全 文 ：　 　 倡 西北农林科技大学校基金（荒漠绿洲生态系统中植物残体腐解特征的研究 ）和中国科学院阜康荒漠生态系统观测试验站开放基金（荒漠
绿洲生态系统中植物残体腐解特征及调控 ，２００２０００９）资助
　 　倡倡 通讯作者
　 　 　 收稿日期 ：２００５唱０９唱１７ 　 改回日期 ：２００５唱１２唱０９
农田生态条件对灰漠土养分及胡敏酸特性的影响 倡
孙本华 　高明霞 　吕家珑 倡倡 王 　星 　张一平
（西北农林科技大学资源环境学院 　 杨陵 　 ７１２１００）
摘 　 要 　 通过比较荒地和玉米地土壤养分 、胡敏酸热解特性和红外光谱特征 ，研究了灰漠土农田生态条件对土壤养
分和有机质特性的影响 。 结果表明 ，种植玉米增加土壤有机质 、全 N 、全 P 、全 K 、缓效钾和碱解氮的含量 ，但使速效
磷和速效钾含量下降 ，土壤 pH 略有下降 。 荒地土壤胡敏酸的脂肪族侧链较多 ，胡敏酸较年轻 ，而玉米地土壤胡敏酸
侧链较少 ，胡敏酸相对较老 。 荒地土壤胡敏酸的脂族性强于玉米地 。 农田生态条件使土壤胡敏酸老化 。
关键词 　 灰漠土 　 农田生态 　土壤有机质 　 土壤养分 　 土壤 pH 　 胡敏酸 　 热解特性 　红外光谱
Effect of cropland ecological conditions on soil nutrient and humic acid characteristics of gray desert soil ．SUN Ben唱Hua ，
GAO Ming唱Xia ，LU Jia唱Long ，WANG Xing ，ZHANG Yi唱Ping（College of Resources and Environment ，Northwest A &F
University ，Yangling ７１２１００ ，China） ，CJEA ，２００７ ，１５（３） ：１８ ～ ２０
Abstract 　 The experiment compared soil nutrien ts ，pyrolytic and in frared ray spect ra characteristics of humic acid of soil be唱
t ween un唱cropped and cropped lands to determine the effects of cropland ecosystems on gray deser t soil nut rients and humic
acid characteristics ．The results show increase in soil organic matter ，total N ，total P ，total K ，slowly唱available K and available
N ；but decrease in available P and available K ，while there is a slight decrease in soil pH after planting ．The fatty lateral chain of
humic acid in un唱cropped land soil is much more than that in cropped land soil ．The fat characteristics of the humic acid in un唱
cropped soil is stronger than that in cropped land soil ．Soil humic acid is older under cropland ecosystem conditions ．
Key words 　 Gray desert soil ，Cropland ecosystem ，Soil organic matter ，Soil nutrien ts ，Soil pH ，Humic acid ，Pyroly tic fea唱
tures ，Infrared spectra
（Received Sept ．１７ ，２００５ ；revised Dec ．９ ，２００５）
灰漠土广泛分布于中亚和我国新疆等地 ，按中国土壤系统分类 ，为钙积正常干旱土 。 灰漠土是一种
较好的土壤资源 ，目前已有相当部分被开垦种植 ，成为粮 、糖 、棉 、油 、瓜 、果 、林的生产基地 。 选择荒地和
农田（玉米地）作为研究对象 ，进行了两种不同生态条件下灰漠土土壤养分 、胡敏酸的热解特性和红外特
征的分析 ，以探讨该地区土壤开垦为农田过程对土壤养分及土壤有机质特性的影响 。
1 　 试验材料与方法
试验设于中国科学院新疆生态与地理研究所阜康荒漠生态系统观测试验站内 。 选择两种不同利用方
式的土壤（荒地和 ３ 年玉米地）作为研究对象 ，取表层 ０ ～ ２０cm 土样 ，风干后 ，磨碎 ，另取部分土样提取土壤
胡敏酸［１］ 。 测定土壤有机质 、全 N 、全 P 、全 K 、缓效钾 、碱解氮 、速效磷 、速效钾 、pH 的方法见土壤农业化学
分析方法［２］ ，土壤胡敏酸差热（DTA） 、热重（ TG）和微分热重（DTG）用日本岛津 DT唱３０B 分析仪测定 ，用美国
帕金唱埃尔默公司生产的 FTIR Spect rum GX Ⅱ 型红外光谱仪（溴化钾压片法）进行胡敏酸红外光谱分析 。
2 　 结果与分析
2畅1 　 土壤养分变化
土壤表层（０ ～ ２０cm）养分测定结果表明 ，荒地土壤有机质 、全 N 、全 P 、全 K 、缓效钾 、碱解氮 、速效磷 、速效钾
和 pH值分别为 ８畅４g／kg 、０畅４２g／kg 、０畅８３g／kg 、１７畅１g／kg 、１２２６畅３mg／kg 、３６畅５mg／kg 、２５畅５mg／kg 、４７２畅０mg／kg 和
第 １５卷第 ３ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol畅１５ 　 No畅３
２ ０ ０ ７ 年 ５ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture May ，　 ２００７
８畅５１ ；玉米地分别为 １２畅８g／kg 、０畅８２g／kg 、１畅００g／kg 、１８畅１g／kg 、１３７８畅４mg／kg 、６８畅５mg／kg 、２２畅６mg／kg 、２５３畅８
mg／kg和 ８畅４３ 。玉米地与荒地相比 ，有机质增加 ５２畅４ ％ ，全 N和碱解氮含量分别增加 ９５畅２ ％ 和 ８７畅７ ％ ，全 P增
加 ２０畅５ ％ ，全 K增加 ５畅８ ％ ，缓效钾增加 １２畅４ ％ 。 速效磷和速效钾则分别下降 １１畅４ ％ 和 ４６畅２ ％ 。土壤 pH值略
有下降 。 因为荒地改种玉米后 ，植物根茬和自然凋落物增加 ，土壤有机质含量增加 ；玉米地每年投入 N 、P 肥使
土壤全 N 、碱解氮 、全 P增加 ；全 K 和缓效钾的增加可能是由于作物表聚作用引起的 ；速效磷和速效钾的减少则
可能是由于玉米作物吸收造成的 ；土壤 pH值下降可能与土壤有机质增加有关 。故农田生态条件对土壤表层养
分 、土壤有机质含量有较大影响 。
图 1 　 不同生态条件土壤胡敏酸的 DTA曲线
Fig ．１ 　 DTA curves of soil humic acids under
differen t ecosystem conditions
2畅2 　 土壤胡敏酸的热解特性
胡敏酸差热（DTA）曲线的变化 。 不同生态条件下土壤胡敏酸
的 DTA 分析结果见图 １ 和表 １ 。 由图 １ 可知 ，２ 种生态条件下胡
敏酸都有 ６５ ℃ 吸热谷 （简称 ６５ ℃ 峰） 、３２０ ℃ 低温放热峰 （简称
３２０ ℃ 峰）和 ４６０ ℃ 高温放热峰（简称 ４６０ ℃ 峰） ，分别代表胡敏酸脱
水吸热 、胡敏酸中脂肪族侧链及氢键结合羟基裂解 、外围官能团和
芳香结构裂解［３ ～ ５ ，９］ ，表明 ２ 种不同生态条件下土壤胡敏酸的基
本特征是相同的 。 从表 １ 可看出 ，荒地土壤胡敏酸的 ３２０ ℃ 峰略
高于玉米地 ，而 ４６０ ℃ 峰略低于玉米地 ，荒地峰区失重率比值略高
于玉米地 ，表明荒地胡敏酸的脂肪族侧链较多 ，胡敏酸较年轻 ，玉
米地胡敏酸的脂肪族侧链较少 ，胡敏酸相对较老 。 这可能是因为荒地改种玉米后 ，尽管进入土壤的有机
　 　 　 　 　 　 表 1 　不同生态条件土壤胡敏酸差热曲线各参数
Tab畅１ 　 Parameters of DTA curves of soil humic acids under different ecosystem conditions
生态条件
Ecosyst em
condition
峰高 ／cm Peak height 峰区失重率 ／ ％ Weight loss ra te
３２０ ℃ （ h１） ４６０ ℃ （ h２） h１／ h２ ３２０ ℃ （ W １） ４６０ ℃ （ W ２） W１／ W２
荒 　 地 ０畅４ ７畅９ ０畅０５１ １３畅１ ３４畅７ ０畅３７８
玉米地 ０畅３ ８畅１ ０畅０３７ １４畅０ ３８畅２ ０畅３６６
物量增加 ，但由于耕作和化肥
的使用 ，加速了土壤腐殖质的
氧化和缩合 ，使土壤胡敏酸老
化 ，结构复杂化 ，脂族性下降 ，
而芳香性增加 ，这与吕家珑等
的研究结果一致［６ ，７］ 。
　 　 胡敏酸热重（TG）和微分热重（DTG）曲线的变化 。 从 ２ 种
生态条件下土壤胡敏酸的 TG 曲线（图 ２）可知 ，荒地和苜蓿地土
壤胡敏酸的 TG 曲线基本类似 ，有 ３ 个比较明显的大失重带 ，表
明两种胡敏酸的基本结构相同 。 ２ 种土壤胡敏酸的 DTG 曲线
和各参数分别见图 ３ 和表 ２ ，由图 ３ 可知 ，各土壤胡敏酸的 DTG
曲线基本一致 ，有 ４ 个比较明显的失重峰 ，７２ ～ ８５ ℃ 失重峰对应
于 DTA 曲线的吸热谷 ，３２５ ℃ 峰对应于 DTA 曲线的第一放热
峰 ，而 ４９８ ～ ５２８ ℃ 峰和 ６１７ ～ ６７０ ℃ 峰对应于 DTA 曲线的第二
放热峰 。 这表明 ，DTA 曲线中的第二放热峰由两部分组成 ，即
官能团和芳香核 ，而 DTG 曲线中的 ４９８ ～ ５２８ ℃ 峰对应于外围
　 　 　 　 　 　 　 　
图 2 　 不同生态条件土壤胡敏酸的 TG曲线
Fig ．２ 　 TG curves of soil humic acids under
different ecosystem conditions
官能团的热解 ，６１７ ～ ６７０ ℃ 部分对应于芳香核的热解 。 根据表 ２ 的结果 ，玉米地的 ４９８ ～ ５２８ ℃ 峰略高 ，而峰
区失重率较小 ，这与玉米地胡敏酸的外围官能团含量较少 ，氧化程度增加有关 。 从活化能（Ea）和比速率常
数（ K０）来看 ，玉米地胡敏酸此峰的活化能较大 ，比速率常数较小 ，而荒地胡敏酸的活化能较小而比速率常
　 　 　 　 　 　表 2 　 不同生态条件土壤胡敏酸 DTG曲线 498 ～ 528 ℃ 峰参数
T ab畅２ 　 The ４９８ ～ ５２８ ℃ peak parameters of DTG curves of soil humic
acids under differen t ecosystem conditions
生态条件
Ecosyst em
condition
峰高／cm
Peak height
峰区失重率／ ％
Weight loss
rate
热解动力学参数
Pyroly tic dynamic paramet ers
T m／K Δ T／ K Ea／kJ·mol － １ K ０／１０x min － １
荒 　 地 ２畅３５ ３８畅１ ７６８畅１５ ８７ １２９畅４ ８畅２２
玉米地 ２畅５０ ３３畅８ ８０１畅１５ ９２ １３２畅７ ８畅０５
数则较大 ，表明玉米地土
壤胡敏酸的外围官能团部
分热解时需要较高的能
量 ，玉米地胡敏酸的官能
团部分热稳定性较荒地
高 ，且热解速度更慢 。 这
是因为玉米地胡敏酸外围
官能团经氧化和缩合热稳
第 ３期 孙本华等 ：农田生态条件对灰漠土养分及胡敏酸特性的影响 １９　
　 　 　 　 　 　
图 3 　 不同生态条件土壤胡敏酸的 DTG曲线
Fig ．３ 　 DTG curves of soil humic acids under
differen t ecosystem conditions
定性提高 ，可能也是玉米地土壤胡敏酸 DTG 曲线各峰温较高的
原因 。 上面的分析表明玉米地土壤胡敏酸的氧化程度较荒地
高 ，土壤胡敏酸分子较老 。
2畅3 　 土壤胡敏酸的红外光谱变化
从 ２ 种土壤胡敏酸的红外光谱图（图 ４）可知 ，两种生态条
件下土壤胡敏酸的红外光谱基本相似 ，都在 ３４００cm － １ （氢键结
合的 OH） 、３１４０cm － １（缔合的 NH） 、３０２５cm － １ （芳香核中与核相
连的 CH 振动） 、２９３０ ～ ２８６０cm － １（脂肪族甲基 、亚甲基和唱OCH３
中的 CH 振动） 、２６３０cm － １ （螯合态的 OH） 、１７１４cm － １ （羧基中
C O伸缩振动） 、１６２８ ～ １６５１cm － １（酰胺 I 、肽键 、芳香族共轭双
键C O 、COO — 、羰基共轭双键 、仲胺 NH ＋３ 非对称伸缩振动） 、
１４００cm － １（离子化羧基对称伸缩振动和活性亚甲基 CH 振动） 、１２２７ ～ １２６７cm － １ （酚基 、羟基 、酯类等含氧基
图 4 　不同生态区域土壤胡敏酸的红外光谱
Fig ．４ 　 F IR curves of soil humic acids under different
ecosystem conditions
团 、１０３３cm － １ （来自于有机 硅分解的 Si唱O 伸缩振 动 ）
等［１ ，４ ，５ ，８］处出现吸收峰 ，这说明胡敏酸结构具有一致性 ，但
在某些特征吸收峰的强度上又有差异 ，玉米地胡敏酸在
３４００ ～ ３０００cm － １和 １６３０cm － １附近的吸收峰变宽但强度下
降 ，３１３７cm － １ 、１７１４cm － １ 、１４０３cm － １ 、１０３３cm － １峰的强度下
降 。 ３４００ ～ ３０００cm － １和 １６３０cm － １附近的吸收变宽 ，表明氢
键结合的羟基和 C O 类型的增加 ，强度下降表明含量下
降 ，这与上述 DTG 的结果玉米地胡敏酸的官能团含量较小
相一致 。 ３１３７cm － １峰的强度下降表明缔合的 NH 吸收减
少 ，１７１４cm － １峰的下降表明羧基含量的减少 ，１４０３cm － １峰强
度的下降表明离子化羧基和活性亚甲基减少 ，这与上述
DTA 和 DTG 所得结论玉米地胡敏酸外围官能团含量较小
相一致 。 这些吸收峰的变化表明玉米地胡敏酸的芳香性强于荒地 。 红外光谱结果与 DTA 和 DTG 所得结
论玉米地土壤胡敏酸的氧化程度较荒地高 ，玉米地土壤胡敏酸分子较老相一致 。
3 　 小 　 结
灰漠土荒地种植玉米后 ，土壤表层有机质 、全 N 、碱解氮 、全 P 、全 K 和缓效钾增加 ，速效磷 、速效钾和土
壤 pH 值则下降 。 玉米根系活动 、根系分泌物 、落叶等凋落物增加了土壤有机质含量 ，促进土壤腐殖质的更
新 ，但人为活动如耕作和施肥等促进了土壤胡敏酸氧化缩合 ，使土壤胡敏酸芳香性和老化加强 。 荒地土壤
胡敏酸的脂肪族侧链较多 ，胡敏酸较年轻 ，玉米地土壤胡敏酸的脂肪族侧链较少 ，胡敏酸相对较老 ，说明灰
漠土种植玉米有利于土壤有机质积累 、稳定性增强以及肥力提高 。
参 　 考 　 文 　 献
１ 　 文启孝 ．土壤有机质研究法 ．北京 ：农业出版社 ，１９８４ ．１１２ ～ １２４
２ 　 鲁如坤 ．土壤农业化学分析方法 ．北京 ：中国农业科技出版社 ，２０００
３ 　 白锦鳞 ，张一平 ，赵高侠 ，等 ．陕西省几种主要土壤胡敏酸能态及热分解特性的研究 ．土壤学报 ，１９９０ ，２７（２） ：１５１ ～ １５８
４ 　 赵高侠 ，张一平 ，白锦鳞 ，等 ．不同施肥条件与年限对土壤胡敏酸能态及热分解特性的影响 ．土壤学报 ，１９９５ ，３２（３） ：２８４ ～ ２９１
５ 　 窦 　 森 ，陈恩凤 ，须湘成 ，等 ．土壤有机培肥后胡敏酸结构特征变化规律的探讨 Ⅰ ．胡敏酸的化学性质和热性质 ．土壤学报 ，１９９２ ，２９（２） ：
１９９ ～ ２０７
６ 　 吕家珑 ，张一平 ，王旭东 ，等 ．农田生态对土壤肥力的保护效应 ．生态学报 ，２００１ ，２１（４） ：６１３ ～ ６１６
７ 　 吕家珑 ，张一平 ，王旭东 ，等 ．长期单施化肥对土壤性状及作物产量的影响 ．应用生态学报 ，２００１ ，１２（４） ：５６９ ～ ５７２
８ 　 窦 　 森 ，姜 　 岩 ．土壤施用有机物料后重组有机质变化规律的探讨 Ⅱ ．对重组有机质中腐殖质组成和胡敏酸光学性质的影响 ．土壤学
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９ 　 Sa toh T ．O rgano唱mineral complex st atus in soil ．Ⅱ ．T hermal nature of o rgano唱mineral complex part icles and their humic substances ．Soil Sci ．
Plant Nutr ．，１９８４ ，３０（１） ：９５ ～ １０４
２０　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷