長期施肥對(duì)水稻土碳氮礦化與團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響①

李 奕，劉玲玲，房 煥，李大明，柳開樓，彭新華，彭顯龍，周 虎*

長期施肥對(duì)水稻土碳氮礦化與團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響①

李 奕1,2，劉玲玲3，房 煥2,4，李大明5，柳開樓5，彭新華2，彭顯龍1*，周 虎2*

(1 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030；2 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008；3 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，長沙 410128；4 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；5國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，江西省紅壤研究所，南昌 331717)

水稻土有機(jī)碳、氮礦化過程對(duì)水稻土質(zhì)量和作物養(yǎng)分吸收具有重要的作用，但是它們對(duì)施肥措施的響應(yīng)及其與土壤結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系尚不清楚。本研究基于紅壤性水稻土長期施肥定位試驗(yàn)，分析了不施肥(CK)、施用常量化肥(NPK)、2倍化肥(NPK2)和常量化肥配施有機(jī)肥(NPKOM)等處理下水稻土碳氮礦化特征，并研究了其與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的關(guān)系。結(jié)果表明NPKOM處理顯著提高了土壤有機(jī)碳和全氮含量(<0.05)，而單施化肥處理(NPK2和NPK)則同CK處理沒有顯著差異。土壤有機(jī)碳礦化速率、累積礦化量和礦化率均為NPKOM>NPK2>NPK>CK處理，其中NPKOM處理顯著高于其他處理(<0.05)，而后3個(gè)處理間沒有顯著差異。土壤氮礦化速率、累積礦化量和礦化率同土壤碳礦化的規(guī)律一致，NPKOM、NPK2和NPK處理累積礦化氮量較CK處理分別提高110.0%、29.4% 和8.8%，礦化率分別提高110.8%、25.6% 和13.0%。單施化肥處理(NPK和NPK2)的平均質(zhì)量直徑(MWD)分別降低了17.1% 和15.5%，而NPKOM處理則增加了19.4%。相關(guān)分析表明，土壤碳氮礦化主要取決于土壤有機(jī)碳氮含量，而與土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性無直接關(guān)系。在今后研究中，應(yīng)重點(diǎn)分析土壤孔隙結(jié)構(gòu)與有機(jī)碳氮周轉(zhuǎn)的關(guān)系。

水稻土；碳氮礦化；團(tuán)聚體水穩(wěn)定性

農(nóng)田土壤有機(jī)碳氮及其周轉(zhuǎn)過程決定了土壤肥力及其可持續(xù)能力[1]。施肥是維持和提高土壤肥力的主要手段[2]。大量研究表明，相較于長期不施肥處理，長期平衡施用化肥和有機(jī)肥化肥配施不僅可顯著提高水稻產(chǎn)量[3]，同時(shí)也能增加作物地下生物量，進(jìn)而提高土壤中有機(jī)質(zhì)的投入量。一些研究發(fā)現(xiàn)長期施用化肥和有機(jī)肥均可顯著提高土壤有機(jī)碳含量[4]，然而也有報(bào)道指出長期施用化肥并沒有提高水稻土有機(jī)碳氮含量[5]。有機(jī)物投入量增加但土壤有機(jī)碳氮含量卻沒有增加，表明不同施肥處理下土壤有機(jī)質(zhì)礦化速率可能不同。馬天娥等[6]分析了黃土高原溝壑區(qū)黃蓋黑壚土在長期不同施肥處理下有機(jī)碳的礦化，發(fā)現(xiàn)化肥處理提高了土壤碳礦化速率；而吳萌等[7]則發(fā)現(xiàn)常熟烏柵土和重慶紫色土區(qū)域化肥處理并沒有提高土壤碳礦化速率。

土壤有機(jī)碳氮的礦化過程受到土壤理化性質(zhì)、微生物和環(huán)境因素等多方面的影響[8-9]。其中，土壤團(tuán)聚體的破碎和團(tuán)聚過程往往伴隨著土壤有機(jī)碳氮的礦化和累積，因此團(tuán)聚體的穩(wěn)定性可能會(huì)影響有機(jī)碳氮的礦化過程[10]。Yan等[5]研究表明，江西紅壤水稻土上有機(jī)無機(jī)配施可以促進(jìn)團(tuán)聚體膠結(jié)進(jìn)而形成大團(tuán)聚體，提高大團(tuán)聚體的數(shù)量和穩(wěn)定性。郝瑞軍等[10]發(fā)現(xiàn)，大團(tuán)聚體(>0.25 mm)比微團(tuán)聚體(<0.25 mm)含有更多的C、N和易分解的土壤有機(jī)質(zhì)，并研究了不同大小團(tuán)聚體的礦化速率。總體而言，對(duì)于團(tuán)聚體穩(wěn)定性與有機(jī)碳氮礦化的關(guān)系尚不明確。

本研究基于長期施肥定位試驗(yàn)，分析了不同施肥處理下團(tuán)聚體水穩(wěn)定性，并通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)分析土壤有機(jī)碳氮的礦化，研究不同施肥方式對(duì)土壤有機(jī)碳氮礦化和團(tuán)聚體水穩(wěn)性的影響，并探討團(tuán)聚體水穩(wěn)性和碳氮礦化之間的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

長期定位試驗(yàn)位于江西省紅壤研究所(116°10′ E，28°15′N)。該地區(qū)為亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫18.1 ℃，年均降雨量1 727 mm。土壤為第四紀(jì)紅黏土發(fā)育的潴育型水稻土，種植制度為“早稻-晚稻-冬閑”。長期定位試驗(yàn)開始于1981年。試驗(yàn)開始時(shí)耕層(0 ~ 20 cm)土壤基本性質(zhì)為：有機(jī)碳16.3 g/kg，全氮1.6 g/kg，全磷0.48 g/kg，全鉀10.4 g/kg，pH為6.9。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究選取該長期試驗(yàn)點(diǎn)4個(gè)施肥處理：對(duì)照(CK)、施化肥(NPK)、施2倍化肥(NPK2)和常量有機(jī)無機(jī)肥配施(NPKOM)處理。每處理3個(gè)重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)面積46.67 m2。供試化肥為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀，有機(jī)肥為豬糞。NPK處理為每水稻季施入化肥N 90.0 kg/hm2、P 45.0 kg/hm2、K 75.0 kg/hm2，NPK2處理化肥用量為NPK處理的2倍，NPKOM處理在晚稻季施用豬糞22 500 kg/hm2。在水稻種植前，有機(jī)肥作基肥一次施入,尿素和氯化鉀在水稻返青后和分蘗盛期分二次追施，有機(jī)肥氮、磷、鉀含量與NPK處理施肥量相當(dāng)。耕作管理措施與大田相同。

1.3 土壤樣品采集與分析

2015年10月水稻收獲后，采集各小區(qū)0 ~ 20 cm耕層土壤樣品，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集3點(diǎn)混合為一個(gè)樣品。在室內(nèi)將樣品中的石礫、落葉殘?bào)w和根茬移除，用手沿土體自然裂隙輕輕掰碎樣品，過8 mm篩，風(fēng)干，留待團(tuán)聚體分析。取一部分風(fēng)干土樣過0.15 mm篩，利用元素分析儀(Vario MAX型，Elementar公司，德國)測(cè)定土壤有機(jī)碳(SOC)和全氮(TN)。

團(tuán)聚體分級(jí)采用濕篩法，將20 g過8 mm篩風(fēng)干土樣在燒杯中用去離子水浸泡10 min，然后輕輕放入套篩(2、0.25和0.053 mm)的最上級(jí)篩子中，啟動(dòng)濕篩儀并控制其轉(zhuǎn)速維持在30 r/min、上下振幅4 cm，振蕩10 min。然后取出套篩，將各級(jí)團(tuán)聚體分別沖洗至已知重量鋁盒中，在烘箱中105 ℃下烘干后稱重，得到各級(jí)團(tuán)聚體所占比例。其中，<0.053 mm團(tuán)聚體所占比例通過差減法計(jì)算。根據(jù)各級(jí)團(tuán)聚體所占比例計(jì)算平均重量直徑MWD[11]：

式中：為篩子的個(gè)數(shù)；r為第個(gè)篩子孔徑(mm)；r-1為第-1個(gè)篩子孔徑(mm)；m為第個(gè)篩子的團(tuán)聚體重量所占比例(%)。每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.4 礦化培養(yǎng)試驗(yàn)

土壤有機(jī)碳礦化測(cè)定采用室內(nèi)恒溫培養(yǎng)、堿液吸收法[7]。稱取風(fēng)干土樣20.00 g于500 ml培養(yǎng)瓶中，加水至田間持水量的60%，隨機(jī)排列置于25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中，預(yù)培養(yǎng)5 d。之后將盛有5 ml 0.25 mol/L的NaOH溶液的特制玻璃瓶置于培養(yǎng)瓶底，加蓋密封后繼續(xù)培養(yǎng)，分別在第1、3、5、7、14、21和28 天取出玻璃瓶，同時(shí)換入另一批同樣規(guī)格的盛有5 ml 0.25 mol/L的NaOH溶液的玻璃瓶繼續(xù)培養(yǎng)。用稱重法校正土壤水分含量，定期向土中補(bǔ)充水分至初始重量。試驗(yàn)于35 d時(shí)結(jié)束。每處理3次重復(fù)。將取出的玻璃瓶內(nèi)NaOH溶液洗入150 ml三角瓶，然后加入1 ml 1 mol/L BaCl2溶液及2滴酚酞指示劑，用0.125 mol/L標(biāo)準(zhǔn)酸滴定，根據(jù)CO2的釋放量計(jì)算培養(yǎng)期內(nèi)土壤有機(jī)碳的礦化量。有機(jī)碳的累積礦化量為培養(yǎng)各階段礦化量之和，礦化速率為各培養(yǎng)階段每天礦化量，礦化率為35 d累積礦化量占SOC的百分比。

土壤有機(jī)氮礦化測(cè)定采用Waring的連續(xù)淹水密閉法[12]。稱取過2 mm篩的風(fēng)干土樣10.00 g于20 ml的頂空瓶中，加入10 ml蒸餾水，使土壤全部濕潤并驅(qū)出土中空氣，達(dá)到完全淹水條件，用螺紋蓋擰緊瓶口，隨機(jī)排列置于25 ℃ 恒溫培養(yǎng)箱，每處理3次重復(fù)。從培養(yǎng)之日起，分別在第1、7、14、21和28 天取出一組頂空瓶，將樣品轉(zhuǎn)移至三角瓶中，加入90 ml 2.0 mol/L的KCl溶液，150 r/min震蕩機(jī)中震蕩40 min，過濾，收集上清液，利用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定培養(yǎng)后的無機(jī)氮含量。各階段測(cè)得的有機(jī)氮礦化量即為該階段的累積礦化量，礦化速率為各培養(yǎng)階段每天礦化量，礦化率為28 d氮累積礦化量占TN的百分比。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。礦化數(shù)據(jù)采用重復(fù)測(cè)定方差分析，其他土壤性質(zhì)進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)，并用LSD法進(jìn)行多重比較，顯著性水平為0.05。相關(guān)分析采用Pearson的雙側(cè)檢驗(yàn)法。利用Origin 19.0繪圖軟件繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 長期不同施肥措施對(duì)土壤碳氮含量的影響

長期有機(jī)無機(jī)配施處理(NPKOM)的有機(jī)碳(SOC)和全氮(TN)含量顯著高于化肥處理(NPK、NPK2)和CK處理，而NPK、NPK2和CK處理之間沒有顯著差異。土壤C/N介于8.18 ~ 8.59，各處理間沒有顯著差異。碳和氮的礦化速率高低順序均為NPKOM>NPK2>NPK>CK處理。與CK處理相比，NPK、NPK2和NPKOM的碳礦化速率和氮礦化速率分別提高9.2%、11.1%、19.8% 和13.0%、25.6%、110.8%。

表1 不同施肥處理土壤有機(jī)碳、全氮含量，碳氮比，碳礦化率(Cd35/SOC)和氮礦化率(Nd28/TN)

注：同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示處理間差異達(dá)到<0.05顯著水平，下表同。

2.2 長期不同施肥措施對(duì)土壤碳礦化的影響

長期不同施肥對(duì)土壤有機(jī)碳礦化速率的影響隨時(shí)間發(fā)生顯著變化(<0.05)(圖1)，且各處理的土壤有機(jī)碳礦化速率呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)。初始礦化速率最高為45 ~ 66.8 mg/(kg·d)，然后迅速降低到第10天的10 ~ 20 mg/(kg·d)，之后緩慢降低直至平緩，在培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)(35 d)降至小于10 mg/(kg·d)。培養(yǎng)期間NPKOM處理的有機(jī)碳礦化速率始終最高，在第1、4和14天顯著高于CK、NPK和NPK2處理(<0.05)，后3個(gè)處理之間差異不顯著。

(數(shù)值為3個(gè)重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差，下同)

長期不同施肥對(duì)土壤礦化碳累積量的影響隨時(shí)間發(fā)生顯著變化(<0.05)(圖2)。各處理礦化碳累積量變化趨勢(shì)一致，均表現(xiàn)為在培養(yǎng)前期快速增加，后期增加緩慢，并始終保持NPKOM>NPK2>NPK>CK的趨勢(shì)。有機(jī)無機(jī)肥配施處理礦化碳累積量顯著高于其他處理(<0.05)(第1天除外)，單施化肥處理(NPK和NPK2)礦化碳累積量同CK處理沒有顯著性差異。在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，NPKOM處理礦化碳累積量(Cd35)為589 mg/kg，比CK、NPK和NPK2處理分別提高42.7%、32.8% 和27.3%。

圖2 不同施肥處理土壤礦化碳累積量

土壤礦化碳累積量占土壤有機(jī)碳(SOC)總量的比例為2.07% ~ 2.48%(表1)，總體趨勢(shì)為NPKOM> NPK2>NPK>CK，NPKOM處理礦化率較NPK2、NPK和CK處理分別提高了7.8%、9.7% 和19.8%，NPKOM處理礦化比例顯著高于CK處理(<0.05)，其他處理間差異不顯著。

2.3 長期不同施肥措施對(duì)土壤氮礦化的影響

在整個(gè)培養(yǎng)周期內(nèi)，各施肥處理對(duì)土壤有機(jī)氮礦化速率的影響隨時(shí)間發(fā)生顯著變化(<0.05)(圖3)，其中NPK和CK處理間氮礦化速率沒有顯著差異，均隨培養(yǎng)時(shí)間延長逐漸降低。NPKOM和NPK2處理氮礦化速率在培養(yǎng)第一周時(shí)沒有差異，均顯著高于NPK和CK處理(<0.05)。培養(yǎng)第二周時(shí)，NPKOM和NPK2表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，NPKOM氮礦化速率快速升高，達(dá)19.5 mg/(kg·d)，顯著高于其他處理(<0.05)；而NPK2處理則降低至3.9 mg/(kg·d)，低于NPK和CK處理。第三周NPKOM處理氮礦化速率迅速降低，到第四周時(shí)降至3.7 mg/(kg·d)，與其他處理沒有差異。

長期不同施肥對(duì)土壤礦化氮累積量的影響隨時(shí)間發(fā)生顯著變化(<0.05)(圖4)，均隨培養(yǎng)時(shí)間的延長而增加(圖4)，在前兩周礦化曲線斜率相對(duì)較大，增加幅度較大，隨后幾周曲線趨于平緩。與CK處理相比，不同施肥處理均不同程度地提高了土壤有機(jī)氮礦化累積量。有機(jī)無機(jī)肥配施處理礦化氮累積量顯著高于其他處理(<0.05)(第7天除外)，第28 天時(shí)含量達(dá)307.50 mg/kg，比CK處理高110.0%；NPK2處理較CK處理提高29.4%，差異達(dá)到顯著水平(<0.05)。除第1天外，NPK與CK處理間礦化量沒有顯著差異。

圖3 不同施肥處理土壤氮礦化速率

培養(yǎng)28 d后氮累積礦化率為7.53% ~ 15.87% (表1)，總體趨勢(shì)為：NPKOM>NPK2>NPK>CK，其中，NPKOM處理礦化率較NPK2、NPK和CK處理分別提高了67.8%、86.5% 和110.8%(<0.05)；NPK2與NPK處理間差異不顯著，但是顯著高于CK處理(<0.05)；NPK和CK處理間沒有顯著差異。結(jié)果表明，單施化肥且化肥達(dá)到一定量時(shí)能有效提高土壤氮礦化率，有機(jī)無機(jī)肥配施則能進(jìn)一步提高土壤氮礦化率。

2.4 長期不同施肥措施對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

不同施肥處理土壤各級(jí)團(tuán)聚體比例表現(xiàn)出相似規(guī)律(表2)。各處理中0.25 ~ 2 mm團(tuán)聚體所占比例最高，為43.5% ~ 46.7%；<0.053 mm團(tuán)聚體所占比例最低，為4.7% ~ 6.1%。NPKOM處理能提高較大粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>2 mm和0.25 ~ 2 mm)的比例，與CK、NPK、NPK2處理相比，分別增加9.8%、14.9% 和14.2%，但沒達(dá)到顯著性差異水平。NPK處理的<0.25 mm團(tuán)聚體含量分別較CK、NPK2和NPKOM提高10.6%、1.5% 和42.1%。同CK處理相比，單施化肥處理(NPK和NPK2)MWD分別降低了17.1% 和15.5%，而NPKOM處理則增加了19.4%，各處理間均未達(dá)到顯著性差異水平。

圖4 不同施肥處理土壤礦化氮累積量

表2 不同施肥處理土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布特征

2.5 土壤有機(jī)碳、氮礦化與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性和有機(jī)碳、氮含量之間的關(guān)系

相關(guān)分析表明(表3)，土壤有機(jī)碳、氮的累積礦化量(Cd35、Nd28)同有機(jī)碳(SOC)和全氮(TN)均具有顯著的正相關(guān)(<0.05)，說明土壤有機(jī)碳、氮含量是土壤碳、氮礦化的決定因子。水稻土團(tuán)聚體穩(wěn)定性(MWD)同SOC和TN相關(guān)性不顯著，與碳、氮的累積礦化量相關(guān)性不顯著。

3 討論

長期平衡施用化肥或有機(jī)肥化肥配施顯著提高了水稻產(chǎn)量[5,13-14]。本研究中各處理水稻根茬和地下生物量全部還田，產(chǎn)量的提高意味著有機(jī)質(zhì)投入量的增加。雖然長期化肥有機(jī)肥配合施用提高了有機(jī)碳和全氮含量，但單獨(dú)施用化肥并沒有提高水稻土有機(jī)碳氮含量(表1)，這與郭振等[15]研究結(jié)果一致。主要是由于長期施用化肥導(dǎo)致土壤C/N下降，加速了土壤有機(jī)碳庫的分解，使土壤中累積的有機(jī)碳總量減少[16]。有機(jī)物投入量增加但是土壤有機(jī)碳氮卻沒有增加，表明單獨(dú)施用化肥處理下土壤有機(jī)碳氮礦化速率可能高于不施肥處理。本試驗(yàn)印證了該結(jié)果，在整個(gè)培養(yǎng)過程中，單施化肥處理的碳礦化速率均高于CK處理(第7和28天除外)，同樣，單施化肥處理的氮礦化速率也高于CK處理(NPK2處理的第14、28天除外)(圖1、圖3)。

表3 土壤碳氮累積礦化量與有機(jī)碳、全氮和團(tuán)聚體穩(wěn)定性的相關(guān)分析

注：樣本數(shù)=12，*表示相關(guān)性達(dá)到<0.05顯著水平，**表示相關(guān)性達(dá)到<0.01顯著水平。

本研究中，有機(jī)碳礦化速率總體趨勢(shì)為NPKOM> NPK2>NPK>CK(圖1)，NPKOM處理顯著高于其他處理，其他處理間差異不顯著，土壤有機(jī)碳累積礦化率也呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)(表1)。土壤有機(jī)碳的礦化特征反映了土壤的固碳能力，一般認(rèn)為土壤有機(jī)碳累積礦化率越低，表明土壤的固持碳氮的能力越強(qiáng)，反之則越弱[17]。本研究中，NPKOM處理有機(jī)碳投入量顯著高于其他處理，雖然其累積礦化率最高，但是土壤SOC含量仍為最高。單獨(dú)施用化肥處理(NPK2和NPK)有機(jī)碳的投入主要來源于水稻根茬和地下生物量，盡管總量均高于CK處理，但是由于其有機(jī)碳累積礦化率也高于CK處理，導(dǎo)致處理間土壤SOC含量沒有顯著差異[5]。吳萌等[7]發(fā)現(xiàn)常熟烏柵土和重慶紫色土區(qū)域化肥處理并沒有提高土壤碳礦化速率；而苗淑杰等[18]對(duì)東北黑土和張旭博等[19]對(duì)南方紅壤的研究均發(fā)現(xiàn)與不施肥處理相比，化肥處理提高了土壤有機(jī)碳礦化速率。這些結(jié)果表明，由于土壤性質(zhì)和環(huán)境的影響，不同的土壤類型對(duì)長期施用化肥的響應(yīng)并不一致。

土壤氮礦化速率、累積礦化量和礦化率同土壤碳礦化具有類似的規(guī)律。NPKOM、NPK2和NPK處理累積礦化氮量較CK處理分別提高110.0%、29.4% 和8.8%，礦化率分別提高110.8%、25.6% 和13.0%。同土壤有機(jī)碳含量變化規(guī)律類似，NPKOM處理由于大量的有機(jī)氮投入，雖然氮累積礦化率最高，但該處理土壤的TN含量仍顯著高于其他處理；而NPK2和NPK處理通過根茬和地下生物量帶入的有機(jī)氮投入量高于CK處理，但是因?yàn)榈V化率也高于CK處理，因而處理間TN含量沒有顯著差異。

土壤結(jié)構(gòu)是影響碳氮轉(zhuǎn)化的重要因素[20-21]，但是關(guān)于土壤結(jié)構(gòu)對(duì)碳氮礦化的定量分析卻很少，原因之一是土壤結(jié)構(gòu)沒有一個(gè)簡(jiǎn)單的、統(tǒng)一的定量指標(biāo)[22]。團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的構(gòu)成單元[23-24]，大量研究用團(tuán)聚體穩(wěn)定性表征土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和團(tuán)聚程度[25]。為了研究土壤碳氮礦化同土壤結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，本研究分析了不同施肥處理土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)與不施肥處理相比，有機(jī)無機(jī)配施處理土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性有所增加，而單施化肥處理團(tuán)聚體水穩(wěn)定性有所降低，這與Yan等[5]和郭菊花等[26]結(jié)果一致。通過相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，土壤碳氮礦化主要取決于土壤有機(jī)碳氮含量，而同土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性之間的相關(guān)性不顯著。土壤團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性經(jīng)常被用來表征土壤結(jié)構(gòu)，但是對(duì)于水稻土而言，在采樣和分析過程中，團(tuán)聚體水穩(wěn)性的分析受到很多人為因素的影響，并不能很好地表征水稻土結(jié)構(gòu)特征。在土壤有機(jī)碳氮周轉(zhuǎn)過程中，土壤孔隙特征對(duì)土壤中水分、氣體和微生物等可能具有更加重要的作用。因此，在今后研究中，應(yīng)重點(diǎn)分析土壤孔隙結(jié)構(gòu)分布與有機(jī)碳氮周轉(zhuǎn)速率的關(guān)系[27-28]。

4 結(jié)論

長期化肥和有機(jī)肥配施能夠顯著提高土壤有機(jī)碳和全氮含量，而單施化肥處理則同不施肥處理間沒有顯著差異。有機(jī)碳礦化速率、累積礦化量和礦化率在各處理間趨勢(shì)為NPKOM>NPK2>NPK>CK，NPKOM處理顯著高于其他3個(gè)處理(<0.05)，3個(gè)處理間差異不顯著。土壤氮礦化速率、累積礦化量和礦化率同土壤碳礦化具有類似的規(guī)律。NPKOM、NPK2和NPK處理累積礦化氮量較CK處理分別提高110.0%、29.4% 和8.8%，礦化率分別提高110.8%、25.6% 和13.0%。單施化肥處理團(tuán)聚體水穩(wěn)定性有所降低，而NPKOM處理團(tuán)聚體水穩(wěn)性則有所增加。土壤碳氮礦化主要取決于土壤有機(jī)碳氮含量，而同土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性相關(guān)性不顯著。

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Effects of Long-term Fertilization on Paddy Soil Carbon and Nitrogen Mineralization and Aggregates Stability

LI Yi1,2, LIU Lingling3,FANG Huan2,4, LI Daming5, LIU Kailou5,PENG Xinhua2,PENG Xianlong1*,ZHOU Hu2*

(1 College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 2 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 3 School of Resources and Environmental Science, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 4 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 5 National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement, Jiangxi Institute of Red Soil, Nanchang 331717, China)

Mineralization of soil organic carbon (SOC) and nitrogen (N) plays an important role in maintaining soil quality and providing nutrients for crop growth. However, the response of carbon (C) and N mineralization to fertilization strategies and their relationship with soil structure are not clear. In this study, the effects of different fertilization strategies on the mineralization of SOC and N of a paddy soil were analyzed based on a long-term field experiment. The relationship between carbon (C) and N mineralization and the water stability of soil aggregates was also studied. The field experiment had 4 fertilization treatments: no fertilizer (CK), chemical fertilizer (NPK), double chemical fertilizer (NPK2) and chemical fertilizer plus organic manure (NPKOM). Results showed that NPKOM treatment significantly increased SOC and total nitrogen (TN) contents compared to CK; however, no significant difference was found between the treatments of chemical fertilizers (NPK2 and NPK) and CK treatments. The mineralization rates, cumulative mineralization and mineralization ratio of SOC all showed the same trend as NPKOM>NPK2>NPK>CK, where NPKOM treatment was significantly higher than other treatments while there was no significant difference among NPK2, NPK and CK treatments. The mineralization rates, cumulative mineralization, and N mineralization ratio showed the same trends as SOC. Compared with CK treatment, NPKOM, NPK2 and NPK treatments increased N cumulative mineralization by 110.0%, 29.4% and 8.8% respectively, and increased N mineralization rate by 110.8%, 25.6% and 13% respectively. Compared to CK treatment, the mean weight diameter (MWD) of water-stable aggregates of NPK2 and NPK treatments decreased by 17.1% and 15.5%, respectively, while NPKOM treatment increased MWD by 19.4%. Correlation analysis shows that the mineralization of SOC and N mainly depended on SOC and N content, and was not correlated with the water stability of soil aggregates. Future research should focus on the effect of soil pore structure on the turnover of SOC and N.

Paddy soil; Carbon and Nitrogen mineralization; Aggregate water stability

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300900)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41471183；41877022)資助。

(pxl0508@163.com；zhouhu@issas.ac.cn)

李奕(1993—)，女，遼寧鐵嶺人，碩士研究生，主要從事土壤結(jié)構(gòu)與氮素周轉(zhuǎn)關(guān)系研究。E-mail: lyi3278@163.com

S152.4；S153.6

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.03.005