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我国大豆需求量大,种植结构矛盾突出,使得大豆生产能力下降,施入外源有机物料是提升土壤肥力,提高大豆生产能力的关键。目前关于长期定位有机培肥对连作大豆的有机碳库特征研究较少,为探明长期连续施用有机物料对土壤固碳及有机培肥的影响,本试验于2010年开展了长期定位试验,选取植物残体和腐熟畜禽粪便两大类有机物料,共设置7个处理,分别为秸秆(CS)、树叶(LE)、牧草(GR),鸡粪(ChM)、牛粪(CM)、猪粪(PM)以及空白对照处理(CK),测定了土壤基本理化性质、活性有机碳组分、腐殖质组成及结构,为探究影响大豆产量的关键因素提供参考。主要得出以下研究结果:
(1)连续施用有机物料提高了土壤有机碳含量、pH值、含水率。施用1年后,LE与ChM处理含水率最高,在连续施用7年后,LE、ChM处理有机碳含量最高,并且施用有机物物料显著增加了株高、茎粗,降低了连作对作物生长的影响。(2)连续施用有机物料显著提高了土壤各活性有机碳组分含量,但不同年限下各有机物料产生的影响有所不同,连续施用3年后,CS、CM处理微生物量碳(MBC)含量最高,在连续施用5年后,CS和ChM处理溶解性有机碳(DOC)含量较高,LE、CM、ChM处理显著提高了碳库管理指数(CMPI),在连续施用7年后,GR、ChM、PM处理MBC含量较高,植物残体类有机物料比畜禽粪便类更易于颗粒有机碳(POC)、易氧化有机碳(EOC)的积累,其中LE处理效果显著高于其他处理,畜禽粪便类ChM处理EOC含量较高。
(3)与CK相比,随时间增加施用有机物料各处理均显著提高松、稳结合态腐殖质及其胡敏(HA)、富里酸(FA)含量,而联、紧结合态腐殖质呈现降低的趋势。施用1年后,ChM处理紧结合态腐殖质含量最高,在施用5年后,GR、PM、ChM处理联结态HA含量较高,在连续施用7年后,CS、LE、GR、ChM、PM处理稳结合态腐殖质含量较高。各处理在不同年份对各组腐殖质影响不同,ChM处理能不同程度提高各结合态腐殖质含量。
(4)连续施用不同有机物料对胡敏酸碳(HAC)、富里酸碳(FAC)、胡敏素碳(HMC)含量产生不同的影响,连续施用3年后,GR处理HAC、FAC含量最高,ChM、CM处理PQ值最高,各处理HAC、FAC的△logK值均高于CK,植物残体类各处理使得HAC、FAC分子结构简单化,尤其是LE、GR处理效果较好,连续施用7年后,PM处理HAC、FAC、HMC含量最高。
(5)连续施用有机物料缓解了连作导致的减产问题,在连续施用5年后产量逐步回升,并在连续施用7年后显著高于第一年,其中ChM处理产量最高。大豆产量与植株的株高、节数、豆荚数呈极显著相关,与分支数呈现显著相关,说明有机物料施用促进了植物生长,增产效果显著。大豆产量与土壤SOC、MBC、HMC呈极显著相关,与土壤含水率、CMPI显著相关,与pH值、EOC、DOC、POC以及腐殖质组成没有显著相关性。
综上所述:长期连续施用有机物料改善了土壤理化性质,提高了土壤有机碳及其活性有机碳含量,促进了腐殖质的形成,使得胡敏酸的缩合度降低,分子结构简单,缓解了大豆连作障碍对作物产量的影响,并且连续施用7年后大豆产量高于第一年,其中禽粪便类的鸡粪处理效果较好,这为土壤有机培肥提供了理论依据。
(1)连续施用有机物料提高了土壤有机碳含量、pH值、含水率。施用1年后,LE与ChM处理含水率最高,在连续施用7年后,LE、ChM处理有机碳含量最高,并且施用有机物物料显著增加了株高、茎粗,降低了连作对作物生长的影响。(2)连续施用有机物料显著提高了土壤各活性有机碳组分含量,但不同年限下各有机物料产生的影响有所不同,连续施用3年后,CS、CM处理微生物量碳(MBC)含量最高,在连续施用5年后,CS和ChM处理溶解性有机碳(DOC)含量较高,LE、CM、ChM处理显著提高了碳库管理指数(CMPI),在连续施用7年后,GR、ChM、PM处理MBC含量较高,植物残体类有机物料比畜禽粪便类更易于颗粒有机碳(POC)、易氧化有机碳(EOC)的积累,其中LE处理效果显著高于其他处理,畜禽粪便类ChM处理EOC含量较高。
(3)与CK相比,随时间增加施用有机物料各处理均显著提高松、稳结合态腐殖质及其胡敏(HA)、富里酸(FA)含量,而联、紧结合态腐殖质呈现降低的趋势。施用1年后,ChM处理紧结合态腐殖质含量最高,在施用5年后,GR、PM、ChM处理联结态HA含量较高,在连续施用7年后,CS、LE、GR、ChM、PM处理稳结合态腐殖质含量较高。各处理在不同年份对各组腐殖质影响不同,ChM处理能不同程度提高各结合态腐殖质含量。
(4)连续施用不同有机物料对胡敏酸碳(HAC)、富里酸碳(FAC)、胡敏素碳(HMC)含量产生不同的影响,连续施用3年后,GR处理HAC、FAC含量最高,ChM、CM处理PQ值最高,各处理HAC、FAC的△logK值均高于CK,植物残体类各处理使得HAC、FAC分子结构简单化,尤其是LE、GR处理效果较好,连续施用7年后,PM处理HAC、FAC、HMC含量最高。
(5)连续施用有机物料缓解了连作导致的减产问题,在连续施用5年后产量逐步回升,并在连续施用7年后显著高于第一年,其中ChM处理产量最高。大豆产量与植株的株高、节数、豆荚数呈极显著相关,与分支数呈现显著相关,说明有机物料施用促进了植物生长,增产效果显著。大豆产量与土壤SOC、MBC、HMC呈极显著相关,与土壤含水率、CMPI显著相关,与pH值、EOC、DOC、POC以及腐殖质组成没有显著相关性。
综上所述:长期连续施用有机物料改善了土壤理化性质,提高了土壤有机碳及其活性有机碳含量,促进了腐殖质的形成,使得胡敏酸的缩合度降低,分子结构简单,缓解了大豆连作障碍对作物产量的影响,并且连续施用7年后大豆产量高于第一年,其中禽粪便类的鸡粪处理效果较好,这为土壤有机培肥提供了理论依据。