王帥　李昕洋　于楠楠　朱曉麗　　　權(quán)振貴　　　　竇森

(吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，吉林市，132101)　　　　　　　　(磐石市明城鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)站)　　　(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué))

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不同玉米栽培模式對中溫帶典型暗棕壤腐殖質(zhì)組成的短期影響1)

王帥李昕洋于楠楠朱曉麗權(quán)振貴竇森

(吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，吉林市，132101)(磐石市明城鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)站)(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué))

摘要為探討不同玉米栽培模式對中溫帶典型暗棕壤腐殖質(zhì)組分?jǐn)?shù)量及結(jié)構(gòu)的短期影響，以吉林省磐石市實施3 a的定位栽培試驗為供試對象，分別研究高光效休耕輪作栽培(HPE)、地膜覆蓋的高光效休耕輪作栽培(PM-HPE)、寬窄行交替休閑栽培(WNR),以及農(nóng)民等壟寬常規(guī)栽培(CC)下各栽培模式的種植帶和休耕帶兩個功能區(qū)對暗棕壤總有機(jī)碳、水溶性物質(zhì)、胡富質(zhì)量分?jǐn)?shù)比(w(C(HA))∶w(C(FA)))、胡敏素以及胡敏酸、富里酸溶液光學(xué)性質(zhì)(E4/E6與△logK值)差異的影響，結(jié)果表明：(1)休閑栽培措施在短期內(nèi)易使暗棕壤總有機(jī)碳發(fā)生礦化，但其對水溶性物質(zhì)及其占總有機(jī)碳中比例的提高具有促進(jìn)作用，其中PM-HPE模式對水溶性物質(zhì)的保蓄效果最佳。休閑栽培下密植玉米的種植帶對水溶性物質(zhì)含量有所消耗，使更多水溶性物質(zhì)固存在休耕帶；(2)休閑栽培更有利于暗棕壤胡敏酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的消耗以及富里酸組分的累積，使其腐殖質(zhì)活性增加、品質(zhì)降低。適度休耕能夠在一定程度上緩解胡敏酸相對比例的損失，更有利于腐殖質(zhì)品質(zhì)的穩(wěn)定。休耕有利于腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)向簡單化方向進(jìn)行，而在種植帶，暗棕壤富里酸分子有進(jìn)一步縮合的趨勢；(3)高光效栽培促進(jìn)了微生物對胡敏素的礦化分解。

關(guān)鍵詞玉米；休閑栽培；暗棕壤；腐殖質(zhì)組成

分類號S344.11;S154.2

Short-term Effect of Different Corn Cultivation Modes on the Compositions of Humic Substances Extracted from A Typical Dark-brown Soil in Middle Temperate Region

Wang Shuai, Li Xinyang, Yu Nannan, Zhu Xiaoli

(Jilin Agriculture Science and Technology College, Jilin 132101, P. R. China); Quan Zhengui(Agricultural Station of Mingcheng Town); Dou Sen(Jilin Agricultural University)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(4)：54-59.

We studied the differences in the contents of total organic C (TOC), water soluble substance (CWSS), humin (CHu), the ratios of humic acid (HA)/fulvic acid (FA) (CHA/CFA) andE4/E6, the △logKvalues from the HA and FA alkaline-solutions based on the four cultivation types including the fallow rotation cultivation with a high photosynthetic efficiency (HPE), the plastic mulched fallow rotation cultivation with a high photosynthetic efficiency (PM-HPE), the alternating leisure cultivation of wide-narrow row (WNR) and the conventional cultivation(CC). The cultivation experiments mentioned above was implemented continuously for 3 a in Panshi City of Jilin Province served as our tested objects for exploring the short-term effects of different corn cultivation modes on the compositions and structural properties of humic substances extracted from a typical Dark-brown soil in middle temperate region. In this process, two functional areas of the planting zone and fallow area were discussed separately. The application of short-term fallow cultivation were more likely to accelerate the mineralization process of TOC, but the content ofCWSSand its proportion in the TOC could be enhanced, in which the retention ofCWSSby PM-HPE was the best. The planting zone from the fallow cultivation could consume a large number ofCWSS, making much moreCWSSexist in the fallow area. The fallow cultivation was more conducive to the consumption ofCHAand the accumulation ofCFAextracted from the dark-brown soil, and simultaneously could improve the activity of humus and lower its quality. The moderate fallow farming methods could prevent a loss in the relative proportion ofCHA, which was more advantageous to the stability of humus quality. The fallow cultivation could make the structure of humus simple, but at the planting zone, it could promote a tendency to further condensation of FA extracted from the dark-brown soil. The fallow rotation cultivation with a high photosynthetic efficiency could promote the microbial decomposition and mineralization ofCHu.

KeywordsCorn; Fallow cultivation; Dark-brown soil; Composition of humic substance

玉米是我國種植業(yè)的第一大作物，其傳統(tǒng)的栽培模式正在接受各地涌現(xiàn)新技術(shù)的挑戰(zhàn)，其中，寬窄行交替休閑種植、高光效休耕輪作栽培以及地膜覆蓋的高光效栽培均在改善玉米生育性狀及促進(jìn)產(chǎn)量方面有著不俗的成績，然而在此基礎(chǔ)上，需要更加關(guān)注其對腐殖質(zhì)組分?jǐn)?shù)量及性質(zhì)的影響[1]。

耕作方式能夠影響土壤有機(jī)質(zhì)的周轉(zhuǎn)[2]，而腐殖質(zhì)作為有機(jī)質(zhì)的核心組分，其組成狀況必然受到栽培模式的影響[3-4]。PéREZ et al.[5]分別采用EPR、13C NMR、FTIR和熒光光譜技術(shù)對不同耕作措施(傳統(tǒng)耕作、玉米休耕、玉米大豆休耕輪作、免耕、玉米大豆間作以及非耕作土壤)影響下的巴西氧化土胡敏酸(humic acid，HA)組分進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明，5 a耕作措施的應(yīng)用并未對其胡敏酸組分產(chǎn)生結(jié)構(gòu)層面的顯著影響。SLEPETIENE et al.[6]以40 a傳統(tǒng)耕作及淺耕、少耕影響下的始成土作為供試土壤，研究了兩類耕作措施=對其腐殖質(zhì)含量及組成的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)淺耕、少耕更有利于增加0～20 cm土層腐殖質(zhì)的含量，但其質(zhì)量并未見提高，從組成狀況看，淺耕、少耕對穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)及胡敏酸含量有所促進(jìn)。呂貽忠等[7]以10 a耕作制定位試驗田黑土為研究對象，討論了翻耕壟作、旋耕壟作及寬窄行交替休閑等農(nóng)業(yè)措施對黑土腐殖質(zhì)組分及胡敏酸分子結(jié)構(gòu)的影響。趙紅等[8]結(jié)合元素分析與FTIR技術(shù)研究了免耕與翻耕兩種耕作方式對黑土腐殖酸含量及胡敏酸結(jié)構(gòu)的影響。ZHAO et al.[4]采用CPMAS13C NMR技術(shù)對連續(xù)實施26 a免耕、翻耕及深松黑土的微團(tuán)聚體(<250 μm)及大團(tuán)聚體(>250 μm)進(jìn)行了有機(jī)碳化學(xué)組成的系統(tǒng)分析，提出“免耕有利于土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定，但可使之結(jié)構(gòu)復(fù)雜”的結(jié)論。

綜上，盡管國內(nèi)外學(xué)者針對不同耕作方式長期影響下的土壤胡敏酸組分已進(jìn)行了較為詳盡的分析，但對于目前新型栽培模式對土壤腐殖質(zhì)組成影響方面的研究還較少，而將休閑栽培下的玉米生產(chǎn)田劃分為種植帶和休耕帶分別討論則更少報道。為此，本文以磐石市明城鎮(zhèn)開展3 a的玉米定位栽培試驗為研究對象，系統(tǒng)研究農(nóng)民等壟寬常規(guī)栽培、寬窄行交替休閑栽培、高光效休耕輪作栽培以及地膜覆蓋的高光效休耕輪作栽培等4種模式對暗棕壤腐殖質(zhì)組分?jǐn)?shù)量及結(jié)構(gòu)的影響，以期為耕作措施的積極引進(jìn)、科學(xué)改良及生態(tài)適應(yīng)性調(diào)整提供理論支撐和決策參考，使相關(guān)技術(shù)在不斷完善中向“穩(wěn)產(chǎn)量、保地力”的方向發(fā)展。

1試驗區(qū)概況

玉米田選址吉林省磐石市明城鎮(zhèn)五星村，地處北緯43°10′54.94″～43°10′56.91″、東經(jīng)126°01′07.55″～126°01′13.68″，海拔高度為716.5 m。該地位于吉林省中南部，屬北溫帶氣候，位于松遼平原向長白山的過渡地帶，屬于丘陵半山區(qū)，年平均氣溫4.1 ℃，年平均降水量676.5 mm，年平均日照2 491.2 h，無霜期約125 d，供試土壤類型為暗棕壤。

2材料與方法

選擇耐密、緊湊型的先玉335作為玉米供試品種，種植密度為6.5萬株/hm2。根據(jù)玉米栽培的不同模式共設(shè)4個處理：高光效休耕輪作栽培(HPE)、地膜覆蓋的高光效休耕輪作栽培(PM-HPE)、寬窄行交替休閑栽培(WNR)和農(nóng)民等壟寬常規(guī)栽培(CC)，每個處理下設(shè)3次重復(fù)，每個重復(fù)的小區(qū)面積不低于60 m2。各措施實施地自2012年4月起，已連續(xù)進(jìn)行3 a，技術(shù)要點見表1。

各處理均采取底口追相結(jié)合的模式施肥，處理間施肥量保持一致(施N 280 kg/hm2，P2O580 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2)。整地采用秋季深松打破犁底層與春季旋耕滅茬相結(jié)合的方式進(jìn)行，其他田間管理措施保持一致。

表1　不同玉米栽培模式的技術(shù)要點

土樣采集與測定方法：除農(nóng)民等壟寬常規(guī)栽培(CC)試驗地采取5點采樣法外，其余休閑栽培模式下的試驗田塊，均將其劃分為當(dāng)季種植帶(當(dāng)季密植玉米的區(qū)域)和休耕帶(栽培技術(shù)執(zhí)行3 a時公共休耕的區(qū)域)兩個功能區(qū)加以區(qū)分并分別采樣和分析。

采用腐殖質(zhì)組成修改法對采集土樣進(jìn)行分析，即在Kumada方法的基礎(chǔ)上對提取溫度和分組方法進(jìn)行了修訂[9]。具體步驟如下：稱取過0.01 mm篩的風(fēng)干土樣5.00 g于100 mL聚乙烯離心管中，加入30 mL蒸餾水?dāng)嚢杈鶆?，?0 ℃恒溫水浴振蕩器上提取1 h，離心(3 500 r/min，15 min)，將上清液過濾于50 mL容量瓶中，在帶有殘渣的離心管中繼續(xù)加水20 mL攪拌均勻，直接離心并將此次上清液與前次合并、用蒸餾水定容，此溶液即為水溶性物質(zhì)。按照上述方法將蒸餾水改為0.1 mol/L NaOH和0.1 mol/L Na2P2O7的混合液對殘渣進(jìn)行二次提取，此次收集的溶液即為可提取腐殖酸。離心管中殘渣用蒸餾水多次洗滌，直至洗液近中性，將其轉(zhuǎn)入55 ℃鼓風(fēng)干燥箱烘干至恒質(zhì)量，該沉淀物質(zhì)即為胡敏素。

吸取上述腐殖酸溶液30 mL，用0.5 mol/L H2SO4將其pH值調(diào)至1.0～1.5的范圍，而后置于70 ℃水浴鍋中保溫1.5 h，靜置過夜，次日將溶液過濾于50 mL容量瓶、定容，此溶液即為富里酸。濾紙上殘渣先用稀酸洗滌、再用溫?zé)岬?.05 mol/L NaOH將其溶解于50 mL容量瓶中，用蒸餾水定容，即為胡敏酸，上述腐殖質(zhì)組分的有機(jī)碳含量均采用外加熱—重鉻酸鉀氧化法測定，此外，采用T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計(北京譜析通用有限公司)對胡敏酸和富里酸溶液的吸光值(E400、E465、E600和E665)進(jìn)行了測定，并由此計算出光學(xué)密度值(E4/E6)和色調(diào)系數(shù)(ΔlogK)，具體計算方法如下[10-11]：E4/E6=E465/E665，ΔlogK=logE400-logE600。

采用Excel 2003和SPSS 18.0(PASW Statistics 18)軟件對玉米不同栽培模式下的腐殖質(zhì)組成及相關(guān)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行整理并進(jìn)行了差異程度分析。

3結(jié)果與分析

3.1玉米栽培模式對暗棕壤總有機(jī)碳(CTO)及水溶性物質(zhì)(CWSS)的影響

為明確玉米不同栽培模式對暗棕壤總有機(jī)碳及其水溶性物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，以CC為參照，對另外3種休閑栽培模式下的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了橫向比較。由表2可見，HPE、PM-HPE和WNR 3種栽培模式對暗棕壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均表現(xiàn)為明顯的消耗作用，但其對水溶性物質(zhì)及其占總有機(jī)碳中的比例卻有促進(jìn)作用，尤以PM-HPE處理的效果為最佳。另外，從各休閑栽培模式內(nèi)的兩個功能區(qū)來看，休耕措施(Fs)均有助于w(CWSS)∶w(CTO)提升。可見，適度休耕的確有助于提升暗棕壤總有機(jī)碳中水溶性物質(zhì)所占的份額，增幅由HPE、PM-HPE至WNR分別為20.2%、35.1%和3.8%。

表2不同栽培模式對暗棕壤水溶性物質(zhì)及其在總有機(jī)碳中所占比例的影響

栽培模式功能區(qū)總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)/g·kg-1水溶性物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/g·kg-1w(CWSS)∶w(CTO)/%CC(18.7±0.39)a(0.49±0.02)f(2.60±0.16)fHPEPs(17.4±0.25)b(0.54±0.04)de(3.12±0.21)eFs(15.6±0.13)d(0.61±0.01)c(3.91±0.04)cPM-HPEPs(13.2±0.09)f(0.68±0.02)b(5.11±0.04)bFs(13.8±0.17)e(1.08±0.02)a(7.87±0.03)aWNRPs(16.4±0.12)c(0.52±0.02)ef(3.18±0.07)deFs(17.2±0.18)b(0.57±0.02)cd(3.30±0.06)d

注：CC、HPE、PM-HPE和WNR分別代表農(nóng)民等壟寬常規(guī)栽培、高光效休耕輪作栽培、地膜覆蓋的高光效休耕輪作栽培以及寬窄行交替休閑栽培；Ps和Fs分別代表當(dāng)季種植帶和休耕帶；表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

3.2玉米栽培模式對暗棕壤胡敏酸(CHA)及胡富質(zhì)量分?jǐn)?shù)比(w(CHA)∶w(CFA))的影響

由表3可見，與CC相比，3種休閑栽培模式(HPE、PM-HPE及WNR)對暗棕壤胡敏酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有著較為明顯的消耗作用，其中PM-HPE模式下的種植帶對暗棕壤胡敏酸組分的消耗程度最大。此外，對比休閑栽培下種植帶與休耕帶暗棕壤胡敏酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異可知，除PM-HPE外，源自HPE與WNR模式下的休耕帶，其胡敏酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于其種植帶的水平。

表3不同栽培模式對暗棕壤胡敏酸(CHA)及胡富質(zhì)量分?jǐn)?shù)比(w(CHA)∶w(CFA))的影響

栽培模式功能區(qū)胡敏酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)/g·kg-1w(CHA)∶w(CFA)CC(9.92±0.24)a(10.38±0.31)aHPEPs(5.89±0.32)b(5.38±0.11)dFs(5.23±0.18)d(8.53±0.13)bPM-HPEPs(3.48±0.22)f(2.70±0.23)fFs(4.51±0.24)e(5.68±0.18)cWNRPs(5.77±0.22)c(2.71±0.18)fFs(4.51±0.19)e(3.52±0.25)e

注：CC、HPE、PM-HPE和WNR分別代表農(nóng)民等壟寬常規(guī)栽培、高光效休耕輪作栽培、地膜覆蓋的高光效休耕輪作栽培以及寬窄行交替休閑栽培；Ps和Fs分別代表當(dāng)季種植帶和休耕帶；表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；4.同列不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

作為衡量土壤腐殖質(zhì)品質(zhì)及活性的重要指標(biāo)[12]，w(CHA)∶w(CFA)還能用于土壤腐殖物質(zhì)組成狀況的描述，根據(jù)該比值的變化可以大致判斷玉米栽培模式對暗棕壤胡敏酸與富里酸間的轉(zhuǎn)化方向。由表3可見，各栽培模式下暗棕壤w(CHA)∶w(CFA)比為2.70～10.38，均大于1，這表明供試區(qū)域暗棕壤中富里酸占主導(dǎo)地位，腐殖質(zhì)活性較低、品質(zhì)較好[13]。具體來看，與休閑栽培的3個模式(HPE、PM-HPE及WNR)相比，農(nóng)民等壟寬常規(guī)栽培在提升暗棕壤w(CHA)∶w(CFA)方面的作用最強(qiáng)。為明確休閑栽培內(nèi)部適度休耕對暗棕壤腐殖質(zhì)品質(zhì)的影響，又對其種植帶和休耕帶下胡敏酸及w(CHA)∶w(CFA)的結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3種休閑栽培下的土地休耕均有利于w(CHA)∶w(CFA)的提高，但作用機(jī)理有所不同，在HPE和WNR模式下，休耕帶暗棕壤胡敏酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所降低，可推斷其富里酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低幅度更大，而在PM-HPE模式影響下，休耕帶暗棕壤胡敏酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加則是w(HA)∶w(FA)提升的主要原因。

3.3玉米栽培模式對暗棕壤胡敏酸及富里酸溶液光密度(E4/E6)及色調(diào)系數(shù)(△logK)的影響

由表4所示，比照CC處理，休閑栽培更有利于暗棕壤提取胡敏酸溶液E4/E6及△logK的降低，而從其內(nèi)部種植帶和休耕帶兩個功能區(qū)來看，休耕帶土壤胡敏酸的E4/E6及△logK值均有所提高，增幅可達(dá)14.0%～15.9%。在此過程，高光效休耕輪作栽培的效果更為顯著；從表4中富里酸溶液E4/E6及△logK值的變化看，與CC相比，HPE、PM-HPE及WNR模式下的種植帶，其E4/E6和△logK值均顯著降低，其中，降幅最大的當(dāng)屬PM-HPE處理，而休閑栽培內(nèi)部的適度休耕能夠在一定程度上緩解兩個數(shù)值的降低走勢，PM-HPE模式下的休耕甚至使E4/E6及△logK值高于常規(guī)栽培。

表4不同栽培模式對暗棕壤胡敏酸及富里酸溶液E4/E6及△logK的影響

腐殖質(zhì)組分栽培模式功能區(qū)光密度(E4/E6)色調(diào)系數(shù)(△logK值)胡敏酸CC(4.65±0.80)A(0.64±0.09)A HPEPs(3.56±0.25)E(0.55±0.08)CFs(4.23±0.42)C(0.61±0.09)BPM-HPEPs(3.84±0.98)D(0.58±0.13)DFs(4.46±0.85)B(0.63±0.10)AWNRPs(3.53±1.18)E(0.56±0.04)CFs(4.11±0.54)C(0.60±0.12)C富里酸CC(13.93±1.06)b(1.19±0.13)a HPEPs(4.14±0.95)f(0.84±0.06)dFs(11.85±1.24)c(1.09±0.07)abcPM-HPEPs(3.54±0.48)g(0.75±0.02)bcdFs(15.55±0.57)a(1.19±0.08)abWNRPs(4.51±0.64)e(0.81±0.09)cdFs(8.14±0.68)d(0.83±0.09)abcd

注：CC、HPE、PM-HPE和WNR分別代表農(nóng)民等壟寬常規(guī)栽培、高光效休耕輪作栽培、地膜覆蓋的高光效休耕輪作栽培以及寬窄行交替休閑栽培；Ps和Fs分別代表當(dāng)季種植帶和休耕帶；表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同大、小寫字母分別表示胡敏酸及富里酸組分E4/E6、△logK均在0.05水平上差異顯著。

3.4玉米栽培模式對暗棕壤胡敏素(CHu)及其占總有機(jī)碳比例的影響

由表5可見，比照CC模式，HPE、PM-HPE及WNR等休閑栽培模式均有降低暗棕壤胡敏素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的作用，其中高光效栽培對其利用程度最大。而從當(dāng)季種植帶和休耕帶兩個功能區(qū)分析暗棕壤胡敏素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異可知，休耕帶內(nèi)高茬還田輔以深松措施，其更有助于胡敏素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(或稱惰性有機(jī)碳)的分解。另外，為深入研究暗棕壤總有機(jī)碳中惰性物質(zhì)對栽培模式的積極響應(yīng)，又對各栽培模式下胡敏素占總有機(jī)碳的百分比進(jìn)行了分析，相對于CC處理，3種休閑栽培模式僅有高光效休耕輪作栽培對暗棕壤總有機(jī)碳中胡敏素所占比例有削減作用，而覆膜下的高光效栽培(PM-HPE)無論在當(dāng)季種植帶，還是休耕帶兩個功能區(qū)均有助于暗棕壤總有機(jī)碳中胡敏素百分比的提高，而基于寬窄行交替休閑栽培，玉米種植帶下暗棕壤w(CHu)∶w(CTO)有所提升，而在休耕帶則表現(xiàn)為下降趨勢。

表5不同栽培模式對暗棕壤胡敏素及其占總有機(jī)碳比例的影響

栽培模式功能區(qū)胡敏素質(zhì)量分?jǐn)?shù)/g·kg-1w(CHu)∶w(CTO)CC(7.17±1.21)A(38.3±4.11)cHPEPs(6.08±0.94)E(35.1±1.95)dFs(4.60±0.12)G(29.5±3.52)ePM-HPEPs(6.34±0.82)C(47.9±4.54)aFs(5.39±0.21)F(39.2±2.41)bcWNRPs(6.55±0.87)B(39.3±3.85)bFs(6.19±0.35)D(36.0±2.85)d

注：CC、HPE、PM-HPE和WNR分別代表農(nóng)民等壟寬常規(guī)栽培、高光效休耕輪作栽培、地膜覆蓋的高光效休耕輪作栽培以及寬窄行交替休閑栽培;Ps和Fs分別代表當(dāng)季種植帶和休耕帶;表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同大、小寫字母分別表示胡敏素及w(CHu)∶w(CTO)在0.05水平上差異顯著。

4討論

栽培措施的改變通過對土壤產(chǎn)生不同程度的擾動會間接牽涉土壤生物學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而對腐殖化過程產(chǎn)生間接影響。國內(nèi)外諸如此類研究多集中于長期耕作措施對土壤腐殖質(zhì)組成及特征的影響，并未考慮休閑栽培內(nèi)部種植帶及休耕帶兩個功能區(qū)的差異影響，而本研究力爭在玉米新型栽培模式影響下，從兩個功能區(qū)角度系統(tǒng)揭示其對中溫帶典型暗棕壤腐殖質(zhì)組成的短期影響。

與休閑栽培相比，農(nóng)民等壟寬常規(guī)栽培能夠使玉米植株殘體及根系分泌物較為均勻地輸入土壤環(huán)境，未經(jīng)腐解或腐解不完全有機(jī)殘體的混入使土壤總有機(jī)碳含量得到了“片面”提高。休閑栽培通過打破犁底層的深松作業(yè)[14]，改善了土壤好氣微生物的生存環(huán)境，使總有機(jī)碳更易礦化、釋放養(yǎng)分以供玉米生產(chǎn)需要[6]，進(jìn)而使其保蓄的總有機(jī)碳含量少于常規(guī)栽培，這也符合AN TIL R等[15]提出的“少耕有利于土壤有機(jī)質(zhì)累積”的規(guī)律；對于休閑栽培能夠改善微生物活性的推測亦能在w(CWSS)∶w(CTO)的比例結(jié)果中得以證實，即3大休閑栽培模式均能通過提升水溶性物質(zhì)占總有機(jī)碳的比例來為微生物繁衍創(chuàng)造良好的物質(zhì)條件，相比之下，地膜覆蓋的高光效栽培通過保墑蓄水、提升地溫等作用，對土壤微環(huán)境的改善幅度最大，因此，在促進(jìn)暗棕壤水溶性物質(zhì)保蓄方面的效果為最佳。盡管休閑栽培通過深松改善了土體的通氣條件，促進(jìn)了微生物的好氧活動，但其所增加的水溶性物質(zhì)在種植帶被密植玉米的根系再度利用，保留了更多的水溶性物質(zhì)在休耕區(qū)域。

趙紅等[8]研究指出，免耕在增加黑土胡敏酸含量方面的作用要優(yōu)于常規(guī)耕作，而在本試驗中，短期休閑栽培的變革對于土壤的翻耕程度較大，因此其對暗棕壤胡敏酸含量均表現(xiàn)為明顯的消耗作用，其中地膜覆蓋下高光效栽培的種植帶，因地膜對水熱條件的改善，故而其對胡敏酸的消耗程度更為強(qiáng)烈。而在該模式內(nèi)部，種植帶在覆膜條件下根系分泌物較為集中，加速了微生物對胡敏酸成分的礦化，而區(qū)域內(nèi)的休耕則有利于胡敏酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)書水平的穩(wěn)定，而在高光效及寬窄行交替休閑栽培模式的影響下，休耕帶內(nèi)高留根茬及拔節(jié)期深松滅茬處理降低了胡敏酸的滯留數(shù)量，使其濃度水平低于種植帶下的結(jié)果。

結(jié)合w(CHA)∶w(CFA)的變化情況可知，常規(guī)栽培在促進(jìn)暗棕壤富里酸向胡敏酸轉(zhuǎn)化方面具有休閑栽培所不可比擬的優(yōu)勢，使富里酸及一些小分子組分進(jìn)一步縮合成為結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的胡敏酸，在此過程中，腐殖質(zhì)活性有所減弱，但其品質(zhì)有所提升。與之相反，休閑栽培則更有利于暗棕壤富里酸組分的累積，其一方面源于胡敏酸等復(fù)雜分子的分解，另一方面亦可源于有機(jī)小分子的縮合，最終促進(jìn)腐殖質(zhì)活性的整體提升，但品質(zhì)有所下降[16]。在此過程中，地膜覆蓋的高光效栽培更具優(yōu)勢，使腐殖質(zhì)分子更加活躍。休閑栽培內(nèi)部的適度休耕能夠在某種程度上緩解胡敏酸相對比例的損失，促進(jìn)腐殖質(zhì)品質(zhì)的提高，在此過程，高光效以及寬窄行交替休閑下的休耕帶，其對暗棕壤富里酸組分的消耗程度要大于胡敏酸，使得w(CHA)∶w(CFA)比增加，而在覆膜下的高光效栽培中，盡管對w(CHA)∶w(CFA)比的影響規(guī)律相同，但其作用機(jī)理不同，僅體現(xiàn)于其對胡敏酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高作用。

玉米栽培模式不僅能影響到暗棕壤腐殖質(zhì)組分的數(shù)量，還能在一定程度上影響腐殖質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征。一般來說，光密度(E4/E6)和色調(diào)系數(shù)(△logK)越高，說明它們的數(shù)均分子量越小，分子結(jié)構(gòu)越簡單[7，17-18]，反之，則其腐殖質(zhì)的分子量越高，縮合度和芳構(gòu)化程度愈高[19]。與常規(guī)栽培相比，休閑栽培對于暗棕壤胡敏酸數(shù)均分子量的提高確有促進(jìn)作用，芳香核原子團(tuán)有所增多，縮合程度提高，分子結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜?？梢酝茢啵诙唐谛蓍e栽培的高強(qiáng)度耕作更易促進(jìn)胡敏酸脂族碳的降解進(jìn)而使其芳香碳含量增高[20]。而對于休閑栽培內(nèi)部而言，休耕的部分土地更有助于胡敏酸分子結(jié)構(gòu)的簡單化，使其芳香環(huán)縮合度減小、脂肪側(cè)鍵增多，其原因可作如下分析：休閑栽培盡管內(nèi)部休耕，但高茬還田且受到較深層次翻耕，秸稈降解程度加劇，有機(jī)小分子數(shù)量增多，腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)向簡單化方向進(jìn)行，該結(jié)論與趙紅等[8]關(guān)于“長期翻耕有利于黑土腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單化”的結(jié)論一致。與常規(guī)栽培相比，休閑栽培下密植玉米的種植帶，其因根系集中且分泌物較多，暗棕壤富里酸分子有進(jìn)一步縮合的趨勢，最終芳構(gòu)化程度有所加強(qiáng)，在此方面，覆膜高光效栽培的效果更為明顯。而在休閑栽培下的休耕帶，其更易促進(jìn)富里酸分子的簡單化、年輕化，使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定于常規(guī)栽培的水平，其中，覆膜高光效下的休耕區(qū)域，暗棕壤富里酸分子的復(fù)雜程度甚至低于常規(guī)栽培。

在土壤腐殖質(zhì)組分中，胡敏素占總有機(jī)碳的絕大部分，其一直被認(rèn)為是土壤中的惰性物質(zhì)[17]。依據(jù)竇森等[9]提出“高CO2濃度有利于胡敏素積累”的原理即可做出解析：高光效栽培通過壟向偏轉(zhuǎn)提高了玉米對光能的吸收，光合作用的增強(qiáng)使近地面CO2濃度降低，暗棕壤胡敏素累積程度遭到抑制，另外，休閑栽培下土壤水熱條件更為適宜，有利于微生物對胡敏素的礦化分解[21]。玉米高光效休耕輪作的栽培模式更有助于暗棕壤惰性碳所占比例的降低，使之向其他活性成分轉(zhuǎn)移，而覆膜高光效則對惰性碳成分有所蓄積。

5結(jié)論

(1)將農(nóng)民等壟寬常規(guī)栽培分別進(jìn)行平作、壟向偏轉(zhuǎn)、地膜覆蓋、大壟休閑、休耕帶高留根茬且中耕深松等措施的調(diào)整，其對土壤的擾動程度大為增加。

(2)休閑栽培通過深松作業(yè)、改善土體通氣條件使暗棕壤總有機(jī)碳更易礦化，但其對水溶性物質(zhì)及其在總有機(jī)碳中存在比例的提高均有促進(jìn)作用，其中PM-HPE模式對水溶性物質(zhì)的保蓄效果為最佳。休閑栽培下密植玉米的種植帶對水溶性物質(zhì)含量有所消耗，使休耕帶固存了更多的水溶性物質(zhì)。

(3)休閑栽培更有利于暗棕壤胡敏酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的消耗以及富里酸組分的累積，使其腐殖質(zhì)活性增加、品質(zhì)降低。適度休耕能夠在一定程度上緩解胡敏酸相對比例的損失，有利于腐殖質(zhì)品質(zhì)的穩(wěn)定。

(4)與常規(guī)栽培相比，休閑栽培對于暗棕壤胡敏酸數(shù)均分子量的提高確有促進(jìn)作用，使其芳香核原子團(tuán)增多，縮合程度提高，分子結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。而在其內(nèi)部的休耕區(qū)域，秸稈高茬還田且因受到較深層次的翻耕，秸稈降解程度加劇，有機(jī)小分子數(shù)量增多，腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)向簡單化方向進(jìn)行，而在種植帶，玉米根系集中且分泌物較多，暗棕壤富里酸分子有進(jìn)一步縮合的趨勢。

(5)高光效栽培通過壟向偏轉(zhuǎn)提高了玉米對光能的吸收，光合作用的增強(qiáng)使近地面CO2濃度降低，暗棕壤胡敏素累積程度遭到抑制，加之休閑栽培有益于土壤水熱條件的改善，進(jìn)而促進(jìn)了微生物對胡敏素的礦化分解。

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收稿日期：2015年10月17日。

作者簡介：第一王帥，男，1982年11月，吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院植物科學(xué)學(xué)院，副教授。E-mail:wangshuai419@126.com。通信作者：竇森，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，教授。E-mail:dousen1959@126.com。

責(zé)任編輯：潘華。