不同玉米秸秆还田方式对土壤腐殖质结合形态影响

岳红丽 吴景贵 王蒙

摘要通过微区试验，研究玉米秸秆4种还田方式对土体联合态腐殖质的含量及组成影响。采用熊毅—傅积平改进法对土壤进行不同结合态的腐殖质提取，再分别测定有机碳含量、胡敏酸含量及富里酸含量。结果表明，秸秆不同方式还田对土壤总有机碳、松结态和联结态腐殖质影响显著。总有机碳、松结态、联结态的碳含量和HA、FA的含量以秸秆混合覆盖还田处理最高，玉米秸秆深还田处理总有机碳、FA的含量与松联结合态的HA含量最低，差异显著;稳结态、紧结态的腐殖质碳和HA含量为粉碎混合覆盖处理最高，差异不显著。不同玉米秸秆还田方式，各腐殖质形态含量各异。秸秆一年内还田以粉碎秸秆与土混合覆盖还田方式整体表现最好。

关键词秸秆还田;腐殖质;结合态腐殖质

中图分类号S 153.6+22文献标识码A

文章编号0517-6611（2019）18-0056-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.18.014

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Different Corn Straw Returning Methods on Combined States of Soil Humus

YUE Hong-li1，WU Jing-gui1，WANG Meng2（1.College of Resources and Environment，Jilin Agricultural University，Changchun，Jilin 130118;2.Institute of resources and Environment，Jilin Academy of Agricultural Sciences，Changchun，Jilin 130033）

AbstractMicro-plot experiments were conducted to study the effects of four maize and wheat straw returning methods on the content and composition of soil combined humus.Soil humus was extracted adopted grouping method of different humus combined forms modified by XiongYi-Fu Jiping，then the organic carbon content，humic acid content（HA） and fulvic acid content（FA） of soil humus were determined respectively.The results showed that the different ways of returning straw to the soil had significant effects on soil total organic carbon，loose joints and joint humus.Among them，the content of total organic carbon and HA and FA ，loosely-combined humus and unitedly-combined humus HA and FA were the highest in straw mulching and returning treatment ;and the total organic carbon content ，FA content and HA content with loose state and bound state were the lowest in straw depth treatment，and the difference was significant. The content of carbon and HA in stable and compact humus was the highest in mixed mulching and returning treatment，but the difference was not significant.Different ways of corn and wheat straw returning to the field resulted in different humus forms and contents. When the straw is returned to the field within one year，the best way is to mix mulching of smashed straw and soil.

Key wordsStraw return;Humic substance;Combind forms of humus

土壤有機质决定了土壤生物地理群落生产力和平稳性，是肥力、地力的物质基础[1-3]。有机质动态变化是土壤有机质的长期研究方向，也是土壤有机培肥机理和生化研究的重要内容[4]，而腐殖质是有机质的主体，对土壤地力、构造和性质、土壤养分的轮回和农业生态系统的稳定性具有重要作用[5]。土壤有机质随土壤类型、施肥和耕耘方法等变化[6-8]。土壤中腐殖质仅有小部分以游离态存在，绝大部分通过与土壤颗粒联合成复合体存在。由于土壤不同的有机碳组分，土壤腐殖质联合方法和松紧水平也有差异，所以把腐殖质分成4种结合形态，分别是松结态、联结态、稳结态、紧结态，土壤总的腐殖质中各结合态腐殖质含量所占比例在腐殖质的形成和肥力特征方面有重要作用[9-10]。4种不同结合形态腐殖质的碳含量不同，胡敏酸、富里酸的构成差异能够反映出土壤的肥力特征[6]。

有研究证明，土壤营养主要来源于作物后溶酶，且对土壤理化性质也有影响[11-12]。作物后溶酶体施入后增添了土壤氮素及有机碳的含量[13-14]。当玉米秸秆施入土体后，增加了土壤有机质的含量，削减了土壤侵蚀局面的产生[15]。关于玉米秸秆还田对有机质特征的作用已经有很多学者作了

大量研究[16-19]。但是，如何实现秸秆资源利用最大化，从而实现循环经济依然需要进一步研究。为此，笔者借助微区试验进行了秸秆还田方式对土壤结合态腐殖质含量及组成影响的研究，以期为玉米秸秆还田研究奠定基础。

1材料与方法

1.1试验设计

在吉林农业大学开展微域试验，试验地位于东经125°24′9″，北纬43°48′44″。 对各小区进行预处理，即各小区土壤挖出30 cm深并充分混匀后再还回微区内以保证每个小区基本条件相同。试验设4个处理：处理A，段状秸秆覆盖还田，为了防止秸秆被风吹散，玉米秸秆剪成10 cm的段状并用铁丝网压住;处理B，秸秆粉碎后与土混合覆盖还田，将粉碎秸秆和1～2 cm土混合浸湿后平铺覆盖在小区表面，用铁丝网压住;处理C，粉碎秸秆耕层混合还田，粉碎后的玉米秸秆均匀施入0～20 cm耕层土壤;处理D，玉米秸秆粉碎深还，还于20 cm土层以下。每个处理平行3次。小区面积为2 m×1 m=2 m2，所需物料按10 000 kg/hm2计算出每个微区施入2 kg的秸秆，秸秆粉碎为2 cm大小，不施入任何肥料，也未种植作物。

1.2样品的采集试验2017年5月份开始，采样时间为10月。每个小区采3点0～20 cm的土样，混和均匀后用自封袋密封，拿回实验室并自然风干，过60目筛保留备用。

1.3样品的测定

1.3.1结合态腐殖质的提取。腐殖质的分组采用熊毅[20]法，具体步骤如下：分别称5.00 g各土壤样本放入100 mL离心管中，然后加0.1 mol/L的 NaOH试剂50 mL，搅拌均匀，盖好盖子，放入30 ℃的恒温箱内过夜培养，第2天取出离心 15 min，离心速度为3 000 r/min，如果上清液出现浑浊现象，要加入微量的 Na2SO4搅拌均匀后码放10 min再次进行离心，离心好的上清液倒入 250 mL容量瓶中，再次加0.1 mol/L的 NaOH试剂50 mL继续离心，直至上清液无色为止， 这个过程一般需要重复3～5次，将离心的混合上清液定容到 250 mL待用，该过程提取出来的物质为松结态腐殖质; 继续向离心管中加入0.1 mol/L NaOH与0.1 mol/L Na4P2O7的混合溶液（pH约为13）50 mL，30 ℃的恒温箱过夜，第2天离心，如果上清液出现浑浊现象，要加入少量的 Na2SO4搅匀后放置10 min再次离心，上清液倒入250 mL容量瓶内，多次操作，直至上清液无色，一般需要3～5次，定容待用，此过程的提取液为联结态腐殖质;离心管再次加入0.1 mol/L NaOH与0.1 mol/L Na4P2O7的混合溶液（ pH约为13）50 mL，经超声波处置所得液体即为稳结态腐殖质;紧结态腐殖质通过计算获得。重铬酸钾外加热法测定各结合态腐殖质有机碳含量。

1.3.2不同联合态腐殖质有机碳的测定。各组分有机碳含量的检测采用重铬酸钾氧化法，分别吸取各提取液10 mL于三角瓶中， 把装有提取液的三角瓶放入恒温水浴锅内60 ℃蒸干，蒸干后的三角瓶再分别加入10 mL的重铬酸钾溶液，盖上曲径漏斗，在加热板220 ℃加热，从曲径漏斗滴下第一滴液体开始计时5 min，待冷却后用硫酸亚铁试剂滴定并 计算。

1.3.3不同结合态腐殖质胡敏酸（HA）的測定。各提取液移取50 mL到三角瓶，加0.5 mol/L H2SO4试剂调节 pH至1.0～1.5，将三角瓶置于60 ℃恒温水浴锅内干燥1 h，室温下静置2夜，细滤纸过滤，将沉淀物全部移入漏斗，用0.025 mol/L的 H2SO4试剂洗涤漏斗，直至溶液无色，弃去液体，全部沉淀用0.05 mol/L NaOH试剂洗入50 mL容量瓶中，0.5 mol/L H2SO4溶液中和 pH=7，蒸馏水定容。其他步骤同1.3.2。

1.3.4不同结合态腐殖质富里酸（FA）的测定。富里酸的含量采取公式计算的出：

富里酸（FA）=有机碳-胡敏酸（HA）

1.4数据统计及分析数据经Excel处理后，采用SPSS 22.0统计软件进行试验数据的方差及相关分析，所有指标均采用Duncans方法分析，P<0.05代表有显著差异，结果表达为平均值±标准差。

2结果与分析

2.1总有机碳含量及其组分表1表明，B处理总碳量最高（40.44 g/kg），D处理总碳量最低（35.32 g/kg），比处理B低12.67%。处理A、B的总碳量与处理C、D总碳量之间差异显著。总碳量由高到低依次为B>A>C>D。胡敏酸（HA）、富里酸（FA）含量B处理最优（分别为18.41、22.03 g/kg），处理C的HA含量最低（15.62 g/kg），比处理B低15.15%，处理A、D之差异不显著，其他处理间差异显著;处理D的FA含量显著低于另外3个处理，比B处理低16.11%，无明显规律。土壤的胡敏酸和富里酸之比对于进一步说明土壤肥力，有重要意义，胡富比值最高的是D处理，各处理间存在差异，但没有规律。H/F从高到低依次为D>B>A>C。

2.2松结态腐殖质组成特征由表2可知，不同方式玉米秸秆还田对土体松结态碳含量有显著影响。秸秆粉碎混合覆盖还田处理方式（B处理）的松结态腐殖质含量明显高于其他还田方式处理，粉碎秸秆耕层混合还田方式（处理C）土体松结态的腐殖质含量最低。由此证明，不同方式玉米秸秆还田对土体松结态碳含量有显著影响。处理B松结态碳含量最高（14.33 g/kg），其次是处理A（13.15 g/kg），各处理碳含量高低顺序为B>A>D>C。不同处理HA含量无显著差异。处理B的FA含量最高（10.33 g/kg），处理C最低 （8.03 g/kg）。FA含量高低顺序为B>A>D>C，不同处理间差异显著。不同秸秆还田方式对松结态H/F的比值作用不 显著。

2.3联结态腐殖质组成特征由表3可见，玉米秸秆还田方式对土体联结态腐殖质的含量也有影响。其中处理B碳含量最高（3.16 g/kg），处理C最低（2.30 g/kg），处理C比处理B降低27.22%，差异显著。这表明玉米秸秆的覆盖还田增多了土壤联结态腐殖碳的含量，秸秆混合还田腐殖质含量增多不明显，这可能与混合施入秸秆改变了土壤孔隙有关。不同玉米秸秆还田方式下的联结态腐殖质HA胡敏酸含量有显著差异，其中HA以处理B表现最优（0.71 g/kg），处理D最低（0.31 g/kg），比 B处理低56.34%。联结态FA含量和H/F值差异不显著。

2.4稳结态腐殖质组成特征由表4可知，不同处理对土体稳结态碳含量影响不显著，且玉米秸秆覆盖或混合还田之间无明显规律。该研究结果中，稳结态碳含量以处理D深还处理最高（8.52 g/kg），处理B粉碎混合覆盖最低（8.12 g/kg），比处理D低4.70%，其他2个处理与B处理之间只有轻微差别，碳含量略低于处理D，没有显著性差异。各稳结态碳含量由高到低顺序为D>C>A>B。稳结态的胡敏酸，富里酸以及 H/F均没有显著差异，其中胡敏酸HA最高的是B处理（含量为4.80 g/kg） ，最低的是C处理（ 含量为4.07 g/kg），比B处理低15.21%。处理A和B是覆盖还田，含量相近且偏高，处理C和D含量偏低，这可能与玉米麦秸还田方式有关。处理C的FA含量最高（4.23 g/kg），处理D略低 （4.06 g/kg）。处理B的FA含量最低（3.31 g/kg），比处理C低 21.75%。 FA含量从大到小依次为C>D>A>B。处理B的H/F最高（1.58 g/kg），处理C最低（1.05 g/kg），比处理B 低33.54%。

2.5紧结态腐殖质组成特征紧结态腐殖质有很强的稳定性，其碳含量的多少显著作用于保持土体构造，积累和贮存养分等方面。表5可见，处理D腐殖碳含量最低 （11.79 g/kg），与碳含量最高的处理B（14.84 g/kg）相比，含量低 20.55%。各处理腐殖碳含量从大到小为B>C>A>D，处理D与其他处理间差异显著。处理B紧结态胡敏酸含量最高（8.90 g/kg），处理D最低（7.46 g/kg），二者相差16.18%，差异不显著。处理C紧结态FA含量最高（6.95 g/kg），比含量最低的D处理（3.04 g/kg）高出56.26%，差异显著。处理D的H/F比值最高（3.68 g/kg），显著高于其他处理，H/F从大到小为D>B>A>C。

土体腐殖质的松/紧比率与活性呈正相关，可用于鉴别土体的肥力特征[20]。表5是各处理经过1年时间不同秸秆还田方式后土壤的腐殖质松/紧比值情况的变化，表现为D>B>A>C，处理C松/紧比值最低（0.82 g/kg），相比较于松/紧比值最高的D处理（1.09 g/kg）低24.77%，差异显著。

3讨论

腐殖质是土壤关键的构成物质，其含量直接影响土壤肥力。腐殖质的松、联、稳、紧4种结合形态含量及其胡敏酸和富里酸含量变化都是直接影响土体肥力、结构状况及土壤生物地理群落稳定性的要素[3]。 该文研究了玉米秸秆还田方式对土壤腐殖质结合形态的影响，该研究试验结果表明， 松结态腐殖质含量处理B粉碎玉米秸秆混合覆盖还田显著高于其他还田方式，松结态腐殖质碳含量粉碎混合覆盖（处理B）最高（14.33 g/kg），松结态腐殖质含量粉碎秸秆耕层混合还田（處理C）最低（11.64g/kg）。松结态腐殖质HA、FA含量以粉碎混合覆盖（B处理）最高，其中HA含量比深还（D处理）高16.5%，FA含量比粉碎秸秆耕层混合还田（C处理）高22.27%。不同处理间FA含量差异显著，HA含量差异不显著。玉米秸秆不同方式还田对松结态腐殖质H/F的影响也不显著。各处理中，松结态腐殖质HA含量、FA含量、腐殖碳含量都以B处理最高，这可能是因为短时间内粉碎混合覆盖方式接触地表腐殖质面积大，土壤表面O2和 CO2含量较高，好氧微生物数量大，并且土壤动物也多存在于土壤表层有利于玉米秸秆的分解。联结态腐殖碳含量表现为覆盖处理显著高于耕层混合和深还处理，即处理A、B显著高于处理C、D，总体而言各组分含量均以粉碎玉米秸秆混合覆盖还田（处理B）最高，粉碎秸秆耕层混合还田（处理C）、秸秆深还（处理D）较低，但FA含量及H/F差异不显著。结果表明，秸秆不同还田方式对松结态腐殖质和联结态腐殖质影响显著，这与任玲等[3]关于秸秆还田对结合态腐殖质的研究结果一致。土壤稳结态的腐殖质、HA含量、FA含量以及H/F均无显著差异，并且秸秆覆盖还田和混合还田之间也无明显规律。稳结态腐殖质的HA含量和H/F值以处理B最高，粉碎秸秆耕层混合还田（处理C）的FA含量最高。紧结态腐殖碳含量深还（处理D）显著低于其他3个处理，其他处理含量相近。这表明秸秆深还可能不适合短时间内养分补给和土体腐殖质的积累。结合态腐殖质的松紧表现为深还处理（D）显著高于其他3个处理。总体而言，一年内秸秆浅施更能快速补给养分。

4结论

运用微域试验研究了短期内单因素玉米秸秆还田对土壤结合态腐殖质的影响。研究结果表明，短期内不同方式玉米秸秆还田对土壤总有机碳、结合态腐殖质含量及其组分的影响表现为粉碎混合覆盖（处理B）效果最佳，各组分含量最高，其次是秸秆粉碎混合还田（处理C），短时间内深还（处理D）效果最差。

参考文献

[1]潘根兴，赵其国.我国农田土壤碳库演变研究：全球变化和国家粮食安全[J].地球科学进展，2005，20（4）：385-393.

[2]WARDLE D A，BARDETT R D，KLIRONOMOS J N，et al.Ecollogical linkages between aboveground and belowground biota[J].Science，2004，304（5677）：1629-1633.

[3]任玲，吴景贵，吕东波，等.不同耕作模式对东北黑土腐殖质结合形态的影响[J].东北农业科学，2016，41（2）：50-55.

[4]李翠兰，张晋京，窦森，等.玉米秸秆分解期间土壤腐殖质数量动态变化的研究[J].吉林农业大学学报，2009，31（6）：729-732.

[5]赵欣宇，吴景贵，李建明，等.玉米秸秆及相关废弃物对黑土腐殖质结合形态的影响[J].水土保持学报，2014，28（5）：193-198.

[6]李建明，吴景贵，王利辉.不同有机物料对黑土腐殖质结合形态影响差异性的研究[J].农业环境科学学报，2011，30（8）：1608-1615.

[7]KTTERER T，BOLINDER M A，ANDR-N O，et al.Roots contribute more to refractory soil organic matter than above-ground crop residues as revealed by a long-term fidld expriment[J].Agriculture，ecosystems & environment，2011，141（1/2）：184-192.

[8]BASTIDA F，JINDO K，MORENO J L，et al.Effects of organic amendments on soil carbon fractions，enzyme activity and humu-enzyme complexes under semi-arid conditions[J].European journal of soil biology，2012，53：94-102.

[9]姜岩，吴景贵，王明辉，等.非腐解有机物培肥对草甸黑土型水稻土腐殖质结合形态的影响[J].土壤通报，1998，29（5）：203-205.

[10]秦纪洪，王琴，孙辉.川西亚高山-高山土壤表层有机碳及活性组分沿海拔梯度的变化[J].生态学报，2013，33（18）：5858-5864.

[11]TURMEL M S，SPERATTI A，BAUDRON F，et al. Crop residue management and soil health： A systems analysis[J]. Agricultural systems，2015，134： 6-16.

[12]HUANG S，ZENG Y J，WU J F，et al. Effect of crop residue retention on rice yield in China： A meta-analysis[J]. Field crops research，2013，154： 188-194.

[13]GUENET B，JUAREZ S，BARDOUX G，et al. Evidence that stable C is as vulnerable to priming effect as is more labile C in soil[J]. Soil biology & biochemistry，2012，52： 43-48.

[14]CELY P，GASC G，PAZ-FERREIRO J，et al. Agronomic properties of biochars from different manure wastes[J]. Journal of analytical & applied pyrolysis，2015，111： 173-182.

[15]LIU S，YAN C R，HE W Q，et al. Effects of different tillage practices on soil water-stable aggregation and organic carbon distribution in dryland farming in Northern China[J]. Acta ecologica sinica，2015，35（4）： 65-69.

[16]王珍，冯浩，吴淑芳.秸秆不同还田方式对土壤低吸力段持水能力及蒸发特性的影响[J].土壤学报，2011，48（3）：533-539.

[17]KLUDZE H K，DELAUNE R D.Straw application effects on methane and oxygen exchange and growth in rice[J].Soil science of society of American journal，1995，59：824-830.

[18]TEJADA M，HERNANDEZ M T，GARCIA C.Soil restoration using composted plant residues：Effects on soil properties[J].Soil and tillage research，2009，102（1）：109-117.

[19]吳景贵，王明辉，姜亦梅，等.施用玉米植株残体对土壤富里酸组成、结构及其变化的影响[J].土壤学报，2006，43（1）：133-141.

[20]熊毅.土壤胶体：第2册[M].北京：科学出版社，1985：62-67.