耕作施肥对土壤矿物固存有机质的影响

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铁氧化物和有机碳均为形成土壤结构体的重要胶结物质,二者以吸附、共沉淀和螯合的方式形成稳定结构,从而在一定程度上对有机碳起到保护作用。农田土壤受利用方式和施肥等人为活动干扰较大,土壤的性质、组成和有机碳的来源存在较大差异,一方面会影响土壤有机质组成,另一方面也会影响氧化铁的化学形态及其结合有机质的特征。因此,本研究以祁阳红壤、吉林黑土、海南砖红壤为研究对象,利用湿筛法分离出矿物结合态有机质和颗粒有机质,分析不同利用方式和管理措施下土壤有机质组成差异;分别采用连二亚硫酸钠-盐酸还原法(DH)、盐酸羟胺-盐酸法(HH)、焦磷酸钠法(PP)提取土壤中不同形态氧化铁结合有机碳(Fex-OC ),利用元素分析仪和高效液相-体积排阻色谱联用(HPSEC)分析土壤中铁结合态有机质的含量及其分子量分布特征,揭示各化学形态氧化铁与有机碳结合的主要方式,探讨不同利用方式及管理措施下区域土壤中铁氧化物固定有机碳的差异及其影响因素,其主要研究结果如下:
  1)供试土壤有机质含量以黑土最高,砖红壤次之,红壤最低。撂荒土壤的有机质含量普遍高于耕作土壤,表明耕作抑制了土壤有机质的积累。区域土壤中有机质的组成差异较大;但各利用方式和施肥措施下,不同类形土壤中矿物结合态有机质含量普遍高于颗粒有机质,说明土壤矿物对有机质积累的贡献更大。
  2)不同利用方式和施肥措施对区域土壤游离铁含量影响不同,但各利用方式和施肥措施下,施肥处理有利于提高非晶形铁和络合态铁含量。各土壤间游离铁含量差异较大,其大小顺序为:砖红壤(56.6g/kg,不包括水稻土壤)>红壤(40.4 g/kg)>黑土(10.1 g/kg);黑土非晶形铁含量最高为1.8g/kg,砖红壤次之为1.4g/kg,红壤最低为1.2g/kg;而区域土壤间络合态铁含量相近,在0.2~0.4g/kg之间变化。
  3)不同利用方式和施肥措施对区域土壤中铁结合有机质含量影响不同,但各利用方式和施肥措施下,施肥有利于红壤非晶形铁和络合态铁结合有机质。区域土壤中红壤和砖红壤游离铁结合有机质/Fed-OM含量相当,约为1.3~1.4g/kg,黑土Fed-OM含量最低为0.8g/kg;非晶形铁结合有机质/Feo-OM含量相当,约为1.6~1.8g/kg;而区域土壤中络合态铁结合有机质/Fep-OM含量差异较大,其大小顺序为:砖红壤(9.8g/kg)>黑土(8.0 g/kg)>红壤(5.9g/kg)。游离铁主要以吸附方式结合有机质,非晶形铁同时存在吸附和共沉淀两种方式,络合态铁主要以螯合作用结合有机质。
  4)土壤中络合态铁/Fep主要结合2.17~16.00kDa的腐殖质类有机物和部分大分子量有机物、0.81~1.60kDa的部分腐殖质和小分子有机物以及少量1.60~2.17kDa的腐殖质类有机物。此外,不同耕作和施肥处理(试验始于1990年,2013年采样)红壤、黑土和砖红壤中络合态铁还结合一定量的16.00~19.70kDa的大分子有机物。
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