有机物料在中国典型土壤中的分解特征和机制

【摘要】有机物料施用可以供给植物和微生物生长所需的营养元素,又可以提升土壤有机质(SOM)、改善土壤结构和肥力,进而为可持续农业维持土壤质量。为了更有效地利用有机物料提升土壤有机质,需要弄清有机物料分解的机制。有机材料的分解受到多方面因素的影响,如有机物料的性质、温度、水分、土壤结构和质地,这其中土壤粘粒含量的影响尤为大。很多研究通过实验室和田间的培养试验,研究了土壤性质与有机物料性质之间交互作用。环境因素的变化也会影响土壤类型和有机物料分解率的交互作用,而前人研究中常结合分析土壤类型和有机物料性质对分解率的影响。本文通过在湖南省祁阳县中国农业科学院红壤试验站开展12个月的田间培养试验,利用将有机物料装进尼龙网袋、埋入不同类型土壤,来研究土壤类型和有机物料性质对有机物料分解率的影响。试验在4种类型土壤即红壤、潮土、黑土和水稻土开展,并选用7种有机物料,分别为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、小麦根、玉米根、猪粪、牛粪。有机物料的分解试验在无土培养和混土培养下进行。试验一：研究了7中有机物料在无土培养下的分解特征；试验二：7种有机物料分别导3种类型土壤(红壤、黑土和潮土)混合培养,以研究土壤类型对有机物料分解率的影响；试验三：利用水稻秸秆、猪粪、牛粪在稻田中无土培养和混土培养,以评估有机物料分解过程中物质损失、碳分解和总氮变化情况。试验四：利用试验二中培养1个月和12个月后的土壤样品,探究不同类型土壤、不同有机物料下土壤微生物群体组成的变化。在无土培养下,用尼龙袋装入20g磨细的不同有机物料混土培养下,有机物料根据土壤有机物料有机碳之比为100:1.5进行。所有试验,尼龙袋在填埋0.5、1、2、3、4、6、9、12个月后收回,然后测定袋中残留的碳和物质重量,以计算分解速率。根据有机物料损失量和残存碳量,利用单池指数衰减模型测算有机物料的分解速率常数(k)。研究表明,玉米秸秆的分解速率最高(1.01%每月)、猪粪的分解率最低(0.39%每月)。碳分解速率大小顺序为：玉米秸秆>小麦秸秆>水稻秸秆>牛粪>玉米根>小麦根>猪粪。所有有机物料的碳损失量与C:N比呈显著正相关关系,而在水稻秸秆、玉米秸秆、牛粪培养试验中,有机物料的碳损失量粤木质素：N比呈负相关关系。每月有机物料损失量和碳损失量显著受有机物料残留类型的影响。作物秸秆的分解率比作物根和有机肥的分解率高。作物残留物和动物有机肥的分解率在不同类型土壤、不同有机物料下有显著差异。在红壤中,牛粪和作物秸秆的分解率都是最高(0.96%每月)、而猪粪最低(0.68%每月)。玉米秸秆与潮土和黑土混合培养下分解率最高,分别为0.83%和1.06%每月。所有类型土壤,都以猪粪的分解率最低。就不同有机物料碳分解率而言,玉米秸秆和水稻秸秆最高(0.87%每月),猪粪最低(0.55%每月),有机物料分解率k值大小顺序为玉米秸秆=水稻秸秆>牛粪>小麦秸秆>小麦根>玉米根>猪粪。对于不同类型土壤有机物料碳损失量在潮土较低(0.66%每月),而在黑土较高(0.85%每月)。本文对稻田中水稻秸秆、猪粪、牛粪中有机碳、全氮、碳氮比在无土和混土下的分解率进行研究。就平均分解率来说,水稻秸秆、猪粪的有机碳损失量大于牛粪。有机物料可分解性顺序为水稻秸秆>猪粪>牛粪。混土培养影响了有机物料有机碳的分解率,有机物料碳的平均损失率比无土培养下几乎高出一倍。在培养1个月和12个月后,不同类型土壤、不同有机物料显著影响了土壤微生物群体组成。每孔颜色平均变化量(AWCD)反映了施用不同有机物料下细菌群体生理活动在不同土壤和有机物料的差异。施用作物秸秆处理,AWCD值高于作物根和有机肥处理。通过主成分分析表明,不同培养时间和三个土壤上驱动有机物料分解的微生物群体在施用不同有机物料处理有显著差异。基于以上结果我们得出如下结论：有机物料分解率在不同有机物料种类和土壤类型间的差异主要由有机物料组成、土壤类型和土壤微生物群体所决定。
【作者】MohammadEyakubAli；
【导师】徐明岗；
【作者基本信息】中国农业科学院，土壤学，2014，博士
【关键词】分解；分解率常数；物质损失；指数衰减模型；有机物料；木质素；微生物群体；

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