黑土与潮土铁氧化物结合态有机碳对长期秸秆还田的响应OA北大核心CSTPCD

【目的】旨在探究不同旱地土壤中不同类型铁氧化物结合态有机碳含量和性质的差异及其对长期秸秆还田的响应。【方法】基于1990年开始位于我国吉林公主岭和河南郑州的黑土和潮土长期定位施肥试验,选择长期定位试验中的不施肥对照(CK)、单施化肥(NPK)和化肥+秸秆还田(NPKS)3个处理进行。通过连续浸提法获取土壤中络合铁(Fe_(PP))、非晶型铁氧化物(Fe_(HH))及晶型铁氧化物(Fe_(DH)),探究不同形态铁氧化物及其结合态有机碳的含量差异;结合紫外可见光谱分析,探究铁氧化物结合态有机碳的性质差异。【结果】与CK及NPK处理相比,NPKS处理下黑土有机碳含量显著提高了18.1%和14.9%,潮土有机碳含量显著提高了46.1%和13.3%。两种土壤中Fe_(PP)含量均低于Fe_(HH)及Fe_(DH)含量,但络合铁结合态有机碳(OC_(PP))含量明显高于非晶型铁氧化物结合态有机碳(OC_(HH))及晶型铁氧化物结合态有机碳(OC_(DH))含量,可占总铁氧化物结合态有机碳含量的71.4%—93.2%,说明OC_(PP)是铁氧化物结合有机碳的主要存在形态。与NPK相比,NPKS处理黑土中Fe_(PP)含量显著降低了65.6%,Fe_(HH)含量显著降低了17.8%,Fe_(DH)含量没有显著变化;潮土中Fe_(PP)含量显著增加了15.9%,Fe_(HH)含量没有显著变化,Fe_(DH)含量显著提高了24.6%。NPKS较NPK处理显著降低了黑土中总铁氧化物结合有机碳的含量,其中OC_(PP)降低了11.3%,OC_(DH)增加了53.7%,OC_(HH)没有显著变化,而对潮土中总铁氧化物结合有机碳含量没有显著影响。进一步对每克铁氧化物结合有机碳含量的分析发现,与NPK相比,NPKS处理显著增加了黑土中3种铁氧化物结合有机碳的能力,而对潮土中结合有机碳的能力没有显著影响。Fe_(PP)主要与疏水性较强、芳香性较弱的大分子有机碳结合,Fe_(HH)主要与疏水性、芳香性均较强的小分子有机碳结合,而Fe_(DH)主要与一些疏水性及芳香性均较差的大分子化合物结合。【结论】与单施化肥相比,长期秸秆还田后黑土和潮土中晶型和非晶型铁氧化物结合有机碳的含量均显著增加,而络合铁结合有机碳在黑土中显著降低,在潮土中无变化。这是秸秆还田后土壤有机碳水平提升且在土壤类型中存在差异的重要机制之一。