有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)巫溪縣植煙土壤碳庫(kù)的影響

汪忠坪,李鈉鉀,汪代斌,李 正,張福光,鄭林林,葉協(xié)鋒,羅貞寶

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院/國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地/煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,鄭州 450002;2.中國(guó)煙草總公司重慶市公司煙草科學(xué)研究所,重慶 400023;3.中國(guó)煙草總公司重慶市公司巫溪分公司,重慶 405800;4.貴州省煙草公司畢節(jié)市公司,貴州 畢節(jié) 551799)

【研究意義】土壤有機(jī)碳(Total organic carbon,TOC)是土壤的重要組成部分,是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)之一[1-3]。徐明崗等[4]研究表明,提高農(nóng)田土壤有機(jī)碳水平,不僅能夠改良土壤,顯著增強(qiáng)養(yǎng)分供應(yīng)能力,促進(jìn)作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),而且增加農(nóng)田土壤有機(jī)碳固定,對(duì)于減緩溫室效應(yīng)具有重要意義。土壤總有機(jī)碳含量與儲(chǔ)量是各種有機(jī)物輸入與輸出、礦化分解與腐殖化合成形成動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果,并不能很好的反映土壤有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)變化[5-6]。隨著科技工作者對(duì)土壤有機(jī)碳研究的深入,土壤有機(jī)碳中活性有機(jī)碳組分所占的比例和土壤碳庫(kù)管理指數(shù)(CPMI)被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量和土壤管理,同時(shí)土壤有機(jī)碳官能團(tuán)組成和結(jié)構(gòu)能夠一定程度上反映土壤有機(jī)碳組成和穩(wěn)定性變化[6-8]。因此,研究土壤有機(jī)碳的組成及其官能團(tuán)結(jié)構(gòu)對(duì)評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量狀況具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】烤煙質(zhì)量的形成與土壤質(zhì)量狀況密切相關(guān)[9]。研究表明有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥配施可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)活性和碳庫(kù)管理指數(shù)[10]。秦燚鶴等[11]通過(guò)盆栽試驗(yàn)研究表明,添加有機(jī)物料能夠一定程度上提高土壤各有機(jī)碳組分含量以及碳庫(kù)管理指數(shù)。姜利紅等[12]通過(guò)4年定位試驗(yàn)研究有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)雙季稻田土壤碳庫(kù)的影響結(jié)果表明,有機(jī)肥與化肥配施顯著提高了稻田土壤微生物生物量碳含量和土壤碳庫(kù)管理指數(shù),并且長(zhǎng)期進(jìn)行有機(jī)無(wú)機(jī)配施能有效擴(kuò)大土壤碳庫(kù)含量,提升土壤質(zhì)量。郭亞軍等[13]研究表示施用有機(jī)肥能夠顯著提高馬鈴薯農(nóng)田土壤閉蓄態(tài)顆粒有機(jī)碳、顆粒態(tài)有機(jī)碳、總有機(jī)碳、微生物生物量碳和易氧化有機(jī)碳含量,提升土壤塔庫(kù)管理指數(shù);施用有機(jī)肥有利于土壤活性有機(jī)碳積累,能夠改變土壤有機(jī)碳組分分布特征。張貴龍等[14]研究表明,施有機(jī)肥或有機(jī)無(wú)機(jī)適當(dāng)配施能提高土壤有機(jī)碳含量和土壤碳庫(kù)管理指數(shù),有利于改善土壤質(zhì)量,提高土壤肥力,并且碳庫(kù)管理指數(shù)能夠在一定程度上指示土壤生產(chǎn)力的變化。對(duì)土壤有機(jī)碳官能團(tuán)組成進(jìn)行研究,可以更深入了解土壤有機(jī)碳組成和穩(wěn)定性變化。張玉蘭等[15]研究指出土壤有機(jī)碳中脂肪族碳組分越多,芳構(gòu)化程度越高,其與無(wú)機(jī)微粒結(jié)合能力越強(qiáng),有利于土壤團(tuán)聚體的形成。毛霞麗等[16]研究表明,施用有機(jī)肥的處理下烷烴、烯烴類以及芳香C化合物均高于長(zhǎng)期單施化肥和對(duì)照處理的相對(duì)百分含量,說(shuō)明長(zhǎng)期施用有機(jī)肥可以增加土壤有機(jī)碳的脂族性和芳構(gòu)化。羅璐等[17]研究表明,施用有機(jī)肥不僅能夠提高土壤有機(jī)碳含量,還可以顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)抗微生物分解的能力,稻田土壤有機(jī)碳的化學(xué)穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】重慶是我國(guó)的主要煙區(qū)之一,煙農(nóng)在種煙時(shí)大量施用化肥,常年連作,用養(yǎng)地結(jié)合不夠,土壤質(zhì)量下降,影響了煙葉產(chǎn)質(zhì)量,限制了重慶煙區(qū)的可持續(xù)發(fā)展?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究在前人研究的基礎(chǔ)上,設(shè)置不同有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施處理,探究其土壤有機(jī)碳組分及有機(jī)碳官能團(tuán)特征,為提高煙田土壤質(zhì)量、合理施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于重慶市巫溪縣(108°44′～109°58′ E,31°14′～31°44′ N),屬亞熱帶暖濕季風(fēng)氣候,四季分明。低山河谷年平均氣溫18 ℃左右,山地年平均氣溫小于5 ℃。多年平均降水量1030～1950 mm。日照時(shí)間低山區(qū)多年平均1589 h,中山區(qū)多年平均1568.7 h,高山區(qū)多年平均1378 h。試驗(yàn)地屬于低山河谷區(qū),土壤類型為壤土,土壤基本理化性質(zhì)為:pH 6.58,有機(jī)質(zhì)14.78 g/kg,全氮1.38 g/kg,堿解氮68.01 mg/kg,速效鉀197.83 mg/kg,速效磷28.50 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年4—10月進(jìn)行。試驗(yàn)各處理在等氮條件下進(jìn)行,純氮用量106.80 kg/hm2,氮磷鉀比例為1∶1∶2.83。設(shè)4個(gè)處理,分別為:純化肥(CF)、純化肥+菇渣有機(jī)肥(CMO)、純化肥+高碳基肥(CHB)、純化肥+生物有機(jī)肥(CBO),每個(gè)處理重復(fù)3次,每個(gè)小區(qū)66.7 m2。生物有機(jī)肥養(yǎng)分含量忽略不計(jì),菇渣有機(jī)肥和高碳基肥按含氮量減施化肥,磷和鉀分別用過(guò)磷酸鈣和硫酸鉀補(bǔ)足。4月28日移栽,有機(jī)肥起壟前一次性條施,化肥在起壟前施用一部分,5月12日追施剩余化肥,其他農(nóng)事操作按當(dāng)?shù)厣a(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。肥料信息和施肥量見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)主要肥料信息及用量Table 1 Information and dosage of main test fertilizers

1.3 樣品采集與測(cè)定方法

在煙株移栽施肥前按照五點(diǎn)法采集試驗(yàn)田土壤測(cè)定基礎(chǔ)肥力,采集臨近的森林土壤作為參照農(nóng)田土壤。在煙葉成熟采收完成后,在每個(gè)小區(qū)內(nèi)采用“S”型采樣法采集5個(gè)樣點(diǎn),采集深度為0～20 cm。將每個(gè)小區(qū)采樣點(diǎn)的土樣混合均勻,形成混合樣品。一份揀去植物根系、碎屑等雜物,過(guò)2 mm篩,儲(chǔ)藏于4 ℃冰箱中用于測(cè)定土壤微生物量碳、土壤可溶性有機(jī)碳[18];另一份風(fēng)干后過(guò)0.25 mm篩,用于測(cè)定土壤易氧化態(tài)碳和有機(jī)碳官能團(tuán)。

土壤總有機(jī)碳(TOC)采用重鉻酸鉀高溫氧化法測(cè)定[20];可溶性有機(jī)碳(DOC)采用去離子水浸提法測(cè)定[19];微生物生物量碳(MBC)采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法測(cè)定[20];易氧化有機(jī)碳(EOC)采用KMnO4氧化法測(cè)定[21]。

土壤有機(jī)碳官能團(tuán)測(cè)定。稱取2 mg土壤樣品,200 mg KBr放入瑪瑙研缽中充分研磨均勻。采用傅里葉變換紅外光譜儀(Nicolet iS5,美國(guó)賽默飛尼高力)測(cè)定,掃描范圍為400～4000 cm-1,分辨率為4 cm-1,重復(fù)掃描32次。

碳庫(kù)管理指數(shù)采用文獻(xiàn)[7]公式計(jì)算。參照農(nóng)田土壤總有機(jī)碳為15.07 g/kg,活性有機(jī)碳為6.68 g/kg。碳素有效率為微生物生物量碳、易氧化態(tài)碳和可溶性有機(jī)碳分別與總有機(jī)碳的比值[11]。

烤后煙經(jīng)濟(jì)學(xué)性狀。在第一次采收開(kāi)始時(shí)分小區(qū)編桿掛牌,烘烤結(jié)束后將每個(gè)小區(qū)的烤后煙分級(jí),按小區(qū)計(jì)產(chǎn),產(chǎn)值按照當(dāng)年收購(gòu)價(jià)格計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用 Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,Origin 7.5進(jìn)行繪圖和峰面積計(jì)算,SPSS 22.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)土壤碳庫(kù)組分的影響

2.1.1 有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)土壤總有機(jī)碳的影響 土壤有機(jī)碳是指存在于土壤中的所有含碳的各種形態(tài)的有機(jī)物質(zhì),其本身就是養(yǎng)分的儲(chǔ)藏庫(kù),同時(shí)深刻地影響土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)[22]。由圖1可知,與CF處理相比,其它各處理的土壤總有機(jī)碳含量均略有增加,但增加幅度較小,其中增幅最大的為CBO處理,增加0.79 g/kg。CF、CMO、CHB、CBO處理土壤有機(jī)碳含量分別為13.64、13.96、13.70、14.43 g/kg。方差分析結(jié)果表明,各處理間總有機(jī)碳含量差異不顯著(P<0.05)。

2.1.2 有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)土壤不同活性碳組分的影響 由表2可知,有機(jī)無(wú)機(jī)配施下土壤活性碳各組分含量均增加。土壤可溶性有機(jī)碳(DOC)只占土壤有機(jī)碳很少的一部分,但它與土壤有機(jī)碳其他組分之間可以在一定條件下相互轉(zhuǎn)化,始終處于動(dòng)態(tài)平衡之中。土壤DOC一方面容易被土壤微生物分解,為土壤提供養(yǎng)分,另一方面,它在水中可溶,對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)中元素的生物地球化學(xué)循環(huán)及元素的遷移有重要影響[23]。有機(jī)無(wú)機(jī)配施下,各處理土壤DOC含量表現(xiàn)為CMO>CHB>CBO>CF,且各處理與CF相比均差異顯著(P<0.05),CMO與CBO相比差異顯著(P<0.05)。CMO處理下土壤DOC含量最高,分別比CHB、CBO增加12.84%和28.54%。

表2 有機(jī)無(wú)機(jī)配施土壤有機(jī)碳不同活性碳組分含量Table 2 Different active carbon components of organic and inorganic soil

圖中不同小寫(xiě)字母表示不同處理間存在顯著差異(P<0.05),下同。Different small letters in the figure indicate significant differences(P<0.05),the same as below.圖1 有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)土壤總有機(jī)碳的影響Fig.1 Effect of organic allocation on total organic carbon

土壤微生物生物量碳(MBC)是微生物生物量的重要組成部分,與土壤中的C、N、P、S等養(yǎng)分循環(huán)密切相關(guān)。它既可以反映土壤有機(jī)碳微小的變化,又直接參與土壤生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程,因此,在土壤肥力和植物營(yíng)養(yǎng)中具有重要的作用。與土壤總有機(jī)碳相比,MBC對(duì)土壤管理措施如施用有機(jī)肥、秸稈還田的變化響應(yīng)快,可以作為土壤總有機(jī)質(zhì)變化的早期指標(biāo)和活性有機(jī)質(zhì)變化的指標(biāo)[24]。配施有機(jī)肥后,土壤MBC含量表現(xiàn)為CBO>CMO>CHB>CF,且CBO、CMO與CF相比差異顯著(P<0.05),CBO與CHB相比差異顯著(P<0.05)。與CF相比,CMO、CHB、CBO土壤MBC含量分別增加22.04%、17.64%和42.32%。其中CBO處理下土壤MBC含量最高,分別比CMO、CHB增加16.62%和20.98%。

能被333 mmol/L的KMnO4氧化的有機(jī)碳為易氧化有機(jī)碳(EOC),土壤EOC能夠估算不同管理措施下土壤有機(jī)碳變化,可以作為衡量農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)[25]。有機(jī)肥配施無(wú)機(jī)肥下,土壤EOC含量表現(xiàn)為CHB>CBO>CMO>CF,CHB、CBO與CF相比差異均顯著(P<0.05)。與CF相比,CHB、CBO土壤EOC含量分別增加11.43%和7.05%。其中CHB處理下土壤EOC含量最高,分別比CMO、CBO增加10.63%和4.09%。

有機(jī)無(wú)機(jī)配施下,與CF相比,土壤活性碳庫(kù)各組分占總有機(jī)碳(TOC)比例均增加(表3)。土壤DOC的碳素有效率表現(xiàn)為CMO>CHB>CBO>CF,其中CMO、CHB與CF相比差異顯著(P<0.05)。與CF相比,CMO、CHB、CBO土壤DOC碳素有效率分別提高65.71%、48.57%和22.86%。CMO處理土壤DOC碳素有效率最大,是CHB處理的1.12倍,是CBO處理的1.35倍。土壤MBC的碳素有效率表現(xiàn)為CBO>CMO>CHB>CF,其中CBO處理與CF相比差異顯著(P<0.05)。CBO土壤MBC碳素有效率分別是CF、CMO、CHB的1.34、1.13、1.15倍。與CF相比,CMO、CHB、CBO土壤MBC碳素有效率分別提高19.02%、16.85%和34.24%。土壤EOC的碳素有效率表現(xiàn)為CHB>CBO>CMO>CF,各處理之間差異不顯著。其中CHB土壤EOC碳素有效率最大,分別是CF、CMO、CBO的1.10、1.12、1.08倍。

表3 有機(jī)無(wú)機(jī)配施土壤活性碳庫(kù)各組分碳素有效率Table 3 Effective of organic and inorganic application of soil active carbon reservoir for each component of carbon (%)

2.2 有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的影響

有機(jī)無(wú)機(jī)配施下,土壤碳庫(kù)管理指數(shù)見(jiàn)表4,與CF相比,CMO、CBO碳庫(kù)指數(shù)有增加趨勢(shì),但差異不顯著。CHB處理的土壤碳庫(kù)活度、碳庫(kù)活度指數(shù)較CF均有增加趨勢(shì),且碳庫(kù)活度顯著大于其他處理(P<0.05),與CF相比,碳庫(kù)活度提高13.64%,碳庫(kù)活度指數(shù)提高11.90%。CHB、CBO處理碳庫(kù)管理指數(shù)顯著大于CF和CMO(P<0.05),CHB處理分別比CF、CMO提高11.54%、8.33%,CBO處理分別比CF、CMO提高15.03%、11.72%。

表4 有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)碳庫(kù)管理指數(shù)的影響Table 4 Effect of organic and inorganic allocation on carbon bank management index

2.3 有機(jī)無(wú)機(jī)配施土壤有機(jī)碳官能團(tuán)紅外光譜特征

由傅里葉紅外光譜分析結(jié)果(圖2)可以看出,各處理土壤有機(jī)碳紅外光譜特征相似,出現(xiàn)峰值的波數(shù)位置基本一致,說(shuō)明各處理有機(jī)碳官能團(tuán)種類相近。主要吸收峰出現(xiàn)在3695 cm-1、3625 cm-1(礦物吸收峰中的O-H伸縮振動(dòng))[36]、3429 cm-1(-OH或-NH伸縮振動(dòng))[27]、1634 cm-1(C=C伸縮振動(dòng),芳烴類)[28]、1032 cm-1、1084 cm-1(Si-O伸縮振動(dòng),硅酸鹽礦物或C-O伸縮振動(dòng),多糖)[27]、694 cm-1、779 cm-1(C-H面外彎曲,烯烴)[28]、468 cm-1(C=O伸縮振動(dòng),仲酰胺類)[28]。官能團(tuán)主要包括酚醇類、芳烴、烯烴、仲酰胺類。

圖2 不同處理下土壤有機(jī)碳的傅里葉變換紅外光譜Fig.2 Fourier-transform infrared spectra of soil organic carbon under different treatments

根據(jù)以上分類,僅關(guān)注與土壤有機(jī)碳相關(guān)的吸收峰即1634、694、779、468 cm-1處吸收峰,并計(jì)算出這幾處峰面積占總峰面積的百分比即相對(duì)峰面積。在測(cè)定條件一致的情況下,紅外光譜的相對(duì)峰面積可以在一定程度上表明有機(jī)碳官能團(tuán)含量的變化。由表5可知,與CF處理相比各處理的有機(jī)碳官能團(tuán)相對(duì)峰面積無(wú)顯著差異,說(shuō)明在配施有機(jī)肥之后短期內(nèi)土壤有機(jī)碳官能團(tuán)變化不明顯。

表5 不同處理下土壤有機(jī)碳紅外吸收峰相對(duì)面積Table 5 Relative area of organic carbon infrared absorption peak in soil under different treatments (%)

對(duì)土壤有機(jī)碳紅外吸收峰相對(duì)面積與土壤有機(jī)碳及其活性碳組分進(jìn)行相關(guān)性分析(表6)可知,在1634 cm-1處的相對(duì)峰面積與土壤MBC含量呈顯著正相關(guān),在468 cm-1處的相對(duì)峰面積與土壤TOC含量呈顯著負(fù)相關(guān)。

表6 土壤有機(jī)碳紅外吸收峰相對(duì)面積與土壤有機(jī)碳及其活性碳組分相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis of the relative area of soil organic carbon FTIR absorption peak and soil organic carbon and its active carbon components

2.4 有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)烤后煙經(jīng)濟(jì)學(xué)性狀的影響

由圖3可知,CMO、CHB、CBO處理產(chǎn)量產(chǎn)值均顯著高于CF處理。各處理產(chǎn)量范圍在1614.15～2133.45 kg/hm2,CMO、CHB和CBO處理較CF處理分別顯著提高23.67%、21.52%和32.17%;產(chǎn)值范圍在2.91×104～4.13×104元/hm2,較CF處理分別顯著提高33.68%、38.83%和41.92%。

圖3 有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)烤后煙經(jīng)濟(jì)學(xué)性狀的影響Fig.3 Effect of organic and inorganic dispensing on the economic traits of flue-cured tobacco leaf

3 討 論

土壤有機(jī)碳的變化主要取決于系統(tǒng)碳的輸入與輸出水平[29]。在本研究中,與施純化肥處理相比,無(wú)機(jī)肥配施不同有機(jī)肥,土壤TOC均有增加趨勢(shì)。施用有機(jī)肥不僅能夠直接向土壤中輸入有機(jī)碳,而且能夠促進(jìn)土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成,進(jìn)而提升土壤有機(jī)碳含量[30]。張秀芝等[31]研究表明,長(zhǎng)期有機(jī)培肥能顯著提高土壤有機(jī)碳含量,而單施化肥土壤有機(jī)碳含量下降。陸太偉等[32]研究表明,有機(jī)肥對(duì)總有機(jī)碳的提升幅度是化肥的4.3倍,而對(duì)各級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳的提升幅度是化肥的4.6～9.2倍(P<0.05)。

由于本研究為1年試驗(yàn),因此,與純化肥處理相比,本研究中的有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)土壤TOC含量增加不明顯,但對(duì)土壤有機(jī)碳中的活性碳組分有明顯的提高,土壤中各活性碳組分分配比例與各組分活性碳含量的變化基本一致。這是因?yàn)橛袡C(jī)肥的施入,相當(dāng)于增加了外源碳投入,為微生物提供充足的碳源,促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)、繁殖[33],而微生物分解的有機(jī)質(zhì)是土壤活性碳組分的主要來(lái)源。秦燚鶴等[11]通過(guò)盆栽試驗(yàn)表明,與不施肥和單施化肥相比,添加不同有機(jī)物料各有機(jī)碳組分含量和碳素有效率均有提高趨勢(shì),這與本研究結(jié)果一致。不同種類有機(jī)肥對(duì)土壤中活性碳組分提高的幅度不同,配施菇渣有機(jī)肥,土壤可溶性有機(jī)碳含量顯著高于配施生物有機(jī)肥處理;配施生物有機(jī)肥,土壤微生物生物量碳含量顯著高于菇渣有機(jī)肥和高碳基肥處理,這可能與不同有機(jī)肥所含成分不同有關(guān)。有機(jī)質(zhì)在礦化過(guò)程中能夠釋放大量可溶性有機(jī)碳[11],本研究中菇渣有機(jī)肥和高碳基肥2種肥料的有機(jī)質(zhì)含量均高于生物有機(jī)肥,這也解釋了配施生物有機(jī)肥的土壤DOC含量在3種有機(jī)肥中最低的原因。對(duì)土壤MBC而言,生物有機(jī)肥中含有大量活菌及各種生物活性物質(zhì)[34],為土壤提供大量有益微生物,而MBC作為微生物體的元素之一,土壤中微生物數(shù)量越多,MBC含量越高。

土壤碳庫(kù)管理指數(shù)結(jié)合了人為影響下土壤碳庫(kù)指標(biāo)和土壤中碳庫(kù)活度兩個(gè)方面的內(nèi)容,一方面反映了外界條件對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量的變化影響,另一方面反映了土壤活性有機(jī)質(zhì)數(shù)量的變化,在表征土壤養(yǎng)分及碳素動(dòng)態(tài)變化時(shí),具有較高的靈敏性,該值越大表示碳庫(kù)活度和質(zhì)量越高[6],本研究結(jié)果表明,與單施化肥相比,配施高碳基肥能顯著提高土壤碳庫(kù)管理指數(shù),這與配施高碳基肥提高土壤活性碳庫(kù)有關(guān)。

傅里葉紅外光譜技術(shù)已被廣泛用來(lái)表征不同農(nóng)田管理措施下SOC的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征和穩(wěn)定性特征[26]。通過(guò)對(duì)有機(jī)碳化學(xué)官能團(tuán)的測(cè)定,不同官能團(tuán)對(duì)紅外光的選擇性吸收,從而較快速的測(cè)定有機(jī)碳的成分,可有效反映土壤中含氧官能團(tuán)的性質(zhì)、反應(yīng)特性和結(jié)構(gòu)變化等多方面的信息[27]。盛名等[26]研究發(fā)現(xiàn),短期不同秸稈還田方式使土壤有機(jī)碳的脂肪族-CH紅外吸收峰相對(duì)面積增加,芳香族C=C紅外吸收峰相對(duì)面積減少,提高土壤有機(jī)碳中脂肪族碳的含量及團(tuán)聚體對(duì)碳的保護(hù)能力,更利于碳的固存。李彬彬等[35]通過(guò)連續(xù)4個(gè)小麥生長(zhǎng)季,對(duì)秸稈還田和不還田土壤DOC含量及其官能團(tuán)特征研究發(fā)現(xiàn),秸稈還田土壤DOC含量顯著高于無(wú)秸稈還田土壤,而且DOC組分中的胺類物質(zhì)(-CO-NH-)和芳香族化合物(-C=C-、苯環(huán))的含量比例也明顯增加。本研究通過(guò)對(duì)各處理的紅外圖譜對(duì)比發(fā)現(xiàn),各處理紅外圖譜走勢(shì)基本一致,土壤有機(jī)碳官能團(tuán)種類基本相同,官能團(tuán)主要包括酚醇類、芳烴、烯烴、仲酰胺類。通過(guò)相對(duì)峰面積對(duì)比發(fā)現(xiàn),各處理的有機(jī)碳官能團(tuán)含量變化不大,這可能是由于本研究的研究年限較短,而官能團(tuán)變化過(guò)程較為緩慢。有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)土壤有機(jī)碳官能團(tuán)的影響還需進(jìn)一步延長(zhǎng)研究年限。郝翔翔等[36]研究表明,在1630 cm-1處的吸收峰的相對(duì)峰面積與土壤穩(wěn)定性有機(jī)質(zhì)密切相關(guān)。本研究經(jīng)過(guò)土壤有機(jī)碳紅外吸收峰相對(duì)面積與土壤有機(jī)碳及其活性碳組分相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),土壤MBC含量與在1634 cm-1處的相對(duì)峰面積呈顯著正相關(guān),而土壤MBC含量作為土壤總有機(jī)質(zhì)變化的重要指標(biāo),與土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性具有密切聯(lián)系。土壤TOC含量與在468 cm-1處的相對(duì)峰面積呈顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明,1634 cm-1處的相對(duì)峰面積可以表征土壤MBC的變化,468 cm-1處的峰表征C=O的伸縮振動(dòng),而C=O鍵屬于不穩(wěn)定化學(xué)鍵,因此其含量的多少影響了土壤TOC含量。

4 結(jié) 論

(1)有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)土壤總有機(jī)碳含量有提升趨勢(shì),顯著提升了土壤有機(jī)碳中的DOC和EOC含量和碳素有效率。其中配施菇渣有機(jī)肥對(duì)土壤可溶性有機(jī)碳提升最多,配施生物有機(jī)肥對(duì)土壤微生物生物量碳提升最明顯,配施高碳基肥對(duì)土壤易氧化有機(jī)碳和土壤碳庫(kù)管理指數(shù)提高最顯著。

(2)各處理土壤有機(jī)碳官能團(tuán)主要包括酚醇類、芳烴、烯烴、仲酰胺類。但有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)土壤官能團(tuán)的變化影響不大,這可能是因?yàn)楸狙芯繒r(shí)長(zhǎng)較短,還需進(jìn)一步加長(zhǎng)研究年限。

(3)通過(guò)對(duì)紅外圖譜峰面積研究發(fā)現(xiàn),在1634 cm-1處的相對(duì)峰面積與土壤MBC含量呈顯著正相關(guān),在468 cm-1處的相對(duì)峰面積與土壤TOC含量呈顯著負(fù)相關(guān)。

(4)有機(jī)無(wú)機(jī)配施顯著增加烤后煙的產(chǎn)量產(chǎn)值,其中配施生物有機(jī)肥產(chǎn)量增加最多。