對(duì)比另外3種輪耕處理有著相對(duì)較為突出的效果, 這與孔凡磊等的研究結(jié)果相似。這可能是由于在秸稈全量還田的條件下, 表層土壤含有大量的植物殘?bào)w, 可以產(chǎn)生較多的碳源, 而第一年所采用的深耕處理對(duì)土壤擾動(dòng)程度較大, 增加了底層土壤與秸稈的接觸, 提高了其中有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化速率, 第二年在深耕基礎(chǔ)上所采用的條旋耕處理對(duì)土壤擾動(dòng)程度小, 減小了深層土壤有機(jī)碳的礦化速率, 因而進(jìn)一步避免了深層土壤有機(jī)碳的損失。

由于土壤DOC擁有高度的敏感性, 因此不同的農(nóng)田管理措施會(huì)對(duì)DOC的周轉(zhuǎn)產(chǎn)生較大的影響, 使其礦質(zhì)化程度、腐殖化進(jìn)程等性質(zhì)存在差異, 這些差異都會(huì)呈現(xiàn)出不同的光譜反應(yīng)。靳世蕊研究表明, AA值越大, 土壤腐殖化程度越高, 與之相對(duì)應(yīng)A/A值就會(huì)越小, 越小說(shuō)明有機(jī)質(zhì)分子的分子量越高。而蘇冬雪等研究表明, 土壤可溶性有機(jī)碳的芳香化程度越高, 其所形成的化合物越復(fù)雜、分子量越大, 也就具有更高的穩(wěn)定性, 那么可溶性有機(jī)物中疏水性組分就具有更大的C/N比和芳香性,因此更不易被分解, 具有更長(zhǎng)的周轉(zhuǎn)周期, 也就更有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累。本研究結(jié)果表明, 與單一旋耕相比, 各輪耕處理均能增加0～40 cm土層土壤腐殖化程度、芳香化程度與分子量、疏水組分比例,并降低有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度; 這與靳世蕊和蘇

冬雪等的研究結(jié)果相符合, 說(shuō)明輪耕能夠?qū)ν寥烙袡C(jī)質(zhì)的積累產(chǎn)生更為良好的促進(jìn)作用, 其中DTSRT-RT處理在4項(xiàng)指標(biāo)當(dāng)中均達(dá)到了顯著且較為突出的效果, 這或許由于在第一年進(jìn)行深耕處理對(duì)土壤擾動(dòng)較大, 增加了土壤的疏松程度, 促進(jìn)了表層土壤有機(jī)質(zhì)向下部土層的遷移, 而第二年所采用的條旋耕處理對(duì)土壤擾動(dòng)程度較小, 減少了深層土壤接觸空氣的機(jī)會(huì), 因此對(duì)于有機(jī)質(zhì)的積累產(chǎn)生了進(jìn)一步的促進(jìn)作用。說(shuō)明在旋耕的基礎(chǔ)上加入深耕和條旋耕是更有利于碳儲(chǔ)存的、更為良好的耕作管理措施。

通過(guò)對(duì)其垂直分布研究發(fā)現(xiàn), 隨著土層深度的加深, 各個(gè)指標(biāo)之間的相關(guān)性逐漸減小, 說(shuō)明輪耕對(duì)于深層土壤的影響效果相對(duì)有限, 這或許是由于表層土壤有機(jī)碳含量較高而黏粒及鐵鋁氧化物含量較少, 而底層土壤則正好相反, 因此其相對(duì)表層土壤而言擁有著更多可利用的吸附點(diǎn)位, 也就有著更強(qiáng)的對(duì)DOC的吸附能力, 導(dǎo)致底層土壤的DOC組分難以被植物所利用。

4 結(jié)論

1)相較于連續(xù)旋耕, 輪耕對(duì)豫北潮土區(qū)土壤速效養(yǎng)分和可溶性有機(jī)碳及其結(jié)構(gòu)特性產(chǎn)生顯著且有益的影響, 土層深度與輪耕模式以及二者之間的交互效應(yīng)均顯著影響這些指標(biāo), 隨著土層深度的增加,各處理下各指標(biāo)間的相關(guān)性也隨之減弱, 在40～50 cm土層中最為明顯。

2)相比連續(xù)旋耕, 深耕-條旋耕-旋耕模式能夠顯著提高0～40 cm土層土壤堿解氮、速效磷、速效鉀、可溶性有機(jī)碳、腐殖化程度、疏水組分比例、芳香化程度與分子量大小; 并降低土壤有機(jī)質(zhì)分子量與聚合度; 同時(shí)相比4種輪耕模式, 該模式在10～30 cm土層中效果最為突出。

綜上所述, 深耕-條旋耕-旋耕模式效果最為突出,推薦為豫北潮土地區(qū)適宜的輪耕模式。