施肥對(duì)玉米/大豆套作土壤活性有機(jī)碳組分及碳庫管理指數(shù)的影響

張亞杰， 錢慧慧， 劉坤平， 蘇以榮， 李伏生

(1 廣西大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/廣西喀斯特地區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)新技術(shù)院士工作站/廣西高校作物栽培學(xué)與耕作學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西 南寧 530005； 2中國科學(xué)院 環(huán)江喀斯特農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站， 廣西 環(huán)江 547100)

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施肥對(duì)玉米/大豆套作土壤活性有機(jī)碳組分及碳庫管理指數(shù)的影響

張亞杰1， 錢慧慧1， 劉坤平2， 蘇以榮2， 李伏生1

(1 廣西大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/廣西喀斯特地區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)新技術(shù)院士工作站/廣西高校作物栽培學(xué)與耕作學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西 南寧 530005； 2中國科學(xué)院 環(huán)江喀斯特農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站， 廣西 環(huán)江 547100)

摘要：【目的】研究不同施肥模式對(duì)玉米/大豆套作下土壤有機(jī)碳組分和碳庫管理指數(shù)的影響?！痉椒ā客ㄟ^長期定位田間試驗(yàn)，以不施肥(CK)作為對(duì)照，按照氮磷鉀施用量相同原則，設(shè)單施化肥(NPK)、70%NPK+30%秸稈(J1)、70%NPK+30%牛糞(N1)、40%NPK+60%秸稈(J2)和40%NPK+60%牛糞(N2)施肥處理，測(cè)定土壤有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳和微生物量碳含量，并計(jì)算土壤碳庫管理指數(shù)?！窘Y(jié)果】與CK相比，2013年N1、J2和N2處理顯著地提高了土壤有機(jī)碳含量；2014年各施肥處理均顯著地提高了土壤有機(jī)碳含量。除2013年NPK處理外，2013年和2014年各施肥處理土壤可溶性有機(jī)碳含量均顯著高于CK，其中J2處理可溶性有機(jī)碳含量最高，2013年顯著高于NPK。土壤易氧化有機(jī)碳含量在2年內(nèi)均表現(xiàn)為N1、J2和N2處理顯著高于CK，其中N2處理土壤易氧化有機(jī)碳含量最高。各施肥處理土壤微生物量碳含量均顯著高于CK，其中N2處理土壤微生物量碳含量最高。與同年CK相比，各施肥處理均顯著地提高了土壤碳庫管理指數(shù)，其中N2處理土壤碳庫管理指數(shù)最高?！窘Y(jié)論】玉米/大豆套作下，40%化肥與60%牛糞配施(N2)是提高桂西北喀斯特地區(qū)土壤活性有機(jī)碳組分和碳庫管理指數(shù)的最佳方案。

關(guān)鍵詞：施肥； 化肥有機(jī)肥配施； 玉米/大豆套作； 土壤有機(jī)碳； 碳庫管理指數(shù)

土壤活性有機(jī)碳是對(duì)植物和微生物活性較高的土壤碳素，占土壤有機(jī)碳比例較小但周轉(zhuǎn)速率較快，是有機(jī)碳的重要組成部分[1-3]。活性有機(jī)碳組成以微生物量碳、可溶性有機(jī)碳和易氧化有機(jī)碳為主，對(duì)植物養(yǎng)分供應(yīng)有最直接作用，對(duì)環(huán)境變化最敏感，可以指示土壤有機(jī)質(zhì)的早期變化，但并不能為土壤真正固定[4]。土壤碳庫管理指數(shù)最早由Lefroy等[5]提出，是表征土壤碳變化的量化指標(biāo)，可用來監(jiān)測(cè)土壤碳庫動(dòng)態(tài)的有效性[6]。施肥等農(nóng)業(yè)管理措施直接或間接地調(diào)控土壤有機(jī)質(zhì)的輸入，并影響土壤有機(jī)碳的積累和礦化[7]。研究土壤有機(jī)碳在施肥條件下的動(dòng)態(tài)機(jī)制對(duì)土壤活性碳庫的形成和實(shí)現(xiàn)土壤有機(jī)碳庫的正向培育具有重要意義。大量研究表明，長期施用有機(jī)肥可顯著地提高土壤活性有機(jī)碳含量和碳庫管理指數(shù)，單施有機(jī)肥或化肥與有機(jī)肥配施比單施化肥效果更為顯著。沈宏等[8]長期施肥對(duì)農(nóng)田土壤碳庫的影響試驗(yàn)表明，連續(xù)施入有機(jī)肥或者有機(jī)無機(jī)肥配施，土壤有機(jī)碳與活性有機(jī)碳含量呈明顯上升趨勢(shì)。宇萬太等[9]研究結(jié)果顯示，長期施用循環(huán)肥配合均衡化肥處理的土壤有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、水溶性有機(jī)碳、微生物量碳含量及碳庫管理指數(shù)明顯高于對(duì)照處理的土壤。可見，只有重視有機(jī)肥的施用，才能提高土壤肥力，使土壤碳庫保持健康狀態(tài)，有利于土壤的可持續(xù)利用。

喀斯特地區(qū)土壤土層較淺，生態(tài)環(huán)境脆弱，土壤有機(jī)碳易受土地利用的變化以及耕作、施肥等活動(dòng)的影響[10-11]。廣西峰叢洼地區(qū)屬于典型的喀斯特地區(qū)，根據(jù)調(diào)查，該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料投入少且品種單一，以氮肥為主，有機(jī)肥施用不足，且有機(jī)肥和化肥配施也不多見。針對(duì)喀斯特地區(qū)有機(jī)肥和化肥配施對(duì)土壤活性有機(jī)碳組分和碳庫管理指數(shù)影響的研究鮮見報(bào)道，本研究選用在廣西較普遍的2種有機(jī)肥料(秸稈和牛糞)與化肥配施，通過對(duì)土壤有機(jī)碳各組分和碳庫管理指數(shù)的測(cè)定，了解長期定位條件下不同施肥處理對(duì)土壤有機(jī)碳組分和碳庫管理指數(shù)的影響以及它們之間的關(guān)系，以期為桂西北喀斯特地區(qū)有機(jī)肥資源的合理利用和農(nóng)業(yè)固碳減排提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)和材料

本研究長期定位施肥試驗(yàn)(2006年建立)設(shè)在中國科學(xué)院環(huán)江野外觀測(cè)站核心試驗(yàn)區(qū)內(nèi)。供試土壤為棕色石灰土，定位施肥試驗(yàn)建立前土壤基本理化性質(zhì)為：pH 7.57，有機(jī)C 19.93 g·kg-1，全N 1.70 g·kg-1，全P 1.00 g·kg-1和全K 9.12 g·kg-1。

種植的作物：玉米ZeamaysL.品種為瑞單8號(hào)；大豆Glycinemax(L.) Merr品種為桂春5號(hào)。

1.2方法

1.2.1小區(qū)試驗(yàn)采用“春玉米套作夏大豆”的種植模式，設(shè)6個(gè)處理，分別為不施肥(CK)、單施化肥(NPK)、70%化肥+30%秸稈(J1)、70%化肥+30%牛糞(N1)、40%化肥+60%秸稈(J2)和40%化肥+60%牛糞(N2)。各施肥處理的NPK養(yǎng)分施用量相同，玉米施肥量為N 200 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2和K2O 120 kg·hm-2，大豆施肥量為N 22.5 kg·hm-2、P2O560 kg·hm-2和K2O 67.5 kg·hm-2。每個(gè)處理重復(fù)4次，共24個(gè)小區(qū)，每小區(qū)面積30 m2(4 .0 m×7.5 m)。秸稈來源于當(dāng)?shù)?，種植大豆時(shí)用玉米秸稈，種植玉米時(shí)用大豆秸稈，秸稈收獲后收集地上部分，切段(長度約1 cm)施用，牛糞來源于環(huán)江縣肯福菜牛養(yǎng)殖廠，堆漚后施用。牛糞N、P2O5和K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)按0.383%、0.218%和0.278%計(jì)算；大豆秸稈N、P2O5和K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)按1.633%、0.389%和1.272%計(jì)算；玉米秸稈N、P2O5和K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)按0.869%、0.305%和1.340%計(jì)算。有機(jī)肥用量以N含量為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。試驗(yàn)所用化肥為尿素[w(N)46.4%]、鈣鎂磷肥[w(P2O5)12%]和氯化鉀[w(K2O)60%]。種植玉米時(shí)，N肥分別作基肥在播種前施用、6～8片葉時(shí)(株高約50 cm)進(jìn)行第1次追肥、抽穗時(shí)進(jìn)行第2次追肥，基肥和2次追肥比例分別為65%、23%和12%；K肥作基肥在播種前施用、追肥在6～8片葉時(shí)(株高約50 cm)進(jìn)行，基肥和追肥比例為70%和30%。種植大豆時(shí)，N、K肥基肥和追肥比例均為70%和30%，基肥在播種前施用，追肥在6～8片葉時(shí)(約50 cm高)進(jìn)行。所有磷肥和有機(jī)肥全部作基肥。玉米/大豆套作土壤每年各處理施肥見表1。

表1種植玉米或大豆不同處理的小區(qū)肥料用量

Tab.1Fertilizer amounts for planting maize or soybean in each plot

作物處理尿素/g鈣鎂磷肥/g氯化鉀/g秸稈/kg牛糞/kg玉米CK0.000.000.000.000.00NPK1293.102250.00600.000.000.00J1993.951974.46419.808.500.00N1905.151396.17382.230.0047.00J2694.801698.92239.6017.000.00N2517.20542.34164.460.0094.00大豆CK0.000.000.000.000.00NPK145.471500.00337.500.000.00J1101.831440.78285.462.330.00N1101.811403.90312.990.005.29J258.191381.56233.424.660.00N258.411307.80288.480.0010.58

試驗(yàn)在2013和2014年進(jìn)行。2013年玉米于3月14日播種，8月15日收獲；大豆于6月9日播種，10月16日收獲；土樣于10月21日采集，當(dāng)天陰，溫度21～26 ℃。2014年玉米于3月12日播種，7月22日收獲；大豆于6月25日播種，10月15日收獲；土樣于11月10日采集，當(dāng)天小雨，溫度16 ～24 ℃。玉米種植密度為5萬株·hm-2。玉米采用起壟種植，壟寬1 m，壟上種植1行玉米，每小區(qū)共3行。穴播方式進(jìn)行播種，每穴保苗2棵，穴距30～40 cm。大豆通常在玉米采收前20 d左右套種在玉米行的兩側(cè)，采用穴播方式，穴距20～25 cm，每穴保苗2～3株，一般保苗10萬株·hm-2。各處理除施肥不同外，其他農(nóng)藝措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)相同。

1.2.2樣品采集與測(cè)定分別在2013和2014年玉米/大豆試驗(yàn)后采集土樣。各小區(qū)用五點(diǎn)采樣法采集0～20 cm土層土樣，混合均勻后風(fēng)干磨土，分別過20和60目篩備用。

土壤有機(jī)碳(SOC)測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法[12]。微生物量碳(MBC)采用三氯甲烷熏蒸提取，碳自動(dòng)分析儀測(cè)定[13]?？扇苄杂袡C(jī)碳(DOC)的測(cè)定方法與MBC中不熏蒸土樣浸提測(cè)定方法相同。易氧化有機(jī)碳(ROC)采用高錳酸鉀氧化法測(cè)定[14]。

1.2.3數(shù)據(jù)分析采用Excel2003和SPSS18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Duncan’s法進(jìn)行多重比較。

土壤碳庫管理指數(shù)以不施肥土壤作為參考，計(jì)算方法如下[6]：

碳庫管理指數(shù)(CPMI)= 碳庫指數(shù)(CPI)×碳庫活度指數(shù)(AI)×100；CPI= 樣本土壤有機(jī)碳含量/參考土壤有機(jī)碳含量；AI= 樣本土壤碳庫活度/參考土壤碳庫活度；碳庫活度=活性有機(jī)碳含量/非活性有機(jī)碳含量；非活性有機(jī)碳含量=有機(jī)碳含量-活性有機(jī)碳含量。

2結(jié)果與分析

2.1施肥對(duì)玉米/大豆套作土壤有機(jī)碳含量的影響

如圖1所示，2013年土壤有機(jī)碳(SOC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在24.13～29.95 g·kg-1之間，土壤SOC含量順序?yàn)镹2>J2>N1>J1>NPK>CK。與CK相比，各施肥處理土壤SOC含量均有提高，N1、J2和N2處理分別比CK提高了18.23%、24.07%和24.11%，與CK差異達(dá)顯著水平；NPK和J1處理土壤SOC含量比CK提高了11.56%和16.12%，但與CK差異不顯著。各配施處理與NPK處理的土壤SOC含量沒有顯著差異，說明施肥均可提高土壤SOC含量，有機(jī)肥和化肥配施與單施化肥對(duì)于提高土壤SOC含量沒有顯著差別。效果最好的2個(gè)處理是J2和N2，二者間土壤SOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅相差0.01 g·kg-1。2014年各處理土壤SOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)在24.11 ～30.11 g·kg-1之間；與CK相比，各施肥處理均顯著地提高了土壤SOC含量，其中NPK處理的土壤SOC含量增加12.11%；與NPK相比，J2和N2處理的土壤SOC含量顯著增加，J1和N1處理的土壤SOC含量與NPK沒有顯著差異。與2013年相比，除CK土壤SOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降0.02 g·kg-1外，NPK、J1、N1、J2和N2處理的土壤SOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高0.11、0.44、0.05、0.02和0.16 g·kg-1，土壤SOC含量順序與2013年一致，效果最好的處理是N2。表明低量化肥配施高量有機(jī)肥對(duì)提高土壤SOC含量效果較好；相同條件下，配施牛糞比配施秸稈對(duì)提高土壤SOC含量效果更好。

各圖中柱子上凡是有一個(gè)相同小寫字母者，表示處理間差異不顯著(P>0.05，Duncan’s法)。

2.2施肥對(duì)玉米/大豆套作土壤活性有機(jī)碳組分的影響

2.2.1可溶性有機(jī)碳2013年土壤可溶性有機(jī)碳(DOC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在211.2 ～215.8 mg·kg-1之間。土壤DOC含量排序?yàn)镴2>N1>J1>N2>NPK>CK，效果最好的是J2處理。與CK相比，各配施處理均顯著地提高了土壤DOC含量；NPK土壤DOC含量與CK無顯著差異。與NPK相比，J2與N1處理顯著地提高了土壤DOC含量，J1和N2處理土壤DOC與NPK無顯著差異。與CK相比，2014年各施肥處理均顯著地提高了土壤DOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以J2最高(216.6 mg·kg-1)，N1次之(216.3 mg·kg-1)。不同施肥處理間土壤DOC含量差異不顯著(圖2)。

各圖中柱子上凡是有一個(gè)相同小寫字母者，表示處理間差異不顯著(P>0.05，Duncan’s法)。

Fig.2Effects of long-term fertilizations of different treatments on dissolved organic carbon (DOC) in soil from 2013 to 2014

2.2.2易氧化有機(jī)碳圖3表明，2013年不同處理土壤易氧化有機(jī)碳(ROC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在7.16～8.54 g·kg-1之間，順序?yàn)镹2>J2>N1>J1>NPK>CK。與CK相比，N1、J2和N2可顯著提高土壤ROC含量，J1和NPK處理土壤ROC含量雖然也有提高，但與CK差異不顯著。與NPK相比，N2顯著提高了土壤ROC含量，其余配施處理與NPK沒有顯著差異。說明施肥尤其是有機(jī)肥可提高土壤ROC含量，隨著有機(jī)肥配比增大，土壤ROC含量有所增加?；逝涫┡＜S比化肥配施秸稈更能增加土壤ROC含量，N2土壤ROC含量最高，比CK增加了19.27%。

2014年各處理土壤ROC質(zhì)量分?jǐn)?shù)在7.14～8.63 g·kg-1之間。與2013年相比，2014年各施肥處理土壤ROC含量均有所增加。與CK相比，各施肥處理土壤ROC含量均有提高，其中N1、J2和N2處理顯著地提高了土壤ROC含量，J1和NPK處理土壤ROC含量與CK相比沒有顯著差異。與NPK相比，各配施處理中僅N2處理土壤ROC含量顯著提高，其余配施處理與NPK沒有顯著差異。

各圖中柱子上凡是有一個(gè)相同小寫字母者，表示處理間差異不顯著(P>0.05，Duncan’s法)。

Fig.3Effects of long-term fertilizations of different treatments on readily oxidizable organic carbon (ROC) in soil from 2013 to 2014

2.2.3微生物量碳圖4表明，2013年各施肥處理均顯著地提高了土壤微生物量碳(MBC)含量，含量順序?yàn)镹2>J2>N1>J1>NPK>CK。與CK相比，各施肥處理土壤MBC提高了28.02%～68.25%，差異顯著；與NPK處理相比，化肥與有機(jī)肥配施均提高了土壤MBC含量，以N2處理效果最好，且差異達(dá)到顯著水平。高量有機(jī)肥處理的土壤MBC含量高于低量有機(jī)肥處理；配施牛糞處理的土壤MBC含量比配施秸稈處理的要高。

2014年各施肥處理均顯著地提高了土壤MBC含量，土壤MBC含量順序?yàn)镹2> J2> N1> J1> NPK>CK，與2013年趨勢(shì)一致。與2013年相比，各施肥處理土壤MBC含量均有不同程度的提高。與CK相比，各施肥處理土壤MBC含量提高了35.51%～79.18%，差異顯著。J2和N2處理的土壤MBC含量顯著高于NPK，J1和N1處理土壤MBC含量與NPK沒有顯著差異。說明高量有機(jī)肥配施化肥可顯著地提高土壤MBC含量，相同條件下，化肥配施牛糞處理土壤MBC含量比化肥配施秸稈效果要好。

各圖中柱子上凡是有一個(gè)相同小寫字母者，表示處理間差異不顯著(P>0.05，Duncan’s法)。

Fig.4Effects of long-term fertilizations of different treatments on microbial biomass carbon content (MBC) in soil from 2013 to 2014

2.3施肥對(duì)玉米/大豆套作土壤碳庫管理指數(shù)的影響

表3表明，2013年不同處理非活性有機(jī)碳(NAOC)含量排序?yàn)镴2>N2>N1>J1>NPK>CK。與CK相比，施肥顯著地提高了土壤NAOC含量，增幅為13.76%～30.62%。不同施肥處理碳庫活度(CA)和碳庫活度指數(shù)(AI)順序均為：N2>NPK>J2>N1=J1=CK。與CK相比，NPK、J2和N2的CA分別提高了14.28%、2.86%和20.00%，對(duì)應(yīng)的AI分別提高了15.00%、3.00%和20.00%。不同處理碳庫指數(shù)(CPI)順序?yàn)镹2=J2>N1>J1>NPK>CK；與CK相比，NPK、J1、N1、J2和N2的CPI分別提高了12.00%、16.00%、18.00%、24.00%和24.00%。不同處理碳庫管理指數(shù)(CPMI)順序?yàn)椋篘2>NPK>J2>N1>J1>CK；與CK相比，各施肥處理均顯著地提高了土壤CPMI，NPK、J1、N1、J2和N2處理分別提高了28.88%、13.92%、19.14%、27.65%和48.61%；與NPK相比，N2處理的土壤CPMI顯著提高。

2014年，不同處理NAOC含量排序?yàn)镴2>N2>J1>N1>NPK>CK，其中J2處理的土壤NAOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.92 g·kg-1，比CK提高了23.00%。不同施肥處理的CA和AI大小順序均為：NPK>N2>J1>J2>N1>CK；與CK相比，NPK、J1、N1、J2和N2的CA分別提高了14.28%、8.57%、2.86%、5.71%和11.43%，對(duì)應(yīng)的AI分別提高了15.00%、8.00%、3.00%、5.00%和10.00%。不同處理的CPI大小順序?yàn)镹2>J2>N1>J1>NPK>CK；與CK相比，NPK、J1、N1、J2和N2的CPI分別提高了12.00%、18.00%、19.00%、24.00%和25.00%。不同處理的CPMI大小順序?yàn)椋篘2>J2>NPK>J1>N1>CK；與CK相比，NPK、J1、N1、J2和N2的CPMI分別提高了29.46%、27.77%、22.04%、30.18%和37.54%。施肥顯著地提高了土壤CPMI，其中N2效果最明顯且顯著高于NPK，與2013年的結(jié)果類似。表明施化肥和有機(jī)肥均能明顯地提高土壤碳庫管理指數(shù)，化肥配施較高比例的牛糞效果最顯著。

表3不同處理長期施肥對(duì)土壤碳庫管理指數(shù)的影響1)

Tab.3Effects of long-term fertilizations of different treatments on carbon pool management index

年份處理NAOCCAAICPICPMI2013CK16.85e0.35cd1.00b1.00c100.00dNPK17.17d0.40b1.15a1.12b128.88bJ120.86c0.35cd1.01b1.16b113.92cN121.09b0.35cd1.01b1.18ab119.14cJ222.01a0.36c1.03b1.24a127.65bN221.10b0.42a1.20a1.24a148.61a2014CK17.82d0.35f1.00c1.00c100.00dNPK19.25c0.40a1.15a1.12b129.46bJ120.64b0.38c1.08ab1.18ab127.77bcN121.01b0.36e1.03bc1.19ab122.04cJ221.92a0.37d1.05bc1.24a130.18bN221.73a0.39b1.10ab1.25a137.54a

1)NAOC：w(非活性有機(jī)碳)/(kg·kg-1)，CA：碳庫活度，AI：碳庫活度指數(shù)，CPI：碳庫指數(shù)，CPMI：碳庫管理指數(shù)；相同年份、同列數(shù)據(jù)后凡是有一個(gè)相同小寫字母者，表示差異不顯著(P>0.05，Duncan’s法)。

2.4相關(guān)性分析

土壤有機(jī)碳與土壤微生物量碳、可溶性有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳含量以及碳庫管理指數(shù)之間具有顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系(表4)，表明土壤有機(jī)碳與土壤有機(jī)碳各組分以及碳庫管理指數(shù)之間有密切相關(guān)，利用土壤有機(jī)碳組分和碳庫管理指數(shù)可以很好地表征土壤有機(jī)碳含量的變化。

表4土壤有機(jī)碳含量與有機(jī)碳組分及碳庫管理指數(shù)間的相關(guān)性1)

Tab.4Correlations between soil organic carbon content and fraction of active organic carbon and carbon pool management index in soil

指標(biāo)年份易氧化有機(jī)碳可溶性有機(jī)碳微生物量碳碳庫管理指數(shù)土壤有機(jī)碳20130.833*0.905*0.976**0.746*20140.860*0.952**0.977**0.891*

1)*表示相關(guān)性達(dá)顯著水平(P<0.05),**表示相關(guān)性達(dá)極顯著水平(P<0.01)。

3討論與結(jié)論

3.1施肥增加了玉米/大豆套作土壤有機(jī)碳含量

土壤有機(jī)碳(SOC)是土壤肥力的核心。SOC能夠提高土壤養(yǎng)分，改善土壤肥力，還能增加土壤持水量。不同土壤管理措施，如輪作、施肥或耕作等均可影響SOC的水平[15]。施肥主要通過2個(gè)方面影響SOC：一是改善土壤養(yǎng)分情況，促進(jìn)植物根系和地上部分的生長，使進(jìn)入土壤的有機(jī)殘?bào)w歸還量增加；二是影響土壤微生物的種群結(jié)構(gòu)、數(shù)量和活性，進(jìn)而影響土壤有機(jī)碳的礦化過程[16]。此外，有機(jī)肥自身含有的有機(jī)碳對(duì)提高SOC含量具有顯著作用。本研究中，不施肥土壤同樣會(huì)有作物殘茬進(jìn)入土壤，但因?yàn)橥寥罎穸容^大，質(zhì)地黏重，有機(jī)質(zhì)主要由厭氣微生物分解，速度慢且不徹底，這可能是造成不施肥土壤6～7年后土壤有機(jī)質(zhì)有所增加的原因。與CK相比，NPK處理SOC含量有所增加，但并不總是達(dá)到顯著水平，原因可能是施化肥增加了殘茬的生物量?；逝c有機(jī)肥配施比單施化肥對(duì)于增加SOC含量效果更好，且隨著施入的有機(jī)肥配比增加，對(duì)SOC含量有顯著影響。綜合2年的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SOC含量總變化趨勢(shì)為配施高量有機(jī)肥>配施低量有機(jī)肥>全化肥>對(duì)照，這與韓曉日等[17]的研究結(jié)果一致。韓曉日等[17]對(duì)棕壤27年施肥的研究表明，除對(duì)照處理外，其他施肥處理SOC含量均高于試驗(yàn)前；對(duì)照處理SOC含量下降的原因是對(duì)照土壤不施肥，土壤有機(jī)質(zhì)平衡出現(xiàn)虧缺，不能維持之前的水平。張永全等[18]研究也表明，有機(jī)肥配施氮肥處理小麥/玉米輪作土壤SOC含量顯著高于單施氮肥。本研究中配施牛糞效果好于配施秸稈，與劉淑霞等[19]的研究結(jié)果一致。

3.2施肥增加了玉米/大豆套作土壤活性有機(jī)碳組分含量

活性有機(jī)碳在SOC中所占比例不高，但卻是反映土壤質(zhì)量變化的一個(gè)敏感指標(biāo)。不同的施肥方式均能提高土壤固碳能力和有機(jī)碳的穩(wěn)定性、提高活性有機(jī)碳在總有機(jī)碳中的貢獻(xiàn)率，且以有機(jī)肥配施化肥效果最好，單施有機(jī)肥次之[20]。

土壤中的可溶性有機(jī)碳(DOC)是土壤有機(jī)碳中非?；钴S的部分，可用來反映環(huán)境條件的變化。倪進(jìn)治等[21]研究表明，紅砂土中加入稻草秸稈和豬糞后，DOC含量與對(duì)照相比有較大幅度的提高。楊長明等[22]指出，與單施化肥相比，秸稈或廄肥與化肥配施均能增加土壤DOC含量。本試驗(yàn)也表明，不同比例的有機(jī)肥和化肥配施均能顯著地提高土壤DOC含量。Sinsabaugh等[23]研究發(fā)現(xiàn)，森林系統(tǒng)施用NaNO3后DOC含量顯著提高，推測(cè)是氮肥施入后氧化酶活性降低所致。但是也有研究表明，單施化肥處理并不能提高土壤DOC含量。Cronan 等[24]發(fā)現(xiàn)在森林土壤中施加氮肥(NH4Cl)，DOC釋放速率降低了20%。本試驗(yàn)2013年NPK處理的土壤DOC含量和CK沒有顯著差異，2014年則顯著提高，原因在于2014年不施肥的土壤DOC含量出現(xiàn)了明顯的下降，而施化肥的土壤DOC含量與2013年沒有明顯變化，這與李玲等[25]研究的結(jié)果一致。

土壤易氧化有機(jī)碳(ROC)在指示土壤質(zhì)量和肥力變化時(shí)比總有機(jī)碳更靈敏，能夠及時(shí)反映土壤肥力和物理性質(zhì)的變化[15]。王艷等[26]研究表明，長期施用有機(jī)肥能顯著提高0～60 cm各層土壤ROC含量，且有機(jī)肥和氮磷鉀肥配施效果更佳。張春霞等[27]研究也表明，有機(jī)肥或有機(jī)無機(jī)配施降低了有機(jī)質(zhì)的氧化穩(wěn)定性，能明顯提高土壤ROC含量和肥力水平。楊長明等[22]研究結(jié)果顯示，有機(jī)無機(jī)肥配施較單施化肥的土壤ROC含量增加了23.8%。本研究中N1、J2和N2均顯著地提高了土壤ROC含量，N2含量最高且顯著高于NPK。可見施用有機(jī)肥尤其是高量有機(jī)肥配施低量化肥是增加土壤ROC含量的重要措施。

土壤微生物量碳(MBC)的消長反映了微生物利用土壤碳源進(jìn)行自身細(xì)胞構(gòu)建、繁殖以及微生物細(xì)胞解體使有機(jī)碳礦化的過程。韓曉日等[17]27年的長期定位試驗(yàn)表明，有機(jī)肥處理的土壤MBC含量最高，化肥處理次之，無肥處理最低。李玲等[25]研究表明，施肥處理下紅壤丘陵農(nóng)田土壤MBC含量總體保持增加趨勢(shì)，單施化肥和氮磷肥配施稻草處理的土壤MBC含量顯著高于不施肥的對(duì)照，平均增幅分別為16.1%和33.5%?；市Ч患坝袡C(jī)肥的原因在于2個(gè)方面：一是長期使用酸性或生理酸性肥料導(dǎo)致土壤pH下降，減弱了微生物的生命活動(dòng)；二是長期施用化肥，特別是氮肥，加快了土壤原有的有機(jī)碳消耗，使有機(jī)碳總量減少[28]。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，施肥能顯著提高土壤MBC含量，增幅達(dá)28.02%～79.18%，尤其是低量化肥與高量有機(jī)肥配施顯著地提高了土壤MBC含量。2014年相同施肥處理下土壤MBC含量均高于2013年，表明長期定位施肥特別是有機(jī)肥的施入能提高土壤MBC含量的變化。

本研究中，2013和2014年SOC含量與ROC、DOC、MBC含量均呈顯著或極顯著正相關(guān)性，其中SOC含量與ROC、MBC含量的相關(guān)達(dá)到顯著或極顯著水平，這與前人研究結(jié)果[29]相似。說明各活性有機(jī)碳組分能很好地反映SOC、DOC和MBC含量的變化。

3.3施肥提高了玉米/大豆套作土壤碳庫管理指數(shù)

土壤碳庫管理指數(shù)(CPMI)為培肥地力、增加土壤活性碳含量提供了具體的指標(biāo)要求，可以及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行土壤碳庫動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。大量研究表明，施有機(jī)肥或化肥與有機(jī)肥配施可以提高CPMI，改善土壤質(zhì)地、培肥地力。張貴龍等[30]研究表明，施有機(jī)肥土壤CPMI比不施肥的增加了31.79%。王晶等[31]的研究表明，以休閑土壤(每年不耕作不施肥但除草)作為參考，不施肥土壤CPMI顯著降低了10.6%，單施化肥或有機(jī)肥化肥配施土壤CPMI提高了0.48%～10.44%，均達(dá)顯著水平，有機(jī)肥所占配比越高，土壤CPMI越大。本試驗(yàn)中各施肥處理均有效地提高了CPMI，但單施化肥與化肥有機(jī)肥配施之間差異并不顯著。2年的CPMI順序大致為：高量有機(jī)肥>全化肥>低量有機(jī)肥>不施肥。配施低量有機(jī)肥處理與全化肥處理相比，CPMI下降，可能是因?yàn)榭λ固氐貐^(qū)土壤貧瘠，等量肥料投入時(shí)全化肥肥效快，當(dāng)年還田的植物殘?bào)w多，SOC含量增加。

3.4結(jié)論

與不施肥相比，施肥處理提高了土壤有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳和微生物量碳含量，化肥與有機(jī)肥配施效果要優(yōu)于單施化肥，其中以40%化肥與60%牛糞配施效果最好。土壤有機(jī)碳含量與易氧化有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳和微生物量碳含量呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系；施肥提高碳庫管理指數(shù)，以40%化肥與60%牛糞配施處理最高。有機(jī)碳與碳庫管理指數(shù)呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。綜上所述，玉米/大豆套作下，40%化肥與60%牛糞配施是提高桂西北喀斯特地區(qū)土壤活性有機(jī)碳組分和碳庫管理指數(shù)的最佳方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]MCLAUCHLAN K K, SARAH E, HOBBIE. Comparison of labile soil organic matter fractionation techniques[J]. Soil Sci Soc Am J， 2004, 68: 1616-1625.

[2]ALVAREZ R, ALVAREZ C R. Soil organic matter pools and their associations with carbon mineralization kinetics[J]. Soil Sci Soc Am J, 2000, 64: 184-189.

[3]沈宏, 曹志洪, 胡正義. 土壤活性有機(jī)碳的表征及其生態(tài)效應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 1999, 18(3): 32-38.

[4]佟小剛. 長期施肥下我國典型農(nóng)田土壤有機(jī)碳庫變化特征[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 2008.

[5]LEFROY R D, BLAIR G J, STRONG W M. Changes in soil organic matter with cropping as measured by organic carbon fractions and13C natural isotope abundance[J]. Plant Soil, 1993(155/156): 399-402.

[6]徐明崗, 于榮, 孫小鳳, 等. 長期施肥對(duì)我國典型土壤活性有機(jī)質(zhì)及碳庫管理指數(shù)的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2006, 12(4): 459-465.

[7]SANJAY K G, JULIE G L, JOHN M D. Soil organic carbon and nitrogen stocks in Nepal long-term soil fertility experiments[J]. Soil Till Res, 2009, 106: 95-103.

[8]沈宏, 曹志洪, 徐志紅. 施肥對(duì)土壤不同碳形態(tài)及碳庫管理指數(shù)的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2000, 37(2): 166-173.

[9]宇萬太, 趙鑫, 馬強(qiáng), 等. 長期定位試驗(yàn)下施肥對(duì)潮棕壤活性碳庫及碳庫管理指數(shù)的影響[J]. 土壤通報(bào), 2008, 39(3): 539-544.

[10]蘭安軍, 張百平, 熊康寧. 黔西南脆弱喀斯特生態(tài)環(huán)境空間格局分析[J]. 地理研究, 2003, 22(6): 733-742.

[11]劉芳, 王世杰, 劉元生, 等. 喀斯特石漠化過程土壤質(zhì)量變化及生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 25(3): 639-644.

[12]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

[13]吳金水, 林啟美, 黃巧云, 等. 土壤微生物生物量測(cè)定方法及其應(yīng)用[M]. 北京: 氣象出版社, 2006.

[14]BLAIR G J, LEFORY R D. Soil C fractions based on their degree of oxidation and the development of a C management index for agricultural systems[J]. Aust J Agric Res, 1995，46: 1459-1466.

[15]李平儒, 任衛(wèi)東, 李志軍, 等. 長期施肥管理對(duì)塿土全碳和易氧化有機(jī)碳的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2010, 19(12): 194-201.

[16]王玲莉, 韓曉日, 楊勁峰, 等. 長期施肥對(duì)棕壤有機(jī)碳組分的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2008, 14(1): 79-83.

[17]韓曉日, 蘇俊峰, 謝芳, 等. 長期施肥對(duì)棕壤有機(jī)碳及各組分的影響[J]. 土壤通報(bào), 2008, 39(4):730-733.

[18]張永全, 寇長林, 馬政華, 等. 長期有機(jī)肥與氮肥配施對(duì)潮土有機(jī)碳和有機(jī)氮組分的影響[J]. 土壤通報(bào), 2015, 46(3): 584-588.

[19]劉淑霞, 王鴻斌, 趙蘭坡, 等. 不同施肥方式下黑土有機(jī)碳的變化規(guī)律研究[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008(2): 48-51.

[20]陳云峰, 韓雪梅, 胡誠, 等. 長期施肥對(duì)黃棕壤固碳速率及有機(jī)碳組分影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2013, 22(2): 269-275.

[21]倪進(jìn)治, 徐建民, 謝正苗, 等. 不同有機(jī)肥料對(duì)土壤生物活性有機(jī)質(zhì)組分的動(dòng)態(tài)影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2001, 7(4): 374-378．

[22]楊長明, 歐陽竹, 董玉紅. 不同施肥模式對(duì)潮土有機(jī)碳組分及團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2005, 24(8): 887-892.

[23]SINSABAUGH R L，ZAK D R，GALLO M， et al. Nitrogen deposition and dissolved organic carbon production in northern temperate forests[J]. Soil Biol Biochem, 2004, 36(9): 1509- 1515．

[24]CRONAN C S, LAKSHMAN S, PATTERSON H H. Effects of disturbance and soil amendments on dissolved organic carbon and organic acidity in red pine forest floors[J]. J Environ Qual, 1992, 21 (3): 457-463．

[25]李玲, 朱捍華, 蘇以榮, 等. 稻草還田和易地還土對(duì)紅壤丘陵農(nóng)田土壤有機(jī)碳及其活性組分的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 42(3): 926-933.

[26]王艷, 楊麗娟, 周崇峻, 等. 長期施肥對(duì)設(shè)施蔬菜栽培土壤易氧化有機(jī)碳含量及其剖面分布的影響[J]. 水土保持通報(bào), 2010, 30(4)：32-35.

[27]張春霞, 郝明德, 魏孝榮, 等. 黑壚土長期輪作培肥土壤有機(jī)質(zhì)氧化穩(wěn)定性的研究[J]. 土壤肥料, 2004 (3): 11-12.

[28]徐陽春, 沈其榮, 雷寶坤, 等. 水旱輪作下長期免耕和施用有機(jī)肥對(duì)土壤某些肥力性狀的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2000, 11(4): 549-552.

[29]趙鑫, 宇萬太, 李建東, 等. 不同施肥模式下潮棕壤稻田的速效養(yǎng)分狀況和水稻的養(yǎng)分分配[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2007, 26(6): 840-845.

[30]張貴龍, 趙建寧, 宋曉龍, 等. 施肥對(duì)土壤有機(jī)碳含量及碳庫管理指數(shù)的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(2): 359-365.

[31]王晶, 朱平, 張男, 等. 施肥對(duì)黑土活性有機(jī)碳和碳庫管理指數(shù)的研究[J]. 土壤通報(bào), 2003, 34(5): 394-398.

【責(zé)任編輯周志紅】

Effect of fertilization on soil active organic carbon and carbon pool management index under maize/soybean intercropping condition

ZHANG Yajie1, QIAN Huihui1, LIU Kunping2, SU Yirong2, LI Fusheng1

(1 College of Agriculture, Guangxi University/Guangxi Academician Work Station of The New Technology of Water-Saving Agriculture in Karst Region/ Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory of Crop Cultivation and Tillage, Nanning 530005, China; 2 Huanjiang Station of Karst Eco-system, Chinese Academy of Sciences, Huanjiang 547100, China)

Abstract：【Objective】Effects of different fertilizer applications on organic carbon fraction and carbon pool management index in soil were investigated under maize/soybean intercropping condition. 【Method】Taking no fertilization (CK) as the control, five different fertilizing treatments, which were chemical nitrogen+ phosphorus+ potassium fertilizers (NPK), 70%NPK+30% straw (J1), 70%NPK+30% cow dung (N1), 40%NPK+60% straw (J2) and 40%NPK+60% cow dung (N2) according to the same rates of N, P and K, were designed in a long-term field experiment. The contents of organic carbon, soluble organic carbon, readily organic carbon and microbial biomass carbon were measured, and soil carbon pool management index was calculated. 【Result】Compared to CK, soil organic carbon contents of N1, J2 and N2 treatments significantly increased in 2013, and the soil organic carbon contents of all fertilizing treatments significantly increased in 2014. Except for NPK treatment in 2013, the soil dissolved organic carbon contents in 2013 and 2014 were significantly higher than that of CK. The dissolved organic carbon content of J2 treatment was the highest, which was significantly higher than that of NPK in 2013. The readily organic carbon contents of N1, J2 and N2 treatments were significantly higher than that of CK in 2013 and 2014, and the highest value appeared in N2 treatment. The microbial biomass carbon contents of all fertilizing treatments were significantly higher than that of CK, and the highest value appeared in N2 treatment. Compared with CK in the same year, the carbon pool management indexes of fertilizing treatments significantly increased, and the carbon pool management index of N2 treatment was the highest. 【Conclusion】The combined application of 40%NPK fertilizer and 60% cow dung is the optimal treatment for improving soil organic carbon fraction and carbon pool management index under maize/soybean intercropping condition in Karst area of northwest Guangxi.

Key words：fertilization; combined application of chemical fertilizer and organic manure; maize/soybean intercropping; soil organic carbon; carbon pool management index

中圖分類號(hào)：S158

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001- 411X(2016)03- 0029- 08

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃(2012BAD05B03)；國家自然科學(xué)基金(51469003)；中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)子課題(XDA05070403)； 863計(jì)劃(2011AA100504)

作者簡介：張亞杰(1990—)，男，碩士研究生，E-mail: 961976095@qq.com； 通信作者：李伏生(1963—)，男，教授，博士，E-mail：zhenz@gxu.edu.cn， lpfu6@163.com

收稿日期：2015- 08- 29優(yōu)先出版時(shí)間：2016-04-15

優(yōu)先出版網(wǎng)址：http://www.cnki.net/kcms/detail/44.1110.s.20160415.1555.016.html

張亞杰， 錢慧慧， 劉坤平，等.施肥對(duì)玉米/大豆套作土壤活性有機(jī)碳組分及碳庫管理指數(shù)的影響[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016,37(3):29- 36.