不同玉米秸稈還田方式對土壤腐殖質結合形態影響

岳紅麗 吳景貴 王蒙

摘要通過微區試驗，研究玉米秸稈4種還田方式對土體聯合態腐殖質的含量及組成影響。采用熊毅—傅積平改進法對土壤進行不同結合態的腐殖質提取，再分別測定有機碳含量、胡敏酸含量及富里酸含量。結果表明，秸稈不同方式還田對土壤總有機碳、松結態和聯結態腐殖質影響顯著?？傆袡C碳、松結態、聯結態的碳含量和HA、FA的含量以秸稈混合覆蓋還田處理最高，玉米秸稈深還田處理總有機碳、FA的含量與松聯結合態的HA含量最低，差異顯著;穩結態、緊結態的腐殖質碳和HA含量為粉碎混合覆蓋處理最高，差異不顯著。不同玉米秸稈還田方式，各腐殖質形態含量各異。秸稈一年內還田以粉碎秸稈與土混合覆蓋還田方式整體表現最好。

關鍵詞秸稈還田;腐殖質;結合態腐殖質

中圖分類號S?153.6+22文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）18-0056-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.18.014

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Different Corn Straw Returning Methods on Combined?States of Soil Humus

YUE Hong-li1，WU Jing-gui1，WANG Meng2（1.College of Resources and Environment，Jilin Agricultural University，Changchun，Jilin 130118;2.Institute of resources and Environment，Jilin Academy of Agricultural Sciences，Changchun，Jilin 130033）

AbstractMicro-plot experiments were conducted to study the effects of four maize and wheat straw returning methods on the content and composition of soil combined humus.Soil humus was extracted adopted grouping method of different humus combined forms modified by XiongYi-Fu Jiping，then the organic carbon content，humic acid content（HA） and fulvic acid content（FA） of soil humus were determined respectively.The results showed that the different ways of returning straw to the soil had significant effects on soil total organic carbon，loose joints and joint humus.Among them，the content of total organic carbon and HA and FA ，loosely-combined humus and unitedly-combined humus HA and FA were the highest in straw mulching and returning treatment ;and the total organic carbon content ，FA content and HA content with loose state and bound state were the lowest in straw depth treatment，and the difference was significant. The content of carbon and HA in stable and compact humus was the highest in mixed mulching and returning treatment，but the difference was not significant.Different ways of corn and wheat straw returning to the field resulted in different humus forms and contents. When the straw is returned to the field within one year，the best way is to mix mulching of smashed straw and soil.

Key wordsStraw return;Humic substance;Combind forms of humus

土壤有機質決定了土壤生物地理群落生產力和平穩性，是肥力、地力的物質基礎[1-3]。有機質動態變化是土壤有機質的長期研究方向，也是土壤有機培肥機理和生化研究的重要內容[4]，而腐殖質是有機質的主體，對土壤地力、構造和性質、土壤養分的輪回和農業生態系統的穩定性具有重要作用[5]。土壤有機質隨土壤類型、施肥和耕耘方法等變化[6-8]。土壤中腐殖質僅有小部分以游離態存在，絕大部分通過與土壤顆粒聯合成復合體存在。由于土壤不同的有機碳組分，土壤腐殖質聯合方法和松緊水平也有差異，所以把腐殖質分成4種結合形態，分別是松結態、聯結態、穩結態、緊結態，土壤總的腐殖質中各結合態腐殖質含量所占比例在腐殖質的形成和肥力特征方面有重要作用[9-10]。4種不同結合形態腐殖質的碳含量不同，胡敏酸、富里酸的構成差異能夠反映出土壤的肥力特征[6]。

有研究證明，土壤營養主要來源于作物后溶酶，且對土壤理化性質也有影響[11-12]。作物后溶酶體施入后增添了土壤氮素及有機碳的含量[13-14]。當玉米秸稈施入土體后，增加了土壤有機質的含量，削減了土壤侵蝕局面的產生[15]。關于玉米秸稈還田對有機質特征的作用已經有很多學者作了

大量研究[16-19]。但是，如何實現秸稈資源利用最大化，從而實現循環經濟依然需要進一步研究。為此，筆者借助微區試驗進行了秸稈還田方式對土壤結合態腐殖質含量及組成影響的研究，以期為玉米秸稈還田研究奠定基礎。

1材料與方法

1.1試驗設計

在吉林農業大學開展微域試驗，試驗地位于東經125°24′9″，北緯43°48′44″。 對各小區進行預處理，即各小區土壤挖出30 cm深并充分混勻后再還回微區內以保證每個小區基本條件相同。試驗設4個處理：處理A，段狀秸稈覆蓋還田，為了防止秸稈被風吹散，玉米秸稈剪成10 cm的段狀并用鐵絲網壓住;處理B，秸稈粉碎后與土混合覆蓋還田，將粉碎秸稈和1～2 cm土混合浸濕后平鋪覆蓋在小區表面，用鐵絲網壓住;處理C，粉碎秸稈耕層混合還田，粉碎后的玉米秸稈均勻施入0～20 cm耕層土壤;處理D，玉米秸稈粉碎深還，還于20 cm土層以下。每個處理平行3次。小區面積為2 m×1 m=2 m2，所需物料按10 000 kg/hm2計算出每個微區施入2 kg的秸稈，秸稈粉碎為2 cm大小，不施入任何肥料，也未種植作物。

1.2樣品的采集試驗2017年5月份開始，采樣時間為10月。每個小區采3點0～20 cm的土樣，混和均勻后用自封袋密封，拿回實驗室并自然風干，過60目篩保留備用。

1.3樣品的測定

1.3.1結合態腐殖質的提取。腐殖質的分組采用熊毅[20]法，具體步驟如下：分別稱5.00 g各土壤樣本放入100 mL離心管中，然后加0.1 mol/L的 NaOH試劑50 mL，攪拌均勻，蓋好蓋子，放入30 ℃的恒溫箱內過夜培養，第2天取出離心?15 min，離心速度為3 000 r/min，如果上清液出現渾濁現象，要加入微量的 Na2SO4攪拌均勻后碼放10 min再次進行離心，離心好的上清液倒入?250 mL容量瓶中，再次加0.1 mol/L的 NaOH試劑50 mL繼續離心，直至上清液無色為止， 這個過程一般需要重復3～5次，將離心的混合上清液定容到?250 mL待用，該過程提取出來的物質為松結態腐殖質; 繼續向離心管中加入0.1 mol/L NaOH與0.1 mol/L Na4P2O7的混合溶液（pH約為13）50 mL，30 ℃的恒溫箱過夜，第2天離心，如果上清液出現渾濁現象，要加入少量的 Na2SO4攪勻后放置10 min再次離心，上清液倒入250 mL容量瓶內，多次操作，直至上清液無色，一般需要3～5次，定容待用，此過程的提取液為聯結態腐殖質;離心管再次加入0.1 mol/L NaOH與0.1 mol/L Na4P2O7的混合溶液（ pH約為13）50 mL，經超聲波處置所得液體即為穩結態腐殖質;緊結態腐殖質通過計算獲得。重鉻酸鉀外加熱法測定各結合態腐殖質有機碳含量。

1.3.2不同聯合態腐殖質有機碳的測定。各組分有機碳含量的檢測采用重鉻酸鉀氧化法，分別吸取各提取液10 mL于三角瓶中， 把裝有提取液的三角瓶放入恒溫水浴鍋內60 ℃蒸干，蒸干后的三角瓶再分別加入10 mL的重鉻酸鉀溶液，蓋上曲徑漏斗，在加熱板220 ℃加熱，從曲徑漏斗滴下第一滴液體開始計時5 min，待冷卻后用硫酸亞鐵試劑滴定并?計算。

1.3.3不同結合態腐殖質胡敏酸（HA）的測定。各提取液移取50 mL到三角瓶，加0.5 mol/L H2SO4試劑調節 pH至1.0～1.5，將三角瓶置于60 ℃恒溫水浴鍋內干燥1 h，室溫下靜置2夜，細濾紙過濾，將沉淀物全部移入漏斗，用0.025 mol/L的 H2SO4試劑洗滌漏斗，直至溶液無色，棄去液體，全部沉淀用0.05 mol/L NaOH試劑洗入50 mL容量瓶中，0.5 mol/L H2SO4溶液中和 pH=7，蒸餾水定容。其他步驟同1.3.2。

1.3.4不同結合態腐殖質富里酸（FA）的測定。富里酸的含量采取公式計算的出：

富里酸（FA）=有機碳-胡敏酸（HA）

1.4數據統計及分析數據經Excel處理后，采用SPSS 22.0統計軟件進行試驗數據的方差及相關分析，所有指標均采用Duncans方法分析，P<0.05代表有顯著差異，結果表達為平均值±標準差。

2結果與分析

2.1總有機碳含量及其組分表1表明，B處理總碳量最高（40.44 g/kg），D處理總碳量最低（35.32 g/kg），比處理B低12.67%。處理A、B的總碳量與處理C、D總碳量之間差異顯著?？偺剂坑筛叩降鸵来螢锽>A>C>D。胡敏酸（HA）、富里酸（FA）含量B處理最優（分別為18.41、22.03 g/kg），處理C的HA含量最低（15.62 g/kg），比處理B低15.15%，處理A、D之差異不顯著，其他處理間差異顯著;處理D的FA含量顯著低于另外3個處理，比B處理低16.11%，無明顯規律。土壤的胡敏酸和富里酸之比對于進一步說明土壤肥力，有重要意義，胡富比值最高的是D處理，各處理間存在差異，但沒有規律。H/F從高到低依次為D>B>A>C。

2.2松結態腐殖質組成特征由表2可知，不同方式玉米秸稈還田對土體松結態碳含量有顯著影響。秸稈粉碎混合覆蓋還田處理方式（B處理）的松結態腐殖質含量明顯高于其他還田方式處理，粉碎秸稈耕層混合還田方式（處理C）土體松結態的腐殖質含量最低。由此證明，不同方式玉米秸稈還田對土體松結態碳含量有顯著影響。處理B松結態碳含量最高（14.33 g/kg），其次是處理A（13.15 g/kg），各處理碳含量高低順序為B>A>D>C。不同處理HA含量無顯著差異。處理B的FA含量最高（10.33 g/kg），處理C最低?（8.03 g/kg）。FA含量高低順序為B>A>D>C，不同處理間差異顯著。不同秸稈還田方式對松結態H/F的比值作用不?顯著。

2.3聯結態腐殖質組成特征由表3可見，玉米秸稈還田方式對土體聯結態腐殖質的含量也有影響。其中處理B碳含量最高（3.16 g/kg），處理C最低（2.30 g/kg），處理C比處理B降低27.22%，差異顯著。這表明玉米秸稈的覆蓋還田增多了土壤聯結態腐殖碳的含量，秸稈混合還田腐殖質含量增多不明顯，這可能與混合施入秸稈改變了土壤孔隙有關。不同玉米秸稈還田方式下的聯結態腐殖質HA胡敏酸含量有顯著差異，其中HA以處理B表現最優（0.71 g/kg），處理D最低（0.31 g/kg），比 B處理低56.34%。聯結態FA含量和H/F值差異不顯著。

2.4穩結態腐殖質組成特征由表4可知，不同處理對土體穩結態碳含量影響不顯著，且玉米秸稈覆蓋或混合還田之間無明顯規律。該研究結果中，穩結態碳含量以處理D深還處理最高（8.52 g/kg），處理B粉碎混合覆蓋最低（8.12 g/kg），比處理D低4.70%，其他2個處理與B處理之間只有輕微差別，碳含量略低于處理D，沒有顯著性差異。各穩結態碳含量由高到低順序為D>C>A>B。穩結態的胡敏酸，富里酸以及 H/F均沒有顯著差異，其中胡敏酸HA最高的是B處理（含量為4.80 g/kg） ，最低的是C處理（ 含量為4.07 g/kg），比B處理低15.21%。處理A和B是覆蓋還田，含量相近且偏高，處理C和D含量偏低，這可能與玉米麥秸還田方式有關。處理C的FA含量最高（4.23 g/kg），處理D略低?（4.06 g/kg）。處理B的FA含量最低（3.31 g/kg），比處理C低?21.75%。 FA含量從大到小依次為C>D>A>B。處理B的H/F最高（1.58 g/kg），處理C最低（1.05 g/kg），比處理B?低33.54%。

2.5緊結態腐殖質組成特征緊結態腐殖質有很強的穩定性，其碳含量的多少顯著作用于保持土體構造，積累和貯存養分等方面。表5可見，處理D腐殖碳含量最低?（11.79 g/kg），與碳含量最高的處理B（14.84 g/kg）相比，含量低?20.55%。各處理腐殖碳含量從大到小為B>C>A>D，處理D與其他處理間差異顯著。處理B緊結態胡敏酸含量最高（8.90 g/kg），處理D最低（7.46 g/kg），二者相差16.18%，差異不顯著。處理C緊結態FA含量最高（6.95 g/kg），比含量最低的D處理（3.04 g/kg）高出56.26%，差異顯著。處理D的H/F比值最高（3.68 g/kg），顯著高于其他處理，H/F從大到小為D>B>A>C。

土體腐殖質的松/緊比率與活性呈正相關，可用于鑒別土體的肥力特征[20]。表5是各處理經過1年時間不同秸稈還田方式后土壤的腐殖質松/緊比值情況的變化，表現為D>B>A>C，處理C松/緊比值最低（0.82 g/kg），相比較于松/緊比值最高的D處理（1.09 g/kg）低24.77%，差異顯著。

3討論

腐殖質是土壤關鍵的構成物質，其含量直接影響土壤肥力。腐殖質的松、聯、穩、緊4種結合形態含量及其胡敏酸和富里酸含量變化都是直接影響土體肥力、結構狀況及土壤生物地理群落穩定性的要素[3]。 該文研究了玉米秸稈還田方式對土壤腐殖質結合形態的影響，該研究試驗結果表明， 松結態腐殖質含量處理B粉碎玉米秸稈混合覆蓋還田顯著高于其他還田方式，松結態腐殖質碳含量粉碎混合覆蓋（處理B）最高（14.33 g/kg），松結態腐殖質含量粉碎秸稈耕層混合還田（處理C）最低（11.64g/kg）。松結態腐殖質HA、FA含量以粉碎混合覆蓋（B處理）最高，其中HA含量比深還（D處理）高16.5%，FA含量比粉碎秸稈耕層混合還田（C處理）高22.27%。不同處理間FA含量差異顯著，HA含量差異不顯著。玉米秸稈不同方式還田對松結態腐殖質H/F的影響也不顯著。各處理中，松結態腐殖質HA含量、FA含量、腐殖碳含量都以B處理最高，這可能是因為短時間內粉碎混合覆蓋方式接觸地表腐殖質面積大，土壤表面O2和 CO2含量較高，好氧微生物數量大，并且土壤動物也多存在于土壤表層有利于玉米秸稈的分解。聯結態腐殖碳含量表現為覆蓋處理顯著高于耕層混合和深還處理，即處理A、B顯著高于處理C、D，總體而言各組分含量均以粉碎玉米秸稈混合覆蓋還田（處理B）最高，粉碎秸稈耕層混合還田（處理C）、秸稈深還（處理D）較低，但FA含量及H/F差異不顯著。結果表明，秸稈不同還田方式對松結態腐殖質和聯結態腐殖質影響顯著，這與任玲等[3]關于秸稈還田對結合態腐殖質的研究結果一致。土壤穩結態的腐殖質、HA含量、FA含量以及H/F均無顯著差異，并且秸稈覆蓋還田和混合還田之間也無明顯規律。穩結態腐殖質的HA含量和H/F值以處理B最高，粉碎秸稈耕層混合還田（處理C）的FA含量最高。緊結態腐殖碳含量深還（處理D）顯著低于其他3個處理，其他處理含量相近。這表明秸稈深還可能不適合短時間內養分補給和土體腐殖質的積累。結合態腐殖質的松緊表現為深還處理（D）顯著高于其他3個處理?？傮w而言，一年內秸稈淺施更能快速補給養分。

4結論

運用微域試驗研究了短期內單因素玉米秸稈還田對土壤結合態腐殖質的影響。研究結果表明，短期內不同方式玉米秸稈還田對土壤總有機碳、結合態腐殖質含量及其組分的影響表現為粉碎混合覆蓋（處理B）效果最佳，各組分含量最高，其次是秸稈粉碎混合還田（處理C），短時間內深還（處理D）效果最差。

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