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为探究长期施用有机物料对土壤结构和有机物动态的影响，研究人员以东北黑土为对象开展实验。结果表明，有机物料提升了土壤团聚体稳定性和溶解有机物（DOM）浓度，还提高了作物产量。该研究为优化有机改良措施提供了依据。
在广袤的东北大地上，肥沃的黑土一直是农业生产的 “宝藏”。这里的黑土富含有机质，能为农作物生长提供充足的养分，长期以来滋养着无数的庄稼，保障着粮食的丰收。然而，随着时间的推移，长期的高强度耕种和不合理的养分管理，让这片黑土不堪重负。土壤肥力不断下降，土壤中的有机质含量也在持续减少。这不仅威胁着当地的粮食生产，还让粮食安全问题日益凸显，引发了人们深深的担忧。如何才能让黑土重新焕发生机，成为了农业领域亟待解决的关键问题。
在这样的背景下，中国科学院的研究人员勇挑重担，开展了一项意义重大的研究。他们聚焦长期有机物料施用对东北黑土的影响，深入探究有机物料、土壤团聚体、溶解有机物（DOM）和作物产量之间的复杂关系。经过 34 年漫长的田间实验，研究人员收获了丰硕的成果。他们发现，长期施用有机物料能够显著提升土壤结构，增强土壤的碳固存能力，提高农业生产力。有机物料的施用增加了土壤团聚体中 DOM 的浓度，改变了其组成，使得土壤腐殖化程度和生物有效性得到提升。此外，不同的有机物料处理方式对作物产量的提升效果也各有不同。这项研究成果对于优化有机改良措施、保障东北黑土地区乃至全球同类土壤的可持续农业发展具有至关重要的意义，相关成果发表在《Field Crops Research》上。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是通过长期定位实验，在 1990 年于中国科学院海伦农业生态系统国家野外科学观测研究站设置不同施肥处理，包括不施肥、施用化肥、化肥结合不同量秸秆以及施用有机肥（OM）等；二是采用紫外线 - 可见（UV - Vis）光谱和三维荧光光谱技术，对土壤团聚体中的 DOM 进行全面分析，以此来探究其特性。
长期施用有机物料对土壤团聚体分布和有机碳含量的影响
研究发现，长期施用有机物料对 0 - 20cm 和 20 - 40cm 土层的土壤团聚体分布和稳定性影响显著。在所有处理中，小团聚体（SM）和微团聚体（Mi）是主要粒级，占总土壤质量的 79.0% - 91.5%。与不施肥（CK）和单施化肥（CF）处理相比，施用有机物料的处理（ST1、ST2、OM）中，大团聚体（LM）和小团聚体（SM）的比例逐渐增加。这表明有机物料的施用有助于促进大团聚体和小团聚体的形成，进而影响土壤结构。同时，有机物料的添加使得土壤团聚体内的有机碳（SOC）含量增加了 4.5% - 21.2%，说明有机物料能够提高土壤的碳固存能力。
长期施用有机物料对土壤团聚体特性的影响
实验结果显示，长期施用有机物料显著增加了土壤大团聚体（>0.25mm）的比例，提升了团聚体稳定性，表现为平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）值的增加。而且，有机物料施用量越高，这种效果越明显。这意味着有机物料的施用可以改善土壤的物理结构，为植物生长创造更好的土壤环境。
长期施用有机物料对 DOM 的影响
有机物料处理使土壤团聚体中的 DOM 浓度增加了 11.8% - 42.7%，并且改变了其组成。其中，类富里酸和类胡敏酸成分增加，蛋白质成分减少，这表明土壤中的有机物来源逐渐向微生物源转变，增强了土壤的腐殖化程度和生物有效性。通过光谱分析发现，DOM 通过改变荧光成分和结构影响团聚体稳定性和碳固存。
长期施用有机物料对作物产量的影响
秸秆处理主要通过增强土壤团聚体稳定性来提高作物产量，而有机肥处理（OM）对产量的提升效果更为显著。这表明不同的有机物料处理方式对作物产量的提升机制有所不同，但都能有效提高农业生产力。
研究结论表明，长期施用有机物料对土壤结构、碳固存和农业生产力具有显著的提升作用。有机物料的施用改变了土壤 DOM 的浓度和组成，增强了土壤的腐殖化程度和生物有效性，进而促进了土壤团聚体的形成和稳定，提高了土壤的碳固存能力，最终实现了作物产量的增加。
这项研究为可持续土壤管理提供了重要的理论依据和实践指导。它揭示了长期有机物料施用对东北黑土的积极影响，为合理利用有机物料改良土壤、保障粮食安全提供了科学依据。同时，研究成果也为全球范围内类似土壤的管理和可持续农业发展提供了宝贵的经验借鉴，有助于推动农业的可持续发展，应对气候变化和粮食安全等全球性挑战。
