長期有機培肥對紅壤有機碳組分及水稻產(chǎn)量的影響

周旦 王欣 郭小軍 孫杰 黃慶 葉會財 解開治 劉一鋒 徐培智

摘要：【目的】以40年紅壤長期有機培肥試驗為研究平臺，探究長期施用紫云英、豬糞及秸稈還田對稻田土壤有機碳組分、土壤微生物量及水稻產(chǎn)量的影響?！痉椒ā吭O(shè)置6個處理：小施肥處理（ CK）、化肥處理（NPK）、早稻施綠肥紫云英處理（MI）、早稻施綠肥紫云英和早稻施豬糞處理（M2）、早稻施綠肥紫云英和晚稻施豬糞處理（ M3）、早稻施綠肥紫云英和晚稻秸稈還田處理（M4）。于2020年晚稻收獲前采集耕作層（0～20 cm）土壤樣品，測定土壤有機碳組分、微生物量碳氮等肥力指標?！窘Y(jié)果】（l）長期有機培肥處理提高了水稻產(chǎn)量，較小施肥處理CK相比，綠肥紫云英添加豬糞的M2、M3處理早稻產(chǎn)量，分別提高1.4、1.25倍，晚稻產(chǎn)量則分別提高0.59、0.65倍;綠肥紫云英添加豬糞的M2、M3處理早稻產(chǎn)量，較化肥NPK處理分別提升18.1%、10.6%，晚稻產(chǎn)量分別提升15 .7%、20.0%。（2）長期有機培肥處理提高了各形態(tài)土壤有機碳組分含量，早稻綠肥紫云英+豬糞的M2處理較小施肥CK處理顯著提高易氧化性有機碳、游離態(tài)顆粒有機碳、可溶性有機碳含量（P<0.05），且有機碳各組分含量均高于化肥NPK處理，其中游離態(tài)顆粒有機碳含量M2處理（0.97 g·kg-l）顯著高于NPK處理（0.68g·kg-l）（P<0.05）;化肥NPK處理和有機培肥處理（M1、M2、M3、M4）土壤微生物量碳較小施肥CK處理相比提高了22.1%- 58.9%，早稻綠肥紫云英+豬糞的M2處理土壤微生物量碳含量（231.2 mg·kg-1）最高且提升最為明顯（P<0 05）。（3）長期有機培肥提高了游離態(tài)顆粒有機碳和可溶性有機碳的分配比例，且早稻施綠肥紫云英+豬糞M2處理效果明顯;易氧化性有機碳是紅壤有機碳的主要存在形式;土壤有機碳與易氧化性有機碳、游離態(tài)顆粒有機碳及可溶性有機碳呈極顯著止相關(guān)關(guān)系（P<0.01）。（4）長期有機培肥提高了全氮、堿解氮等養(yǎng)分指標，產(chǎn)量與速效磷、有機碳、全氮、速效氮、可溶性有機碳極顯著相關(guān)（P<0.01），與全磷、游離態(tài)顆粒有機碳、易氧化性有機碳顯著相關(guān)（P<0 05）?！窘Y(jié)論】長期有機培肥通過提升紅壤肥力水平，調(diào)增可溶性有機碳含量，促進水稻穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，尤其是紫云英添加豬糞處理模式具有較好的應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞：紅壤;長期有機培肥;有機碳組分;微生物量碳氮;產(chǎn)量

中圖分類號：S 144.9;Q 939.96

文獻標志碼：A

文章編號：1008-03 84（ 2021）08-0867-11

Effects of Long-term Organic Fertilization on Organic Carbon and Microbial

Community in Red Soil and Rice Yield

ZHOUDan 1.2. WANGXin 1.2，GUOXiaojun 1.2， SUNJie 2， HUANGQinghaj 3，

YE Huicai 3. XIE Kaizhi 1.2. LIU Yifeng 4*. XU Peizhi 1.2*

（I.College of Resources and Environmental Science， Gansu Agricultural Universty， Lanzhou. Gansu 730070， China;

2.Institute of Agricultural Resources and Environment. Guangdong Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou， Guangdong510640， China; 3. Jiangxi Institute of Red Soil. Nanchang， Jiangxi 331717. China; 4. Guangdong AgriculturalEnvironment and Cultivated Land Ouality Protection Center， Guangzhou， Guangdong 510500， China）

Abstract： 【Objective】 Effects of long-term application of organic waste. such as Chinese milk vetch. pig manure. and/orstraws. on the organic carbon components and microbial biomass in the soil. as well as the yield of rice cultivated twoconsecutive seasons in a year on the land were studied with the aid of a 40-year research project on red soil of rice paddyfields.【Methods】 Six treatments designed for the study included （1） CK of no added fertilizer. （2） NPK of chemical fertilizerapplication， （3） M1 0f Chinese milk vetch fertilization on early rice， （4） M2 0f Chinese milk vetch plus pig manure applications onearly rice， （5） M3 0f Chinese milk vetch applied on early rice and pig manure on late rice. and （6） M4 0f Chinese milk vetchapplication on early rice and straw retuming on late rice. Soil samples were collected at a depth of 020 cm before the late rice wasbarvested in 2020 for fertility determinations on organic carbons. microbial biomass， nitrogen， etc.【Result】 （1） Long-termorganic fertilization could increase rice yield. As shown in the study， the yields of the early rice under M2 and M3 increased I .4and l.25 times， respectively， and those of the late rice 0.59 and 0.65 times， respectively， over CK. In comparison with NPK， M2and M3 raised the early rice yield by 18.1% and 10.6%， respectively， and the late rice yield by 15.7% and 20.0%， respectively.（2） Long-term organic fertilization could enhance the organic carbon content in soil. As compared to CK. the contents ofpermanganate oxidative organic carbon， free particulate organic carbon， and dissolved organic carbon on the early rice fieldunder M2 significantly increased （P<0.05）. The free particulate organic carbon content of 0.97g . kg-l was significantly higherthan that under NPK treatment at 0.68 g·kg-1. The microbial biomass carbon in the soil under NPK. M1. M2. M3， or M4 was22.1% t0 58.9% higher than CK with the early rice field rendering the most significant effect at 231.2 mg·kg-l （P<0.05）.（3） Long-term organic fertilization could heighten the ratio of free particulate carbon and dissolved organic carbon distributionsin soil. The most significant results were observed on the early rice lots under M2. and the main form of carbon waspermanganate oxidative organic carbon. In the soil， organic carbon correlated with permanganate oxidative organic carbon， freeparticulate carbon. and dissolved organic carbon （P< 0.01）. And （4） long-term organic fertilization could also increase the totalnitrogen， alkali-hydrolyzed nitrogen， and other nutrients in the soil. The rice yield was found significantly correlate with theavailable phosphorus， organic carbon， total nitrogen， available nitrogen， and dissolved organic carbon in soil at P

Key words： Red soil; long-term organic fertilization; organic carbons; microbial biomass carbon and nitrogen; yield

0 引言

【研究意義】紅壤性水稻土是我國進行水稻種植的重要土壤類型[1]，但因其氧化勢高、淋溶作用強，可供生物利用的有機質(zhì)和養(yǎng)分含量相對較低[2]，易對水稻生長構(gòu)成脅迫[3]。加之農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中長期大量施用化肥，尤其是氮肥，一方面會造成土壤酸化，土壤團粒結(jié)構(gòu)遭到破壞，土壤板結(jié)、透氣性差等，導(dǎo)致土壤質(zhì)量嚴重下降，制約農(nóng)田生態(tài)可持續(xù)發(fā)展[4-5];另一方面，化肥施用也導(dǎo)致土壤中的有益微生物減少，微生物活性降低[6]。有機培肥是改良和提升紅壤肥力水平、提高耕地內(nèi)在質(zhì)量、保障糧食安全的主要舉措。土壤肥力與土壤有機碳密切相關(guān)[7]，土壤肥力可通過土壤有機碳組分、微生物量碳氮來表征。有機物質(zhì)施入土壤后對原有土壤有機質(zhì)產(chǎn)生激發(fā)效應(yīng)，土壤有機質(zhì)礦化速率發(fā)生改變，釋放營養(yǎng)元素供植物吸收利用，礦化過程受有機碳輸入量、土壤呼吸與淋溶等綜合環(huán)境條件制約，礦化的快慢勢必會影響到作物產(chǎn)量[8]。有機物料投入土壤相當于向土壤添加大量碳源，會改變土壤有機碳及其組分活性，而土壤有機碳組分間因存在高度異質(zhì)性，較土壤有機碳能更靈敏地顯示土地利用方式的變化[9]。同時，土壤微生物學(xué)特性可表征土壤健康狀況[10]。土壤微生物生物量周轉(zhuǎn)快，較其他環(huán)境因子能更快速響應(yīng)土壤耕作制度和土壤肥力的差異[11]。土壤微生物量碳的消長反映了微生物利用土壤碳源進行自身細胞繁殖代謝和微生物解體有機碳礦化的過程[12]。土壤微生物量氮消長水平反映了土壤微生物利用土壤碳氮源合成自身物質(zhì)并大量繁殖的程度[13]?！厩叭搜芯窟M展】研究表明，向土壤中添加有機物料（豬糞、紫云英、秸稈等）能夠培肥紅壤，提升地力，促進作物對養(yǎng)分的吸收，增強農(nóng)作物抗逆性、增產(chǎn)提質(zhì)[14-15]。鄭亮等[12]研究表明豬糞化肥配施可以提高土壤微生物量碳氮，培肥土壤，提升作物產(chǎn)量。陳貴等[16]通過5年田間定位試驗研究發(fā)現(xiàn)，較化肥處理，添加豬糞處理可以使土壤有機質(zhì)、全氮等養(yǎng)分指標均有不同程度增加。王曉嬌等[17]研究表明添加有機物料能顯著提升土壤活性有機碳組分，增加土壤碳庫穩(wěn)定性。臧逸飛等[l8]經(jīng)26年長期定位試驗結(jié)果表明長期有機肥、有機無機肥合理配施能夠提升土壤養(yǎng)分含量，增加土壤微生物量碳氮含量。徐一蘭等[19]研究也表明長期有機無機配施可以提高土壤微生物生物量碳、氮及其衍生指數(shù)，發(fā)現(xiàn)有機肥配施化肥對提高土壤肥力效果最好?！颈狙芯壳腥朦c】長期定位試驗?zāi)軌蚍从秤袡C碳組分、土壤微生物數(shù)量、活性及土壤肥力的穩(wěn)定變化，對土壤合理施肥極具參考價值。但關(guān)于長期有機培肥條件下有機碳組分、微生物量碳氮與產(chǎn)量間的關(guān)系還有待進一步開展。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究擬通過長達40年的紅壤長期有機培肥試驗，分析不同施肥下水稻產(chǎn)量、有機碳組分含量及微生物量碳氮含量，探討提升紅壤肥力水平及水稻產(chǎn)量的有機培肥模式，為科學(xué)施肥及培肥地力提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地概況

長期有機培肥定位試驗開始于1981年，地點位于江西省紅壤研究所紅壤生態(tài)站（ 28°21'N，116°10'E）。該地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，夏熱冬溫，四季分明，季風發(fā)達，年平均降水量為1727 mm，海拔為25—30 m;土壤為潴育型紅壤水稻土。初始耕層（ 0～20 cm）土壤理化指標[20]：pH 6.90、有機碳（ Organic carbon. SOC） 16.30 g·kg-l、全氮（ Totalnitrogen， TN） 1.49 g·kg-l、 全磷（ Total phosphorus.TP） 0.48 g·kg-l、 全鉀 （Total potassium， TK） 10.40g·kg-l、堿解氮（ Available nitrogen，AN） 144 mg·kg-l、有效磷（ Available phosphorus，AP） 4.15 mg·kg-l和速效鉀（ Available potassium， AK） 80.50 mg·kg-l。

1.2試驗設(shè)計

試驗共設(shè)6個施肥處理（表1），每個處理3個重復(fù);試驗小區(qū)采用隨機區(qū)組排列，每個小區(qū)面積64 m2;為防止不同小區(qū)之間養(yǎng)分流動，各小區(qū)間筑水泥梗。試驗水稻為當?shù)刂髟云贩N，5年更換1次。綠肥為紫云英，品種為江西地方品種余江大葉籽。此外，為滿足水稻正常生長的需要，在施用有機肥的基礎(chǔ)上，有機處理（M1、M2、M3和M4）每季額外施用化肥尿素（N 69 kg·hm-2）、鈣鎂磷肥（ P20530 kg·hm-2）和氯化鉀（ K2067.5 kg·hm-2）。

1.3土壤樣品采集

于2020年10月在晚稻收獲前，采用“五點法”采集新鮮土壤樣品，剔除土壤中石礫及植物殘茬等雜物后將土壤混合均勻分為兩部分：一部分儲存于4℃冰箱，作為測定土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸樣品;另一部分土壤經(jīng)自然風干混勻后過I mm及0.15 mm篩用于測定土壤理化性質(zhì)。

1.4理化性狀測定方法

土壤基礎(chǔ)理化指標參考鮑士旦土壤農(nóng)化分析[21];土壤易氧化有機碳（Permanganate oxidative organic carbon，POXC）采用333 mmol·L-l高錳酸鉀氧化法;游離態(tài)顆粒有機碳（ Free particulate organic carbon，F(xiàn)POC）和閉蓄態(tài)顆粒有機碳（ OPOC）采用碘化鈉（Nal）溶液浸提法[22];土壤可溶性有機碳（ Dissolved organiccarbon，DOC）采用TOC 3100分析儀測定[22];土壤微生物量碳（ Soilmicrobialbiomass carbon，SMBC）、氮（ Soil microbial biomass nitrogen，SMBN）采用氯仿熏蒸浸提法[20]。

1.5水稻測產(chǎn)

各小區(qū)全部實收測產(chǎn)并折算為每公頃產(chǎn)量。

1.6數(shù)據(jù)分析與處理

采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)整理、SPSS 24.0進行統(tǒng)計分析，Tukey's B多重檢驗法進行顯著性檢驗，Origin 2017進行作圖;相關(guān)性分析采用Pearson雙尾檢驗;R語言randomforest安裝包進行Random Forest分析。

產(chǎn)量穩(wěn)定指數(shù)[17]：

CV= YSD/ YAVE

（1）

SYI= （YAVE- YSD）/ Ymax

（2）

式中，CV指變異系數(shù)，某處理在年際間產(chǎn)量波動性，數(shù)值越小表示不同年際產(chǎn)量波動性越小。SYI指穩(wěn)定性指數(shù)，表征某一處理是否可持續(xù)管理措施的指標，數(shù)值越大，可持續(xù)性越高。YSD、YAVE指產(chǎn)量標準差和平均產(chǎn)量，Ymax為處理中產(chǎn)量最高值。

2 結(jié)果與分析

2.1不同施肥處理下的土壤理化性狀

由表2可知，經(jīng)40年施肥管理后，紅壤理化性質(zhì)發(fā)生了明顯變化。M3處理pH值（5.46）顯著高于其他處理，有機培肥處理（ M1、M2、M3、M4）較化肥NPK處理有一定程度提高。M2、M3處理有機碳含量顯著高于M1、NPK及CK處理（P<0.05），較不施肥CK處理（13.98 g·kg-1）分別提升48.3%和44.2%，較NPK處理（16.05 g·kg-l）分別提升29.2%和25 .6%;全氮、全磷、堿解氮、速效磷均表現(xiàn)為添加豬糞處理（ M2、M3）顯著高于包含化肥NPK處理在內(nèi)的其他處理（P <0.05），其中全氮含量表現(xiàn)為M2處理（2.78g·kg-l）、M3處理（2.70g·kg-l）較化肥NPK處理（2.09 g·kg-l）分別提升33%和29.2%;全磷含量表現(xiàn)為M2處理（1.81 g·kg-l）、M3處理（ 1.78 g·kg-1）較化肥NPK處理（1.32 g·kg-1）分別提升37.1%和34.8%;堿解氮含量表現(xiàn)為M2處理（216.38 mg·kg-l）、M3處理（208.64 mg·kg-l）較化肥NPK處理（164.92 mg·kg-l）分別提升31.2%和26.5%;速效磷含量表現(xiàn)為M2處理（73.53 mg·kg-l）、M3處理（69.97 mg·kg-I）較化肥NPK處理（18.43 mg·kg-l）分別提升299%和280%;全鉀、速效鉀、碳氮比在各處理間無顯著性差異。

2.2不同施肥處理下有機碳組分含量、分配比例及相關(guān)性分析

由圖1可知，較不施肥處理CK，施肥處理提高或顯著提高了各形態(tài)有機碳組分含量。易氧化性有機碳（ POXC）含量表現(xiàn)為M2處理（8.98 g·kg-l）顯著高于CK處理（6.46 g·kg-l） （P<0.05），其余各施肥處理間無顯著性差異。游離態(tài)顆粒有機碳（ FPOC）表現(xiàn)為M2處理（0.97 g·kg-l）顯著高于其處理（P<0.05），所有施肥處理顯著高于對照CK處理（P<0.05）。閉蓄態(tài)顆粒有機碳（OPOC）含量M2處理（1.56 g·kg-l）顯著高于M4處理（0.78 g.kg-l）（ P<0.05），較NPK處理（0.83 g·kg-l）有一定提升，但差異不顯著?？扇苄杂袡C碳（ DOC）含量表現(xiàn)為M2處理（ 0.60 g·kg-l）顯著高于CK處理（0.34 g·kg-l）和NPK處理（0.47 g·kg-l），NPK處理顯著高于CK處理，各有機培肥處理之間差異不顯著。

由圖2可知，土壤易氧化性有機碳（ POXC）占土壤有機碳（ SOC）的39%～46%，占比最高，各處理間POXC的占比差異不顯著（P>0.05）。土壤游離態(tài)顆粒有機碳（ FPOC）占SOC的比例為3%～5%，化肥NPK處理和有機培肥處理（M1、M2、M4）較不施肥CK處理顯著提高了游離態(tài)顆粒有機碳分配比例（P<0.05），早稻施綠肥紫云英+豬糞的M2處理分配比例最高，但與化肥NPK處理差異不顯著。土壤閉蓄態(tài)顆粒有機碳（ OPOC）占SOC的比例為4%～8%，化肥NPK處理較不施肥CK處理閉蓄態(tài)顆粒有機碳的比例有所降低，有機培肥處理（ M1、M2）較不施肥CK處理升高約2%，高于化肥NPK處理約3%，但差異均不顯著。土壤可溶性有機碳（ DOC）占SOC的比例為2%～3%，有機培肥處理（ M1、M2、M3、M4）較不施肥CK處理可溶性有機碳的分配比例顯著提高（P<0.05），但與NPK處理差異不顯著。

由表3可知，土壤有機碳與易氧化性有機碳、游離態(tài)顆粒有機碳及可溶性有機碳呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01），與閉蓄態(tài)顆粒有機碳相關(guān)性不顯著;游離態(tài)顆粒有機碳與易氧化性有機碳呈顯著相關(guān)（P<0.05）;可溶性有機碳與易氧化性有機碳、游離態(tài)顆粒有機碳呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。土壤活性有機碳組分間關(guān)系密切，且在一定程度上受土壤有機碳影響;閉蓄態(tài)顆粒有機碳受有機碳的影響較弱。

2.3不同施肥處理下土壤微生物量碳氮

由表4可知，化肥NPK處理和有機培肥處理（ M1、M2、M3、M4）均提高了微生物量碳（SMBC）含量，較CK處理提升22.1%—58.9%，早稻施綠肥+豬糞的M2處理（231.16 mg·kg-l）顯著高于CK處理（P<0.05），與NPK及其他有機培肥處理差異不顯著。M1處理微生物量氮（SMBN）含量（10.91mg·kg-l）最高，化肥NPK處理含量（8.75 mg·kg-l）最低，但各處理間差異不顯著。M2處理土壤基礎(chǔ)呼吸（ Soil base respiration， SBR）（2.34 mg·kg-l·h-l）顯著高于CK處理和NPK處理（P<0.05），較CK處理（ 1.30 mg·kg-l·h-l）和NPK處理（1.56 mg·kg-l·h-l）分別提高80%、50%。 SMBC/SMBN、微生物熵（ Microbial quotient，qMB）在各處理間無顯著性差異。

2.4不同施肥處理下水稻產(chǎn)量及其穩(wěn)定性

由圖3可知，NPK處理和有機培肥（M1、M2、M3、M4）處理均較CK處理產(chǎn)量顯著增加（P<0.05）。早稻產(chǎn)量中，添加豬糞的M2（5 344 kg·hm-2）處理與M3（5010 kg·hm-2）處理產(chǎn)量較CK處理分別增長1.4倍、1.25倍，差異顯著（P<0.05）;較NPK處理分別提高18.1%、10.6%，差異不顯著（P>0.05）。晚稻產(chǎn)量中，M2（5232 kg·hm-2）處理、M3（5426kg·hm-2）處理產(chǎn)量依然處于較高水平，較CK處理分別增長0.59、0.65倍，差異顯著（P<0.05）;較NPK處理分別提高15.7%、20.0%，差異不顯著（P>0.05）。全年產(chǎn)量與早晚稻產(chǎn)量趨勢相同，添加豬糞（ M2、M3）處理產(chǎn)量提升明顯，優(yōu)于NPK處理，但差異不顯著（P>0.05）。變異系數(shù)和穩(wěn)定性系數(shù)可以反映水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定性。由表5雙季稻（ 2006--2020年）變異及穩(wěn)定性系數(shù)可知，就早稻產(chǎn)量而言，NPK處理和有機培肥（M1、M2、M3、M4）處理的變異系數(shù)低于CK處理，而穩(wěn)定系數(shù)高于CK處理;晚稻產(chǎn)量中，NPK處理和有機培肥（MI、M2、M3、M4）處理變異系數(shù)高于CK處理，穩(wěn)定性系數(shù)高于CK處理;M3處理的產(chǎn)量穩(wěn)定性系數(shù)最高，M2次之，綠肥紫云英添加豬糞的M2、M3處理的早晚稻產(chǎn)量穩(wěn)定性均高于化肥NPK處理，說明添加豬糞的有機培肥模式更利于水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定提升。

2.5長期有機培肥措施下水稻產(chǎn)量的影響因素

采用Random Forest分析以進一步闡明各因素對產(chǎn)量影響的顯著性差異，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量與速效磷、有機碳、全氮、速效氮、可溶性有機碳呈極顯著相關(guān)（ P<0.01），與全磷、游離態(tài)顆粒有機碳、易氧化性有機碳顯著相關(guān)（ P<0.05）（圖4）.

3討論

3.1不同施肥處理對土壤理化性狀的影響

施用有機肥可改善土壤理化性狀，培肥土壤[23]。本研究結(jié)果顯示，有機培肥（ M1、M2、M3、M4）處理對土壤的肥力的改善效果優(yōu)于單施化肥，且綠肥紫云英+豬糞處理對土壤養(yǎng)分的改善效果表現(xiàn)突出。其原因在于施肥導(dǎo)致的碳投入增加可能對水稻土原有機碳產(chǎn)生負激發(fā)效應(yīng)，抑制其分解損失[24]。綠肥紫云英+豬糞處理向土壤中輸入大量有機碳，增加了土壤養(yǎng)分，改良并培肥了土壤[25]。本研究中，NPK處理也提高了土壤有機碳的含量，可能是水稻的良好生長增加了還田作物根系殘茬量，這與石麗紅等[26]研究一致。長期施用化肥會引起土壤氮的硝化作用及NO 3-的淋洗進而導(dǎo)致土壤酸化，pH值降低[27]，綠肥紫云英+豬糞處理提升了pH值，能有效緩解土壤酸化。一方面，長期施用有機肥可以提升土壤有機質(zhì)含量，提升土壤緩沖酸和抗酸化的能力;另一方面，作物秸稈、有機糞肥向土壤補充了堿性物質(zhì)，有機氮的礦化作用協(xié)同提升土壤pH進而改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力[28-29]。添加豬糞處理的碳氮比值相對較低，同化作用強，利于土壤細菌的生長繁衍[29]。

3.2不同施肥處理對土壤有機碳組分的影響

土壤有機碳組分盡管只占有機碳總量的一小部分，卻是土壤質(zhì)量和養(yǎng)分循環(huán)的敏感指標，對施肥方式等因子變化響應(yīng)更明顯[30]。研究表明，有機物料還田顯著影響土壤有機碳組分，其原因是農(nóng)田有機物料投入后土壤活性有機碳庫和土壤微生物活性均發(fā)生了變化，增加了植物殘渣碳轉(zhuǎn)化為活性有機碳的含量[26]。本研究結(jié)果顯示，添加豬糞的施肥處理提高了土壤活性有機碳含量，豬糞分解過程中產(chǎn)生可利用的碳、氮及其他營養(yǎng)元素促進了水稻的生長，同時增加了根系分泌物，為微生物活動提供了碳源和良好的生物環(huán)境。易氧化性有機碳POXC作為土壤有機碳中周轉(zhuǎn)最快的組分、土壤有機質(zhì)動態(tài)變化的敏感指標[31]，包括氨基酸、簡單碳水化合物、一部分土壤微生物生物量和其他簡單有機化合物，既是土壤養(yǎng)分的潛在來源又是土壤微生物活動的重要能源。早稻施綠肥紫云英+豬糞的M2處理增加土壤活性，因此具有較快的土壤有機碳周轉(zhuǎn)速率而POXC含量較高。本研究中，土壤POXC分配比例整體較高，說明養(yǎng)分循環(huán)速率快，土壤碳的活性大，易于分解礦化，對植物養(yǎng)分供應(yīng)起直接效應(yīng)。游離態(tài)顆粒有機碳FPOC是高活性有機碳，包括作物根系殘茬和動植物殘體，變化敏感[32]。本研究中，化肥NPK處理和有機培肥處理均較不施肥CK處理顯著提高了FPOC含量及其分配比例。其原因可能是化肥投入會增加可供生物利用氮源，促進其活動，提高作物生物量，進而增加作物根系分泌歸還量，而外源有機碳源的投入會增加動植物殘茬及其分泌量[32]。本研究中化肥NPK處理閉蓄態(tài)顆粒有機碳OPOC含量及分配比例較不施肥CK處理有所下降，這與王玲莉等[33]研究具有相似性，長期單施化肥因促進土壤微生物活動、破壞土壤團聚體結(jié)構(gòu)而對閉蓄態(tài)顆粒有機碳具有負效應(yīng)。有機培肥處理OPOC有所上升，究其原因在于有機肥的膠結(jié)作用可以促進團聚體的形成，將閉蓄態(tài)顆粒碳包裹其中，避免微生物接觸、降解，起到物理保護作用[34]。微生物代謝所需碳的重要來源之一是土壤可溶性碳DOC，具有一定的溶解性，可供土壤微生物直接利用[35]。豬糞還田會提高土壤可溶性有機碳含量，進而為微生物生長提供碳源，提升微生物活性[12]，本研究結(jié)果與此一致。土壤DOC占有機碳的比例為2%～3%，可能原因是紅壤性水稻田因長期淹水與脫水循環(huán)交替，利于土壤DOC釋放，故其分配比例較高。

3.3不同施肥處理對土壤微生物量的影響

研究結(jié)果顯示，施用有機物料（添加豬糞或秸稈還田）提高了土壤微生物量碳氮，其原因是有機物料為土壤微生物提供了較多的碳源和養(yǎng)分，利于土壤微生物繁殖，改善土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)，提高微生物分解有機碳源速度，強化同化作用，提高土壤微生物量[11]。早稻施綠肥紫云英和豬糞的M2處理微生物量碳含量顯著高于CK處理，并較NPK處理和其他有機物培肥處理有所提高，可能是豬糞的養(yǎng)分、有機碳和活性有機碳組分含量高于其他物料，土壤微生物吸收利用后，促進土壤微生物活性，微生物多樣性更為豐富，進而提高了土壤微生物量碳。早稻施綠肥的M1處理微生物量氮含量最高，但各處理間微生物氮含量無顯著差異，原因是豆科綠肥紫云英氮素含量高[36]，為微生物生長提供了更多氮源，促進了微生物的生長，提高了微生物生物量，這與高嵩涓等[37]的研究結(jié)果一致。單施化肥NPK處理微生物量氮含量有所下降，長期施用化肥會致使土壤酸化，影響微生物生存繁殖，降低微生物活性，微生物量降低[38]。土壤微生物熵從微生物學(xué)角度揭示土壤肥力差異，可有效指示有機物質(zhì)施入土壤后微生物生物量碳轉(zhuǎn)化的效率、土壤碳損失等[39]，其值越高，表明土壤有機碳的活性越強。本研究熵值為0.98%～1.1 3%，與郭乾坤等[20]的研究結(jié)果一致。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)也可通過土壤微生物量碳氮比來反映[40]，本研究中微生物量碳氮比值大于10，這可能是有機物料投入補充了碳源和氮源，增加了微生物分解底物來源，提高了微生物活性，促進了土壤微生物分解[41]。土壤微生物基礎(chǔ)活性可通過土壤基礎(chǔ)呼吸來表征，施肥能夠促進土壤呼吸，且有機培肥變化更為明顯。添加豬糞處理較不施肥處理顯著提升，原因是有機物料投入增加了土壤有機質(zhì)和微生物生物量，相應(yīng)的呼吸量也隨之升高[42]。

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（責任編輯：張梅）

收稿日期：2021-0425初稿：2021-0625修改稿

作者簡介：周旦（1996-）女，碩士，主要從事上壤碳循環(huán)方而研究（E-mail： elthdl23@163.com）

*通信作者：劉‘鋒（ 1985-），男，農(nóng)藝師，主要從事耕地上壤質(zhì)量保護提升研究（E-mail： 109279800@qq.com）：徐培智（1963-），

男，研究員，主要從事植物營養(yǎng)與高效施肥研究（E-mail： pzxu007@163.com）

基金項目：廣東省科技計劃項日（2016A030313776、20178020233002）：廣州市珠江科技新星專項（201710010182）：廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院“十三五”學(xué)

科團隊建設(shè)項目（20180IXX）：江西省紅壤研究所博士啟動基金項目（HRBS04）