稻草、紫云英和茶樹修剪葉水溶性有機物質的動態(tài)變化

稻草、紫云英和茶樹修剪葉水溶性有機物質的動態(tài)變化

土壤有機栽培是農業(yè)生產(chǎn)的基本措施，也是改善土壤質量、確保農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。土壤有機培肥后土壤有機質的變化一直受到土壤學家的高度重視。目前已注意到土壤施入有機物(肥)料后,最直接且快速的效應是給土壤帶入大量的水溶性有機物質(DOM),同時引起原有土壤有機質的分解并釋放出DOM。研究有機物料分解過程中DOM的動態(tài)變化,在理論、實際工作中都具有一定意義。1材料和方法1.1有機物料的加入供試稻草,采自江蘇省農科院試驗田;紫云英,采自南京近郊農田;茶樹修剪葉,采自中山陵茶園。三種有機物料經(jīng)風干粉碎磨細后過20目篩。在250ml三角瓶中,以含碳量計算,加入0.6g碳的有機物料(稻草為1.532g;紫云英為1.431g;茶樹修剪葉為1.286g)和30g石英砂,混合均勻,加入足量的去離子水使有機物料的濕度達最大持水量的80%,每種物料處理設3次重復,28℃恒溫恒濕培養(yǎng)49天。培養(yǎng)期間每隔5天補充水分。在第0、3、7、14、21、35和49天取樣分析。1.2水溶性糖含量的測定提取方法:按規(guī)定時間培養(yǎng)后,在三角瓶中加入50ml去離子水,振蕩15min后,12000r/min離心30min,上清液過0.45μm濾膜,濾液定容至100ml,即為DOM。測定方法:水溶性有機碳DOC用TOC儀測定;含氮量用開氏定氮法測定;水溶性糖用蒽酮比色法測定,水溶性糖—C以葡萄糖換算,即每g葡萄糖中含C的g數(shù);有機酸用高效液相色譜(Agilent1100)進行測定,色譜柱為ShodexRspakKC-811(8mm×30cm),柱溫40℃,流動相為pH2的高氯酸水溶液,流速0.8ml/min,DAD檢測器,檢測波長UV210nm,有機酸標準樣品為蘋果酸-D、蘋果酸-L、檸檬酸、丙酸、琥珀酸、草酸和丁酸。2結果與分析2.1紫云英與油茶及其他有機硫素的組成稻草、紫云英、茶葉三種有機物料的基本化學組成見表1。由表1可以看出,植物種類不同,化學組成差異很大。紫云英與茶葉較為相似,含有大量苯—醇溶出物和水溶性物質,紫云英組成中兩者之和為53.6%,茶葉為43.88%,而稻草組成中則含大量的纖維素、木質素。從C/N和木質素/N來看,稻草兩者比值都很高,紫云英與茶葉則較低,這也是稻草難以降解的主要因素。2.2在稻草、紫云英和茶葉分解過程中，節(jié)目的動態(tài)變化2.2.1有機料分解過程中兩兩時37d的溶出狀況水溶性有機質是微生物在分解有機物料中半纖維素、纖維素等組分的產(chǎn)物,但同時它又是微生物本身所依賴的碳源與能源。因此稻草等有機物料降解過程中的水溶性有機質是原水溶性有機質的分解和半纖維素、纖維素等降解的動態(tài)平衡結果。茶葉、紫云英、稻草在降解過程中DOC的變化情況如圖1所示。從圖中可以看出,在未培養(yǎng)時,三種有機物料溶出的DOC含量都是最高的,在3~7d,三種有機物料DOC的溶出量都急劇降低,紫云英和茶葉表現(xiàn)尤其突出。隨后DOC溶出量升高,在21d出現(xiàn)DOC溶出峰值并開始下降,35d以后趨于穩(wěn)定。有機物料分解過程中DOC的變化與微生物的活性有關。DOC可作為微生物的碳源來促進微生物的周轉,而微生物在周轉過程中又通過分解有機物料以及本身的新陳代謝、死亡來增加DOC的含量。所以,DOC與微生物之間是一種相輔相成的關系。Liang等研究表明,土壤微生物量碳與DOC、碳水化合物碳呈顯著性相關。試驗中在3~7dDOC溶出量急劇下降,紫云英、茶葉表現(xiàn)尤其顯著,可能是微生物利用了DOC來滿足自身的生長和繁殖;分解21d出現(xiàn)了DOC的溶出峰值,可能是大量繁殖后的微生物分解有機物料過程中釋放出DOC之故。35d后,DOC的溶出量趨于穩(wěn)定,此時有機物料的分解、微生物的生長、繁殖與消亡處于相對平衡。有機物料分解過程中DOC的變化還與有機物料的組成有關。從圖1可以看出,在未培養(yǎng)時,三種有機物料DOC的溶出量有顯著差異,紫云英DOC溶出量最高,占有機物料總有機碳16%,茶葉為10%,稻草為3%,呈現(xiàn)苯-醇溶出物和水溶性有機物的含量越高,DOC的溶出量越大(表2),說明苯醇溶出物和水溶性有機物是有機物料分解初期DOC的主要來源。紫云英DOC的溶出量最高,占有機物料總有機碳含量的16%,茶葉占10%,而稻草只占3%,與其本身苯-醇溶出物和水溶性有機物的含量成正相關(表2),R2為0.9964?？梢姳酱既艹鑫锱c水溶性有機質是有機物料分解初期DOC的主要來源。而且這部分易利用碳含量的多少還直接與有機物料分解初期分解快慢有關。由圖1可見,稻草的DOC溶出量一直很低,紫云英、茶葉則在21d出現(xiàn)了一較高DOC溶出峰。但值得注意的是,在35d后,三種有機物料DOC的溶出量無明顯差別,這時三種有機物料都已進入難分解物質的分解期,DOC溶出量較低,且穩(wěn)定。2.2.2生物活性物質對凋落物中防氧化作用的影響有機物料分解主要由微生物來完成,而微生物必須有足夠的氮源供應才能維持持正常的生命活動。有機物料通常含有很高的C/N,因此氮素的缺乏成了有機物料分解過程的限制因子之一,如稻草?？扇苄杂袡C氮(DON)是微生物最容易利用的氮源。DOC和DON在生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)與營養(yǎng)物質平衡中的作用已越來越受到重視。植物凋落物在分解過程中DON的變化如圖2、3所示。圖2表明,未培養(yǎng)時溶出DOM中DON的含量最高,主要是一些蛋白質、氨基酸等含氮物質的溶解。由此可見,有機物料中的氮素在固定之前,一些氮素可能通過淋溶的途徑損失。Hedin等研究發(fā)現(xiàn),落葉林地下河中DON占了總氮的95%,可見,凋落物中DON的淋溶是河水氮素的主要來源之一。隨著有機物料的分解,DON迅速減少,其原因可能是微生物的固定作用所致。圖3所示,未培養(yǎng)溶出DOM中DOC/DON為10~22,在3~7d時DOC/DON迅速下降,隨后急劇升高,可能是有機物料中含氮類物質含量少,DOM主要組成物質為高C/N的物質,也進一步表明含碳類物質的分解較快。35d后,DON與DOC/DON都已穩(wěn)定。2.2.3可溶性糖-c含量由圖4所示,有機物料化學組成不同,其DOC的化學組成也有差異。水溶性糖是紫云英、茶葉最初溶出DOC主要組成物質,紫云英最初溶出DOC中水溶性糖-C達56%,茶葉達44%。而稻草DOC中水溶性糖-C的含量較少,僅為11%。隨著有機物料的分解,DOC組成中水溶性糖的含量減少,紫云英、茶葉DOC中水溶性糖的含量在3~7d急劇下降,這是由于微生物的大量繁殖,利用水溶性糖作為碳源和能源。水溶性糖是微生物最易利用的物質,幾乎82%的水溶性糖易被降解。35d后,DOC中水溶性糖的含量基本不變,并且3種有機物料溶出DOC中水溶性糖-C的含量相近,大約15%左右。2.2.4有機物料的品種、組成有機酸是DOM中一種很重要的成分。研究證明,有機酸對環(huán)境中的金屬離子有很強的螯合作用,影響金屬離子的遷移、轉化及其生物有效性。稻草、紫云英、茶葉分解過程DOC中低分子量有機酸的種類及數(shù)量與物料的種類、組成密切相關。3種有機物料在降解過程中有機酸的變如表3所示。茶葉DOC中有機酸的含量最大,集中于前3d,至14d時消失。紫云英DOC中有機酸的含量也較大,種類也多,且至21d才消失。稻草DOC中有機酸的含量最少,只能檢測到蘋果酸與草酸。21d后3種有機物料DOC中均未能檢測到低分子量有機酸。低分子量有機酸是有機物料分解過程中出現(xiàn)的中間產(chǎn)物。脂肪,糖類,蛋白質等高分子有機物經(jīng)水解生成有機酸,再經(jīng)有機酸的β氧化,徹底礦化成CO2和H2O。在有機物料降解后期,有機酸的消失說明DOC組成中剩下的主要是一些性質穩(wěn)定的有機成分。如表3所示,在降解后期,DOC趨勢于穩(wěn)定。3有機污染物的氧化研究了稻草、紫云英、茶樹修剪葉3種有機物料在分解期間DOC的動態(tài)變化,結果表明在未分解時,DOC的溶出量最大,因此在田間增施有機物料時應引起重視,帶入的大量DOC可能增強土壤重金屬、有機污染物的活性、遷移能力,導致