施用豬糞生物炭對酸性和石灰性水稻土顆粒態和礦物結合態有機碳含量及化學結構的影響

摘要： 【目的】土壤顆粒態有機碳（POC） 和礦物結合態有機碳（MAOC） 是土壤有機碳庫的主要組成，了解施用生物炭對其含量變化及其在土壤總有機碳中的占比和化學組成特征，對認識土壤有機碳動態變化具有重要意義。【方法】于2019 年，分別在杭州市富陽區的酸性和石灰性水稻土上進行豬糞生物炭施用量和方法定位試驗，種植制度為單季水稻。試驗設置6 個處理：常規施化肥（NPK），NPK 基礎上施用豬糞4.5 t/（hm2·a） （SM），NPK 基礎上施用豬糞生物炭4.5 t/（hm2·a） （SBc1）、11.25 t/（hm2·a） （SBc2）、22.5 t/（hm2·a） （SBc3），以及豬糞生物炭一次性施用112.5 t/hm2 （SBc4）。2021 年（第3 年） 水稻收獲后，采集0—20 cm 耕層土壤樣品，分析其基本理化性質，并將土壤樣品分為250～ 2000 μm （粗顆粒態有機物），53～250 μm （細顆粒態有機物） 和 lt;53 μm （礦物結合態有機物） 3 個粒級，分析各粒級土壤中有機碳含量以及占比，并采用傅里葉紅外光譜儀分析了各粒級土壤有機碳的特征光譜，以特征光譜峰值半定量性的評估了有機碳組成的變化。【結果】與SM 處理相比，酸性水稻土中SBc3、SBc4 處理土壤有機碳含量分別顯著增加了49.4% 和103.3%，石灰性水稻土中土壤有機碳含量分別增加了42.2% 和53.0%。與SM 處理相比，4 個豬糞生物炭處理顯著增加了酸性水稻土粗顆粒態有機碳（CPOC）含量137.8%～554.1%，細顆粒態有機碳（F-POC） 含量37.6%～85.2% （Plt;0.05）；SBc3 和SBc4 處理分別顯著增加了石灰性水稻土中C-POC 含量110.0% 和203.0%，F-POC 含量54.8% 和96.0% （Plt;0.05）；與SM 處理相比，4 個豬糞生物炭處理對兩種水稻土MAOC 含量的影響均不顯著（Pgt;0.05）。傅里葉紅外光譜特征測定結果表明，施用豬糞和豬糞生物炭對兩種水稻土各粒級中主要有機化合物的類型無顯著影響，但會影響其比例，與NPK 處理相比，SBc3 和SBc4 處理分別顯著增加了酸性水稻土有機碳中芳香族化合物的比例19.5% 和38.0%，降低了酚醇碳族化合物的比例7.8% 和17.9%，顯著降低了石灰性水稻土有機碳中芳香族化合物的比例21.0% 和19.1%，增加了酚醇族化合物的比例19.1% 和33.2% （Plt;0.05）。【結論】對于較高的豬糞生物炭施用量，不論一次性施用還是逐年施用均可顯著增加水稻土總有機碳含量，且粗顆粒有機碳增加幅度大于細顆粒，而對礦物結合態有機碳含量無顯著影響。施用豬糞生物炭對土壤有機碳主要組成有機化合物無顯著影響，但會增加酸性水稻土有機碳的穩定性，而降低石灰性水稻土有機碳的穩定性。相同施用量下，豬糞生物炭提高酸性水稻土有機碳含量的作用高于石灰性水稻土。本試驗結果可為豬糞生物炭在農田的科學應用提供技術支撐和理論依據。

關鍵詞： 豬糞生物炭； 水稻土； 顆粒態有機碳； 礦物結合態有機碳； 分子結構