長期施肥對栗褐土有機(jī)碳礦化的影響

王朔林，楊艷菊，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 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，南京 210046；3 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(jī)碳礦化的影響

王朔林1，楊艷菊2，王改蘭1*，趙旭1，陳春玉1，黃學(xué)芳3

（1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南長沙 410128；2 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，南京 210046；3 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】土壤有機(jī)碳礦化是土壤中重要的生物化學(xué)過程，與土壤養(yǎng)分的釋放、土壤質(zhì)量的保持以及溫室氣體的形成密切相關(guān)。本文以 25年長期定位施肥試驗為依托，對栗褐土土壤有機(jī)碳礦化速率、有機(jī)碳累積礦化量的動態(tài)變化進(jìn)行研究，為科學(xué)管理土壤肥力、增加栗褐土碳匯、減少溫室氣體排放提供依據(jù)?！痉椒ā刻镩g試驗開始于 1988，共設(shè)置 8 個施肥處理：不施肥（CK）；單施氮肥（N）；氮磷肥合施（NP）；單施低量有機(jī)肥（M1）；低量有機(jī)肥與氮肥合施（M1N）；低量有機(jī)肥與氮磷肥合施（M1NP）；高量有機(jī)肥與氮肥合施（M2N）；高量有機(jī)肥與氮磷肥合施（M2NP）。于 2013年玉米播種前，采集耕層（0—20 cm）土壤樣品，采用室內(nèi)培養(yǎng)方法，對土壤碳礦化釋放 CO2的數(shù)量和速率進(jìn)行測定，并利用一級動力學(xué)方程計算出土壤有機(jī)碳庫潛在礦化勢和周轉(zhuǎn)速率。【結(jié)果】各肥料處理不同程度地提高了栗褐土總有機(jī)碳含量，以高量有機(jī)肥與化肥配施作用最為顯著。與 CK相比，M2N、M2NP 處理土壤總有機(jī)碳含量增加了 121.1%、166.8%。不同處理土壤樣品培養(yǎng)有機(jī)碳礦化速率均在第一天達(dá)到峰值，隨后急劇下降。5 d后，下降趨緩，不同處理 CO2產(chǎn)生速率趨于一致。培養(yǎng)期間，各處理礦化速率變化符合對數(shù)函數(shù)關(guān)系。長期施用不同肥料均可以提高栗褐土有機(jī)碳的礦化速率，其大小順序為：有機(jī)肥與化肥配施＞單施有機(jī)肥＞單施化肥＞對照。培養(yǎng) 57 d后，各處理土壤有機(jī)碳累積礦化量為 555.0～980.3 mg/kg，以 M2NP、M1N 的累積量較高，為對照的 1.77 倍、1.73 倍。長期施肥栗褐土有機(jī)碳礦化率呈下降趨勢，以處理 M2NP 下降最明顯，與對照相比，降低了 6.3 個百分點。施肥處理土壤的潛在礦化勢均高于對照，M1N、M2NP 最高，為 923.7 mg/kg 和 926.4 mg/kg，較對照增加了 74.0% 和 74.5%。不同施肥處理均可明顯提升土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)速率，減少周轉(zhuǎn)時間，其中處理 M1NP、M2NP 效果最為明顯?！窘Y(jié)論】長期施用化肥、有機(jī)肥及有機(jī)無機(jī)肥配施可有效促進(jìn)栗褐土有機(jī)碳的積累，提高有機(jī)碳的礦化速率和周轉(zhuǎn)速率，降低有機(jī)碳的礦化率（累積礦化量占有機(jī)碳總量的比率），加強(qiáng)了土壤的固碳能力，以 M2NP 處理的效果更佳。

長期施肥；栗褐土；有機(jī)碳礦化

土壤有機(jī)碳是地球陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大、最活躍的碳庫，全球土壤有機(jī)碳庫儲量為 1200～2000 Pg，超過了植被與大氣有機(jī)碳儲量之和［1-2］。由于土壤有機(jī)碳儲量巨大，其微小幅度的變化都將影響到碳向大氣的排放，進(jìn)而影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和分布［3-4］。土壤有機(jī)碳礦化是土壤中重要的生物化學(xué)過程，與土壤養(yǎng)分的釋放、土壤質(zhì)量的保持以及溫室氣體的形成密切相關(guān)［5-7］，土壤有機(jī)碳的釋放是溫室氣體排放的重要碳源，而土壤有機(jī)碳固持對溫室氣體則起到碳匯的功能［8-9］，因此，全面了解土壤有機(jī)碳礦化的變化規(guī)律對科學(xué)管理土壤養(yǎng)分、控制全球變暖具有重要意義。

關(guān)于施肥對土壤有機(jī)碳礦化的影響，國內(nèi)學(xué)者已在黑土［10］、紅壤［11-12］、濕土［13］等土壤上已有較深入的研究。結(jié)果均表明施肥是影響土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化和累積的重要影響因素之一［14-16］，但受氣候、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(jī)碳礦化的影響在不同區(qū)域、不同土壤類型上存在差異［17-18］。王雪芬等［11］認(rèn)為長期施有機(jī)肥、有機(jī)無機(jī)肥配施以及平衡施肥（NPK）均可以顯著提高旱地紅壤土壤有機(jī)碳礦化速率、累積礦化量，加快有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)速率。劉麗等［19］卻發(fā)現(xiàn)平衡施肥（NPK）對黑土土壤累積礦化量無顯著影響。本研究依托 25年長期定位施肥試驗，探討長期施用不同肥料對栗褐土有機(jī)碳礦化的影響，為栗褐土有機(jī)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(jī)碳含量 3.27 g/kg、全氮 0.455 g/kg、全磷 1.23 g/kg、堿解氮 14.0 mg/kg、速效磷 2.85 mg/kg、速效鉀 87.0 mg/kg、pH 8.06、CaCO3含量為13.55%。種植作物從 1988年到 2008年為糜子和馬鈴薯兩種作物每年換茬輪作，從 2009年至今為玉米。

1.2試驗設(shè)計

試驗設(shè) 8 個處理：1）不施肥（CK）；2）單施氮肥（N）；3）氮磷肥合施（NP）；4）單施低量有機(jī)肥（M1）；5）低量有機(jī)肥與氮肥合施（M1N）；6）低量有機(jī)肥與氮磷肥合施（M1NP）；7）高量有機(jī)肥與氮肥合施（M2N）；8）高量有機(jī)肥與氮磷肥合施（M2NP）。供試化肥為尿素（N 46.0%），過磷酸鈣（P2O514.0%），有機(jī)肥使用當(dāng)?shù)厝Ψ剩琋 3.64 g/kg，含P2O52.46 g/kg（多年平均值）。氮肥用量為 N 120 kg/hm2，磷肥為P2O575 kg/hm2，不考慮有機(jī)肥中養(yǎng)分含量，低量有機(jī)肥 22500 kg/hm2，高量有機(jī)肥用量為 45000 kg/hm2。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。試驗設(shè)3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積 24 m2（4 m×6 m）。

1.3土壤樣品的采集

試驗于 2013年作物播種前按小區(qū)采集耕層（0—20 cm）土壤樣品，新鮮土樣挑去根草，于冰箱內(nèi)冷藏（4℃），用于土壤有機(jī)碳礦化的測定。

1.4測定方法

土壤有機(jī)碳含量：H2SO4—K2Cr2O7外加熱法［20］。

土壤有機(jī)碳礦化培養(yǎng)與測定：堿液吸收法測定［21-23］。稱取 100.0 g 新鮮土樣，調(diào)節(jié)含水量至田間持水量的 60%，均勻鋪于 1 L 廣口瓶底部，再將盛有 10 mL 0.1 mol/L NaOH 溶液吸收瓶懸置于廣口瓶中，密封廣口瓶，于 25℃ 恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)。在試驗開始后第 1、2、3、4、5、7、9、11、14、17、20、23、26、29、33、37、42、47、52、57 天時更換吸收瓶，吸收瓶中加入 1 mol/L BaCl2溶液 2 mL，加 1滴酚酞指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)酸（約 0.05 mol/L HCl）滴定至褪色，測得 NaOH 吸收的 CO2的量，同時用稱量法進(jìn)行土壤含水量的調(diào)整。

計算方法：

土壤有機(jī)碳礦化量（CO2mg/kg）=CHCl×（V0-V）×22×10

其中，CHCl為鹽酸濃度；V0為空白滴定值；V 為消耗鹽酸的體積。

土壤有機(jī)碳礦化速率 ［CO2mg/（kg · d）］=培養(yǎng)時間內(nèi)有機(jī)碳礦化量（CO2mg/kg）/培養(yǎng)天數(shù)。

累積礦化量（mg/kg）從培養(yǎng)開始到某一時間點土壤 CO2總釋放量。

累積礦化率到某一時間點的土壤累積礦化量占土壤總有機(jī)碳的百分比。

采用一級動力學(xué)方程 Ct=C0（1-e-kt）對土壤累積礦化的 CO2進(jìn)行擬合［12，24-25］，估測土壤活性有機(jī)碳庫周轉(zhuǎn)速率。其中，C0為土壤潛在有機(jī)碳礦化釋放CO2-C 量，或稱土壤有機(jī)碳潛在礦化勢；Ct為經(jīng)過 t時間后土壤累積釋放的 CO2-C 量；k 是生物活性有機(jī)碳庫的周轉(zhuǎn)速率。半周轉(zhuǎn)期 T1/2=ln2/k。

數(shù)據(jù)處理采用 Microsoft Excel2003、Origin7.0、DPS7.05 軟件。

2　結(jié)果與分析

2.1不同處理對土壤總有機(jī)碳（TOC）含量的影響

經(jīng)過連續(xù) 25年不同施肥處理后，栗褐土總有機(jī)碳含量產(chǎn)生了明顯差異（圖1）。與 CK 相比，高量有機(jī)肥與化肥配施（M2N、M2NP），總有機(jī)碳含量較對照分別增加了 121.1%、166.8%，低量有機(jī)肥與化肥配施（M1N、M1NP）分別提高了 78.8%、104%，均達(dá)到極顯著水平。單施化肥（N、NP）與單施有機(jī)肥（M1）處理土壤總有機(jī)碳含量相近，分別為 4.56、4.61和 4.68 g/kg，較 CK 提高了 55.8%、57.8%、60.3%，差異達(dá)到顯著水平。

圖1　不同處理土壤總有機(jī)碳含量Fig.1　Contents of TOC under different treatments

2.2不同處理土壤有機(jī)碳礦化速率

圖2顯示了不同處理土壤在室內(nèi)培養(yǎng)期間 CO2釋放速率的變化?？傮w來看，在培養(yǎng)第 1 d，各處理礦化速率均達(dá)到最大值，而后急劇下降，培養(yǎng)第 5 d僅為第 1 d 的 17.0%～26.3%。培養(yǎng) 5 d后，CO2產(chǎn)生速率緩慢，變化幅度較小，且隨培養(yǎng)時間的延長，不同處理 CO2產(chǎn)生速率趨于一致。培養(yǎng)期間不同處理土壤有機(jī)碳礦化速率隨培養(yǎng)時間的變化符合對數(shù)函數(shù)關(guān)系，相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平（表1）。

圖2　不同處理土壤有機(jī)碳礦化速率Fig.2　Mineralization rate of soil organic carbon under different treatments

表1　不同處理土壤有機(jī)碳礦化速率回歸方程Table 1　Equations of soil organic carbon mineralization rate

不同處理土壤有機(jī)碳礦化速率差異主要表現(xiàn)在培養(yǎng)前 3 d，以 4 個有機(jī)肥與化肥配施處理 M2NP、 M1NP、M2N、M1N 土壤礦化速率較高，依次為 147.8～36.4，145.9～44.6，134.6～47.1 和 130.9～45.5 mg/（kg · d），明顯高于其他處理。處理 M1土壤有機(jī)碳礦化速率為125.8～37.9 mg/（kg · d），顯著高于單施化肥處理和對照。單施化肥處理（N、NP）土壤礦化速率分別為111.7～29.5 mg/（kg · d），105.4～31.2 mg/（kg · d），與對照間差異達(dá)顯著水平。培養(yǎng) 5～17 d，CK 處理土壤有機(jī)碳礦化速率介于 10.9～14.25 mg/（kg · d）之間，顯著低于施肥處理，但各施肥處理之間差異未達(dá)到顯著水平。培養(yǎng) 20 d后，不同處理的土壤有機(jī)碳的礦化速率均在 15 mg/（kg · d）以下，差異不顯著。

2.3不同處理土壤有機(jī)碳累積礦化量

由圖3可以看出，不同處理土壤有機(jī)碳累積礦化量均隨著培養(yǎng)時間的延長呈上升趨勢，但有機(jī)碳累積釋放強(qiáng)度逐漸減緩。所有施肥處理均可顯著提高土壤有機(jī)碳的累積礦化量。與對照相比，N、NP處理累積礦化量分別提高了 40.3%、47.2%。M1、M2N、M1NP 處理土壤有機(jī)碳累積礦化量相近，在866.7～899.4 mg/kg 之間，較對照提高了 56.2%～62.1%。處理 M2NP、M1N 土壤有機(jī)碳礦化累積量較高，分別為 980.3、959.8 mg/kg，是對照的 1.77 倍、1.73 倍，不僅顯著高于對照，與其他處理間的差異也達(dá)到了顯著水平。

圖3　不同處理土壤有機(jī)碳累積礦化量Fig.3　Cumulative mineralization amounts of soil organic carbon under different treatments

培養(yǎng) 57 天后，不同施肥處理土壤有機(jī)碳累積礦化率如圖4所示。與不施肥相比，長期施肥土壤有機(jī)碳礦化率均有所降低，其中處理 M1NP、M2N、M2NP 降低幅度較大，分別降低了為 4.1、5.3 和 6.3個百分點。其次是 NP 處理，與對照相比減少了 2.1個百分點。處理 N、M1、M1N 土壤有機(jī)碳礦化率降低幅度較小，僅比對照降低了 0.4～0.8 個百分點。

圖4　培養(yǎng) 57 d 不同施肥處理土壤有機(jī)碳累積礦化率Fig.4　Cumulative mineralization rate of SOC during 57 days’ incubation

2.4不同處理土壤有機(jī)碳潛在礦化勢及周轉(zhuǎn)速率

表2顯示，不同處理土壤機(jī)碳礦化累積量與培養(yǎng)天數(shù)之間的一級動力學(xué)方程的擬合相關(guān)系數(shù)均達(dá)到了極顯著相關(guān)水平，表明該一級動力學(xué)方程可以較好地描述不同處理栗褐土有機(jī)碳的累積礦化量的變化動態(tài)?？傮w來看，不同施肥處理土壤有機(jī)碳的潛在礦化勢 C0值均顯著高于對照，其中，M1N、M2NP處理 CO2-C 潛在釋放量保持較高水平，為 923.7 mg/kg和 926.4 mg/kg，較對照增加了 74.0% 和 74.5%，且與其他處理間差異達(dá)到顯著水平；M1、M2N、M1NP處理次之，較對照分別提高了 56.7%、57.1%、58.3%。N 處理土壤潛在礦化勢 C0為 791.9 mg/kg，較不施肥處理增加了 49.2%，較 NP 增加了 6.9%。說明，施用化肥或有機(jī)肥均可以提高土壤有機(jī)碳潛在礦化勢，且以 M2NP、M1N 處理較為突出。不同施肥條件下土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)速率以及半周轉(zhuǎn)期也存在差異，周轉(zhuǎn)速率大小順序為有機(jī)肥與氮磷肥配施（M1NP、M2NP）＞氮磷肥配施（NP）＞有機(jī)肥與氮肥配施（M1N、M2N）＞單施氮肥＞施低量有機(jī)肥＞對照，半周轉(zhuǎn)期順序與之相反，表明長期施氮肥、磷肥、有機(jī)肥及有機(jī)無機(jī)肥配施均可明顯縮短土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)時間，加快周轉(zhuǎn)速率，且三種肥料配施效果（M1NP、M2NP）最為明顯。

表2　土壤潛在可釋放 CO2-C 庫的大小、周轉(zhuǎn)速率（K）和半周轉(zhuǎn)期（T1/2）Table 2　The pool of potential CO2-C production， turnover rate（K）and half-life time（T1/2）

3　討論

3.1土壤總有機(jī)碳含量

單施化肥對土壤總有機(jī)碳含量的作用研究結(jié)果存在著差異，即有提高也有降低，還可能保持不變［26-28］。25年栗鈣土長期定位試驗表明，長期單施化肥可有效提高栗褐土總有機(jī)碳含量，其效果接近于低量有機(jī)肥處理。其原因主要在于化肥可以促進(jìn)作物生長，提高作物生物量，增加作物根茬及根系分泌物歸還量，進(jìn)而提高土壤總有機(jī)碳含量［29］。本試驗結(jié)果還表明，有機(jī)肥與化肥配施是提高土壤有機(jī)碳含量的有效手段，因為有機(jī)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，另一方面有機(jī)肥直接向土壤提供了有機(jī)碳源［16］。

3.2土壤有機(jī)碳礦化速率及有機(jī)碳礦化量

土壤有機(jī)碳礦化所釋放的 CO2是通過土壤微生物分解而產(chǎn)生的，是土壤生物學(xué)活性的綜合體現(xiàn)［30］。土壤有機(jī)碳按分解的難易程度可分為活性和惰性有機(jī)碳庫，活性碳庫易分解而被優(yōu)先分解，礦化速率較快。惰性碳庫穩(wěn)定性高，很難分解，礦化速率較慢。本研究在培養(yǎng)試驗的第1天，栗褐土礦化速率最快，因為礦化初期土壤中存在易分解的糖類、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)，為微生物提供了豐富的養(yǎng)分，提高了微生物活性。之后，各處理土壤有機(jī)碳礦化速率變化呈對數(shù)函數(shù)變化，與陳濤等［9］的研究結(jié)果類似。

關(guān)于施用化肥對土壤有機(jī)碳礦化量的影響不同研究者的結(jié)果不盡一致。李英臣等［13］對濕地草甸土土壤礦化進(jìn)行研究提出，化肥的輸入對有機(jī)碳礦化速率有一定的抑制作用，降低了土壤有機(jī)碳累積礦化量，其原因是施用化肥將導(dǎo)致土壤酸化，從而降低了土壤生物活性，影響土壤有機(jī)碳礦化。于樹等［31］認(rèn)為，長期施用化肥不利于土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)形成，微生物生長環(huán)境變劣，導(dǎo)致土壤微生物量降低。相反，李夢雅等［12］的研究結(jié)果表明，長期施用化肥可增加土壤有機(jī)碳累積礦化量，胡誠等［32］的研究結(jié)果顯示，單施化肥可以增加土壤微生物量碳，配合有機(jī)物施用這種促進(jìn)作用更加明顯。這是因為在低肥力的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中施用化肥可以促進(jìn)植物和其它生物的生長，增加了作物的根系和根系分泌物，從而增加土壤中可用于礦化的活性有機(jī)碳的數(shù)量，促進(jìn)了土壤微生物的繁殖，提高了微生物生物量。本研究中，長期施用化肥的土壤有機(jī)碳累積礦化量較對照增加，其原因為：試驗土壤為石灰性土壤，土壤pH較高，肥力低，長期施氮肥和氮磷肥配施一方面提高了土壤養(yǎng)分，土壤物理性質(zhì)也得到改善，作物產(chǎn)量提高［33］，增加了土壤生物歸還量；另一方面，長期施用化肥土壤 pH 值略有降低，N 和 NP 處理的土壤 pH 值分別由對照的 8.17 下降為 8.09 和 7.99［34］更有利于微生物的生長繁殖，土壤微生物量增加［35］，促進(jìn)土壤有機(jī)碳的礦化。

本試驗結(jié)果還顯示，與不施肥相比，長期施化肥、有機(jī)肥雖然提高了土壤有機(jī)碳的礦化總量，但并沒有提高單位有機(jī)碳的礦化水平（即礦化率）。其中高量有機(jī)肥與氮磷肥配施處理，土壤有機(jī)碳礦化量為所有施肥處理中最高的，但單位有機(jī)碳礦化水平最低，表明長期施肥在提高土壤有機(jī)碳累積量的同時，不會提高有機(jī)碳的損失率，起到了固碳的作用，尤其是高量有機(jī)肥與氮磷肥配施處理，長期施肥使土壤有機(jī)碳礦化率降低的原因可能是：長期施用氮肥土壤無機(jī)氮含量增加，無機(jī)氮（NH4+、NO3-）可與木質(zhì)素殘體或酚類化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使有機(jī)質(zhì)具有較低的分解性［18］。另有研究報道，有機(jī)肥的膠結(jié)作用可以促進(jìn)團(tuán)聚體的形成［29］，一些顆粒有機(jī)碳，尤其是閉蓄態(tài)顆粒有機(jī)碳被團(tuán)聚體包裹其中，有機(jī)碳受到物理保護(hù)，避免微生物的接觸、降解，于建光等［36］指出顆粒有機(jī)碳可作為有機(jī)碳長期變化的累積性指標(biāo)。本試驗中 M2NP、M2N 處理由于連續(xù)多年高量有機(jī)肥和氮肥的投入，使土壤具有較高的顆粒有機(jī)碳含量和無機(jī)氮含量［37］，因而其積累的土壤有機(jī)碳分解性降低，礦化率較低。M2NP 較 M2N土壤有機(jī)碳礦化率更低的原因可能是由于微生物自身固定的碳量較高的緣故。

3.3土壤有機(jī)碳潛在礦化勢、有機(jī)碳周轉(zhuǎn)速率

李夢雅等［12］通過研究長期施肥對紅壤有機(jī)碳礦化的影響時得到，長期單施有機(jī)肥土壤中潛在礦化勢高于有機(jī)無機(jī)肥配施處理，且兩者的潛在礦化勢均顯著大于單施化肥處理及不施肥處理。但本試驗中有機(jī)無機(jī)肥配施處理效果與單施有機(jī)肥效果相似，處理 M2NP、M1N 甚至優(yōu)于單施有機(jī)肥處理，究其原因可能是：栗褐土的土壤有機(jī)質(zhì)含量低，礦質(zhì)養(yǎng)分含量具有缺氮、少磷、鉀豐富的特點。有機(jī)無機(jī)肥配施可以更好調(diào)節(jié)土壤 C/N，協(xié)調(diào)土壤微生物生命活動需要的養(yǎng)分和能量，促進(jìn)微生物的生長繁殖，處理 M2NP、M1N 中土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量顯著高于其他處理［35］，土壤微生物活性較強(qiáng)，因而，土壤有機(jī)碳潛在礦化勢能隨之增加。至于在施用低量有機(jī)肥條件下 M1N 有較高的土壤潛在礦化勢，而在施用高量有機(jī)肥條件下 M2NP 的土壤潛在礦化勢較高，這可能是因為磷也是土壤微生物的必需營養(yǎng)元素，當(dāng)微生物對土壤有機(jī)碳進(jìn)行分解時，同時需要吸收一部分磷，以滿足其生長繁殖的需要。李春越等［38］的研究發(fā)現(xiàn)，碳源多少對于微生物磷起著重要作用，低碳條件下，無機(jī)磷的加入對微生物磷的影響不大，在碳源充足的條件下，無機(jī)磷的加入微生物磷急劇上升。因此，栗褐土在高量有機(jī)肥投入時微生物生命活動需要的磷素增加，因而 M2NP 處理更有利于平衡微生物養(yǎng)分，促進(jìn)微生物生長繁殖，具有較高的土壤有機(jī)碳潛在礦化勢。

王雪芬等［11］報道長期施肥可以提高土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)速率，其中，有機(jī)無機(jī)肥配施及平衡施肥（NPK）處理效果明顯，本研究也得出了相似的結(jié)論，處理M1NP、M2NP、NP 對加速土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)作用較突出。在這 3 個處理中，磷肥起到了較明顯的作用，進(jìn)一步顯示了磷肥在栗褐土碳庫周轉(zhuǎn)中的積極作用。研究表明，磷作為是土壤微生物的必需營養(yǎng)元素，當(dāng)微生物對土壤有機(jī)碳進(jìn)行分解時，同時需要吸收一部分磷，以滿足其生長繁殖的需要。當(dāng)施入磷肥時土壤微生物代謝活力加強(qiáng)，土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)速率加快，周轉(zhuǎn)時間縮短。

4　結(jié)論

1）長期施用化肥、有機(jī)肥以及有機(jī)肥與化肥配施可顯著提高栗褐土總有機(jī)碳含量，其中有機(jī)肥與化肥配施尤其是高量有機(jī)肥與化肥配施效果更加明顯。

2）長期施肥均可提高栗褐土有機(jī)碳的礦化速率，其大小順序為：有機(jī)肥與化肥配施＞單施有機(jī)肥＞單施化肥＞對照，各處理礦化速率變化符合對數(shù)函數(shù)關(guān)系。

3）長期施肥均可以顯著提高土壤有機(jī)碳的累積礦化量、土壤潛在礦化勢，其中處理 M2NP、M1N 增加幅度較大。但長期施肥的土壤有機(jī)碳礦化率（累積礦化量占有機(jī)碳總量的比率）降低，有機(jī)碳損失率降低，土壤的固碳能力加強(qiáng)。各處理中尤以 M1NP、M2N、M2NP 效果明顯。

4）長期施肥可明顯提升土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)速率，減少周轉(zhuǎn)時間，其中以有機(jī)肥與氮磷肥配施效果最為明顯。

5）長期高量有機(jī)肥配合氮磷肥（M2NP）土壤具有較高的有機(jī)碳礦化周轉(zhuǎn)速率，較低的有機(jī)碳礦化率，既有利于提高栗褐土的保肥、供肥性能，又可加強(qiáng)土壤的固碳能力，可作為栗褐土碳庫管理的較好選擇。

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Effect of long-term fertilization on organic carbon mineralization of cinnamon soil

WANG Shuo-lin1，YANG Yan-ju2，WANG Gai-lan1*，ZHAO Xu1，CHEN Chun-yu1，HUANG Xue-fang3
（1 College of Resources and Environment， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， China；2 College of Geographical Sciences， Nanjing Normal University， Nanjing 210046， China；3 Institute of Dryland Farming， Shanxi Academy of Agricultural Sciences， Taiyuan 030031， China）

【Objectives】Mineralization of soil organic carbon is an essential process of biochemistry in soils，which is closely related to release of soil nutrients， maintenance of soil quality， and formation of greenhouse gases. This paper is to study the effects of different fertilizing treatments on dynamic changes of soil organic carbon mineralization rate and cumulative decomposition in Cinnamon soils for better managements of soil fertility， increasing carbon sinks and decreasing greenhouse gas emissions.【Methods】Since 1988， a fieldexperiment was conducted in 8 different fertilization treatments: no fertilizer（CK）， inorganic N（N， 120 kg/hm2），inorganic N and P（NP， P2O575 kg/hm2）， low amount of organic manure（M1， 22500 kg/hm2）， low amount of organic manure plus inorganic N（M1N）， low amount organic manure plus inorganic N and P（M1NP）， high amount organic manure plus inorganic N（M2N）and high amount organic manure plus inorganic N and P（M2NP）. Soil samples were collected at 0-20 cm depth before sowing in 2013. Carbon dioxide cumulative emission and mineralization rate were determined by incubation method. First-order kinetic model was used to calculate potential mineralization and turnover rates.【Results】 All the long-term fertilization treatments increased total organic carbon in the 0-20 cm depth of soil. The effects of manure combined with chemical fertilizer application， especially M2N and M2NP were more obvious than those in CK total organic C in M2N and M2NP was increased by 121.1% and 166.8%， respectively. The incubation results show that mineralization rates of soil organic carbon in all the treatments are the highest in the first day and then decreased rapidly. After 5 days incubation， the mineralization rate decrease slowdown. The changes of mineralization rates of soil organic carbon of all the treatment were in agreement with the logarithmic function relationship. Long-time fertilization enhanced the mineralization rates of soil organic carbon in the Cinnamon soils in the following order: manure with chemical fertilizer＞manure＞chemical fertilizer＞CK. The cumulative CO2during 57 days incubation period was in the range of 555.0-980.3 mg/kg. The M2NP and M1N had the highest amounts which were 1.77 and 1.73 fold higher than in CK， respectively. The percentage of cumulative CO2-C in TOC during the 57 days incubation period in all the fertilization treatments were lower than in comparing to CK. The M2NP treatment decreased the most with 6.3% lower than that in CK. The potential CO2-C evolved from the fertilization treatments were all higher than that from the CK， especially the M1N， and M2NP that produced 923.7 mg/kg and 926.4 mg/kg， which were 74.0% and 74.5% higher than CK. The fertilization treatment increased the turnover rate of soil organic carbon significantly and reduced the turnover time. Among the fertilization treatments， M1NP and M2NP showed strong impact on these.【Conclusions】Long-term application of chemical fertilizer， manure， and manure with chemical fertilizer can effectively increase the accumulation of organic carbon in Castano-cinnamon soils and increase organic carbon mineralization rate and turnover rate. However， the fertilization treatments reduce the cumulative mineralization rate（the ratio of accumulated mineralization amount to total organic carbon）， and enhance the soil carbon sequestration capacity. Among these treatments， application of 45000 kg/hm2manure， 120 kg/hm2and P2O575 kg/hm2shows the most significant impact.

long-term fertilization； cinnamon soil； organic carbon mineralization

S155.2+4； S158

A

1008-505X（2016）05-1278-08

2015-07-09接受日期：2015-11-20

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

E-mail：gailanwang@hotmail.com