长期施有机肥和化肥对潮土胡敏酸结构特征影响

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1、长期施有机肥和化肥对潮土胡敏酸结构特征的影响徐基胜*国家重点研发计划项目（2016YFD0200107,2016YFD0300802）和现代农业产业技术体系建设专项资金（CARS-03）共同资助SupportedbytheNationalKeyResearchandDevelopmentProgram(2016YFD0200107,2016YFD0300802)andtheearmarkedfundforChinaAgricultureResearchSystem(CARS-03).1,2赵炳梓1†

2、通讯作者Correspondingauthor，E-mail:bzhao@issas.ac.cn作者简介：徐基胜（1987―），男，安徽安庆人，博士研究生，主要从事土壤有机质研究。E-mail:jsxu@issas.ac.cn收稿日期：年-月-日；收到修改稿日期：张佳宝1（1土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所），南京210008）（2中国科学院大学，北京100049）摘要以河南封丘长期肥料试验为平台，选择有机肥（OM）、化肥NPK（NPK）和不施肥（CK）3种处理，研究了不

3、同施肥措施对潮土胡敏酸（HA）结构特征的影响。HA样品经提取纯化后，采用一系列固态13C核磁共振（NMR）技术并结合元素分析和稳定碳同位素（δ13C）技术对其结构进行定量表征。其中NMR技术包括高速多重倾斜幅度交叉极化/魔角自旋（multiCP/MAS）、偶极相移、化学位移各向异性过滤和质子碳编辑技术。结果表明：长期施有机肥和NPK肥增加了HA的饱和程度、氧化程度和极性，但缩合程度降低；HA的δ13C值降低，表明有新的有机碳进入HA中。潮土HA以脂肪族化合物为主，烷基比例最高，占全碳的24.1%~2

4、6.3%；δ64~44处同时存在含氮烷基和甲氧基，且含氮烷基比例更高；另外异头碳和烷氧基中的非质子碳比例都很低。HA的芳香族成分中，δ142~113芳香碳以质子碳为主，且有少量质子芳香碳存在于δ113~93。结果还表明施肥均降低了HA的羧基和δ142~113芳香碳比例，增加了烷氧基和甲氧基比例；施有机肥还增加了酚碳和含氮烷基比例，降低了烷基比例。本研究表明长期施用有机肥和NPK肥使潮土HA结构向着疏水性程度和分解程度降低的方向发展；OM和NPK处理都使糖类物质增加，OM处理还使木质素和多肽增加，脂类

5、物质降低。不同施肥模式下HA的形成机制不同。关键词胡敏酸；高级核磁共振；δ13C；元素分析；有机肥；NPK肥中图分类号S153.6文献标识码A腐殖物质是土壤有机质的重要组成部分[1]，同时也是土壤肥力状况的重要表征[2-3]。胡敏酸（HA）作为土壤腐殖物质的碱溶部分[4]，其含量和结构的变化与土壤的保肥和供肥性能密切相关[5]。长期施肥是提高土壤有机质含量和土壤肥力的重要农业措施[4,6]，研究长期施肥条件下土壤HA结构特征的变化具有重要的理论和实践意义。部分研究表明，与不施肥对照相比，施用有机肥或

6、配施化肥情况下，土壤HA的芳香族含量下降，脂肪性增强，HA结构变得更加简单[2,3,5,7,8]。但Jindo等[9]通过西班牙栗色土培养实验，发现成熟堆肥1年后HA的芳香族物质增加，疏水性特征更加明显。孟安华和吴景贵[10]报道新鲜牛粪和腐解牛粪施入2年后均使植菜土壤HA的脂肪族化合物减少、芳香度增加。Chien等[6]研究发现施用绿肥堆肥和配施不同化肥8年后，土壤HA的芳香碳比例没有显著变化，但烷基比例在堆肥处理中明显增加。另外赵楠和吕贻忠[11]还比较了长期施用不同有机肥对河北潮土HA结构的影

7、响，发现有机物料不同，HA的结构有明显差异；如饼肥处理的HA含氨基化合物和羧基最多，而绿肥处理的HA含羟基和脂肪烃最多。由此可见，施肥措施、施肥年限以及土壤类型的不同都会对HA的化学结构产生影响。然而这种环境的差异和管理措施的不同是否一定导致土壤有机质组分结构的差异尚有争议。Veum等[12]发现尽管有机肥处理增加了土壤中的有机碳浓度，但并未引起官能团结构的变化。Yan等[13]认为长期不同施肥并不能改变水稻土有机质的结构。作为土壤有机质的惰性组分，腐殖物质结构的特异性更是受到质疑[14,15]。尽

8、管窦森等[16]并不认可这种质疑，但目前的测定技术大多只能达到半定量分析，难以准确认识到腐殖物质的特异性。这就需要一种更深入的定量分析技术。固态13C核磁共振（NMR）是研究有机质结构的重要手段，其中比较常用的是交叉极化/魔角自旋（CP/MAS）技术，但该技术存在一些不足之处如不同类型碳的交叉极化效率低、自旋边带的影响和图谱峰重叠，因此难以定量[17]。最近发展出的高速多重倾斜幅度交叉极化/魔角自旋（multiCP/MAS）技术则能简单快速定量测定有机质的结构[18]