氮用量对玉米产量和腐殖酸结构特征的影响

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：The Effect of N Dose on Maize Yield and Humic Acid Structural Characteristics

　　

摘要

氮肥（N）对玉米（Zea mays L.）的生产力至关重要，但其施用速率对土壤有机碳（C）的分解和长期碳固存具有深刻影响。本研究的主要目的是优化集约化玉米种植的氮肥施用方案，并阐明不同施氮速率对土壤腐殖质（HS）组成和腐殖酸（HA）结构特征的调控效应。研究在中国吉林省开展了为期三年的原位试验，设置四个施氮水平：0（N0）、110（LN）、220（MN）和330 kg ha^?1（HN）。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、三维荧光光谱（3D-EEM）、元素分析和差热分析（DTA）对土壤性质、腐殖质组分和腐殖酸特征进行了表征。与N0和LN处理相比，MN处理显著提高了土壤有机质（SOM）的积累和玉米生产力。尽管HN处理在所有处理中产生了显著最高的玉米产量，但其导致了土壤酸化。尤为关键的是，MN处理获得了最佳的腐殖质质量和最优的腐殖酸结构状态。具体而言，MN处理使稳定腐殖酸的比例最大化，并显著增强了腐殖酸的芳香性、分子缩合度和热稳定性，这由最低的H/C和E₄/E₆比值以及最高的H/M值所证实。主成分分析（PCA）和相关分析确认MN为最优施氮速率，协同提高了土壤氮有效性、玉米生产力和腐殖质质量。适量施氮（220 kg ha^?1）通过调控微生物腐殖化和腐殖酸结构，在玉米产量和土壤碳库稳定性之间取得了平衡，为中亚温带半湿润玉米系统中的氮素可持续管理提供了科学依据。

图文摘要

氮肥（N）对玉米（Zea mays L.）的生产力至关重要，但其施用速率对土壤有机碳（C）的分解和长期碳固存具有深刻影响。本研究的主要目的是优化集约化玉米种植的氮肥施用方案，并阐明不同施氮速率对土壤腐殖质（HS）组成和腐殖酸（HA）结构特征的调控效应。研究在中国吉林省开展了为期三年的原位试验，设置四个施氮水平：0（N0）、110（LN）、220（MN）和330 kg ha^?1（HN）。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、三维荧光光谱（3D-EEM）、元素分析和差热分析（DTA）对土壤性质、腐殖质组分和腐殖酸特征进行了表征。与N0和LN处理相比，MN处理显著提高了土壤有机质（SOM）的积累和玉米生产力。尽管HN处理在所有处理中产生了显著最高的玉米产量，但其导致了土壤酸化。尤为关键的是，MN处理获得了最佳的腐殖质质量和最优的腐殖酸结构状态。具体而言，MN处理使稳定腐殖酸的比例最大化，并显著增强了腐殖酸的芳香性、分子缩合度和热稳定性，这由最低的H/C和E₄/E₆比值以及最高的H/M值所证实。主成分分析（PCA）和相关分析确认MN为最优施氮速率，协同提高了土壤氮有效性、玉米生产力和腐殖质质量。适量施氮（220 kg ha^?1）通过调控微生物腐殖化和腐殖酸结构，在玉米产量和土壤碳库稳定性之间取得了平衡，为中亚温带半湿润玉米系统中的氮素可持续管理提供了科学依据。

图文摘要