稻草、紫云英和茶樹修剪葉水溶性有機(jī)物質(zhì)的動態(tài)變化

稻草、紫云英和茶樹修剪葉水溶性有機(jī)物質(zhì)的動態(tài)變化

土壤有機(jī)栽培是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本措施，也是改善土壤質(zhì)量、確保農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。土壤有機(jī)培肥后土壤有機(jī)質(zhì)的變化一直受到土壤學(xué)家的高度重視。目前已注意到土壤施入有機(jī)物(肥)料后,最直接且快速的效應(yīng)是給土壤帶入大量的水溶性有機(jī)物質(zhì)(DOM),同時引起原有土壤有機(jī)質(zhì)的分解并釋放出DOM。研究有機(jī)物料分解過程中DOM的動態(tài)變化,在理論、實(shí)際工作中都具有一定意義。1材料和方法1.1有機(jī)物料的加入供試稻草,采自江蘇省農(nóng)科院試驗田;紫云英,采自南京近郊農(nóng)田;茶樹修剪葉,采自中山陵茶園。三種有機(jī)物料經(jīng)風(fēng)干粉碎磨細(xì)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(jī)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(jī)物料的濕度達(dá)最大持水量的80%,每種物料處理設(shè)3次重復(fù),28℃恒溫恒濕培養(yǎng)49天。培養(yǎng)期間每隔5天補(bǔ)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(jī)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(jī)酸用高效液相色譜(Agilent1100)進(jìn)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(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)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(jié)果與分析2.1紫云英與油茶及其他有機(jī)硫素的組成稻草、紫云英、茶葉三種有機(jī)物料的基本化學(xué)組成見表1。由表1可以看出,植物種類不同,化學(xué)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(zhì),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(zhì)素。從C/N和木質(zhì)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(jī)料分解過程中兩兩時37d的溶出狀況水溶性有機(jī)質(zhì)是微生物在分解有機(jī)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(jī)物料降解過程中的水溶性有機(jī)質(zhì)是原水溶性有機(jī)質(zhì)的分解和半纖維素、纖維素等降解的動態(tài)平衡結(jié)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(jī)物料溶出的DOC含量都是最高的,在3~7d,三種有機(jī)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(jī)物料分解過程中DOC的變化與微生物的活性有關(guān)。DOC可作為微生物的碳源來促進(jìn)微生物的周轉(zhuǎn),而微生物在周轉(zhuǎn)過程中又通過分解有機(jī)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(guān)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(guān)。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(jī)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(jī)物料的分解、微生物的生長、繁殖與消亡處于相對平衡。有機(jī)物料分解過程中DOC的變化還與有機(jī)物料的組成有關(guān)。從圖1可以看出,在未培養(yǎng)時,三種有機(jī)物料DOC的溶出量有顯著差異,紫云英DOC溶出量最高,占有機(jī)物料總有機(jī)碳16%,茶葉為10%,稻草為3%,呈現(xiàn)苯-醇溶出物和水溶性有機(jī)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(jī)物是有機(jī)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(jī)物料總有機(jī)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(jī)物的含量成正相關(guān)(表2),R2為0.9964。可見苯醇溶出物與水溶性有機(jī)質(zhì)是有機(jī)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(jī)物料分解初期分解快慢有關(guān)。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(jī)物料DOC的溶出量無明顯差別,這時三種有機(jī)物料都已進(jìn)入難分解物質(zhì)的分解期,DOC溶出量較低,且穩(wěn)定。2.2.2生物活性物質(zhì)對凋落物中防氧化作用的影響有機(jī)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(yīng)才能維持持正常的生命活動。有機(jī)物料通常含有很高的C/N,因此氮素的缺乏成了有機(jī)物料分解過程的限制因子之一,如稻草?？扇苄杂袡C(jī)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(zhì)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(zhì)、氨基酸等含氮物質(zhì)的溶解。由此可見,有機(jī)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(jī)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(jī)物料中含氮類物質(zhì)含量少,DOM主要組成物質(zhì)為高C/N的物質(zhì),也進(jìn)一步表明含碳類物質(zhì)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(jī)物料化學(xué)組成不同,其DOC的化學(xué)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(zhì),紫云英最初溶出DOC中水溶性糖-C達(dá)56%,茶葉達(dá)44%。而稻草DOC中水溶性糖-C的含量較少,僅為11%。隨著有機(jī)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(zhì),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(jī)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(jī)物料的品種、組成有機(jī)酸是DOM中一種很重要的成分。研究證明,有機(jī)酸對環(huán)境中的金屬離子有很強(qiáng)的螯合作用,影響金屬離子的遷移、轉(zhuǎn)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(jī)酸的種類及數(shù)量與物料的種類、組成密切相關(guān)。3種有機(jī)物料在降解過程中有機(jī)酸的變?nèi)绫?所示。茶葉DOC中有機(jī)酸的含量最大,集中于前3d,至14d時消失。紫云英DOC中有機(jī)酸的含量也較大,種類也多,且至21d才消失。稻草DOC中有機(jī)酸的含量最少,只能檢測到蘋果酸與草酸。21d后3種有機(jī)物料DOC中均未能檢測到低分子量有機(jī)酸。低分子量有機(jī)酸是有機(jī)物料分解過程中出現(xiàn)的中間產(chǎn)物。脂肪,糖類,蛋白質(zhì)等高分子有機(jī)物經(jīng)水解生成有機(jī)酸,再經(jīng)有機(jī)酸的β氧化,徹底礦化成CO2和H2O。在有機(jī)物料降解后期,有機(jī)酸的消失說明DOC組成中剩下的主要是一些性質(zhì)穩(wěn)定的有機(jī)成分。如表3所示,在降解后期,DOC趨勢于穩(wěn)定。3有機(jī)污染物的氧化研究了稻草、紫云英、茶樹修剪葉3種有機(jī)物料在分解期間DOC的動態(tài)變化,結(jié)果表明在未分解時,DOC的溶出量最大,因此在田間增施有機(jī)物料時應(yīng)引起重視,帶入的大量DOC可能增強(qiáng)土壤重金屬、有機(jī)污染物的活性、遷移能力,導(dǎo)致