不同有机物料组合对物料分解及土壤生化性状的影响

【摘要】有机物料输入对土壤养分和生化性状产生重要影响,而有机物料自身结构的差异较大,对分解状况也具有较大影响。实际上,生态系统内有机物料进入土壤分解往往都是以混合状态下进行,即使农田生态系统也存在不同的秸秆、杂草、根系等混合分解。所以研究不同有机物料混合分解及其对土壤生化性状的影响具有重要意义。在我国红壤地区,一方面有机物料归还和残留量少,土壤肥力退化严重,另一方面存在秸秆资源浪费现象,使农业生产受到极大影响,如何解决好以上问题对我国农业资源循环利用和经济可持续发展至关重要。就此,我国学者对秸秆还田已经进行了大量研究,主要关注在秸秆还田量,还田季节,秸秆还田与无机、有机肥配施等方面,而对不同类型秸秆组合方式还田分解及秸秆与有机肥配施还田分解等方面的研究还相对较少。此外,林地凋落物分解的研究越来越收到人们的重视,不同凋落物的混合分解以及对林地土壤养分的影响备受关注。如果把二者结合起来研究,将对于自然界有机物质分解的认知更加全面。本研究针对六种典型有机物料,研究它们的分解、养分释放过程及其对土壤生化性状的影响。其中包括农田三种有机物料,分别为水稻秸秆、花生秸秆和猪粪；林地三种有机物料,分别为马尾松松针、小叶栎叶和白茅草枯立茎。结合野外及室内分解实验进行研究,野外分解实验采用尼龙网袋法进行,研究有机物料的分解速率及养分释放状况,室内培育实验采用恒温培养法进行,研究不同有机物料组合对土壤养分和生物化学性状的影响。农田秸秆分解试验结果表明,由于不同秸秆物料自身特性不同,其分解率和养分释放状况不同。在秸秆物料分解180d后,分解率最高的为花生秸秆处理(H),达到68.46%,猪粪的分解率最低,仅为31.75%。混合秸秆物料呈现组合效应,在秸秆物料分解180d后,水稻和花生秸秆以7：3比例组合(7S3H)分解率达到75%,比相应单一秸秆物料的加权平均值高4.23%,呈现正组合效应；水稻和花生秸秆以1：1组合(SH)呈现负组合效应,其分解率比相应单一秸秆物料的加权平均值低4.42%。秸秆物料分解180d后,其全碳和全钾养分含量有明显下降,而全氮和全磷养分含量却有增加趋势。混合秸秆有机物对全碳的释放均呈现正组合效应,分解到180d时SH、3S7H和7S3H处理分别比其相应单一秸秆物料的加权平均值高80%、30.86%和11.71%(P<0.05)。林地凋落物分解试验结果表明,不同凋落物分解速率差异较大。在凋落物分解180d后,单一物料处理分解率最快的为白茅草立枯物质(B),达到21.74%；分解速率最慢的为马尾松松针(M),仅为16.27%。当凋落物混合分解,分解180d后,马尾松松针和小叶栎叶以7：3比例混合(7M3X)和小叶栎凋落物与白茅草立枯茎以1：1组合(XB)处理分解率最大,分别达到22.82%和22.94%。混合凋落物分解率均表现出组合效应,其中凋落物组合7M3X的正组合效应最强,达到33.38%(P<0.01)。凋落物分解180d后,全碳含量均有所下降,其中混合凋落物处理7M3X的全碳释放最多,达到30.80g/1kg。凋落物混合处理对全碳的释放均表现为正组合效应,其中MX、7M3X和3M7X处理的全碳释放量比其相应单一凋落物处理的加权平均值分别高51.18%、44.65%和61.83%(P<0.01)。凋落物混合处理的全氮增加量也表现出组合效应,其中7M3X处理表现为正组合效应,而3M7X处理表现为负组合效应。农田有机物料室内土壤培育90d结果表明,土壤中添加不同秸秆物料配比对土壤养分和生物化学性状有显著影响。混合秸秆物料要比单一秸秆物料对土壤的影响更大。混合秸秆物料处理的养分释放具有明显的正组合效应,如混合物料处理的养分(如碱解氮)释放高于其相应单一物料养分释放的加权平均值；混合秸秆物料处理的CO2释放速率和C矿化率均具有显著的负组合效应,如SH、SZ和3S7H处理的C矿化率比相应单一物料处理的加权平均值分别低9.91%、23.5%及23.0%,CO2释放速率分别低24.6%、16.5%及18.2%；混合物料处理对脲酶和转化酶活性的组合效应并不显著；混合物料处理对土壤微生物生物量碳氦的影响具有显著的正组合效应,如三种物料等量混合处理(SHZ),其土壤微生物生物量碳氮比相应单一物料处理的加权平均值分别高67.8%和49.1%(P<0.01)。林地凋落物室内土壤培育180d结果表明,林地凋落物组合处理对土壤养分和生化性状有显著影响。其中对土壤pH值的影响均表现为正组合效应,混合凋落物处理MX、7M3X和3M7X分别比相应单一凋落物处理的加权平均值高1.24%、2.74%和1.15%。全碳含量显著增加,全氮及速效钾等养分都有所增加。凋落物混合处理表现出组合效应,对于提高土壤酶活性,增加土壤有效养分,改善土壤酸化环境,提高土壤微生物群落功能多样性,和提高土壤肥力效果明显。混合凋落物处理MXB的C02累计释放量及C矿化率增加幅度最大,分别比其相应单一凋落物处理的加权平均值高30.48%和29.69%(P<0.01),其脲酶活性比其相应单一凋落物的加权平均值高36.52%。混合凋落物处理中7M3X的每孔颜色平均变化率(AWCD,代表细菌群落对不同碳源的总体利用能力或微生物活性)值最大。由于物料自身特性不同,所表现出的规律会有所差异。总体而言,物料组合处理有助于改善土壤养分状况,提高土壤微生物的代谢功能,对土壤质量的培育和维护具有良好效果。综上所述,有机物料不同组合处理对其分解和养分释放都呈现出一定的组合效应。所以能够通过有机物料的不同组合和质量配比对其进行调控,达到最佳合理养分结构状态。土壤中添加不同有机物料,可以改良土壤酸化环境,提高土壤养分含量,增强土壤酶活性和微生物生物量碳氮,改变土壤微生物群落结构。其中不同有机物料混合处理对土壤培肥效果更加显著,且不同有机物料处理会呈现出组合效应。
【作者】宋蒙亚；
【导师】刘满强；李忠佩；
【作者基本信息】南京农业大学，生态学，2013，硕士
【关键词】物料组合；土壤养分；凋落物分解；微生物群落功能多样性；

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