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        施肥對(duì)不同肥力春玉米田土壤溶解性有機(jī)質(zhì)的影響

        2014-02-09 13:29:13趙海超劉景輝趙寶平張星杰
        關(guān)鍵詞:高產(chǎn)田溶解性組分

        趙海超,劉景輝,趙寶平,張星杰

        1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019;2. 河北北方學(xué)院農(nóng)林科技學(xué)院,河北 張家口 075131

        施肥對(duì)不同肥力春玉米田土壤溶解性有機(jī)質(zhì)的影響

        趙海超1,2,劉景輝1*,趙寶平1,張星杰1

        1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019;2. 河北北方學(xué)院農(nóng)林科技學(xué)院,河北 張家口 075131

        選取遼河灌區(qū)不同肥力水平春玉米(Zea mays ssp. mays L.)農(nóng)田土壤為研究對(duì)象,通過(guò)連續(xù)3年田間定位試驗(yàn),采用三維熒光光譜法分析了不同層次土壤溶解性有機(jī)質(zhì)組分含量,研究施肥對(duì)不同肥力農(nóng)田土壤溶解性有機(jī)質(zhì)組分(DOM、DOC、DON、DOP)的影響,分析土壤DOM及其組分的土壤肥力效應(yīng)。結(jié)果表明,施肥使高(產(chǎn)量12.75±0.75 t·hm-2)、中(產(chǎn)量10.50±0.75 t·hm-2)、低(產(chǎn)量8.25±0.75 t·hm-2)產(chǎn)田土壤DOM的∑Fex/em分別增加了2.84%、3.56%和-1.52%,平均增加了1.08%,土壤w(DOC)分別增加了20.43%、16.43%和-29.11%,平均增加了9.36%,土壤w(DOP)分別增加了-22.87%、10.30%和4.15%,平均增加了-3.39%,土壤w(DON)分別增加了-20.63%、6.97%和-8.41%,平均增加了-7.54%。施肥顯著增加中產(chǎn)田土壤中w(DOM),中產(chǎn)田底層(20~40 cm)和高產(chǎn)田表層(0~10 cm)、中層(10~20 cm)土壤w(DOC),中產(chǎn)田中層和低產(chǎn)田表層土壤w(DOP),中產(chǎn)田中層土壤w(DON)。施肥增加了低產(chǎn)田土壤FI值(熒光指數(shù)),降低了高產(chǎn)田土壤FI值,施肥增加了高產(chǎn)田土壤HIX(腐殖化指數(shù)),降低了中低產(chǎn)田土壤HIX。施肥顯著增加中產(chǎn)田土壤DOM組分含量,降低高、低產(chǎn)田土壤DOM組分含量。施肥主要增加10~20 cm土壤DOM組分含量,耗損20~40 cm土壤DOM組分。施肥促進(jìn)高產(chǎn)田土壤DOM陸源化,低產(chǎn)田土壤DOM生物源化,施肥使中低產(chǎn)田土壤DOM腐殖化程度降低。施肥不僅是土壤DOM的重要來(lái)源,同時(shí)通過(guò)影響微生物及作物根系活力促進(jìn)土壤DOM的耗損,因農(nóng)田土壤質(zhì)地的差異,施肥對(duì)土壤DOM的影響不同。DOM熒光強(qiáng)度與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān),具有土壤肥力指示作用。

        施肥;土壤;溶解性有機(jī)質(zhì);產(chǎn)量;玉米

        土壤中DOM(dissolved organic matter)指的是土壤樣品在室溫及天然pH條件下,用水提取能通過(guò) 0.45 μm微孔濾膜的土壤有機(jī)物質(zhì)(蔣疆等,2001;李淑芬等,2002),是土壤中生物利用的最主要的有機(jī)質(zhì)組分(Bernd和Kalbitz,2003),因其能增加土壤養(yǎng)分、金屬離子和有機(jī)物質(zhì)的流動(dòng)性和溶解性(畢冉等,2013;Ros等a,2010),故對(duì)土壤肥力及作物產(chǎn)量具有重要影響。近年來(lái),關(guān)于土壤中 DOM的功能和動(dòng)態(tài)研究取得了較大的進(jìn)展(Zsolnay,1996)。隨著酶學(xué)、微生物學(xué)和分析手段的發(fā)展,農(nóng)作物對(duì)土壤養(yǎng)分吸收和利用的研究將從無(wú)機(jī)養(yǎng)分向有機(jī)養(yǎng)分轉(zhuǎn)移。DOM是具有不同結(jié)構(gòu)及分子量(如低分子量的游離氨基酸、碳水化合物、有機(jī)酸及大分子量的酶、氨基糖、多酚和腐殖質(zhì)等)的連續(xù)體或混合體(Kalbitz等,2000),它包含親水氧基、氮和硫族官能團(tuán)集團(tuán)。土壤中DOM主要包含土壤溶解有機(jī)碳(dissolved organic carbon DOC)、溶解有機(jī)氮(dissolved organic nitrogen DON)和溶解有機(jī)磷(dissolved organic phosphorus DOP)等[6](Zsolnay,1996)。三維熒光光譜法(Three Dimensional Excitation Emission Matrix Fluorescence Spectrum,3DEEM)分析技術(shù)的產(chǎn)生從微觀上能為揭示土壤中DOM的功能結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)等化學(xué)性質(zhì)提供重要的信息(Coble等,1990)。近年來(lái)3DEEM逐漸成為研究自然界DOM的普遍方法(Liu等,2009;Baker,2001)。熒光光譜圖中Ex/Em特征峰值是描述DOM來(lái)源和組成的重要參數(shù)(Wu和Tanoue,2001)。特征熒光強(qiáng)度(Fex/em)可以表示浸提液中某一類溶解性有機(jī)物含量的多少,特征熒光強(qiáng)度綜合指標(biāo)(各類溶解性有機(jī)物的熒光強(qiáng)度之和,∑Fex/em)表示溶解性有機(jī)物的綜合含量(Wu和Tanoue,2001;Chen等,2003),熒光峰的強(qiáng)度越強(qiáng)其所代表的組分含量越高。

        土壤中溶解性有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源可以分為2種:一種是土壤內(nèi)源產(chǎn)生的,主要是通過(guò)土壤微生物對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)降解產(chǎn)生的;另一種是外源進(jìn)入土壤的,主要途徑有施用有機(jī)肥等農(nóng)事活動(dòng)以及近期的植物枯枝落葉等殘?bào)w帶入土壤(Zsolnay,1996;Kalbitz等,2000)。施肥不僅通過(guò)施入有機(jī)肥料增加土壤DOM的含量,同時(shí)通過(guò)改變土壤生物及理化性狀,改善作物的生長(zhǎng)、根系活動(dòng)、殘?bào)w輸入等影響土壤中DOM的含量、結(jié)構(gòu)及生物有效性。土壤理化性狀通過(guò)影響土壤微生物活性及群落結(jié)構(gòu)間接影響土壤中DOM的含量及其組分,以及改善施肥等農(nóng)事活動(dòng)對(duì)土壤DOM的影響。土壤中DOM雖然含量相對(duì)較少,但它是土壤微生物的能量和物質(zhì)來(lái)源,在微生物的作用下為作物生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng),在植物養(yǎng)分供應(yīng)中起著重要的作用(張志丹和趙蘭坡,2006;Cookson等,2005;McLauchlan和Hobbie,2004),同時(shí)對(duì)土壤養(yǎng)分的流失,礦物元素的遷移及生物活性具有重要的影響。因此研究土壤 DOM的變化對(duì)于培肥地力改善土壤理化性狀具有重要的理論意義。近年來(lái)西遼河灌區(qū)土壤肥力有所下降,急需培肥地力,本文針對(duì)該區(qū)不同質(zhì)地土壤,通過(guò)定位試驗(yàn),分析施肥對(duì)不同質(zhì)地春玉米(Zea mays ssp. mays L.)農(nóng)田土壤中DOM、DOC、DON、DOP含量的影響,為該區(qū)域不同質(zhì)地農(nóng)田土壤建立培肥技術(shù)體系提供理論依據(jù)。

        1.材料與方法

        1.1 研究區(qū)域概況

        試驗(yàn)研究在內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科爾沁區(qū)(北緯42°15′~45°41′、東經(jīng)119°15′~123°43′之間)進(jìn)行,該地區(qū)屬于中國(guó)東北部西遼河平原,春玉米是該區(qū)主要農(nóng)作物。試驗(yàn)區(qū)無(wú)霜期100~150 d,年降雨量350~450 mm,主要集中在7─8月。試驗(yàn)區(qū)為遼河灌區(qū),土壤類型主要為灌淤土(irrigation-silting soil),土壤質(zhì)地主要有沙質(zhì)土和壤質(zhì)土。不同農(nóng)田土壤理化性狀如表1所示。

        1.2 試驗(yàn)處理

        試驗(yàn)于 2009─2011年間完成,在試驗(yàn)區(qū)選肥力低(low-yielding fields LYF,沙質(zhì)土為主,產(chǎn)量(8.25±0.75)t·hm-2)、中(middle-yielding fields MYF,沙壤質(zhì)土,產(chǎn)量(10.50±0.75) t·hm-2)、高(high-yielding fields HYF,壤質(zhì)土,產(chǎn)量12.75±0.75 t·hm-2)3個(gè)春玉米田塊,在3種質(zhì)地田塊分別設(shè)施肥(FY)和不施肥處理(CK)。施肥處理模式設(shè)計(jì)為肥料N:202 kg·hm-2(尿素,含氮46%)、P2O5:67.5 kg·hm-2(磷酸二銨,含P2O546%,含N 18%)、K2O:67.5 kg·hm-2(硫酸鉀,含K2O50%)和有機(jī)肥:22.5 t·hm-2[牛糞,含有機(jī)質(zhì)14.7%、氮(N)0.42%、磷(P2O5)0.22%]。施用肥料以基肥和追肥2種方式施入土壤(1/4 N肥用于基肥,3/4用于追肥,其他肥料均用于基肥)。共6個(gè)處理,重復(fù)3次,共18個(gè)小區(qū);小區(qū)面積為:10×20=200 m2。小區(qū)處理連續(xù)3年,種植玉米品種:2009和2010年為金山27,2011年為鄭丹 958,種植密度均為 75000株·hm-2,田間管理同當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)種植。

        1.3 土壤樣品采集

        各小區(qū)于試驗(yàn)后(2011年9月29日)采集不同層次(表層0~10 cm、中層10~20 cm、底層20~40 cm土層)土壤樣品,每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集5個(gè)點(diǎn)位,現(xiàn)場(chǎng)同層次混勻,放入塑封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室,4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

        1.4 測(cè)定方法

        土壤DOM浸提液制備:土壤冷凍干燥后,過(guò)100目篩,利用超純水浸提(水土比:10∶1,200 r·min-120±1 ℃下振蕩16 h,在10000 r·min-120 ℃下離心30 min固液分離,上清液過(guò)0.45 μm濾膜)獲得土壤DOM浸提液。DOM采用三維熒光光譜法測(cè)定(Liu等,2009;Baker,2001;Wu和Tanoue,2001),利用Hitachi F-7000型熒光光譜分析儀測(cè)定其三維熒光光譜(3DEEM)。激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)狹縫寬度為每隔5 nm,掃描速度:2400 nm·min-1,激發(fā)波長(zhǎng)(Ex)200~450 nm,發(fā)射波長(zhǎng)(Em)250~600 nm。DOC采用TOC-5000A測(cè)定;土壤中溶解性有機(jī)氮(DON)采用溶解性總氮(DTN)與氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)的差減法測(cè)定(Ros等b,2010),DTN和NO3--N采用紫外分光光度計(jì)法測(cè)定,NH4+-N采用納氏試劑分光光度計(jì)法測(cè)定,計(jì)算公式為DON=DTN-NH4+-N-NO3--N;土壤溶解性有機(jī)磷(DOP)采用溶解性總磷(DTP)與活性磷(SRP)的差減法測(cè)定,DTP、SRP采用紫外分光光度計(jì)法測(cè)定(中國(guó)環(huán)境保護(hù)總局,2002),計(jì)算公式為DOP=DTP-SRP。土壤微生物量碳(Cmic)、氮(Nmic)采用氯仿熏蒸培養(yǎng)法測(cè)定(吳金水等,2006;Calbri等,2007),MBC采用multi N/C 3100分析儀測(cè)定,MBN采用FOSS 800-810-3363分析儀測(cè)定。

        表1 不同質(zhì)地土壤理化性狀Table 1 The physical and chemical properties of different soil in test fields

        1.5 數(shù)據(jù)處理

        試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS17.0和EXCEL2003軟件進(jìn)行分析,差異顯著性分析采用LSD分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 施肥對(duì)高、中、低產(chǎn)田土壤DOM的影響

        通過(guò)土壤DOM的3DEEM可見,根據(jù)前人研究結(jié)果對(duì)比,各田塊不同層次土壤3DEEM均出現(xiàn)Peak-A(腐植酸)、Peak-B(富里酸)和Peak-E(類蛋白)3個(gè)熒光峰(Liu等,2009;Wu和Tanoue,2001;Chen等,2003)。施肥對(duì)高、中、低產(chǎn)田土壤∑Fex/em的影響如圖1所示。施肥處理土壤DOM的∑Fex/em為5440~6710,平均值為6104,總體呈中產(chǎn)田>高產(chǎn)田>低產(chǎn)田;不施肥處理土壤 DOM的∑Fex/em為5394~6499,平均值為6001,總體呈中產(chǎn)田>高產(chǎn)田>低產(chǎn)田。處理間相比,施肥比不施肥處理高、中、低產(chǎn)田土壤DOM的∑Fex/em分別增加了2.84%、3.56%和-1.52%,平均增加了1.08%。中、低產(chǎn)田底層和高、中產(chǎn)田表層土壤 DOM的∑Fex/em顯著增加,低產(chǎn)田表層、中層和高產(chǎn)田中層、底層顯著降低。表明,施肥增加中產(chǎn)田土壤中DOM含量,降低低產(chǎn)田土壤 DOM含量,且主要降低10~20 cm層土壤DOM含量。

        圖1 不同產(chǎn)田土壤DOM熒光∑Fex/em變化Fig. 1 The variation of DOM contents and ∑Fex/emin different yielding soils

        2.2 施肥對(duì)不同肥力田塊土壤DOC含量的影響

        DOC是指在一定的時(shí)空條件下,受植物和微生物影響強(qiáng)烈、具有一定溶解性的土壤碳素(沈宏等,1999)。施肥對(duì)高、中、低產(chǎn)田土壤DOC含量的影響如圖2所示。施肥處理各農(nóng)田土壤DOC含量為70.41~173.14 mg·kg-1,平均值為117.48 mg·kg-1,總體呈中產(chǎn)田>高產(chǎn)田>低產(chǎn)田;不施肥處理各農(nóng)田土壤DOC含量為73.48~188.46 mg·kg-1,平均值為113.88 mg·kg-1,總體呈低產(chǎn)田>中產(chǎn)田>高產(chǎn)田。處理間相比,施肥比不施肥高、中、低產(chǎn)田土壤DOC含量分別增加了20.43%、16.43%和-29.11%,平均增加了9.36%。中產(chǎn)田底層和高產(chǎn)田表層、中層土壤DOC含量顯著增加,低產(chǎn)田中層土壤DOC含量顯著降低。表明,施肥能夠增加高、中產(chǎn)田土壤中DOC含量,降低低產(chǎn)田土壤DOC含量。

        圖2 不同產(chǎn)田土壤DOC含量變化Fig. 2 The variation of DOC contents in different yielding soils

        2.3 施肥對(duì)不同產(chǎn)田土壤DOP含量的影響

        土壤有機(jī)磷(organic phosphorus)對(duì)土壤磷的礦化及磷循環(huán)具有重要的作用(Oehl等,2004;Achat等,2010),DOP是土壤浸提液中容易被生物利用的有機(jī)磷(McDowell R和Koopmans,2006)。施肥對(duì)高、中、低產(chǎn)田土壤DOP含量的影響如圖3所示。施肥處理各農(nóng)田土壤DOP含量為5.92~9.75 mg·kg-1,平均值為7.34 mg·kg-1,總體呈中產(chǎn)田>低產(chǎn)田>高產(chǎn)田;不施肥處理各農(nóng)田土壤 DOP含量為4.65~11.59 mg·kg-1,平均值為7.48 mg·kg-1,總體呈高產(chǎn)田>低產(chǎn)田>中產(chǎn)田。處理間相比,施肥比不施肥處理高、中、低產(chǎn)田土壤 DOP含量分別增加了-22.87%、10.30%和 4.15%,平均增加了-3.39%。中產(chǎn)田中層和低產(chǎn)田表層土壤DOP含量顯著增加,高產(chǎn)田底層土壤 DOP含量顯著降低。表明,施肥增加了中、低產(chǎn)田土壤 DOP含量,降低了高產(chǎn)田土壤DOP含量。

        2.4 施肥對(duì)不同產(chǎn)田土壤DON含量的影響

        圖3 不同產(chǎn)田土壤DOP含量變化Fig. 3 The variation of DOP contents in different yielding soils

        DON是土壤氮素生物地球化學(xué)循環(huán)的關(guān)鍵組成部分(Jones和Willett,2006),是限制陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的重要元素(Qualls和 Richardson,2003)。施肥對(duì)高、中、低產(chǎn)田土壤DON含量的影響如圖4所示。施肥處理各農(nóng)田土壤DON含量為25.83~54.59 mg·kg-1,平均值為44.34 mg·kg-1,總體呈中產(chǎn)田>低產(chǎn)田>高產(chǎn)田;不施肥處理各農(nóng)田土壤DON含量為34.89~65.75 mg·kg-1,平均值為46.83 mg·kg-1,總體呈低產(chǎn)田>中產(chǎn)田>高產(chǎn)田。處理間相比,施肥比不施肥高、中、低產(chǎn)田土壤DON含量分別增加了-20.63%、6.97%和-8.41%,平均增加了-7.54%。中產(chǎn)田中層土壤DON含量顯著增加,高產(chǎn)田中層土壤DON含量顯著降低。表明,施肥增加了中產(chǎn)田土壤DON含量,降低了高產(chǎn)田土壤DON含量。

        圖4 不同產(chǎn)田土壤DON含量變化Fig. 4 The variation of DON contents in different yielding soils

        2.5 施肥對(duì)高、中、低產(chǎn)田土壤DOM來(lái)源的影響

        熒光指數(shù)(Fluorescence intensity ratio, FI)是表征DOM的不同來(lái)源的參數(shù)(McKnight等,2001),F(xiàn)I定義為激發(fā)光波長(zhǎng)為370 nm時(shí),熒光發(fā)射光譜強(qiáng)度在 450 nm與 500 nm處的比值,已有研究(McKnight等,2001;Jaffé等,2004)表明,陸地輸入來(lái)源 DOM 和微生物活動(dòng)引起的自生來(lái)源DOM這2個(gè)端源FI值分別為1.4和1.9。不同農(nóng)田土壤各層次FI值為1.46~1.52,表明土壤中DOM以陸源為主。FI值高產(chǎn)田>中產(chǎn)田>低產(chǎn)田,不同層次總體呈隨著土壤深度的增加呈上升趨勢(shì),表明由高產(chǎn)田至低產(chǎn)田土壤中DOM由生物源向陸源遷移,隨著深度的增加土壤中生物源DOM增加。施肥增加了低產(chǎn)田土壤FI值,明顯地降低了高產(chǎn)田土壤FI值,表明施肥使低產(chǎn)田土壤生物源DOM增加,使高產(chǎn)田陸源DOM增加。主要是因?yàn)榈彤a(chǎn)田孔隙度大,含氧量高,微生物活性高,施入有機(jī)肥被微生物分解利用,而高產(chǎn)田粘粒含量高,微生物活性弱,施入有機(jī)肥被粘粒吸附在膠體表面。

        腐殖化指數(shù)(humification index, HIX)表征DOM的腐殖化程度或成熟度,定義為波長(zhǎng)254 nm激發(fā)下,發(fā)射波長(zhǎng)在435~480 nm與300~345 nm波段內(nèi)的熒光強(qiáng)度平均值的比值(吳華勇等,2012)。HIX小于4時(shí),表明DOM腐殖化程度較弱,而高達(dá)10~16時(shí),則表明DOM具有明顯的腐殖化特征。HIX值中產(chǎn)田>低產(chǎn)田>高產(chǎn)田,表明中產(chǎn)田腐殖化程度較高。不同層次土壤 HIX相比,中低產(chǎn)田10~20 cm土層最高,高產(chǎn)田該層最低(圖5)。施肥使高產(chǎn)田土壤 HIX略有升高,使中低產(chǎn)田土壤HIX降低??梢娛┓适怪械彤a(chǎn)田土壤DOM腐殖化程度降低,對(duì)高產(chǎn)田影響較小。主要是因?yàn)槭┓蕦?duì)中低產(chǎn)田玉米生長(zhǎng)的促進(jìn)作用較大,玉米在生長(zhǎng)的過(guò)程中促進(jìn)微生物分解大量的腐殖質(zhì),使土壤中DOM 的腐殖化程度降低,而施肥對(duì)高產(chǎn)田玉米土壤微生物影響相對(duì)較小。

        3 討論

        土壤中DOM組分含量受外源輸入和土壤生物耗損以及微生物轉(zhuǎn)化作用的影響(盧萍等,2006)。施入的有機(jī)肥中含有大量DOM是增加土壤DOM的重要途徑,同時(shí)土壤中的有機(jī)物可以通過(guò)吸附和螯合施入的無(wú)機(jī)氮、磷而形成 DON和 DOP等DOM,因此施肥與不施肥相比各農(nóng)田土壤DOM平均有所增加。但是施肥同時(shí)改善土壤理化環(huán)境增加土壤微生物活性(馬曉霞等,2012),一方面促進(jìn)了土壤中DOM組分的耗損,另一方面微生物促進(jìn)其他碳、氮、磷形態(tài)向溶解性有機(jī)態(tài)轉(zhuǎn)化(馬曉霞等,2012)。根據(jù)相關(guān)性分析可見 DOC、DOP和DON與微生物碳(Cmic)呈顯著負(fù)相關(guān),表明在本試驗(yàn)中微生物活性的增加主要是促進(jìn)溶解性有機(jī)碳、氮、磷的耗損。同時(shí)施肥增加了玉米根系對(duì)土壤氮、磷養(yǎng)分的吸收利用,因此施肥與不施肥處理相比DOP和DON含量總體呈下降趨勢(shì),盧萍等(2006)研究表明土壤溶液中DON濃度與施肥量呈負(fù)相關(guān)??梢婇L(zhǎng)期施肥主要增加了土壤中DOC組分的DOM,而降低土壤中DOP和DON含量。

        圖5 不同產(chǎn)田土壤DOM熒光指數(shù)FI和腐殖化指數(shù)HIX變化Fig. 5 The variation of FI and HIX of in different yielding soils

        表2 土壤溶解性有機(jī)質(zhì)組分與土壤微生物和養(yǎng)分含量的相關(guān)性Table 2 The correlations of the components of soil DOM and the content of soil microorganism and nutrition

        由于高、中、低產(chǎn)田及不同層次土壤理化特性的差異,施肥對(duì)DOM的影響也不盡相同。高產(chǎn)田因其土壤粘粒含量較高,使有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性高,可溶性較低,在高產(chǎn)田中施肥,一方面肥料中的 DOM被土壤粘粒所固定,另一方面施肥后土壤孔隙度增加,促進(jìn)土壤中DOM的耗損,使DOM含量下降,特別是底層下降較明顯。低產(chǎn)田土壤含氧量高,微生物活性較高,在低產(chǎn)田中施肥,一方面施肥增加土壤中DOM含量,主要表現(xiàn)在表層土壤,另一方面施肥增加土壤養(yǎng)分含量,促進(jìn)土壤微生物活性、提高根系活力,增加生物對(duì)土壤DOP和DON的轉(zhuǎn)化和吸收量,增加DOM的耗損降低DOC含量,但促進(jìn)土壤磷素活化使 DOP含量增加。中產(chǎn)田土壤養(yǎng)分充足、粘粒含量適中,施肥主要表現(xiàn)為增加土壤中DOM含量。中層是肥料施入的主要層次及根系主要分布層,因此施肥對(duì)中層土壤DOM組分增加作用顯著。土壤中DOM是土壤微生物的主要能源及作物氮、磷的潛在供給者,對(duì)土壤肥力具有重要的影響。根據(jù)相關(guān)性分析(表2)可見,DOM熒光強(qiáng)度與產(chǎn)量和千粒重均呈顯著正相關(guān),與土壤中速效磷、堿解氮均呈顯著正相關(guān);DOP和DON與產(chǎn)量均呈顯著負(fù)相關(guān)??梢娪衩桩a(chǎn)量與土壤DOM呈正相關(guān),DOM熒光強(qiáng)度可以作為土壤肥力指標(biāo)(汪景寬等,2008)。

        4 結(jié)論

        (1)施肥使土壤中DOM熒光強(qiáng)度和DOC、DOP和DON含量平均增加了1.08%、9.36%、-3.39%和-7.54%,施肥主要提高土壤 DOC含量,降低了土壤 DON含量。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施不僅增加土壤DOM 及其組分的輸入,同時(shí)通過(guò)影響微生物活性根系活力促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的耗損。

        (2)施肥使中產(chǎn)田土壤DOM熒光強(qiáng)度和DOC、DOP、DON含量分別增加了3.56%、16.43%、10.30%、6.97%,使高、低產(chǎn)田土壤DOM及其組分含量有所下降,使高產(chǎn)田土壤DOM向陸源化,使低產(chǎn)田土壤DOM生物源化。

        (3)施肥主要增加10~20 cm土層土壤DOM及其組分含量,促進(jìn)犁底層土壤DOM的耗損,對(duì)表層土壤影響相對(duì)較小。

        (4)DOM熒光強(qiáng)度與產(chǎn)量及土壤有效養(yǎng)分呈顯著相關(guān),DOM熒光強(qiáng)度具有土壤肥力指示意義。

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        Effect of Fertilization on Soil Dissolved Organic Matter under Different Yield Levels of Spring Corn

        ZHAO Haichao1,2, LIU Jinghui1*, ZHAO Baoping1, ZHANG Xingjie1

        1. College of Agronomy, Inner Mongolia Agriculture University, Huhhot 010018, China;
        2. Department of Agricultural Science, Hebei North University, Zhangjiakou 075131, China

        This article investigated the effects of fertilization on dissolved organic matter (DOM), dissolved organic carbon (DOC), dissolved organic nitrogen (DON) and dissolved organic phosphorus (DOP) of the spring corn soil from Liaohe Irrigation with three-dimensional excitation-emission matrix spectroscopy. Through three years field experiment, the soil fertility effects of soil DOM and its components were analyzed. The experimental results indicated that the average ∑Fex/em of DOM, DOC, DON and DOP in fertilizing soil increased by1.08%, 9.36%, -3.39% and -7.54%, respectively. According to the high yielding field, middle yielding field and low yielding field, the increased ∑Fex/em of DOM were 2.84%、3.56% and -1.52%, that of DOC were 20.43%、16.43% and -29.11%, that of DON were -20.63%、6.97% and -8.41%, and that of DOP were -22.87%、10.30% and 4.15%. The increasing of w (DOM) mainly occurred in middle yielding field soil. The increasing w (DOC) mainly occurred in middle plow ground floor (20~40 cm depth) soil of middle yielding field and in the surface layer (0~10 cm depth) and the plow layer (10~20 cm depth) soil of high yielding field. That of w (DOP) mainly occurred in the plow layer of middle yielding field and the surface layer of low yielding field. That of w (DON) mainly occurred in the plow layer of middle yielding field. By fertilizing treatment,in low yielding field soil, the fluorescence index (FI) was increased and the humification index (HIX) was decreased, in high yielding field soil the FI was decreased and HIX was increased. The content of DOM was significantly increased in the soil of middle yielding field, but it decreased in low and high yielding fields by fertilizing treatment. Although the DOM content in fertilizing soil increased in middle plow ground floor (10~20 cm depth), it decreased in middle plow ground floor (20~40 cm depth). The fertilizing treatment increased the percentage of terrigenous DOM in high-yielding field and the percentage of biological source DOM in low-yielding field. The fertilizing treatment mainly increased the contents of DOM in plow layer (10~20 cm depth) soil, and depleted the DOM in plow ground floor (20~40 cm depth) soil. The fertilizing treatment promoted the percentage of terrigenous DOM in high yielding field and the percentage of biological source DOM in low yielding field, and reduced the humification degree of DOM in middle and low yielding field soil. The fertilizing treatment is not only an important source of soil DOM, and also the depletion of soil DOM was promoted by influencing the activity of microbe and root. The impact of DOM on soil fertilizing treatment is different due to the differences in soil texture. DOM fluorescence intensity and yield and soil available nutrients were significantly correlated. DOM fluorescence intensity has the indicative effect on soil fertilization.

        the fertilizing treatment; soil; dissolved organic matter (DOM); yield; corn

        S153.6

        :A

        :1674-5906(2014)08-1286-06

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        國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目(201303126);河北北方學(xué)院青年基金項(xiàng)目

        趙海超(1974年生),男,博士,主要研究方向?yàn)樽魑锔髋c農(nóng)業(yè)生態(tài)。E-mail: haichaozhao19@163.com

        *通信作者:劉景輝(1965年生),男。E-mail: cauljh@yahoo.com.cn

        2014-05-14

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