糞/菌秸稈條帶混施對黑土有機無機復合體組成及有機碳分布特征的影響*

何 麗,吳景貴,李建明,鄭 爽

(吉林農業大學資源與環境學院 長春 130118)

玉米(Zea mays)秸稈作為常見的農業副產物,含有大量的有機質、氮、磷以及植物生長所需的元素[1]。但是農村地區堆放或焚燒秸稈的現象隨處可見,造成了嚴重的環境污染?？茖W合理地利用秸稈(如秸稈還田)對提升土壤肥力、增強土壤固碳及農業可持續發展具有重要意義[2]。研究發現,秸稈還田策略可以有效提高土壤有機質[3]、改善土壤結構[4]、促進微生物多樣性和活性[5]。張旭等[6]綜述了秸稈還田的主要方法以及應用效果,且發現秸稈還田能夠有效改善土壤理化性質、實現作物增產。然而,北方地區受低溫影響,傳統方式下秸稈還田后,秸稈腐解效率低,給農業生產帶來許多問題,添加畜禽糞便可以縮短秸稈腐解時間進而提高腐解率[7]。楊茜雯等[8]研究發現,添加不同畜禽糞對玉米秸稈還田后腐解效率的影響存在一定差異,畜禽糞能夠顯著增加玉米秸稈還田碳、氮、磷的釋放。畜禽糞的施入,穩步提升了土壤中有機質的周轉進程,這一進程是由土壤結構整體調控下的生物過程引起的,糞便中的微生物能否獲得基質不僅取決于其內在的化學性質,更取決于基質與土壤礦物組分的關聯性質[9]。秸稈和糞肥的施入可以向土壤輸入新的有機質,土壤有機質與土壤礦物是土壤最重要的組成部分,二者通過有機—礦物結合的方式形成一種穩定存在于土壤中的有機無機復合體。

畜禽糞是養分豐富的天然復合肥[10-11],施入到土壤中不僅可以提供養分、激發土壤潛能,并且含有的多種有益微生物,對培肥土壤、增強土壤微生物活性[12]、促進土壤中的物質轉化[13]起到至關重要的作用。為了減少秸稈資源化利用的成本,實現玉米資源的輕簡化利用,采用秸稈原位還田的方式(即秸稈原位粉碎后原地覆蓋),將下茬作物待播種行上的秸稈向兩側休閑帶進行扒分,形成秸稈覆蓋條帶。畜禽糞/生物菌劑施入條帶后一方面不同程度加快了與微生物有關的秸稈腐解過程,作為促腐劑提高了秸稈降解速率,改善了土壤微生物多樣性,提升了土壤質量及腐殖化進程[14-15]。另一方面實現了作物秸稈與畜禽糞的資源化利用,推進了農業綠色的可持續發展。土壤微生物活動會在一定程度上影響物質循環和生態平衡,并促進土壤肥力和植物養分的轉化[16-17]。秸稈腐解主要經過3 個階段: 易礦化碳組分分解、纖維素和半纖維素分解以及木質素分解[18]。木質素復雜的芳香結構不易被土壤微生物分解[19],但畜禽糞中含有大量有利于木質素降解的物質,可為微生物的生長繁殖提供良好的碳源[20]。關華建等[21]的研究表明,牛糞和玉米秸稈還田更易于土壤有機碳的積累。Zhao 等[22]發現,秸稈還田后秸稈分解速率隨著有機肥的施入而加快,這主要是由于施用有機肥可以提高微生物的生物量和多樣性。有機無機復合體是土壤重要組成部分,也是土壤有機質(SOM)能否長期穩定的重要影響因素之一[23],對改善土壤的形態結構、水熱狀況及提高土壤有機碳含量具有重要影響,其中鈉質分散組(G1)對形成良好的土壤結構起重要作用,超聲分散組(G2)對土壤物質積累起著非常重要的作用,對東北地區玉米帶土壤而言,有機無機復合體組成及有機碳含量是導致黑土保水保肥性能存在較大差異的主要原因之一。由于秸稈混施的畜禽糞/生物菌劑不同,對秸稈腐解速率及土壤肥力的影響也存在差異。目前關于條帶還田模式下玉米秸稈混施畜禽糞/生物菌劑對黑土有機無機復合體結構組成以及對土壤有機質的影響方面研究較少。

本文通過兩年田間試驗,對不同畜禽糞/生物菌劑與秸稈(糞/菌秸稈)混施條帶還田后,黑土有機無機復合體組成及有機碳分布進行研究,分析糞/菌秸稈混施對有機無機復合體微觀形態的影響,明確糞/菌秸稈混施對黑土有機無機復合體固碳規律及腐殖化進程的影響,以期為培肥土壤和選擇最佳還田模式提供理論支撐,為農業廢棄物資源化利用、綠色農業可持續發展提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

秸稈原位還田試驗在吉林省榆樹市增益農業機械種植專業合作社(44°26′59.8?N,125°21′37.1?E)進行。試驗區地勢平坦,屬于溫帶大陸性季風氣候,干濕季節更替明顯。兩年平均氣溫為9.8 ℃;無霜期平均為145 天,≥10 ℃積溫達2800 ℃。降水年際和年內分布極不均勻,年平均降水量為331.9 mm,主要集中在6—9 月。土壤類型為典型黑土,耕層土壤(0～20 cm)有機碳含量為19.87 g?kg?1,堿解氮含量為109.71 mg?kg?1,速效磷含量為20.36 mg?kg?1,速效鉀含量為153.28 mg?kg?1,平均pH 約為6.81。

1.2 試驗設計

本試驗于2021 年4 月開始布設,采用隨機區組設計,共4 個處理: 條帶秸稈覆蓋(SCK)、條帶秸稈覆蓋+雞糞(SO)、條帶秸稈覆蓋+牛糞(SN)、條帶秸稈覆蓋+生物菌劑(SJ)。每個處理3 次重復。每個小區面積為100 m2,8 壟種植帶,壟寬0.65 m,壟長10 m。供試雞糞和牛糞均來自當地養殖場,畜禽糞便經無害化處理還田,均符合GB/T 36195—2018 要求。生物菌劑為濃縮堆肥沼液與吉林省嘉博生物科技有限公司研發的農作物秸稈腐熟劑的混合劑,有效菌種為枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)、哈茨木霉(Trichoderma harzianum),有效活菌數≥0.50×108?g?1。供試有機物料的基本性質見表1。

表1 試驗用有機物料的養分和有機碳含量Table 1 Nutrient and organic carbon contents of the tested organic materials g?kg?1

在本試驗中(2021—2022 年),糞秸混施還田次數為1 次(時間為2021 年4 月),秸稈全量還田(10 000 kg?hm?2),2022 年4 月秸稈覆蓋條帶變種植苗帶,在糞/菌秸稈混施條帶進行播種。根據等碳原則,添加的畜禽糞總碳量為483 kg?hm?2,雞糞施用量為1980 kg?hm?2,牛糞施用量為1568 kg?hm?2,生物菌劑施用量為1010 kg?hm?2;供試化肥為復合肥,N–P2O5–K2O為26–10–12,化肥用量均為810 kg?hm?2。采用玉米秸稈田間條帶還田,秸稈原位粉碎覆蓋原地,將下茬作物待播種行上粉碎的秸稈向兩側休閑帶進行扒分,秸稈每隔2 壟歸攏成1 個條帶(帶寬60～80 cm),每個小區內有4 個條帶,玉米秸稈粉碎至10 cm 以下,將稱好的牛糞、雞糞與粉碎的玉米秸稈混施土壤表面,生物菌劑噴灑在秸稈上,然后全部覆壓填土,土層厚度小于2 cm。

1.3 樣品采集與測定

試驗于2021 年4 月開始布設,短期取樣復合體變化較小,因此選擇2021 年、2022 年10 月份在各小區內采用五點取樣法對各試驗小區條帶下方0～20 cm 土層取樣,充分混合后將取好的土壤樣品密封保存,帶回實驗室進行自然風干。

1) 土壤有機質: 采用重鉻酸鉀-外加熱法測定[24]。準確稱取0.2 g 過0.25 mm 篩的風干土,把土樣移入150 mL 三角瓶中,緩慢地加入10 mL K2Cr2O7-H2SO4溶液,把三角瓶放在已預熱好的電熱板上加熱,真正沸騰時開始計時,保持平緩地沸騰(5±0.5) min。消煮完畢后將三角瓶取下,冷卻片刻加2～3 滴鄰菲羅啉指示劑,用0.1 mol?L?1Fe2SO4標準溶液進行滴定,滴定終點為棕紅色。

2) 有機無機復合體: 水質分散組(G0)按陳家坊等[25]方法分離;鈉質分散組(G1)復合體在提取G0 后,加入1 mol?L?1NaCl 溶液浸提,直至上清液中無鈣離子反應,然后加水按提取G0 組步驟提取G1組復合體。超聲分散組(G2)經超聲處理機分散后,再按G0 組提取法分離G2 組復合體。經分離所得的G0、G2 組懸濁液靜止放置,G1 組懸濁液用稀H2SO4聚沉,再用酒精洗滌離心。濕樣經40 ℃恒溫干燥后稱重并計算含量。各組分有機無機復合體有機碳含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測定。

3) 掃描電鏡: 將有機無機復合體土樣磨成粉末真空干燥,用美國FEI 公司的XL30 型場發射掃描電鏡,噴金處理形成厚10 nm 的鍍膜,在10 kV 加速電壓下成像,拍攝復合體的微觀結構。

4) X 射線衍射分析: 將烘干后各組分有機無機復合體土樣磨成粉末用X 射線衍射儀(島津7000 型)在CuKα 輻射、Ni 濾波器、40.0 kV、管流30.0 mA、步長為0.06°、角度20°～40°條件下測定。

1.4 數據處理

數據經Microsoft Office Excel 2016 整理和分析,采用Duncan 法在5%水平進行顯著性分析,使用Origin 2021、Jade 6.5 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 糞/菌秸稈混施黑土有機質含量的變化

如圖1 所示,各處理土壤有機質含量在第2 年出現下降,但糞/菌秸稈混施各處理(SO、SN 和SJ)與單施秸稈(SCK)相比,有機質含量顯著提高(P＜0.05)。其中,混施處理在2021 年和2022 年有機質含量分別增加了6.16%～33.82% (P＜0.05)和5.74%～23.36% (P＜0.05);各混施處理有機質含量在兩個研究年份均差異顯著(P＜0.05),從大到小依次為SJ＞SO＞SN＞SCK。

圖1 2021 年和2022 年不同處理對土壤有機質含量的影響Fig.1 Effect of different treatments on soil organic matter contents in 2021 and 2022

2.2 糞/菌秸稈混施黑土有機無機復合體組成變化

從表2 可以看出,各處理土壤有機無機復合體各組分含量均表現為水質分散組(G0)＞鈉質分散組(G1)＞超聲分散組(G2)。從時間來看,與2021 年相比,2022 年所有處理的G0 復合體含量呈上升趨勢,G1、G2 復合體含量呈下降趨勢,水穩性復合體(G1+G2)含量與G1 復合體含量變化相似。與單施秸稈(SCK)相比,2021 年和2022 年混施(SO、SN和SJ)處理復合體總含量分別增加14.23%～23.94%和9.36%～25.25%;各混施處理之間,SJ 相比SN 處理兩年復合體總含量分別增加8.51%和12.49%(P＜0.05)。

表2 2021 年和2022 年不同處理對土壤有機無機復合體組成的影響Table 2 Effects of different treatments on the composition of soil organo-inorganic complexes in 2021 and 2022

2021 年,與單施秸稈(SCK)相比,混施處理G0、G1 和G2 復合體含量分別增加1.43%～9.33%、30.41%～66.81%和7.11%～13.55%;就各混施處理之間差異來看,SJ 處理G0 復合體含量相比SO 處理顯著增加7.78% (P＜0.05),SJ 和SO 處理G1 復合體含量相比SN 處理分別增加27.91% (P＜0.05)和24.80%(P＜0.05),但G2 復合體含量在各混施處理間差異不顯著。2022 年,與單施秸稈(SCK)相比,混施處理G1 復合體含量顯著增加19.87%～83.87% (P＜0.05),G0和G2 復合體含量分別增加4.37%～11.65%和2.79%～16.56%;就各混施處理之間差異來看,SJ 處理G0 復合體含量相比SO 處理增加6.97% (P＜0.05),其G1 復合體含量相比SO 處理和SN 處理分別增加40.38%和53.39% (P＜0.05),SN 處理G2 復合體含量相比SO處理顯著增加13.40% (P＜0.05)。

復合體組成中: 2021 年,混施處理與單施秸稈(SCK)相比,G0 復合體組成顯著降低4.73%～13.43% (P＜0.05),G1 復合體組成顯著增加14.19%～38.87% (P＜0.05),而G2 復合體無顯著差異;就各混施處理之間差異來看,SN 處理G0 復合體組成相比SJ和SO 處理顯著增加8.03%～10.05% (P＜0.05),SJ 和SO 處理G1 復合體組成相比SN 處理顯著增加(P＜0.05),其中SO 處理增幅最大(21.62%),G2 復合體組成差異不顯著。2022 年,與單施秸稈(SCK)相比,混施處理G0 復合體組成降低1.96%～10.86%,G1 復合體增加7.66%～46.85%;就各混施處理之間差異來看,SN 處理G0、G2 復合體組成相比SJ 處理分別顯著增加9.99% (P＜0.05)和19.10% (P＜0.05),SJ 相比SN處理G1 復合體顯著增加了36.40% (P＜0.05)。

2.3 糞/菌秸稈混施黑土有機無機復合體中有機碳分布特征

本試驗結果表明,有機無機復合體的含量為41.02%～51.76%,但是有機無機復合體有機碳卻占土壤有機碳的48.53%～65.86% (見文后電子版附表鏈接)。從各組分復合體有機碳含量看,3 組復合體有機碳含量從大到小依次為G2＞G1＞G0,由于各組分復合體含量存在差異,3 組復合體有機碳碳分布從大到小依次為G0＞G1＞G2。

如圖2 所示,與2021 年相比,2022 年G0 復合體和有機無機復合體有機碳含量增加,G1 和G2 復合體有機碳含量減少。2021 年,與單施秸稈(SCK)處理相比,混施(SO、SN 和SJ)處理G0 和G1 復合體有機碳含量分別顯著增加11.48%～19.57%和21.57%～46.37% (P＜0.05),G2 復合體有機碳含量增加2.02%～27.34%;就各混施處理之間差異來看,SJ 處理G0 復合體有機碳含量最高,其次是SN 和SO 處理,處理間G0 復合體有機碳含量差異并不顯著,SJ 和SO 處理G1、G2 復合體有機碳含量相比SN 處理增加顯著(P＜0.05),其中SJ 處理增幅最大,其相對于SN 處理的增量分別為20.40%和24.81%,G1、G2 復合體有機碳含量SJ 和SO 處理間差異不顯著。

圖2 2021 年和2022 年不同處理對土壤有機無機復合體不同組分有機碳含量的影響Fig.2 Effects of different treatments on the organic carbon content of different fractions of soil organo-inorganic complexes in 2021 and 2022

2022 年,與單施秸稈(SCK)處理相比,混施處理G0 和G1 復合體有機碳含量分別增加10.11%～24.37%和12.35%～58.16%,G2 復合體有機碳含量顯著增加15.62%～31.12% (P＜0.05)。就各混施處理之間差異來看,SO 和SJ 處理G0 復合體有機碳含量相比SN 處理分別增加12.28% (P＜0.05)和12.95% (P＜0.05),SJ處理G1 復合體有機碳含量最高,相比SO 和SN 處理分別顯著增加13.09% (P＜0.05)和40.77% (P＜0.05),SO 和SN 處理間差異顯著,SJ 處理G2 復合體有機碳含量相比SO 和SN 處理分別增加10.88% (P＜0.05)和13.40% (P＜0.05),而SO 和SN 處理間G2 復合體有機碳含量無顯著差異。

2.4 有機無機復合體結構分析

為了更直觀地說明糞/菌秸稈混施后土壤有機無機復合體形態變化,本文采用掃描電鏡(SEM)對樣品進行表征。如圖3 所示,與單施秸稈(SCK)相比,SJ、SN 和SO 處理G0 復合體表面更光滑;SJ 處理相比其他混施(SO、SN 和SJ)處理在形態上更聚合,表面更光滑;G1 復合體與G0 復合體相比,其結構變得更分散;各處理表面粗糙程度存在差異,SJ 處理與其他處理相比粗糙程度較輕;相比G0、G1 復合體,G2 復合體結構徹底被打開且更加分散,表面更加粗糙,其中SJ 處理分散程度最高。

圖3 不同處理不同組分有機無機復合體結構掃描電子顯微鏡分析Fig.3 Scanning electron microscope analysis of organo-inorganic complexes structures under different treatments

2.5 有機無機復合體X 射線衍射分析

圖4 為糞/菌秸稈混施條帶還田條件下土壤有機無機復合體X 射線衍射變化。各處理X 射線衍射圖譜形狀相似,G0、G1、G2 復合體均在26.6°、27.8°、34.9°具有明顯的衍射峰,分別對應無定形碳、固定碳和含碳有機物,說明各組分復合體具有基本一致的結構。但各處理復合體在一些關鍵角度衍射峰強度上存在差異,說明玉米秸稈與不同畜禽糞/菌劑混施對土壤有機無機復合體衍射峰產生影響。從圖4中可以看出,在G0、G1 和G2 復合體中,均以SJ 處理峰值最高,說明秸稈混施生物菌劑(SJ)還田,能夠有效增加各組分復合體含量。SO 和SN 相比SJ 處理峰值較低,但仍高于SCK 處理,說明添加畜禽糞也能提高土壤中有機無機復合體含量。

圖4 糞/菌秸稈混施條帶還田下土壤有機無機復合體的X 射線衍射變化Fig.4 X-ray diffraction changes in soil organo-inorganic complexes under mixed manure/fungus straw strip-returning

3 討論

有機無機復合體是土壤肥力的物質基礎,密切影響土壤肥力的變化特征。秸稈還田是提高土壤肥力的有效途徑,畜禽糞/生物菌劑的施入可以提高秸稈腐解速率和有機無機復合體含量。本文通過糞/菌秸稈混施對黑土有機無機復合體的影響進行了深入研究。

3.1 糞/菌秸稈混施對有機無機復合體及有機碳含量的影響

本研究中,第2 年糞/菌秸稈混施處理的土壤有機質、G1 和G2 復合體有機碳含量相比第1 年均有所下降,這可能是由于初期畜禽糞的施入增加了土壤微生物數量,導致秸稈中纖維素、半纖維素及糖類等易分解物質在微生物作用下迅速分解,有機碳含量增加。但是隨腐解時間的推移,土壤的自然礦化及微生物活性降低,土壤有機無機復合體出現小部分分散,有機碳釋放率降低。孟慶龍等[26]研究表明,長期施用畜禽糞,在試驗初期土壤有機質及復合體中有機碳的含量提升緩慢,甚至出現下降,這種現象可能是由于外源有機物料的施入促進土壤微生物釋放分解酶,產生激發效應,從而導致原SOC 損失量的增加[27]。本研究結果與上述研究結果相符,土壤中水穩性復合體(G1+G2)的含量、土壤有機質含量均有所下降。因此,糞/菌秸稈混施條帶還田后初期土壤肥力可能出現下降。

以往研究表明,玉米秸稈或有機肥施入土壤后導致土壤有機質(SOM)礦化,進而增加土壤有機無機復合體、有機碳和其他土壤養分含量[28-30]。從表2可以發現,玉米秸稈混施不同畜禽糞/生物菌劑處理有機無機復合體含量均高于SCK 處理,但是隨著施入時間的延長,G0 復合體含量增加,G1、G2 復合體含量減少。原因可能是以往長期的耕作使SOM 含量下降,有機無機復合體得不到及時補充和更新,G1或G2 復合體逐漸分解為G0 復合體,導致G0 復合體含量增加[31]。陳恩鳳等[32]研究發現,隨著開墾年限的延長,土壤養分發生改變,G2 復合體的減少量遠小于G0 復合體的增加量,這就是土壤復合體總含量沒有減小的原因。丁慧儀等[33]研究也發現,G2 復合體含量在耕作的黑土中隨著時間的增加而減少,這可能是長期耕作和施肥導致土壤中鈣離子淋失和土壤復合體穩定性下降的結果。同樣,史吉平等[34]研究結果表明,長期施肥可以增加土壤G0 復合體含量,而對G1、G2 復合體影響較小。

有機碳在有機無機復合體中的含量主要取決于復合體本身的相對含量,復合體中有機碳分布一般呈現G2＞G1＞G0 的趨勢,本研究中由于玉米秸稈混施畜禽糞/生物菌劑導致復合體含量出現差異,使復合體有機碳呈G0＞G1＞G2 的趨勢。如圖2 所示,與單施秸稈(SCK)處理相比,玉米秸稈混施畜禽糞/生物菌劑處理各組分復合體有機碳含量均有所提高,這可能是畜禽糞/生物菌劑的添加促使微生物群落結構和土壤基質含量發生改變，進而影響了胞外酶活性[35-36]。特別是當纖維素是主要碳源時[37-38],胞外酶積極催化土壤有機質的分解,從而提高有機碳含量。從時間上來看,雖然G0 復合體有機碳含量增加,G1、G2 有機碳含量減少,但G0 的增加量遠大于G1、G2的減小量,使復合體總有機碳呈現上升趨勢,說明糞/菌秸稈混施更有利于復合體的形成。

3.2 糞/菌秸稈混施對有機無機復合體結構及表面特征的影響

通過各組分有機無機復合體掃描電鏡表面特征可以看出(圖3),與單施秸稈(SCK)處理相比,玉米秸稈混施生物菌劑能有效保持有機無機復合體表面結構并使其更容易被分散,混施畜禽糞也能促進復合體分散進而影響秸稈還田后有機無機復合體的形成。單施玉米秸稈還田雖然能夠提高土壤碳轉化為土壤有機無機復合體的轉化效率,但X 射線衍射物象分析表明其轉化效率較低(圖4),而轉化效率受土壤溫度、水分及微生物活性影響。有研究表明土壤中本土微生物對秸稈的分解往往非常緩慢,尤其是在華北等干旱地區,秸稈分解可能需要1 年以上的時間[39]。而使用輔助秸稈還田的生物菌劑、雞糞和牛糞提高了秸稈轉化效率,其中生物菌劑輔助秸稈還田效果最好,說明在秸稈腐解、土壤碳固定、有機無機復合體形成的過程中主要影響因素可能是微生物。這可能是由于部分微生物及其分泌的胞外酶加速玉米秸稈中木質纖維素的分解,將高分子量有機物轉化為低分子量有機物[40-41]。玉米秸稈在酶的驅動下分解所釋放的養分被微生物同化,這對提升土壤肥力發揮關鍵作用: 一方面微生物分泌的胞外酶促進秸稈分解和提高秸稈還田效率,更好地加速秸稈中的碳轉移到土壤中;另一方面一些微生物分泌的有機酸增加了土壤有機碳含量,從而促進有機無機復合體中有機碳的形成[42]。因此,糞/菌秸稈混施條帶還田有利于有機無機復合體的形成,其中混施生物菌劑更有益于形成有機無機復合體。

3.3 糞/菌秸稈混施對有機無機復合體影響的作用機理

玉米秸稈與不同畜禽糞/生物菌劑混施條帶還田,SJ 處理對土壤各組分復合體及其有機碳含量的提升效果顯著,不同處理提升效果存在差異。這可能是因為木質素是一種由苯丙素前驅體合成的芳香族聚合物[43],是抵抗微生物攻擊和氧化應激對微生物最有效的成分,相較雞糞和牛糞,生物菌劑中含有較多與木質素降解有關的微生物如白腐菌(Phanerochaetc chrysosporium)、褐腐菌(Agaricus crocopeplus)等,這些微生物可以利用秸稈作為代謝原料,將秸稈分解成植物所需的有機物、磷和營養素,如N 氮、磷和鉀,生物菌劑與秸稈的混施增加了土壤微生物數量,大大縮短了秸稈的腐解時間,因此土壤各組分復合體含量及其碳含量以秸稈混施生物菌劑提升效果最顯著。季佳鵬[44]研究發現,玉米秸稈添加不同畜禽糞田間條帶堆腐還田改善了土壤理化性質,提高了土壤有機碳和活性有機碳含量,秸稈加雞糞和牛糞處理優于菌劑處理,這與本試驗的研究結果不同,其原因可能是生物菌劑種類不同,微生物分解秸稈的速率存在一定差異。有研究表明,生物菌劑增加了土壤中有益微生物數量,還能起到促進、維持和改良土壤肥力的作用[45-46]。秸稈加雞糞/牛糞的效果由糞便的碳氮比、自身性質及土壤狀況等決定,低碳氮比以及糞便中的木質素、多酚等難分解物質被降解促進土壤肥力的提升[47-48]。Sun 等[49]研究結果表明,秸稈混施動物糞便的碳氮比決定了該有機物料腐解速率及對土壤肥力的影響。因此,玉米秸稈混施生物菌劑更有利于土壤各組分復合體及其碳含量的提升。

4 結論

1)糞/菌秸稈混施處理黑土土壤有機質和有機無機復合體含量及碳含量相比SCK 有所增加,條帶秸稈覆蓋+生物菌劑(SJ)處理效果更明顯;G1、G2 復合體含量及碳含量隨時間的增加而減少,玉米秸稈混施不同畜禽糞和生物菌劑后G0 復合體含量升高,各組分復合體總有機碳提高。

2)各組分有機無機復合體掃描電鏡結果表明,玉米秸稈混施生物菌劑可以有效保持有機無機復合體表面結構,使其更容易被分散。X 射線衍射物相分析發現單施秸稈轉化效率較慢,施用輔助秸稈還田的生物菌劑轉化效率最好。

3)糞/菌秸稈混施條帶還田條件下,黑土土壤新形成的有機質可以結合到有機無機復合體中,因此各組分復合體有機碳得到顯著提高,土壤微觀形態得到改善,腐殖化進程加快,土壤碳固存能力提高,其中條帶秸稈覆蓋+生物菌劑處理效果最明顯,可推薦為最優還田模式。

附表見如下網址中的資源附件: http://www.ecoagri.ac.cn/cn/article/doi/10.12357/cjea.20230351