我国典型农田土壤中有机物料的腐解特征及驱动因子

我国有机资源丰富,秸秆年产量达8.2亿吨,其中玉米秸秆和小麦秸秆占比达49%;粪肥年产量达38亿吨,其中猪粪和牛粪占比达84%。黑土、潮土和红壤是我国主要农业区域典型土壤,由于复种指数高,耕作管理不合理导致土壤肥力下降问题严重。有机物料还田是农田土壤有机碳的重要来源,对农田土壤的培肥和改良意义重大。通过在黑土、潮土和红壤上设置有机物料尼龙网袋腐解试验,探究主要有机物料在典型农田土壤中的腐解特征和驱动因子,以及有机物料还田后对土壤养分的影响,研究主要结果如下:1.三种土壤上秸秆分解速率均快于粪肥。对于同一物料而言,红壤上分解速率最快,黑土上最慢。秸秆的腐殖化系数为11～43%,在区域间变异较大;粪肥变异性较小,为38～57%。与纯物料腐解相比土壤混合增大了红壤上秸秆的腐殖化系数,降低了粪肥的腐殖化系数。双组分积温方程可将有机物料分为易分解碳库和稳定碳库,各碳库组分的划分是有机物料性质和区域环境因子的综合指数,对于同一物料,其稳定组分由北向南依次减小。2.有机物料混土腐解过程中土壤性质是主要驱动因子,在去除土壤的影响后,纯有机物料腐解过程中,物料性质是主要驱动因子,且腐解时间越长,物料性质的相对贡献率越大。混土腐解过程中将秸秆和粪肥单独分析,结果表明:秸秆在前1年的腐解中,主要驱动因子为时间、气候和土壤的交互作用(相对贡献率53.7%);在4年的腐解过程中,主要驱动因子为土壤性质(相对贡献率45.3%)。粪肥在1年和4年的腐解过程中,主要驱动因子均为时间、气候和土壤的交互作用,相对贡献率分别为65.5%和64.8%。3.玉米秸秆还田通过秸秆碳的输入,增加了微生物活性,将土壤矿质氮转化为微生物量氮,有效减少了氮素的径流和淋溶,提高了土壤氮素固持能力。玉米秸秆还田配施氮肥,对腐解速率无显著影响。玉米秸秆还田配施不同量氮肥腐解过程中,主要驱动因子为气候因子和土壤性质的交互作用,相对解释率为56.7%。4.秸秆还田显著提高了土壤中氨基糖的含量,其中增加量最大的为氨基葡萄糖。玉米秸秆还田后配施氮肥有利用氨基葡萄糖在土壤中的积累,氮肥配施可增强真菌的合成能力。胞壁酸对土壤中的碳源和氮源的供应更加敏感,有机物料还田后胞壁酸含量迅速增加,但胞壁酸容易被分解利用,在后期迅速重新进入土壤碳氮循环,是土壤有机质循环中活跃的组分。综上所述,秸秆腐解速率快于粪肥,同一物料腐解速率由北向南逐渐增加。氮肥配施没有改变玉米秸秆的腐解速率,但可提高土壤中氮素的生物有效性。通过试验点土壤积温预测腐解残留率。农田土壤中,秸秆长期腐解主要驱动因子为土壤性质,粪肥长期腐解则需要时间、气候和土壤性质三者协同驱动。