不同氧气浓度对玉米秸秆分解期间腐殖物质形成的影响

吉林农业大学学报　2005,27(5):528～533

Journal o f Jilin Agricultural Univer sity

不同氧气浓度对玉米秸秆分解期间

腐殖物质形成的影响

Ξ

于水强,窦　森ΞΞ

,张晋京,平立凤,关　松,李　凯

(吉林农业大学资源与环境学院,长春130118)

摘　要:通过室内氧气培养试验,研究了玉米秸秆在分解期间(1～180d )“新形成”有机碳、胡敏酸(H A )、富里酸(FA )数量的动态变化规律及不同氧气浓度对其形成与转化的影响。结果表明:玉米秸秆分解期间,“新形成”净有机碳数量逐渐降低,而碱提取腐殖物质(HE )、H A 和FA 的绝对数量和相对数量都表现为先增加而后下降的趋势,HE 中H A 的比例即PQ 先增加后下降,最终趋于平稳,说明最初FA 的形成速度大于H A ,随培养时间的推移,FA 和H A 经历了一段相互转化的过程(1～60d ),最终达到动态平衡。高氧气处理促进了好气性微生物的活性,有利于有机碳的分解,并且有利于FA 向H A 转化。关键词:氧气浓度;玉米秸秆;有机碳;胡敏酸;富里酸

中图分类号:S15412 文献标识码:A 文章编号:100025684(2005)0520528206

E ffects of Different Oxygen Concentrations on Formation of Humic Substance s

During Corn Stalk Decompo sition

Y U Shui 2qiang ,DOU Sen ,ZH ANGJin 2jing ,PI NGLi 2feng ,G UAN S ong ,LI K ai

(College o f Resource and Environmental Science ,Jilin Agricultural Univer sity ,Changchun 130118,China )

Abstract :By means of an indoor oxygen incubating experiment ,we determined the dynamic changes in

the am ounts of net organic carbon ,humic acid (H A )and fulvic acid (FA ),and als o estimated the effects of different oxygen concentrations on formation and trans formation of humic substances 1The results indi 2cated that net am ounts of “newly formed ”organic carbon decreased gradually during corn stalk decom po 2sition ,however ,the abs olute and relative am ounts of extractable humus (HE ),H A and FA increased at first ,and then decreased 1The proportion of H A in HE (PQ )exhibited the same trend as H A and FA at first ,finally became equilibrium ,indicating that FA took up formation faster than H A in the initial stage of incubation 1With prolonged incubation ,H A and FA trans formed each other for a period of time (1～60day ),and then reached a homeostasis 1High oxygen concentration advanced the activity of aerobiotic microorganism in s oil ,therefore ,als o advanced organic carbon decom position 1FA was much easier to translate into H A in high oxygen concentration 1

K ey words :oxygen concentration ;corn stalk ;organic carbon ;humic acid ;fulvic acid

有机物料在微生物、酶的作用下形成特殊类型高分子有机化合物———土壤腐殖物质[1],其形成与转化是土壤质量演变和调控的主要环节[223],

而土壤有机培肥(Im proving s oil fertility by organic

ΞΞΞ通讯作者

基金项目:国家自然科学基金资助项目(40271069,40471076)、高校博士点基金资助项目(20040193002)

作者简介:于水强(19772),男,在读博士,研究方向:土壤生物化学。收稿日期:2004211202

materials,ISFOM)是培肥土壤和提高土壤质量最有意义的途径[425]。要达到培肥土壤的目的,首先必须探索有机物料在土壤中分解、转化以及参与土壤腐殖物质形成的规律。目前对于腐殖物质质量、动态变化的研究相对较少。

土壤的环境条件决定着腐殖物质的形成是以胡敏酸(H A)为主,还是以富里酸(FA)为主[1]。由于任何有机物质都可以由H2O、O2、C O2这3种物质组成,而且最终都可以分解成这3种物质[6]。因此,空气中O2浓度的高低势必会影响土壤有机质的形成与转化,也会影响到土壤有机质形成与转化的重要调控者———土壤微生物的活性。而目前对于腐殖质形成与转化的驱动因素之一———O2的研究较少。所以有必要对此进行进一步的研究,这将有利于了解腐殖物质形成的规律性,以及腐殖化过程中各组分的动态变化规律。本试验研究了在特定的O2培养条件下,玉米秸秆腐解期间腐殖物质的数量及组成的动态变化规律。

1　材料与方法

111　材料

为尽量减少土壤中原有有机质对试验结果的影响,采用有机质含量较低的吉林省西部风沙土为供试土壤。土壤基本性状为pH值(H2O)814,田间持水量285g/kg,有机碳11129g/kg,全氮0196g/kg,C/N1117。供试植物物料为玉米秸秆,采自吉林农业大学试验田,含有机碳43213g/kg,全氮418g/kg,C/N9011。

112　方法

11211　试验处理　称取过2mm筛风沙土150g,按质量分数为4%的比例加入玉米秸秆。设4个处理:(1)ck(未加秸秆);(2)正常大气状态下培养(加秸秆,N OR);(3)5%氧气(O L);(4)50%氧气(O H),3次重复。进行预培养(不加有机物料,调至田间持水量的65%)7d后,将玉米秸秆和土壤混匀,并加(NH4)2S O4调节土壤的C/N约为20,加蒸馏水至田间持水量的65%,装入烧杯中,用可透气的塑料薄膜封口。在25℃条件下进行培养。动态取样时间分别为1,3,7,15,30,60,90,120, 180d。

11212　培养条件控制　正常大气状态下培养的土样放于试验台上,每2d补充1次水分。加O2培养的处理,实验器具为密封的塑料桶,桶的两侧上下各扎1个孔,放入玻璃管及胶管,并用真空酯密封好,以防漏气。底孔用以进气,上孔用来排气。用O2气体测定仪(CYES-II型上海市嘉定学联仪表厂)监测桶内O2的浓度。每次取样后分别通入O2,调节到与以前相同状态,前期培养12h 充气1次,随培养时间延长,充气间距逐渐放宽(如1,3,5,7d)。培养过程中桶内氧气浓度的变化见图1

。

图1　氧气培养充气前后氧气浓度的变化Fig11.Means of mea sure s before and after O2input 11213　H A、FA的提取和分离　参照K umada方法[7],但修改了提取温度,在(70±2)℃振荡条件下,用NaOH+Na4P2O7(011m ol/L)提1h,用酸(015m ol/L H2S O4)沉淀法分离碱提取液中的H A 和FA。

11214　测定方法　有机碳采用丘林法测定。

2　结果与分析

211　玉米秸秆分解过程中有机碳的数量变化玉米秸秆分解过程中有机碳的动态变化见表1。可以看出,加秸秆的各处理与对照相比,土壤有机碳数量均显著增加。随培养时间的延长,各处理土壤有机碳含量都逐渐下降,但ck处理变化不大。这与前人研究结果相同[829]。由于原有土壤有机碳的存在,可能掩盖了玉米秸秆分解过程中新形成有机碳的部分变化规律[10],因此,我们扣除土壤中原有有机碳的数量,分析玉米秸秆分解过程中“新形成”的有机碳的变化(图2)。随培养时间延长,“新形成”的有机碳数量逐渐降低; 1～30d,各处理有机碳含量顺序为OH

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第27卷　第5期 于水强等:不同氧气浓度对玉米秸秆分解期间腐殖物质形成的影响