有机物料对盐土腐殖物质组成和结构特征的影响*

宋祥云，岳 鑫，孔祥平，柳新伟，刘 蕾，李 妍，赵婷婷，曾路生，郭晓冬，李旭霖，刘庆花，金圣爱，崔德杰†

有机物料对盐土腐殖物质组成和结构特征的影响*

宋祥云1，2，岳 鑫1，2，孔祥平3，柳新伟1，刘 蕾4，李 妍1，赵婷婷1，曾路生1，郭晓冬1，李旭霖1，刘庆花1，金圣爱1，崔德杰1，2†

（1. 青岛农业大学资源与环境学院，山东青岛 266109；2. 青岛农业大学资源与环境学院，青岛市农村环境工程研究中心，山东青岛 266109；3. 青岛农业大学化学与药学院，山东青岛 266109；4. 青岛市崂山区农业农村局，山东青岛 266061）

通过室内培养试验研究了秸秆、秸秆堆肥、秸秆生物质炭对黄河三角洲地区盐土腐殖物质组成和结构特征的影响。结果表明，秸秆、秸秆堆肥和秸秆生物质炭主要增加了胡敏素含量，由对照的5.48 g·kg–1分别增加至11.20 g·kg–1、16.66 g·kg–1和20.60 g·kg–1。秸秆堆肥和生物质炭配施胡敏酸含量增加至1.36 g·kg–1，秸秆处理的富里酸由培养30 d时的3.77 g·kg–1下降至3.32 g·kg–1。土壤胡敏素含量与土壤有机碳含量在培养30 d（2= 0.84，< 0.001，= 10）和180 d（2= 0.98，< 0.001，= 10）时均呈显著正相关关系。秸秆、秸秆堆肥、生物质炭均有利于富里酸脂族碳相对含量的增加。生物质炭有利于土壤胡敏酸芳香类物质的增加；而秸秆或秸秆堆肥进入土壤初期，尤其是秸秆堆肥更有利于胡敏酸中脂族和碳水化合物或多糖类物质的积累。总之，生物质炭主要增加了胡敏素含量，秸秆堆肥与生物质炭配施更有利于增加胡敏酸含量。秸秆在进入土壤初期增加了富里酸含量。生物质炭与秸秆或秸秆堆肥配施时，生物质炭所占比例对胡敏素含量、胡敏酸芳香类物质含量和富里酸脂族碳含量影响较大。

黄河三角洲；盐土；有机物料；腐殖物质；红外光谱

土壤碳固定是当前有关陆地生态系统碳循环与全球变化的地球表层过程研究的重要优先领域[1]。秸秆还田、施用有机肥和生物质炭等均是有效增加土壤有机碳含量的方式[2-5]。这些增加土壤有机碳含量的过程主要增加了土壤中的腐殖物质含量。通常根据溶解度可将土壤腐殖物质分为胡敏酸、富里酸和胡敏素三个组分，占土壤有机碳含量的60%～80%[6-7]。秸秆深埋还田随着年限增加土壤有机碳、富里酸和胡敏素的含量呈下降趋势，胡敏酸的含量呈上升趋势；胡敏酸缩合度、氧化度呈上升趋势，脂族性减弱，芳香性增强[8]。室内培养实验表明，培养初期，富里酸的形成速度大于胡敏酸；随培养时间延长，富里酸转化为胡敏酸或相互转化；玉米秸秆分解最终增加了可提取腐殖质中胡敏酸的比例[9]。玉米秸秆生物质炭施用到土壤中可增加土壤胡敏酸、富里酸和胡敏素的含量，胡敏酸的缩合程度和芳香性降低，氧化度增加[5]。施用低量有机肥有利于土壤富里酸的积累，而高量有机肥对胡敏酸和胡敏素的积累有利[10]。但是上述研究分别采用秸秆还田、施用有机肥或生物质炭研究土壤腐殖物质组成和结构特征变化。对于同一种类秸秆分别以秸秆、秸秆堆肥或秸秆生物质炭形式进入土壤对土壤腐殖物质组成和结构特征的影响有待进一步研究。而这将有利于增强对有机物料以不同形式在土壤中固碳稳定机制的理解。Song等[11]对添加棉杆、棉杆堆肥、棉杆生物质炭培养30 d和180 d的黑土有机碳含量和结构特征研究结果表明，土壤有机碳分别有50.84%、41.03%和38.55%来源于棉杆生物质炭、棉杆堆肥和棉杆；棉杆生物质炭主要增加了有机碳的芳基碳含量，棉杆和棉杆堆肥更有利于酚类物质和烷基碳的含量增加[11]。就活性有机碳变化而言，秸秆还田对提高红壤有机质质量较有机肥慢[12]。土壤腐殖化程度不同也会影响到土壤有机质质量。然而土壤胡敏酸、富里酸和胡敏素的含量和结构稳定性各不相同，秸秆、堆肥和生物质炭对它们的影响有待进一步研究。

以往研究结果[13]表明，土壤中添加玉米秸秆培养180 d玉米秸秆残留量为32.2%；培养360 d玉米秸秆残留量为30%；培养720 d玉米秸秆残留量为25.3%，可见培养180 d时大部分秸秆均已经分解，可以解释秸秆分解期间土壤腐殖物质形成规律和机理问题。通过对比培养初期（30 d）时土壤腐殖物质组成和结构变化，可以探究有机物料在土壤中不同腐解阶段腐殖物质特征。本研究采用室内培养法，采集黄河三角洲地区盐土，添加棉杆、棉杆堆肥、棉杆生物质炭培养30 d和180 d，分析了土壤腐殖物质含量的变化。采用红外光谱法研究了胡敏酸和富里酸化学结构特征。探讨秸秆、秸秆堆肥和秸秆生物质炭对黄河三角洲地区盐土腐殖物质组成和结构稳定性的影响。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤为盐土，于2015年12月6日采自山东省东营市利津县碾李村（37° 23′ 46.93″ N，118° 10′ 34.83″ E），基本性质见表1。培养前土壤腐殖物质组分含量分别为：水溶性有机碳0.10 g·kg–1，胡敏酸0.92 g·kg–1，富里酸3.64 g·kg–1，胡敏素5.27 g·kg–1。

供试有机物料为棉花秸秆、棉花秸秆堆肥、棉花秸秆生物质炭，有机碳含量分别为443.7 g·kg–1、323.6 g·kg–1和576.6 g·kg–1；全氮含量分别为10.10g·kg–1、12.81 g·kg–1和15.59 g·kg–1。供试秸秆堆肥是棉花秸秆自然堆腐1 a后的堆肥物质；生物质炭是棉花秸秆在马弗炉中500℃烧制4 h。

1.2 试验设计

室内培养实验在青岛农业大学校内进行，共设置10个处理，每个处理3次重复。处理如下：CK（不添加任何物料）、CS（添加棉花秸秆）、CC（添加棉花秸秆堆肥）、CB（添加棉花秸秆生物质炭）、CSB1（棉花秸秆与棉花秸秆生物质炭按1︰2比例添加）、CSB2（棉花秸秆与棉花秸秆生物质炭按1︰1比例添加）、CSB3（棉花秸秆与棉花秸秆生物质炭按2︰1比例添加）、CCB1（棉花秸秆堆肥与棉花秸秆生物质炭按1︰2比例添加）、CCB2（棉花秸秆堆肥与棉花秸秆生物质炭按1︰1比例添加）、CCB3（棉花秸秆堆肥与棉花秸秆生物质炭按2︰1比例添加）。培养前先将未添加棉杆来源碳的土壤样品含水量调节为土壤田间持水量的60%，在20℃培养2周，同时测定盐土、棉杆生物质炭、棉杆堆肥、棉杆的C︰N比；然后向土壤中添加棉杆生物质炭、棉杆堆肥、棉杆等，再加（NH4）2SO4调节所有处理样品的C︰N比为20︰1，调节样品含水量为田间持水量的60%。其中，棉杆生物质炭添加量（CB处理）为45 t·hm–2（按20 cm土层计算），即棉杆生物质炭添加量占土壤样品重量的2%。其余处理按与棉杆生物质炭用量等碳量添加至土壤中[11]。

表1 供试土壤基本性质

注：HN、Olsen P、AK、OC、TN、Sa分别代表土壤碱解氮、速效钾、有机碳、全氮和盐分。下同。Note：HN，Olsen P，AK，OC，TN and Sa stands for soil hydrolyzable nitrogen，Olsen phosphorus，available potassium，organic carbon，total nitrogen and salt，respectively. ①Cryids Aridisols. The same below

1.3 分析方法

土壤碱解氮、pH、有机质等的测定采用常规分析方法[14]。土壤盐分分析计算参考王境坤[15]的分析方法。

土壤腐殖物质的提取采用腐殖物质组成修改法[7]。土壤样品经去离子水提取出水溶性有机物（Water soluble substances，WSS）后，用0.1 mol·L–1NaOH+ 0.1 mol·L–1Na4P2O7混合液提取出可提取腐殖物质（Extractable humic substances，HE）。继续用0.5 mol·L–1H2SO4将可提取腐殖物质pH调至1，分离出胡敏酸（Humic acid，HA）和富里酸（Fulvic acid，FA），剩余残渣为胡敏素（Humin，Hu）。

腐殖物质各组分及土壤有机碳（Soil organic carbon，SOC）采用重铬酸钾容量法测定，富里酸含量用可提取腐殖物质含量减去胡敏酸含量。

胡敏酸和富里酸的红外光谱采用傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet iS5型，Thermo 公司，美国）进行测定。测定范围4 000～400 cm–1。采用KBr压片法制备待测样品，KBr和样品以200︰1比例进行混合压片。分辨率为4 cm–1，扫描次数为16次。红外光谱数据采用OMNIC 8︰2软件进行分析，采用半定量分析计算各个峰面积，用各个峰面积占总峰面积的百分比作为各吸收峰的相对强度。

1.4 统计方法

数据用Microsoft Office Excel 2010整理，用SPSS Statistic 19.0软件检验进行显著性差异分析。采用Microsoft Office Excel 2010和Origin7.0进行绘图。

2 结果

2.1 不同有机物料处理下水溶性有机碳和腐殖物质含量

培养30 d和180 d盐土水溶性有机碳、胡敏酸、富里酸和胡敏素的含量见表2。培养30 d时，秸秆处理和秸秆堆肥处理水溶性有机碳含量由对照的0.13 g·kg–1分别增加至0.14 g·kg–1和0.15 g·kg–1。秸秆生物质炭处理水溶性有机碳含量达到了0.12 g·kg–1。秸秆与生物质炭配施水溶性有机碳的含量在0.11～0.14 g·kg–1之间；秸秆堆肥与生物质炭配施水溶性有机碳的含量在0.12～0.18 g·kg–1之间。与培养30 d相比，培养180 d后各处理水溶性有机碳含量降低了，但是秸秆或秸秆堆肥处理水溶性有机碳含量仍是最高，分别为0.13 g·kg–1和0.12 g·kg–1。秸秆生物质炭处理水溶性有机碳含量为0.10 g·kg–1。秸秆与生物质炭配施水溶性有机碳的含量在0.06～0.11 g·kg–1之间；秸秆堆肥与生物质炭配施水溶性有机碳含量在0.06～0.09 g·kg–1之间。以上研究结果表明，秸秆或秸秆堆肥较生物质炭处理土壤水溶性有机碳含量高。

表2 培养30 d和180 d水溶性有机碳和腐殖物质含量

注：CK、CS、CC、CB、CSB1-3、CCB1-3分别表示对照即不添加有机物料、添加棉杆、添加棉杆堆肥、添加棉杆生物质炭以及棉杆和棉杆生物质炭分别按1︰2、1︰1和2︰1的比例添加，棉杆堆肥和棉杆生物质炭分别按1︰2、1︰1和2︰1的比例添加；WSS，水溶性有机碳；HA，胡敏酸；FA，富里酸；Hu，胡敏素。同一列中小写字母代表同一时间不同处理间差异显著（<0.05）。下同。Notes：CK，CS，CC，CB，CSB1-3，and CCB1-3 stands for CK（original soil），soil amended with cotton straw，soil amended with composted cotton straw，soil amended with cotton straw derived biochar，soil amended with cotton straw plus biochar at a ratio of 1︰2，1︰1 or 2︰1，soil amended with compost plus biochar at a ratio of 1︰2，1︰1 or 2︰1，respectively；WSS stands for water soluble organic carbon，HA for humic acid，FA for fulvic acid and Hu for humin. The lower case letters in the same column means significant difference at level<0.05. The same below

培养30 d时，单施秸秆、秸秆堆肥、秸秆生物质炭处理盐土胡敏酸含量分别为1.27、2.07和1.32 g·kg–1，而培养180 d时分别下降至1.03、1.04 和1.02 g·kg–1。与培养30 d相比，培养180 d时秸秆与生物质炭配施处理胡敏酸的含量降低了0.17～0.86 g·kg–1，秸秆堆肥与生物质炭配施处理胡敏酸的含量降低了0.05～0.53 g·kg–1。以上研究结果表明，秸秆堆肥或秸秆堆肥与生物质炭配施土壤胡敏酸更稳定。

培养30 d时，秸秆处理较秸秆堆肥处理、生物质炭处理盐土富里酸含量高，达到了3.77 g·kg–1。秸秆和生物质炭配施处理富里酸含量随着秸秆施用比例提高而增加，秸秆和生物质炭比例达到2︰1时富里酸含量最高，为3.76 g·kg–1；秸秆堆肥和生物质炭配施处理富里酸含量也随着秸秆施用比例提高而增加，秸秆堆肥和生物质炭比例达到2︰1时富里酸含量同样最高，为4.08 g·kg–1。

与培养30 d相比，培养180 d时，秸秆堆肥处理和生物质炭处理富里酸含量分别增加至4.19 g·kg–1和4.05 g·kg–1，而秸秆处理富里酸的含量则降低至3.32 g·kg–1。培养180 d时，秸秆和生物质炭配施处理富里酸含量除了秸秆和生物质炭比例1︰2处理高于培养30 d时相应处理，其余两个处理富里酸含量均低于30 d处理，并且随着秸秆比例提高而降低，秸秆和生物质炭比例达到2︰1时富里酸含量降低至2.99 g·kg–1；而秸秆堆肥和生物质炭配施处理富里酸含量随着秸秆堆肥施用比例提高而增加，秸秆堆肥和生物质炭比例达到2︰1时富里酸含量最高，为3.79 g·kg–1。以上研究结果表明，秸秆堆肥或生物质炭有利于盐土富里酸含量的提高。

培养30 d时，秸秆、秸秆堆肥、生物质炭处理盐土胡敏素含量分别为9.14、11.84和16.66 g·kg–1。秸秆和生物质炭配施随着生物质炭比例降低胡敏素含量下降，当秸秆和生物质炭比例为2︰1时降至最低（13.23 g·kg–1）。秸秆堆肥和生物质炭配施也随着生物质炭用量比例降低胡敏素含量下降，当秸秆堆肥和生物质炭比例为2︰1时降到最低为14.26 g·kg–1。但是秸秆堆肥和生物质炭配施胡敏素含量高于秸秆和生物质炭配施处理。

培养180 d时，秸秆、秸秆堆肥、生物质炭处理盐土胡敏素含量分别增加至11.20、16.66和20.60 g·kg–1。秸秆和生物质炭配施仍然随着生物质炭用量比例降低胡敏素含量下降，当秸秆和生物质炭比例为2︰1时降至最低（13.18 g·kg–1）。而秸秆堆肥和生物质炭配施随着秸秆堆肥比例提高胡敏素含量增加，当秸秆堆肥和生物质炭比例为2︰1时增加至最高（19.34 g·kg–1）。土壤胡敏素含量和土壤有机碳含量在培养30 d（2= 0.84，< 0.001，= 10）和180 d（2= 0.98，< 0.001，= 10）时均呈显著正相关关系（图1）。

以上研究结果表明，秸秆、秸秆堆肥、生物质炭处理均可提高土壤胡敏素含量。秸秆和生物质炭配施盐土胡敏素含量受生物质炭比例影响更明显；而秸秆堆肥和生物质炭配施培养初期土壤胡敏素含量受生物质炭所占比例影响较大，培养后期影响减小。

图1 培养30 d和180 d胡敏素和土壤有机碳含量之间相关性

2.2 不同有机物料处理下土壤腐殖物质红外光谱特征

本研究用胡敏酸、富里酸各个吸收峰的峰面积占总特征峰面积的百分比表示其不同吸收强度（表3和表4）[16]。土壤胡敏酸和富里酸红外光谱吸收峰归属（图2）如下：3 340 cm–1处是羧酸、酚类、醇类等的—OH伸缩振动；2 920 cm–1和2 850 cm–1是脂族结构中—CH2和—CH3的C—H伸缩振动；1 620 cm–1是芳香碳化合物C=C伸缩振动或醌、酮和酰胺I带的C=O伸缩振动；1 420 cm–1是碳水化合物的C—O对称振动；1 100 cm–1是多糖结构中C—O伸缩振动[16]。根据表3，培养30 d后，各个处理胡敏酸在3 340 cm–1处吸收峰相对强度均低于对照；秸秆和生物质炭配施在3 340 cm–1处吸收峰相对强度随秸秆或秸秆堆肥比例增加而降低，而秸秆堆肥和生物质炭配施则呈升高趋势。与对照相比，各处理盐土胡敏酸在2 920 cm–1处吸收强度增加，并且随着秸秆或秸秆堆肥比例加大而增大；（2 920+2 850）/1 620作为脂族碳/芳香碳比表征脂族碳和芳香碳相对变化。对照处理脂族碳/芳香碳比为0.01，各处理均大于对照处理。秸秆和生物质炭配施脂族碳/芳香碳比随着秸秆比例提高而增大，由0.018增加至0.036；秸秆堆肥和生物质炭配施脂族碳/芳香碳比也随着秸秆堆肥用量加大而增大，由0.036增加至0.044。胡敏酸各处理在1 620 cm–1处吸收峰相对强度均大于对照处理。秸秆和生物质炭配施在1 620 cm–1处吸收峰相对强度由17.58%增加至18.19%；秸秆堆肥和生物质炭配施在1 620 cm–1处吸收峰相对强度由18.27%增加至18.70%。与对照相比，各处理在1 420 cm–1和1 100 cm–1处吸收峰相对强度也增加了，其相对强度在秸秆堆肥处理或秸秆堆肥与生物质炭配施处理大于秸秆或秸秆与生物质炭配施处理。以上研究结果表明，秸秆或秸秆堆肥进入土壤初期，尤其是秸秆堆肥更有利于胡敏酸中脂肪族和碳水化合物或多糖类物质的积累。

表3 培养30 d和180 d土壤胡敏酸红外光谱各吸收峰相对强度

表4 培养30 d和180 d土壤富里酸红外光谱各吸收峰相对强度

培养180 d后，各个处理胡敏酸在3 340 cm–1处吸收峰相对强度均低于对照；秸秆和生物质炭配施在3 340 cm–1处吸收峰相对强度随秸秆比例增加而提高，而秸秆堆肥和生物质炭处理在3 340 cm–1处吸收峰相对强度随着秸秆堆肥比例提高而降低。秸秆和秸秆堆肥处理胡敏酸在2 920 cm–1处吸收峰相对强度分别为0.26%和0.24%，仍高于对照处理；但是生物质炭、秸秆和生物质炭配施、秸秆堆肥和生物质炭配施在2 920 cm–1处的吸收峰相对强度或脂族碳/芳香碳比均低于对照处理。对照处理在1 620 cm–1处吸收峰相对强度为16.86%，秸秆堆肥处理吸收峰相对强度为18.95%，秸秆处理、生物质炭处理吸收峰相对强度均低于对照。秸秆和生物质炭配施处理在1 620 cm–1处吸收峰相对强度低于对照，但是随着秸秆比例增大而提高，由16.25%提高至16.70%；秸秆堆肥和生物质炭配施在1 620 cm–1处吸收峰相对强度以秸秆堆肥和生物质炭比例为2︰1时高于对照处理，为17.50%，其余处理则低于对照处理。对照在1 420 cm–1处吸收峰相对强度为9.31%，其余处理均低于对照处理；与对照相比，胡敏酸在1 100 cm–1处各处理吸收峰相对强度增加了。以上研究结果表明，秸秆、秸秆堆肥或生物质炭使土壤胡敏酸中脂族结构随着培养时间增加而减少，多糖类物质仍然增加。施用生物质炭有利于土壤胡敏酸芳香类物质的增加。

根据表4，培养30 d时，秸秆处理富里酸在3 340 cm–1处吸收峰相对强度高于对照；秸秆和生物质炭配施、秸秆堆肥和生物质炭配施在3 340 cm–1处吸收峰相对强度随秸秆或秸秆堆肥比例增加而降低。对照处理、秸秆堆肥处理、生物质炭处理在2 920 cm–1处吸收峰相对强度分别为0.105%、0.147%和0.156%；脂族碳/芳香碳比分别为0.007、0.009和0.01。秸秆和生物质炭配施处理在2 920 cm–1、2 850 cm–1处吸收峰相对强度随着生物质炭比例降低而下降，分别由0.343%下降至0.183%，以及由0.142%下降至0.027%；脂族碳/芳香碳比则由0.028下降至0.012。秸秆堆肥和生物质炭配施处理在2 920 cm–1、2 850 cm–1处吸收峰相对强度随着秸秆堆肥比例增大而增加，分别由0.152%增加至0.181%，以及由0.013%增加至0.025%；脂族碳/芳香碳比则由0.010增加至0.012。

培养180 d时，秸秆处理、秸秆堆肥处理胡敏酸在3 340 cm–1处吸收峰相对强度高于对照；秸秆和生物质炭配施在3 340 cm–1处吸收峰相对强度随秸秆或秸秆堆肥比例增加而降低。与对照相比，各个处理在2 920 cm–1、2 850 cm–1处吸收峰相对强度以及脂族碳/芳香碳比均大于对照；秸秆和生物质炭配施处理在2 920 cm–1、2 850 cm–1处吸收峰相对强度以及脂族碳/芳香碳比随着生物质炭比例降低而略有减少，分别由0.153减少至0.147、由0.030减少至0.023以及由0.012减少至0.010。秸秆堆肥和生物质炭配施处理在2 920 cm–1、2 850 cm–1处吸收峰相对强度以及脂族碳/芳香碳比随着生物质炭比例降低而减少，分别由0.250减少至0.146、由0.076减少至0.025以及由0.019减少至0.010。

以上研究结果表明，培养初期，秸秆堆肥和生物质炭有利于土壤富里酸脂族碳的增加。秸秆和生物质炭配施过程中生物质炭对富里酸脂族碳相对含量影响大于秸秆。培养后期，秸秆、秸秆堆肥、生物质炭、生物质炭与秸秆或秸秆堆肥配施均有利于富里酸脂族碳相对含量的增加，生物质炭对其影响更大。

注：图2a）和图2b）分别是培养30 d和180 d胡敏酸红外光谱，图2c）和图2d）分别是培养30 d和180 d富里酸红外光谱。Note：The figure a）and b）is the FTIR spectrum of HA in the soil incubated for 30 and 180 days，respectively. The figure c）and d）is the FTIR spectrum of FA in the soils incubated for 30 and 180 days，respectively.

3 讨论

3.1 有机物料对土壤腐殖物质组成的影响

生物质炭有丰富的孔隙结构，具有稳定性，可以改善土壤物理性质，提高土壤酶活性和微生物多样性[17-20]。土壤中施用有机物料的性质、来源、施用量不同不仅可以增加土壤有机碳的含量，同时也影响了土壤中原有腐殖物质组成和结构[4，21-22]。土壤中原有的有机碳分别有38.55%、41.03%和50.84%被秸秆碳、秸秆堆肥碳和秸秆生物质炭有机碳替代[11]。玉米秸秆配施化肥能够显著提高土壤总有机碳和轻组有机碳含量,而猪粪配施化肥则更有助于土壤微生物量碳和水溶性有机碳的积累[22]。赵亮[23]采用室内培养实验研究了不同有机物料对土壤腐殖物质组成的影响，结果表明棉花、麦草秸秆、木屑形成腐殖物质含量依次增高。低量有机肥有利于土壤富里酸的积累，高量有机肥有助于胡敏酸和胡敏素的积累[10]。秸秆或有机肥本身腐解形成土壤腐殖物质尤其是胡敏酸有利于土壤腐殖化度的提高。生物质炭可提高土壤有机碳的含量。张葛等[5]研究表明，施用生物质炭更有助于表层有机碳和腐殖物质的积累。生物质炭也可以影响土壤腐殖物质的水平[24]。Jindo等[25]研究表明，施用生物质炭可以提高10%的土壤腐殖物质含量。本研究中秸秆、秸秆堆肥和秸秆生物质炭均主要增加了土壤胡敏素含量，但是施用生物质炭胡敏素增加量大于施用秸秆或秸秆堆肥（表2）。这可能与生物质炭不易被微生物分解，主要残留于胡敏素中有关。胡敏素是经稀碱液提取出胡敏酸、富里酸后的剩余物质，生物质炭未被提取出即残留在胡敏素中，形成了胡敏素的一部分。胡敏素在土壤腐殖物质中所占比例可能较我们以往的认识更多[26]。本研究中秸秆或秸秆堆肥处理土壤胡敏酸含量均增加（表2）。秸秆或秸秆堆肥本身更有利于土壤中腐殖化度的提高。李翠兰等[9]研究表明，玉米秸秆分解最终增加了可提取腐殖质中胡敏酸的比例。这也证明了秸秆在土壤中腐解最终提高了土壤腐殖化度。本研究中培养实验所采用的土壤采集自0～20 cm土层。有研究表明，玉米秸秆进入土壤亚表层（20～40 cm），也增加了土壤胡敏酸、富里酸和胡敏素的含量，改善了腐殖物质的组成[2]。相对而言，秸秆堆肥或秸秆堆肥与生物质炭配施更有利于增加土壤胡敏酸含量。本研究中秸秆堆肥或生物质炭也有利于盐土富里酸含量的提高（表2）。生物质炭有可能由于激发效应促使原有土壤腐殖物质向富里酸转化。同时，生物质炭也可以被氧化[27]。因此，推测有可能生物质炭本身被氧化分解形成了一部分富里酸。

3.2 有机物料对土壤腐殖物质结构特征的影响

通常腐殖物质被认为具有异质性，气候、土壤类型、植被类型等对腐殖物质的形成均有影响。但是腐殖物质还具有脂族性特征[21]，植物残体在土壤中的腐解过程调控着土壤有机质（碳）的化学组成和空间分布[28]。此外，进入土壤的有机物质形态是否对腐殖物质结构特征产生影响关系到腐殖物质的稳定性。不同类型土壤以及不同有机物料来源的腐殖物质在氧化度和羧基含量上有差异[29]。本研究中秸秆、秸秆堆肥和秸秆生物质炭均来源于秸秆，但是分别以秸秆、堆肥、生物质炭这三种形态进入土壤后的红外光谱研究表明，三者对土壤胡敏酸和富里酸化学结构影响不同（图2）。培养初期，秸秆或秸秆堆肥，尤其是秸秆堆肥更有利于胡敏酸中脂肪族、碳水化合物、多糖类物质的积累。秸秆堆肥和生物质炭有利于土壤富里酸脂族碳的增加。秸秆和生物质炭配施过程中生物质炭对富里酸脂族碳相对含量影响大于秸秆处理。秸秆、秸秆堆肥或生物质炭使土壤胡敏酸中脂族碳相对含量随着培养时间增加而减少，而多糖类物质仍然增加。施用生物质炭有利于土壤胡敏酸芳香类物质的增加。培养后期，秸秆处理、秸秆堆肥处理、生物质炭处理或配施均有利于富里酸脂族碳相对含量的增加，生物质炭对其影响更大（表3和表4）。相对而言，施用生物质炭胡敏酸结构更为复杂[30]。本研究也表明施用生物质炭胡敏酸芳香族物质相对含量增加（表3）。以往的研究[11]表明，施用生物质炭可增加土壤有机碳的芳基碳相对含量，而秸秆堆肥处理可增加土壤有机碳的烷基碳和酚类物质相对含量。长期施用堆肥土壤腐殖物质烷基碳含量增加[31]。通过长期施用猪粪也表明，胡敏酸烷基碳相对含量增加[32]。相对生物质炭而言，堆肥更有利于胡敏酸脂族碳含量的增加。

4 结 论

秸秆、秸秆堆肥和秸秆生物质炭均主要增加了土壤胡敏素含量，生物质炭效果更明显。土壤胡敏素和有机碳含量呈显著正相关关系。秸秆堆肥或生物质炭有利于盐土胡敏酸和富里酸含量的提高，同时二者配施更有利于增加土壤胡敏酸含量。秸秆、秸秆堆肥、生物质炭均有利于富里酸脂族碳相对含量的增加。相对而言，堆肥更有利于胡敏酸脂族碳含量的增加，生物质炭更有利于胡敏酸芳香族碳含量的增加。

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Effects of Application of Organic Material on Composition and Structural Characteristics of Humic Substances in Saline Soil

SONG Xiangyun1, 2, YUE Xin1, 2, KONG Xiangping3, LIU Xinwei1, LIU Lei4, LI Yan1, ZHAO Tingting1, ZENG Lusheng1, GUO Xiaodong1, LI Xulin1, LIU Qinghua1, JIN Shengai1, CUI Dejie1, 2†

(1. College of Resources and Environment, Qingdao Agricultural University, Qingdao, Shandong 266109, China; 2. College of Resources and Environment, Qingdao Agricultural University, Qingdao Rural Environmental Engineering Research Center, Qingdao, Shandong 266109, China;3. College of Chemistry and Pharmaceutical Science, Qingdao Agricultural University, Qingdao, Shandong 266109, China; 4. Bureau of Agriculture and Countryside, Laoshan District, Qingdao, Shandong 266061, China)

Returning straw into soil and applying composted straw and biochar derived from straw are effective ways of increasing soil organic carbon (SOC).Samples of saline soil were collected from the Yellow River Delta and incubated for 30 and 180 days in lab in order to study effects of application of straw, compost and biochar on composition and structural characteristics of humic substances in the soil.Results show that the practices increased humin (Hu) more than humic acid (HA) and fulvic acid (FA). The content of Hu increased from 5.48 g·kg–1increased to 11.20 g·kg–1、16.66 g·kg-1and 20.60 g·kg–1, after 180 days of incubation. In addition, the content of HA increased to 1.36 g kg–1in the plot applied with compost plus biochar, while in the plot of straw returning, the content of FA decreased from 3.77 g·kg–1to 3.32 g·kg–1, after 30 days of incubation. Positive correlations were observed between the contents of Hu and SOC in the plots incubated for either 30 (2= 0.84,< 0.001,= 10)or 180(2= 0.98,< 0.001,= 10) days. Organic carbon (OC) increased mainly in Hu, especially in the plot applied with biochar. Both application of compost or returning of straw were conducive to increasing HA and FA, and application of compost plus biochar was more significant in the effect of increasing HA. The content of Hu was mainly affected by the ratio of biochar in the plots applied with biochar plus straw. Application of straw, compost or biochar was in favour of accumulation of aliphaic groups of FA, and good to accumulation of aliphaic groups and carbohydrate in HA at the initial stage in the plots applied with straw or compost, especially with compost. Application of biochar was good to increasing aromatic groups in HA, while application of straw or compost, especially the latter, was to increasing aliphatic groups and polysaccharide at the initial stage of incubation. But afterwards, aliphatic groups deceased, while polysacharide went on increasing with the incubation lasting, regardless of treatment.In summary, biochar mainly increases the content of Hu, while compost plus biochar is in favor of increasing HA. However, straw increases the content of FA at the initial incubation stage. The ratio of biochar in the plots of applied with biochar plus straw or compost affects the content of Hu, aromatic functional groups of HA and aliphatic groups of FA.

Yellow River Delta; Salt-affected soil; Organic materials; Humic substances; Fourier Transform infrared spectroscopy (FTIR) spectra

S151.9

A

10.11766/trxb201904200187

宋祥云，岳鑫，孔祥平，柳新伟，刘蕾，李妍，赵婷婷，曾路生，郭晓冬，李旭霖，刘庆花，金圣爱，崔德杰. 有机物料对盐土腐殖物质组成和结构特征的影响[J]. 土壤学报，2020，57（2）：414–424.

SONG Xiangyun，YUE Xin，KONG Xiangping，LIU Xinwei，LIU Lei，LI Yan，ZHAO Tingting，ZENG Lusheng，GUO Xiaodong，LI Xulin，LIU Qinghua，JIN Shengai，CUI Dejie. Effects of Application of Organic Material on Composition and Structural Characteristics of Humic Substances in Saline Soil[J]. Acta Pedologica Sinica，2020，57（2）：414–424.

* 国家自然科学基金项目（41501246）、山东省现代农业产业技术体系棉花岗位创新团队项目（SDAIT-03-06）和国家重点研发计划项目（2018YFD0800303）资助Supported by the National Natural Science Foundation of China（No. 41501246），the Modern Agricultural Industry and Technology System for Innovation Team of Cotton Domain in Soil and Fertilizer Post of Shandong Province in China（No. SDAIT-03-06）and the National Key Research and Development Program of China（No. 2018YFD0800303）

，E-mail：cuidejie@163.com

宋祥云（1981—），男，山东淄博人，博士，副教授，从事土壤有机质研究。E-mail：xsong@qau.edu.cn

2019–04–20；

2019–10–28；

优先数字出版日期(www.cnki.net)：2019–12–06

（责任编辑：陈荣府）