長期施肥對栗褐土有機碳含量及其組分的影響

王朔林， 王改蘭*， 趙 旭， 陳春玉， 黃學(xué)芳

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 湖南長沙 410128; 2 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心， 山西太原 030031)

長期施肥對栗褐土有機碳含量及其組分的影響

王朔林1， 王改蘭1*， 趙 旭1， 陳春玉1， 黃學(xué)芳2

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 湖南長沙 410128; 2 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心， 山西太原 030031)

【目的】作為土壤質(zhì)量的重要指標, 土壤有機碳及其組分在耕地生產(chǎn)力和作物產(chǎn)量方面發(fā)揮著重要作用。本文以25年長期定位施肥試驗為依托，分析了不同施肥處理對栗褐土有機碳含量及其組分的影響，為調(diào)控農(nóng)田土壤肥力及栗褐土有機碳庫的管理提供科學(xué)依據(jù)。【方法】田間試驗開始于1988年，設(shè)置8個施肥處理為不施肥(CK)；單施氮肥(N)；氮磷肥合施(NP)；單施低量有機肥(M1)；低量有機肥與氮肥合施(M1N)；低量有機肥與氮磷肥合施(M1NP)；高量有機肥與氮肥合施(M2N)；高量有機肥與氮磷肥合施(M2NP)。于第25年玉米播種前，采集以上處理的耕層(0—20 cm)土壤樣品。借助有機碳物理分組方法和化學(xué)分析方法，測定了土壤總有機碳和有機碳各組分的含量?！窘Y(jié)果】長期施用不同肥料不同程度地提高了栗褐土總有機碳、游離態(tài)顆粒有機碳以及閉蓄態(tài)顆粒有機碳含量，其中有機肥與化肥配施尤其是高量有機肥與化肥配施的作用更加明顯。與不施肥相比，高量有機肥與無機肥配施(M2N、M2NP)總有機碳含量增加了121.1%、166.8%，游離態(tài)顆粒有機碳增加了239.2%、359.2%，閉蓄態(tài)顆粒有機碳增加了288.4%、289.9%。單施氮肥(N)及有機肥與氮磷肥配施(M1NP、M2NP)可顯著提高礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量，增幅分別為27.8%、34.8%、33.3%。不施肥條件下，栗褐土有機碳中顆粒有機碳與礦物結(jié)合態(tài)有機碳所占的比例相當(dāng)，長期施肥提高了顆粒有機碳特別是閉蓄態(tài)顆粒有機碳的比例，降低礦物結(jié)合態(tài)有機碳所占的比例，閉蓄態(tài)顆粒有機碳成為栗褐土有機碳的主要貯存庫。相關(guān)分析表明，長期施肥條件下栗褐土游離態(tài)、閉蓄態(tài)顆粒有機碳含量之間及其與總有機碳含量之間均呈極顯著正相關(guān)，礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量與總有機碳及其他組分的有機碳之間均無明顯相關(guān)?！窘Y(jié)論】化肥、有機肥以及有機肥與化肥配施能夠提高栗褐土游離態(tài)顆粒有機碳、閉蓄態(tài)顆粒有機碳以及總有機碳含量。高量有機肥與化肥配施更有助于栗褐土游離態(tài)、閉蓄態(tài)顆粒有機碳的積累，有利于土壤養(yǎng)分有效性的提高和有機碳品質(zhì)的改善。氮肥單施、有機肥與氮磷肥配施則是提高礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量的有效措施。

長期施肥； 栗褐土； 有機碳組分； 相關(guān)分析

土壤有機碳是地球陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大、最活躍的碳庫，據(jù)估算全球土壤固定的有機碳約為1500Pg，超過了植被與大氣有機碳儲量之和[1]。由于土壤有機碳儲量巨大，其較小幅度的變化就可能對大氣CO2濃度水平產(chǎn)生深遠影響[2]。土壤有機碳同時也是土壤肥力的基礎(chǔ)，與土壤結(jié)構(gòu)、持水性、緩沖性和作物養(yǎng)分的有效性高度相關(guān)，直接影響著耕地的生產(chǎn)力和作物的產(chǎn)量[3]。但由于土壤總有機碳含量是容量指標，只能反映出有機碳礦化分解和合成的最終結(jié)果，不足以全面地反映土壤質(zhì)量的內(nèi)在變化[4]。因此，人們將土壤有機碳的研究與其分組技術(shù)相聯(lián)系，提出了多種有機碳分組方法，其中物理分組由于破壞性較小，且可以呈現(xiàn)原狀有機碳的結(jié)構(gòu)和功能而成為當(dāng)前研究土壤有機碳分組的主流[5]。物理分組方法將土壤有機碳分為易分解組分和穩(wěn)定性組分，其中，易分解組分可以作為反映農(nóng)業(yè)管理措施引起的土壤質(zhì)量改變的敏感性指標，而穩(wěn)定性組分則對有機碳固存具有重要意義[6]。

施肥條件下土壤有機碳含量及組分的變化，國內(nèi)學(xué)者在黑土[7-8]、灰漠土[9]、棕壤[10]以及紅壤[11]等土壤上已有較深入的研究。結(jié)果表明，施肥是影響土壤有機碳轉(zhuǎn)化和積累的重要因素之一[12-15]。但由于受氣候、土壤母質(zhì)和耕作等諸多因素的影響，相同施肥措施對土壤有機碳及其組分的影響在不同區(qū)域、不同土壤類型上存在差異[16-17]。如，王玲莉等[10]系統(tǒng)地分析了不同施肥措施對棕壤有機碳及其組分的影響，表明施用化肥會導(dǎo)致顆粒有機碳含量下降，但可以穩(wěn)定礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量，最終提高了土壤總有機碳含量，而施用有機肥或有機肥與化肥配施則能夠提高土壤顆粒有機碳、礦物結(jié)合態(tài)有機碳及總有機碳的含量。王雪芬等[11]對旱地紅壤有機碳含量及其組分進行了研究，認為施有機肥可以顯著提高顆粒有機碳組分，但對礦物結(jié)合態(tài)有機碳影響不顯著，而施化肥對有機碳各組分影響均不明顯。目前，相關(guān)的研究在黃土丘陵區(qū)的栗褐土上鮮見報道，為此，本研究以25年的長期定位施肥試驗為依托，探討長期施用不同肥料對栗褐土有機碳總量及其組分的影響，為栗褐土有機碳庫的管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試土壤

試驗于1988年布置在山西省河曲縣磚窯溝流域的沙坪村窯家嘴梁頂平地上，供試土壤按山西省第二次土壤普查分類為輕壤黃土質(zhì)淡栗褐土(土種)，以中國土壤系統(tǒng)分類為黃土正常新成土(土類)，1988年作物播種前測得的試驗地0—20 cm土壤基本理化性狀： 有機碳含量3.27 g/kg、全氮0.455 g/kg、全磷1.23 g/kg、堿解氮14.0 g/kg、速效磷2.85 mg/kg、速效鉀87.0 mg/kg、pH 8.06、CaCO3含量為13.55%。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)8個處理： 不施肥(CK)；單施氮肥(N)；氮磷肥合施(NP)；單施低量有機肥(M1)；低量有機肥與氮肥合施(M1N)；低量有機肥與氮磷肥合施(M1NP)；高量有機肥與氮肥合施(M2N)；高量有機肥與氮磷肥合施(M2NP)。各處理施肥量見表1。試驗設(shè)3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積4 m×6 m，每年試驗小區(qū)的處理不變。氮肥用含N 460 g/kg的尿素，磷肥用含P2O5140 g/kg的過磷酸鈣，有機肥使用當(dāng)?shù)厝Ψ?，氮含?.64 g/kg，P2O5含量為2.46 g/kg(多年平均值)。種植作物從1988年到2008年一直為糜子和馬鈴薯兩種作物每年換茬輪作，從2009年至今一直種植玉米。所有肥料全部作基肥，在作物播種前撒施，并耕翻入土。耕作管理措施與大田相同。

1.3 土壤樣品的采集

試驗于2013年作物播種前采集耕層(0—20 cm)土壤樣品，風(fēng)干后過篩。

1.4 測定方法

土壤有機碳含量： H2SO4—K2Cr2O7外加熱法[18]。

土壤有機碳分組采用Six等[19-20]的物理分組方法，將土壤有機碳分為顆粒態(tài)有機碳(POM-C)和礦物結(jié)合態(tài)有機碳(MOM-C)，其中顆粒態(tài)有機碳又細分為游離態(tài)顆粒有機碳(FPOM-C)和閉蓄態(tài)顆粒有機碳(OPOM-C)。

土壤游離態(tài)顆粒有機碳(FPOM-C)： 浮選法分離，稱取20.00 g過2 mm篩的風(fēng)干土壤樣品，放入裝有100 mL密度為1.8 g/cm3NaI 溶液的離心管中，用手搖動，懸浮物離心(3500 r/min)15 min。平衡后，將管中的上清液抽吸到0.45μm的濾膜上，用蒸餾水洗掉碘化鈉，然后轉(zhuǎn)入已稱重的蒸發(fā)皿中，80℃烘干后即得輕組有機碳，用(1 ∶3)H2SO4-0.2 mol/L K2Cr2O7外加熱法測定[11-12, 21]。

土壤閉蓄態(tài)顆粒有機碳(OPOM-C)和土壤礦物結(jié)合態(tài)有機碳(MOM-C)： 離心管中剩余的部分用超聲波進一步打碎分散土壤團聚體，懸濁液通過孔徑為53μm 的尼龍篩，用蒸餾水沖洗篩子至無渾濁液為止。留在篩子上的樣品即為OPOM-C 組分，通過篩子的為 MOM-C組分，分別轉(zhuǎn)移到已稱重的蒸發(fā)皿中，在80℃下烘干，采用H2SO4—K2Cr2O7外加熱法測定[11,21]。

數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2003和DPS 7.05軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤總有機碳(TOC)含量的影響

經(jīng)過連續(xù)25年的不同施肥處理后，栗褐土總有機碳含量產(chǎn)生了明顯差異(圖1)。與不施肥(CK)相比，施肥處理顯著或極顯著提高了栗褐土總有機碳含量，其中，高量有機肥與化肥配施(M2N、M2NP)的效果最為明顯，總有機碳含量較對照分別增加了121.1%、166.8%，其次是低量有機肥與化肥配施(M1N、M1NP)，總有機碳含量分別提高了78.8%、104%。單施化肥(N、NP)與單施有機肥(M1)的處理土壤總有機碳含量相近，分別為4.56、4.61和4.68 g/kg，較CK分別提高了55.8%、57.8%、60.3%。

與試驗初始(1988年)的土壤總有機碳含量3.27 g/kg相比，不同施肥處理也有明顯提高，提高幅度為39.5%_138.2%，而不施肥處理的土壤總有機碳含量則下降了10.6%。

以上結(jié)果表明，長期施用化肥、有機肥均可有效提高栗褐土總有機碳的含量，化肥與有機肥配合施用的效果更佳，而且土壤有機碳含量隨有機肥投入量的增加而增加。長期不施肥栗褐土總有機碳含量有降低的趨勢。

2.2 不同處理土壤有機碳組分含量

2.2.1 土壤顆粒態(tài)有機碳含量

2.2.1.1 土壤游離態(tài)顆粒有機碳含量 表2表明，施肥處理的土壤游離態(tài)顆粒有機碳含量較對照有不同程度的增加，其中，單施氮肥處理土壤游離態(tài)顆粒有機碳含量較低，與對照相比僅增加9%。NP與 M1處理游離態(tài)有機碳含量相近，分別較對照增加96.4%和88.2%。有機肥與化肥配施土壤游離態(tài)顆粒有機碳含量較高，M1N、M1NP、M2N、M2NP依次較對照增加了153.4%、191.0%、239.2%和359.2%?？梢?，長期施化肥、有機肥可以提高栗褐土游離態(tài)顆粒有機碳含量。有機肥與化肥配施肥效較明顯，而單施氮肥處理影響較小。

2.2.1.2 土壤閉蓄態(tài)顆粒有機碳含量 長期不同施肥處理對栗褐土閉蓄態(tài)顆粒有機碳含量具有顯著影響(表2)。與對照相比，單施化肥(N、NP)與施低量有機肥(M1、M1N、M1NP)處理土壤閉蓄態(tài)顆粒有機碳含量分別提高了113.3%、146.7%、161.9%、158.7%、174.0%，但這5個施肥處理間差異未達顯著水平。高量有機肥(M2N、M2NP)處理的土壤閉蓄態(tài)顆粒有機碳含量較高，分別達到4.086和4.102 g/kg，為對照的3.88和3.90倍，且與其他施肥處理間差異達到顯著水平。以上結(jié)果表明，長期施化肥、有機肥均能夠明顯提高栗褐土閉蓄態(tài)顆粒有機碳的積累，且以高量有機肥與化肥配施效果更佳。

注(Note): 數(shù)值后不同小寫字母表示處理間差異達到5%顯著水平 Values followed by different lowercase letters mean significant at the 5% level.

2.2.1.3 土壤總顆粒有機碳含量 土壤總顆粒有機碳含量為游離態(tài)顆粒有機碳與閉蓄態(tài)顆粒有機碳含量之和。表2表明，雖然單施氮肥的土壤游離態(tài)顆粒有機碳含量與對照間差異不顯著，但由于其閉蓄態(tài)顆粒有機碳含量增加幅度較大，使土壤總顆粒有機碳顯著增加，為對照的1.86倍。NP、M1、M1N處理的顆粒有機碳含量相似，在3.312_3.646 g/kg之間，較對照提高了133.7%_157.3%。處理M1NP、M2N、M2NP土壤顆粒有機碳含量較高，較對照提高了178.3%、275.7%、307.7%，不僅顯著高于對照，與其他施肥處理之間的差異也達到了顯著水平。將施磷肥與不施磷肥處理(M2N和M2NP、M1N和M1NP、N和NP)的總顆粒有機碳含量進行對比，可以看出，施磷肥土壤顆粒有機碳含量較無磷肥的處理有增加趨勢。上述結(jié)果表明，長期施用氮肥、有機肥及有機肥與氮肥配施均可以提高栗褐土總顆粒有機碳含量，磷肥有一定的促進作用。

2.2.2 土壤礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量 不同處理土壤礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量如表2所示。長期施用不同肥料對土壤礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量的影響較小，與對照相比有增有減。單施氮肥及有機肥與氮磷肥配施處理(M1NP、M2NP)的礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量較對照顯著提高，增幅分別為27.8%、34.8%和33.3%。處理NP、M1、M1N的土壤礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量與對照間無顯著差異，而M2N處理的礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量顯著低于對照，降低幅度為27.5%。結(jié)果表明，長期單施氮肥、有機肥和氮磷肥配施有利于栗褐土礦物結(jié)合態(tài)有機碳的積累，而高量有機肥與氮肥配施栗褐土礦物結(jié)合態(tài)有機碳的含量降低。

2.3 不同施肥條件下栗褐土各組分有機碳分配比例

土壤游離態(tài)、閉蓄態(tài)顆粒有機碳和礦物結(jié)合態(tài)有機碳的分配比例是指其有機碳含量占土壤總有機碳含量的比率，與有機碳組分的絕對含量相比，它可以消除總有機碳含量差異對有機碳組分的影響，更能體現(xiàn)土壤碳庫狀況[22]。由表3可以看出，對照處理的顆粒有機碳含量和土壤礦物結(jié)合態(tài)有機碳占土壤總有機碳含量的比例相當(dāng)，在顆粒有機碳中，以閉蓄態(tài)顆粒有機碳為主，游離態(tài)顆粒有機碳較低。經(jīng)長期不同施肥后，栗褐土有機碳分配比例發(fā)生了明顯變化。

與對照相比，施肥處理的礦物結(jié)合態(tài)有機碳所占比例呈下降趨勢，以高量有機肥處理的降幅較大，由對照的50.8%分別降低至25.4%和16.7%，處理NP、M1、M1N、M1NP的降低幅度較小，分別降至 28.3%、25.6%、30.1%和33.6%，N處理的下降幅度最小，由50.8%降低到41.7%。對游離態(tài)顆粒有機碳分配比例而言，除N處理分配比例低于對照外，其他施肥處理較對照均有所增加，從對照的12.5%分別上升至14.7%_21.5%。長期施肥使栗褐土閉蓄態(tài)顆粒有機碳占土壤總有機碳的比值明顯增加，由36%增加至48.3%_63.2%，超過了礦物結(jié)合態(tài)所占比例。由于長期施肥條件下閉蓄態(tài)顆粒有機碳分配比例較對照增加明顯，致使總顆粒有機碳分配比例也隨之升高。在不同施肥處理中，總顆粒有機碳分配比例的順序是N< (M1N、M1NP)<(NP、M1)<(M2N、M2NP)。

以上結(jié)果表明，長期施肥有利于提高顆粒態(tài)有機碳(尤其是閉蓄態(tài)顆粒有機碳)占總有機碳的比例，但會降低礦物結(jié)合態(tài)有機碳的分配比例，且不同施肥處理中，以高量有機肥與化肥配施處理效果最明顯，其次是氮磷肥配施和單施有機肥處理，低量有機肥與化肥配施處理的影響相對較小。

2.4 各形態(tài)有機碳之間的相關(guān)性分析

表4表明，土壤總有機碳含量與游離態(tài)、閉蓄態(tài)顆粒有機碳含量之間呈正相關(guān)，相關(guān)性達極顯著水平，但與礦物結(jié)合態(tài)有機碳間的相關(guān)性不顯著。游離態(tài)顆粒有機碳與閉蓄態(tài)顆粒有機碳含量之間極顯著相關(guān)?？梢?，栗褐土游離態(tài)、閉蓄態(tài)顆粒有機碳含量很大程度上依賴于總有機碳含量，同時也說明不同形態(tài)顆粒有機碳之間關(guān)系密切。而礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量受總有機碳含量的影響較小。

注(Note):r0.05=0.7067,r0.01=0.8343, *表示5%水平差異顯著性 Significant at the 5% level；**表示1%水平差異顯著 Significant at the 1% level.

3 討論

3.1 土壤總有機碳含量

農(nóng)田土壤總有機碳數(shù)量主要取決于有機碳的輸入和降解之間的平衡[2]。在本試驗中，不施肥處理土壤有機碳含量較試驗前已經(jīng)有明顯下降趨勢，主要是由于黃土高原處干旱地區(qū)，蒸發(fā)強度大，土壤有機碳礦化劇烈，且栗褐土的粘粒含量低，土壤礦物對有機碳的物理性保護較弱，長期不施肥根茬歸還量已不足以維持土壤有機碳的礦化損失。

單施化肥對土壤總有機碳含量的作用： 提高， 降低，也可能保持不變[23-25]。本研究通過25年的長期定位試驗表明，長期單施化肥可有效提高栗褐土總有機碳含量，且其效果接近于低量有機肥處理。施用化肥可以提高土壤總有機碳含量的原因主要在于化肥可以促進作物的生長，提高作物生物量，增加作物根茬及根系分泌物歸還量，進而提高土壤總有機碳含量[26]。本試驗結(jié)果還表明，有機肥與化肥配施是提高土壤有機碳含量的最佳施肥手段，這與張敬業(yè)等[14]的研究結(jié)果相同。因為有機肥與化肥配施，一方面增加了作物產(chǎn)量，使作物殘留物量增加，另一方面施用有機肥直接提供了有機物。

3.2 土壤各有機碳組分

土壤顆粒有機碳是動植物殘體向土壤腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物[27]，比全碳更易受土壤管理的影響，提高這部分有機碳含量被認為是抑制土壤有機碳分解、緩解大氣CO2濃度上升的重要途徑[28]。王玲莉等[11]和劉驊等[9]研究表明長期單施化肥對土壤顆粒有機碳具有負效應(yīng)，其原因是單施化肥促進了土壤微生物活動，破壞了團聚體結(jié)構(gòu)，使顆粒有機碳分解速度加快。但本研究結(jié)果與之不同，長期施化肥土壤游離態(tài)、閉蓄態(tài)，以及總顆粒有機碳均有所增加。究其原因，可能是土壤顆粒有機碳是相對較新的有機碳，其含量變化應(yīng)歸結(jié)于作物歸還量。本試驗中長期施化肥改善了土壤速效養(yǎng)分狀況，提高了作物產(chǎn)量包括生物產(chǎn)量[26]，增加了根茬及殘落物的歸還量，故土壤顆粒有機碳含量有所提高。本試驗結(jié)果還顯示，化肥和有機肥配施可以顯著提高游離態(tài)、閉蓄態(tài)顆粒有機碳的含量，且效果好于單施化肥，這與張敬業(yè)等[14]和梁堯等[2]的研究結(jié)果一致，其原因在于有機無機肥配施不僅可以提高作物產(chǎn)量、增加顆粒有機碳的直接輸入量，同時有機肥的膠結(jié)作用可以促進團聚體的形成[29]，顆粒有機碳，尤其是閉蓄態(tài)顆粒有機碳被團聚體包裹其中，有機碳受到物理保護，避免微生物的接觸、降解。

礦物結(jié)合態(tài)有機碳是有機物分解的最終產(chǎn)物與土壤粘粒和粉粒相結(jié)合的部分，穩(wěn)定性較強[17,30]。佟小剛等[31]和樊廷錄等[32]報道長期施有機肥條件下紅壤、黑壚土礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量有所增加，原因在于施有機肥為微生物提供了營養(yǎng)，微生物代謝分泌物增多，這些分泌物可以直接轉(zhuǎn)移至細粘粒，導(dǎo)致土壤礦物結(jié)合態(tài)有機碳積累。但在本研究中，高量有機肥與氮肥配施處理土壤礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量有所下降，究其原因可能是此施肥處理土壤真菌數(shù)量相對較高[33]，土壤粘粒在真菌絲作用下可以形成團聚體顆粒[22,29]，有機碳由礦物結(jié)合態(tài)向顆粒態(tài)轉(zhuǎn)移，且微生物代謝分泌物所增加的礦物結(jié)合有機碳含量小于礦物結(jié)合態(tài)有機碳向顆粒有機碳轉(zhuǎn)移的含量，最終使礦物結(jié)合態(tài)有機碳凈含量減少。

長期施肥后，栗褐土MOM-C/TOC比例下降，而POM-C/TOC比例上升，使顆粒有機碳，尤其是閉蓄態(tài)有機碳成為土壤有機碳的主要存在形式，這與袁穎紅等[28]研究的結(jié)果一致。說明長期施肥主要提高了栗褐土易分解、活躍的有機碳，是養(yǎng)分有效性提高和有機碳品質(zhì)改善的體現(xiàn)[34]。

4 結(jié)論

1)化肥、有機肥以及有機肥與化肥配施提高了栗褐土游離態(tài)顆粒有機碳、閉蓄態(tài)顆粒有機碳以及總有機碳含量，其中有機肥與化肥配施尤其是高量有機肥與化肥配施效果更加明顯。氮肥單施、有機肥與氮磷肥配施顯著提高了土壤礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量，但高量有機肥與氮肥配施礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量呈下降趨勢。

2)長期施肥改變了栗褐土各組分有機碳的分配比例，提高了顆粒有機碳特別是閉蓄態(tài)顆粒有機碳的分配比例，降低了礦物結(jié)合態(tài)有機碳分配比例，使閉蓄態(tài)顆粒有機碳成為栗褐土有機碳的主要存在形式，且以高量有機肥與化肥配施效果更為明顯。

3)栗褐土游離態(tài)、閉蓄態(tài)顆粒有機碳含量與總有機碳之間關(guān)系密切，很大程度上依賴于有機碳總儲量。同時，游離態(tài)顆粒有機碳與閉蓄態(tài)顆粒有機碳之間也相互影響，兩者顯著相關(guān)。礦物結(jié)合態(tài)有機碳含量與土壤總有機碳和各形態(tài)顆粒有機碳含量間相關(guān)不顯著。

[1] 劉中良，方萬太，周樺，馬強.不同有機廄肥輸入量對團聚體有機碳組分的影響[J]. 土壤學(xué)報， 2011, 48(6)： 1149-1157. Liu Z L, Fang W T, Zhou H, Ma Q. Effect of application rate of barnyard manure on organic carbon fraction of soil aggregates[J]. Acta Pedologica Sinica, 2011, 48(6)： 1149-1157.

[2] 梁堯，韓曉增，宋春，李海波. 不同有機物料還田對東北黑土活性有機碳的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2011, 44(17): 3565-3574. Liang R, Han X Z, Song C, Li H B. Impacts of returning organic materials on soil labile organic carbon fractions redistribution of mollisol in Northeast China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2011, 44(17): 3565-3574.

[3] 趙鑫，方萬太，李建東，姜子紹. 不同經(jīng)營管理條件下土壤有機碳及其組分研究進展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2006, 17(11): 2203-2209. Zhao X, Fang W T, Li J D, Jiang Z S. Research advances in soil organic carbon and its fractions under different management patterns[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2006, 17(11): 2203-2209.

[4] 張璐，張文菊，徐明崗，等. 長期施肥對中國3種典型農(nóng)田土壤活性有機碳庫變化的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 42(5): 1646-1655. Zhang L, Zhang W J, Xu M Getal. Effects of long-term fertilization on change of labile organic carbon in three typical upland soils of China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(5): 1646-1655.

[5] 張國，曹志平，胡嬋娟.土壤有機碳分組方法及其在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)研究中的應(yīng)用[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2011, 22(7): 1921-1930. Zhang G, Cao Z P, Hu C J. Soil organic carbon fractionation methods and their applications in farm land ecosystem research: A review[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2011, 22(7): 1921-1930.

[6] 佟小剛，黃紹敏, 徐明崗, 等.長期不同施肥模式對潮土有機碳組分的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報， 2009，5(4): 831-836. Tong X G, Huang S M, Xu M Getal. Effects of the different long-term fertilizations on fractions of organic carbon in fluvo- aquic soil[J]. P1ant Nutrition and Fertilizer Science, 2009，5(4): 831-836.

[7] 梁愛珍，張曉平，楊學(xué)明，等. 黑土顆粒態(tài)有機碳與礦物結(jié)合態(tài)有機碳的變化研究[J].土壤學(xué)報， 2010, 47(1): 153-158. Liang A Z, Zhang X P, Yang X Metal. Dynamics of soil particulate organic carbon and mineral -incorporated organic carbon in black soils of northeast China[J]. Acta Pedologica Sinica, 2010, 47(1): 153-158.

[8] 張迪，韓曉增. 長期不同植被覆蓋和施肥管理對黑土活性有機碳的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 43(13): 2715-2723. Zhang D, Han X Z. Changes of black soil labile organic carbon pool under different vegetation and fertilization managements[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2010, 43(13): 2715-2723.

[9] 劉驊，佟小剛，馬興旺，等. 長期施肥下灰漠土礦物顆粒結(jié)合有機碳的含量及其演變特征[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2010, 21(1): 84-90. Liu Y, Tong X G, Ma X Wetal. Content and evolution characteristics of mineral organic carbon associated with particle-size fractions of grey desert soil under long-term fertilization[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(1): 84-90.

[10] 王玲莉，韓曉日, 楊勁峰, 等. 長期施肥對棕壤有機碳組分的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報， 2008,14(1)： 79-83. Wang L L, Han X R, Yang J Fetal. Effect of long-term fertilization on organic carbon fractions in a brown soil[J]. P1ant Nutrition and Fertilizer Science. 2008, 14(1)： 79-83.

[11] 王雪芬，胡鋒，彭新華，等. 長期施肥對紅壤不同有機碳庫及周轉(zhuǎn)速率的影響[J]. 土壤學(xué)報，2012, 49(5): 954-961. Wang X F, Hu F, Peng X Hetal. Effects of long-term fertilization on organic carbon pools and their turnovers in a red soil[J]. Acta Pedologica Sinica, 2012, 49(5): 954-961.

[12] Manna M C, Swarup A, Wanjari R Hetal. Long-term effect of fertilizer and manure application on soil organic carbon storage, soil quality and yield sustainability under sub-humid and semi-arid tropical India[J]. Field Crops Research, 2005, 93: 264-280.

[13] 徐陽春，沈其榮. 長期施用不同有機肥對土壤各粒徑復(fù)合體中C、N、P含量與分配的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000, 33(5): 1-7. Xu Y C, Shen Q R. Influence of long-term application of manure on the contents and distribution of organic C, total N and P in soil particle-sizes[J]. Scientia Agricultura Sinica， 2000, 33(5): 1-7.

[14] 張敬業(yè)，張文菊，徐明崗，等.長期施肥下紅壤有機碳及其顆粒組分對不同施肥模式的響應(yīng)[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報， 2012,18(4): 868-875. Zhang J Y, Zhang W J, Xu M Getal. Response of soil organic carbon and its particle-size fractions to different long-term fertilizations in red soil of China[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18 (4): 868-875.

[15] Dou F G, Wright A L, Hons F M. Sensitivity of labile soil organic carbon to tillage in wheat-based cropping systems[J]. Soil Science Society of America Journal, 2008, 72: 1445-1453.

[16] Govi M, Francioso O, Ciavatta C, Sequi P. Influence of long-term residue and fertilizer applications on soil humic substances: A study by electrofocusing[J]. Soil Science, 1992, 154(1): 8-13.

[17] Jenkinson D S, Fox R H, Rayner J H. Interactions between fertilizer nitrogen and soil nitrogen—the so-called ‘priming’ effect[J]. Journal of Soil Science, 1985, 36: 425-444.

[18] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)出版社，2008. 30-34. Bao S D. Soil and agricultural chemistry analysis [M]. Beijing: China Agriculture Press, 2008. 30-34.

[19] Six J, Elliot ET, Paustian Ketal. Aggregation and soil organic matter accumulation in cultivated and native grassland soils[J].Soil Science Society of America Journal, 1998, 62(5): 1367-1377.

[20] Golchin A, Oades J M, Skjemstad J Oetal. Study of free and occluded particulate organic matter in soils by solid state13C CP/MAX NMR spectroscopy and scanning electron microscopy[J]. Australian Journal of Soil Research, 1994, 32: 285-309.

[21] Wander M M, Yang X M. Influence of tillage on the dynamics of loose-and-occluded-particulate and humified organic matter fractions[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2000, 32(8/9): 1151-1160.

[22] 徐江兵，李成亮，何園球，等. 不同施肥處理對旱地紅壤團聚體中有機碳含量及其組分的影響[J]. 土壤學(xué)報, 2007, 44(4): 675-682. Xu J B, Li C L, He Y Qetal. Effect of fertilization on organic carbon content and fractionation of aggregates in upland red soil[J]. Acta Pedologica Sinica, 2007, 44(4): 675-682.

[23] 韓曉日，蘇俊峰，謝芳，等. 長期施肥對棕壤有機碳及各組分的影響[J]. 土壤通報, 2008, 39(4): 730-733. Han X R, Su J F, Xie Fetal. Effect of long-term fertilization on organic carbon and the different soil organic fractions of brown earth[J].Chinese Journal of Soil Science, 2008, 39(4): 730-733.

[24] 尹云鋒，蔡祖聰，欽繩武，長期施肥條件下潮土不同組分有機質(zhì)的動態(tài)研究[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2005, 16(5): 875-878. Yin Y F, Cai Z C, Qin S W, Dynamics of fluvo-aquic soil organic matter fractions under long-term fertilization[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2005, 16 (5): 875-878.

[25] 王旭東，張一平，呂家瓏，等. 不同施肥條件對土壤有機質(zhì)胡敏酸特性的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2000, 33(2)： 75-81. Wang X D, Zhang Y P, Lü J Letal. Effect of long term different fertilization on properties of soil organic matter and humic acids[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2000, 33(2)： 75-81.

[26] 段建南，李旭霖，王改蘭, 等. 黃土高原土壤變化及其過程模擬[M]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)出版社， 2001. 55-59. Duan J N, Li X S, Wang G Letal. Changes of soil and its process simulation in Loess Hilly Area[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2001. 55-59.

[27] 張履勤，章明奎.土地利用方式對紅壤和黃壤顆粒有機碳和碳黑積累的影響[J].土壤通報， 2006， 37(4): 662-665. Zhang L Q, Zhang M K. Effects of land use on particulate organic carbon and black carbon accumulation in red and yellow soils[J].Chinese Journal of Soil Science, 2006, 37(4): 662-665.

[28] 袁穎紅，李輝信，黃欠如，等.不同施肥處理對紅壤性水稻土微團聚體有機碳匯的影響[J].生態(tài)學(xué)報, 2004, 24(12): 353-360. Yuan Y H, Li H X, Huang Q Retal. Effects of different fertilization on soil organic carbon distribution and storage in micro-aggregates of red paddy topsoil[J]. Acta Ecologica Sinica, 2004, 24(12): 353-360.

[29] 安婷婷, 汪景寬, 李雙異, 等.施用有機肥對黑土團聚體有機碳的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2008, 19(2): 369-373. An T T, Wang J K, Li S Yetal. Effects of manure application on organic carbon in aggregates of black soil.[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2008, 19 (2): 369-373.

[30] 彭新華，張斌，趙其國.土壤有機碳庫與土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性關(guān)系的研究進展[J]. 土壤學(xué)報， 2004, 41(4): 618-623. Peng X H, Zhang B, Zhao Q G. A review on relationship between soil organic carbon pools and soil structure stability[J]. Acta Pedologica Sinica, 2004, 41(4): 618-623.

[31] 佟小剛，徐明崗，張文菊，盧昌艾.長期施肥對紅壤和潮土顆粒有機碳含量與分布的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008,41(11): 3664-3671. Tong X G, Xu M G, Zhang W J, Lu C A. Influence of long-term fertilization on content and distribution of organic carbon in particle-size fractions of red soil and fluvo-aquic soil in China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2008, 41(11): 3664-3671

[32] 樊廷錄，王淑英，周廣業(yè)，丁寧平.長期施肥下黑壚土有機碳變化特征及碳庫組分差異[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013,46(2): 300-309. Fan T L, Wang S Y, Zhou G Y, Ding N P. Effects of long-term fertilizer application on soil organic carbon change and fraction in cumulic haplustoll of loess plateau in China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2013, 46(2): 300-309.

[33] 楊艷菊，王改蘭，張海鵬，等.長期不同施肥處理對栗褐土可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響[J].中國土壤與肥料, 2013, (4)： 35-38. Yang Y J, Wang G L, Zhang H Petal. Effects of long-term different fertilization on culturable microorganisms quantity in cinnamon soil[J].Soil and Fertilizer Sciences in China, 2013, (4)： 35-38.

[34] 李忠佩, 焦坤, 林心雄, 程勵勵. 施肥條件下瘠薄紅壤的生物化學(xué)性狀變化[J]. 土壤, 2003, 35(4): 304-310. Li Z P, Jiao K, Lin X X, Cheng L L. Effect of fertilizer application on biochemical properties of infertile red soils[J]. Soils, 2003, 35 (4): 304-310.

Effect of long-term fertilization on organic carbon fractions and contents of cinnamon soil

WANG Shuo-lin1,WANG Gai-lan1*, ZHAO Xu1, CHEN Chun-yu1, HUANG Xue-fang2

(1CollegeofResourcesandEnvironment，HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China; 2InstituteofDrylandFarming，ShanxiAcademyofAgriculturalSciences,Taiyuan030031,China)

【Objectives】 As an essential indicator of soil quality, soil organic carbon and its fractions play an important role in land productive capacity and crop yield. Based on a 25-year long-term fertilization experiment, effects of different fertilizing treatments on the contents of total organic carbon and its fractions in cinnamon soil were analyzed to provide scientific basis for controls of soil fertility and organic carbon management. 【Methods】 Since 1988, a field experiment was conducted with eight different fertilizing treatments, no fertilizer (CK), chemical N, chemical NP, low amount organic manure, low amount organic manure plus chemical N, low amount organic manure plus chemical NP, high amount organic manure plus chemical N and high amount organic manure plus chemical NP. At the 25th year, soil samples at 0-20 cm depth of different fertilizing treatments were collected before the sowing of maize. Contents of soil total organic carbon and its fractions were determined by physical partial size fractionation method and chemical analysis. 【Results】 The results show that compared with no fertilizer application, the long-term different fertilizer application can increase the contents of total organic carbon, FPOM-C and OPOM-C in cinnamon soil, and the effect of manure combined with chemical fertilizer application, especially higher amount of manure with chemical fertilizer application is more significant. After the long-term application of M2N and M2NP, the contents of total organic carbon are increased by 121.1% and 166.8%, FPOM-C contents are increased by 239.2% and 359.2%, and OPOM-C contents are increased 288.4% and 289.9%. Compared with no fertilizer treatments, the treatments of N, M1NP and M2NP could be more suitable for the accumulation of MOM-C, which are 27.8%, 34.8%, 33.3% higher than that of no fertilizer treatment, respectively. The distribution proportions of POM-C and MOM-C in cinnamon soil are similar to those of the no fertilization. While under the long-term fertilizer application, the distribution proportions of POM-C in SOC are significantly increased, however, the proportion of MOM-C is significantly reduced. The percentage of OPOM-C in SOC has the maximum increase; as a consequence, OPOM-C is the main organic carbon pool in cinnamon soil. The correlation analysis indicates that under the long-term fertilization condition, the contents of FPOM-C and OPOM-C are highly and significantly related to each other, and they also have a strong correlation with total organic carbon content. However, MOM-C is not significantly correlated with total organic carbon and other fractions. 【Conclusions】Chemical fertilizer, manure, and manure with chemical fertilizer application increase the contents of FPOM-C and OPOM-C and TOC in cinnamon soil. Higher amount of manure with chemical fertilizer application is the most effective measure to promote FPOM-C and OPOM-C, which is beneficial to nutrient availability and the quality of organic carbon. The chemical N alone and manure with chemical N, P application are better ways to increase MOM-C.

long-term fertilization; cinnamon soil; soil organic carbon fraction; correlation analysis

2014-03-28 接受日期： 2014-06-25

國家國際科技合作專項(2011DFR31230)資助。

王朔林(1989—)，女，吉林長春人，碩士研究生，主要從事植物營養(yǎng)與施肥研究。E-mail: wangshuolin3109@126.com * 通信作者 E-mail: gailanwang@hotmail.com

S153.6+1

A

1008-505X(2015)01-0104-08