论文部分内容阅读
作物秸秆中的含碳化合物，在降解过程中能提高土壤碳汇能力[1]。土壤有机质是以高等植物为主要来源，以及动物、微生物残体等不同分解、合成阶段的各种产物。其主要成分是碳和氮的有机化合物[3]，且是土壤氮素的主要存在形式，约占土壤中全氮的90％以上[4]。土壤氮素形态中速效氮是作物可直接吸收利用的，而矿物晶格固定态铵则很难被植物直接利用[2]。土壤有机质和氮素形态及有效性是影响土壤肥力及作物产量的主要因素。有研究表明，秸秆还田后如不增施氮肥，作物会出现缺氮症状，这可能与秸秆腐解矿化过程土壤微生物与作物争夺氮素，造成土壤供氮不足，降低了土壤氮的有效利用有关。但是有关土壤有机质化学结构与氮素变化之间的机理尚不明确，有待于进一步研究。本实验针对安徽淮河流域小麦—水稻多年轮作体系，采用田间定位试验的方法，研究秸秆还田对土壤对不同形态氮素含量和有机质元素组成及化学结构的变化，利用元素分析、红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR)以及核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)技术分析土壤有机质和胡敏酸的元素组成及其含碳官能团的变化规律，主要结果如下： (1)单施秸秆还田能够增加土壤有机质，全氮和有机氮的含量，但降低土壤无机氮的含量。秸秆还田与化肥配施能显著提高土壤有机质和氮素（全氮、无机氮和有机氮）含量，且当配施氮肥为190 kg/hm2时，土壤全氮、有机氮和无机氮含量最高且有显著差异（P＜0.05）。 (2)秸秆还田增加土壤全量有机质(Soil organic matter，SOM)中的C%和N%，降低H%且C/N，H/C和O/C比值均降低，核磁共振图谱显示，土壤SOM中烷基碳和羰基碳比例降低，烷氧碳和芳香碳比例增加，说明土壤SOM中含氮组分增加，酰胺类物质增多，多糖等小分子化合物减少，脂肪族化合物减少及木质素衍生基团（芳香碳官能团）增加。秸秆还田使土壤有机质中的烷基碳与烷氧碳的比值降低，降低了土壤有机质的腐殖化程度。秸秆还田与化肥配施后，能显著提高土壤SOM中的碳、氮含量，降低土壤有机质中芳香碳的相对比例，使NCH和COO/N-C=O官能团的相对含量降低。 (3)秸秆还田后土壤中的活性胡敏酸(Mobile humic acid, MHA)较钙结合胡敏酸(Calcium binding humic acid, CaHA)拥有更少的含碳官能团，且C/N相对较低。秸秆还田使土壤胡敏酸中的烷氧碳和芳香碳相对含量减少，烷基碳和羰基碳相对含量增加，同时增加胡敏酸中的芳香度，降低NCH和COO/N-C=O官能团。 (4)单施秸秆还田使当年水稻产量降低。秸秆与化肥配施后，SF1，SF2，SF3处理水稻实际产量分别比对照（CK）处理增加12.6%，22.7%，19.1%。单独秸秆还田会降低水稻籽粒和秸秆中的氮素含量，氮素吸收量以及水稻产量，秸秆还田与化肥配施后能显著提高籽粒和秸秆中的氮素含量，氮素吸收量以及水稻产量，当碳氮比为18:1时，产量最高，增产效果最为明显（P＜0.05）。