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有机质的矿化是土壤中重要的生物化学过程,直接关系到土壤中养分元素的释放与供应、温室气体的形成,以及土壤质量的保持等。土壤有机质的矿化受许多因素的影响,其中有机质的自身性质是影响其分解速率的关键因子。土壤有机质是由生物有效性不同的各组分组成,固相中的有机质较难分解,而溶解性的有机质(DOM)较易为微生物利用。土壤中的DOM尽管比例很小,却是土壤有机质中最活跃的化学组分,对微生物的生长代谢、土壤有机质分解和转化过程有重要影响。研究DOM在土壤C、N矿化中的作用对于正确阐明土壤有机质的循环与转化特征,以及制订合理可行的养分管理措施和控制全球气候变化策略等都有重要的理论和实际意义。
本文通过田间代表性样点的定期采样结合布置室内培育试验,观测了红壤水稻土DOM的季节动态,综合分析了DOM在红壤水稻土C、N矿化中的作用,研究TDOM在红壤水稻土中的吸附行为和生物降解特征。此外,还通过田间长期小区试验的采样分析,比较了不同施肥处理红壤水稻土DOM的含量差异及其与土壤养分性状和生产力变化的关系。结果表明:
红壤水稻土DOM含量和组成结构具有明显的季节变化。试验期间,供试土壤溶解有机碳(DOC)和溶解有机氮(DON)的含量分别为3.8-68.7 mg.kg-1和2.9~17.3 mg.kg-1,不同季节间均以11月最大,1月和4月次之,7月最小。反映土壤DOC组成性质的特定波长吸收值(E280值)也有明显的季节变化。1月土壤DOC的E280值最小,其后该值逐渐增加,至11月达到最大值。而土壤DOC的E250/E365值在1.4~5.1之间,变化趋势与E280值相反。
DOM在土壤C、N矿化过程中的作用因土壤类型和季节而异。去除DOM显著降低了第三纪红砂岩风化物和河流冲积物发育的水稻土1月和4月有机C的累计矿化量,但对第四纪红色粘土发育的水稻土无明显的影响。DOM对红壤水稻土有机N的矿化有重要贡献,去除DOM使各季节土壤有机N的累计矿化量下降了6.7%~27.3%,且随季节从1月到7月呈现下降其后再趋升高的趋势。DOM在土壤C、N矿化过程中的作用可能与DOM的含量和结构组成有关。
红壤水稻土对DOC的吸附等温线符合Freundlich和Linear方程。不同肥力水平红壤水稻土对DOC的吸附能力有明显差异。在添加相同浓度DOC条件下,高肥力水稻土DOC的吸附量明显低于低肥力水稻土。土壤对DOC的吸附过程分为快、慢两个阶段,0~0.25 h内DOC的吸附速率最大,随着时间的推移,吸附速率渐小,2~4 h后基本达到吸附平衡。吸附作用对土壤DOC的生物降解性有重要影响。外源DOC加入土壤后,其累计矿化量均显著降低。粘粒和有机质是影响DOC吸附量的重要因素,随着粘粒含量的增加、有机质含量的降低,土壤对DOC的吸附量增加,DOC的生物有效性下降。
田间不同施肥处理的红壤水稻土DOM含量差异显著。红壤稻田的有机物循环利用,无论配施化肥与否,均可明显地提高土壤DOM含量。有机物循环、N+有机物循环、NPK+I/2秸秆还田和NPK+秸秆还田处理的土壤DOC和DON含量较之不施肥的CK处理分别高出34%~93%和45%~83%。施用NP、NPK和NK等无机肥处理的土壤DOC和DON含量虽有不同程度的提高,但增幅均明显低于添加有机物料处理。单施N肥显著降低了土壤DOC含量,但对DON无明显影响。土壤DOC和DON含量与土壤有机质、土壤全N、全磷、碱解氮、速效磷和作物产量之间均呈正相关关系。与DOC相比,DON能更好地反映土壤养分循环和供应状况。