多年紫云英-雙季稻下不同施肥水平對兩類水稻土有機質(zhì)及可溶性有機質(zhì)的影響

周國朋，曹衛(wèi)東，白金順，聶 軍，徐昌旭，曾鬧華，高嵩涓，王艷秋,6，志水勝好

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多年紫云英-雙季稻下不同施肥水平對兩類水稻土有機質(zhì)及可溶性有機質(zhì)的影響

周國朋1,2，曹衛(wèi)東1,3，白金順1，聶 軍4，徐昌旭5，曾鬧華1，高嵩涓1,2，王艷秋1,6，志水勝好7

（1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，中國北京100081；2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，中國北京100081；3青海大學(xué)/青海省農(nóng)林科學(xué)院土壤肥料研究所，中國西寧810016；4湖南省土壤肥料研究所，中國長沙410125；5內(nèi)蒙古師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，中國呼和浩特 010022；6江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所，中國南昌330200；7鹿兒島大學(xué)農(nóng)學(xué)部，鹿兒島，890-8580，日本）

【目的】綜合評價中國南方不同水稻土多年冬種紫云英配施化肥的培肥效應(yīng)。【方法】在湖南紫潮泥、江西黃泥田雙季稻區(qū)設(shè)置了連續(xù)7年的田間定位試驗，比較冬閑（CK）、紫云英（MV）、紫云英+40%化肥（MV+40F）、紫云英+60%化肥（MV+60F）、紫云英+80%化肥（MV+80F）、紫云英+全量100%化肥（MV+100F）、單施全量100%化肥（100F）共7個處理的稻田土壤有機質(zhì)（OM）、可溶性有機質(zhì)（DOM）含量及其光譜學(xué)特性?！窘Y(jié)果】湖南紫潮泥土壤OM和可溶性有機碳（DOC）含量、DOM的熒光吸光強度明顯高于江西黃泥田，可溶性有機氮（DON）含量、DOM的紫外-可見吸收峰值則相反。土壤OM在兩地均表現(xiàn)為MV處理顯著高于其他多數(shù)處理（黃泥田MV+100F處理除外）；同100F相比，MV+100F處理降低了湖南紫潮泥、但增加了江西黃泥田的土壤有機質(zhì)；而綠肥種植體系下隨著配施化肥量的增加，綠肥對兩類土壤OM的貢獻降低。種植綠肥配施80%—100%化肥，土壤DOC含量較100F高（黃泥田MV+100F除外），但單種綠肥（MV）以及綠肥配施40%—60%化肥對兩地土壤DOC影響不盡一致。單種植綠肥能夠降低兩類土壤DOC/SOC，其中，在江西黃泥田上顯著低于100F處理；兩類土壤上種植翻壓綠肥，隨著配施化肥量的增加，土壤DOC/SOC隨之增加（黃泥田MV+100F除外），表明配施化肥量越高其活化土壤碳庫的作用越強。種植綠肥較100F能夠有效降低土壤DON含量（黃泥田MV+100F處理除外），且在湖南紫潮泥上更為顯著。紫外-可見光譜分析發(fā)現(xiàn)，綠肥及綠肥配施40%—60%化肥下，兩類土壤DOM的紫外-可見吸收峰值較100F低，且E250/E365值隨配施化肥量的增加而降低，表明隨著配施化肥量的增加，土壤DOM分子量增大，分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。熒光光譜分析發(fā)現(xiàn)，兩類土壤可溶性有機質(zhì)均以類富里酸為主；與100F相比，單種綠肥（MV）以及綠肥配施化肥（黃泥田配施40%—60%化肥）能夠增加土壤DOM的熒光強度，降低DOM的腐殖化指數(shù)（HIX）?！窘Y(jié)論】種植紫云英能有效促進稻田土壤有機質(zhì)積累，配施化肥降低紫云英對土壤有機質(zhì)積累的貢獻。綠肥配施化肥能夠提高土壤碳庫活性，并且增加可溶性有機質(zhì)的分子量及腐殖化程度，進一步解釋了配施化肥降低紫云英對土壤碳庫貢獻。

紫云英；水稻；化肥；土壤有機質(zhì)；可溶性有機質(zhì)；光譜學(xué)特性

0 引言

【研究意義】水稻是中國的重要糧食作物之一，土壤培肥對水稻持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。紫云英（）作為一種主要的水田豆科綠肥，翻壓還田能夠促進土壤有機碳的積累；由于其自身具有生物固氮、活化土壤養(yǎng)分的作用，研究表明其可以替代20%—60%的無機肥[1]。土壤可溶性有機質(zhì)（dissolved organic matter，DOM）在土壤形成、養(yǎng)分遷移與釋放中起著重要作用，其動態(tài)變化能靈敏地反應(yīng)土壤有機碳的循環(huán)與平衡趨勢。有研究認為芳香化和腐殖化指數(shù)高的DOM更穩(wěn)定，生物可利用性低、容易被吸附，更有利于土壤有機質(zhì)的積累[2-3]，但來源于土壤有機質(zhì)活化降解的DOM增多意味著土壤有機質(zhì)穩(wěn)定性降低?！厩叭搜芯窟M展】長期定位試驗表明翻壓綠肥能夠培肥土壤，改善土壤理化特性，提高作物產(chǎn)量[4-6]。DOM作為土壤有機質(zhì)中較活躍的組分，其能夠迅速反映綠肥還田后的生產(chǎn)及生態(tài)效應(yīng)[7]。施用有機肥在短期內(nèi)能夠迅速提高土壤DOM含量，隨著施肥時間的延長DOM含量不斷減少，但始終高于無機肥處理[8-9]；而增施氮肥能夠增加土壤對碳的固持進而引起可溶性有機碳（dissolved organic carbon, DOC）含量下降[10]。隨著光譜學(xué)在農(nóng)業(yè)學(xué)科領(lǐng)域運用，更有較多科研工作者開始關(guān)注DOM的結(jié)構(gòu)分析，借此以探索土壤有機碳的轉(zhuǎn)化[11-12]?！颈狙芯壳腥朦c】施肥能夠引起土壤DOM含量及組分的變化[10]，但有關(guān)不同施肥水平對土壤DOM含量變化的研究較少；且對于土壤DOM結(jié)構(gòu)影響的研究多集中于室內(nèi)培養(yǎng)及施肥水平單一的田間試驗[13-14]，不同施肥水平對土壤DOM結(jié)構(gòu)的影響更鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究借助湖南、江西兩地區(qū)紫云英-雙季稻定位試驗，分析兩類水稻土有機質(zhì)與DOM含量、DOM組成以及紫外-可見、熒光光譜特征，了解多年綠肥利用下不同化肥水平對兩種水稻土的培肥效應(yīng)，為南方雙季稻區(qū)耕作及施肥方式提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)自然狀況

在湖南、江西兩地分別設(shè)置試驗。湖南試驗區(qū)位于湖南省南縣三仙湖鄉(xiāng)萬元橋村（北緯29°13′，東經(jīng)112°28′，海拔高度30 m），屬中亞熱帶到北亞熱帶的過渡區(qū)，季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫16.6℃，年平均降水量1 237.7 mm，年日照時間1 775.7 h。江西試驗區(qū)位于江西省豐城市張巷鎮(zhèn)范橋村（北緯28°07′，東經(jīng)115°56′，海拔高度25.4 m），屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫15.3—17.7℃，年平均降水量 1 552.1 mm，年日照時間1 935.7 h。兩地供試土壤性狀見表1。

表1 土壤基本性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)7個處理：（1）冬閑且不施化肥（CK）；（2）紫云英（MV）；（3）紫云英+40%化肥（MV+40F）；（4）紫云英+60%化肥（MV+60F）；（5）紫云英+80%化肥（MV+80F）；（6）紫云英+100%化肥（MV+100F）；（7）100%化肥（冬閑、當(dāng)?shù)貎?yōu)化推薦施肥量，100F）。小區(qū)面積20 m2，重復(fù)3次，隨機區(qū)組排列。

肥料施用：供試氮肥、磷肥和鉀肥分別為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。兩地早稻全量化肥用量一致（優(yōu)化推薦施肥量：N150 kg·hm-2、P2O575 kg·hm-2、K2O 120 kg·hm-2）；減施化肥處理按比例減少后施用，其中湖南只減量氮鉀肥，江西為氮磷鉀同時減量。施肥時，磷、鉀肥全部作基肥，氮肥按基肥﹕分蘗肥﹕穗肥=4﹕3﹕3分3次施用?；试诓逖砬? d施用，分蘗肥在移栽后5—7 d撒施；穗肥在主莖幼穗長1—2 cm時施用。紫云英播種量30 kg·hm-2，于每年9 月下旬采用稻底套播。紫云英翻壓前測定各小區(qū)鮮草產(chǎn)量，在早稻移栽前10—15 d 按22 500 kg·hm-2用量就地翻壓作綠肥，并將多余的紫云英移作他用。湖南晚稻除不翻壓紫云英外肥料施用量和施肥方法同早稻相同；江西晚稻同湖南晚稻施肥方法一致，但施肥量為N180 kg·hm-2、P2O575 kg·hm-2、K2O 150 kg·hm-2。在水稻整個生育期內(nèi)，各處理農(nóng)田管理措施完全一致。

湖南、江西均為連續(xù)7年（2008—2014年）種植翻壓紫云英。每年3月底播種早稻，4月中、下旬移栽。晚稻于6月中旬播種，7月中、下旬移栽。

1.3 樣品采集及項目測定

2014年11月4日、11月5日分別收獲江西、湖南晚稻并取樣，采集0—20 cm的耕層土，每小區(qū)隨機采5點，混勻后根據(jù)四分法取土壤樣品1 kg左右，分取一半放入冰箱4℃保存以提取土壤DOM與測定土壤含水量，另一半在室內(nèi)風(fēng)干，磨細過2 mm和0.25 mm篩以備分析之用。

土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定。DOM浸提：稱取60 g新鮮土樣，土水比1﹕2（鮮土重量（g）﹕液體體積（mL）），室溫下200 r/min振蕩5 h后，4℃、12 000 r/min離心15 min，并過0.45 μm濾膜，濾液4℃冷藏保存用于化學(xué)指標(biāo)及紫外-可見、熒光光譜的分析測定。DOM化學(xué)組成測定：采用TOC/N儀（德國耶拿multi N/C2100）測定DOC、可溶性總氮（total nitrogen，TN），連續(xù)流動分析儀（德國，SEAL AutoAnalyzer3）測定無機氮，DON為TN減去無機氮。DOM光譜分析：上述含DOM溶液調(diào)整DOM濃度至同一濃度（2 mg·L-1）進行光譜分析。紫外-可見光譜利用紫外-可見分光光度計（北京瑞利，UV2100）進行掃描，波長范圍190—400 nm，選取在253和365 nm波長處的吸光值進行分析。采用熒光分光光度計（天津港東，F(xiàn)-380）進行熒光光譜掃描，固定激發(fā)波長350 nm，發(fā)射光譜從370—600 nm進行掃描；利用發(fā)射波長在435—480 nm與300—345 nm波段內(nèi)的熒光強度積分值的比率（固定激發(fā)波長Ex=254 nm）計算DOM腐殖化指數(shù)（Humic index，HIX）[15]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SAS 8.1統(tǒng)計軟件進行方差分析，采用Origin Pro8.5作圖。

2 結(jié)果

2.1 多年翻壓綠肥配施不同用量化肥對土壤有機質(zhì)的影響

不同處理對2種類型水稻土土壤有機質(zhì)（OM）含量具有一定的影響（圖1），但因土壤類型的不同而表現(xiàn)出一定的差異：湖南紫潮泥土壤OM含量顯著高于江西黃泥田，但兩地均以MV處理的土壤OM最高。同100F相比，湖南紫潮泥MV處理土壤OM顯著增加了8.3 g·kg-1，增幅為17.1%；其余配施化肥處理與100F沒有統(tǒng)計性差異，但綠肥配施化肥各處理，隨著化肥量增加土壤OM呈現(xiàn)下降的趨勢。而在江西黃泥田上，MV顯著高100F 6.4 g·kg-1，增幅為18.6%，明顯大于湖南的增幅；此外，與湖南明顯不同的是，MV+100F有增加土壤OM的趨勢，而其余綠肥配施化肥處理同樣呈現(xiàn)與湖南一致的趨勢。

綜上，土壤OM在兩地均表現(xiàn)出MV處理顯著高于其他多數(shù)處理（黃泥田MV+100F處理除外）。同100F相比，MV+100F處理降低了湖南紫潮泥、但增加了江西黃泥田的OM?？梢娋G肥在OM較低的土壤上培肥效果更為明顯；且隨著化肥量的增加會降低綠肥對兩類土壤OM的貢獻。

2.2 多年翻壓綠肥配施不同用量化肥對土壤可溶性有機質(zhì)含量的影響

不同處理對兩種類型水稻土土壤可溶性有機質(zhì)（DOC）含量具有一定的影響（圖2），但因土壤類型的不同而表現(xiàn)出一定的差異。其中湖南紫潮泥土壤DOC平均高于江西黃泥田1倍以上，但兩地分別以MV+100F和MV+80F處理的土壤DOC最高。同100F相比，湖南紫潮泥上種植翻壓綠肥各處理土壤DOC含量較高，其中MV+100F、MV+80F、MV+40F達到顯著水平，且MV+100F處理較100F高61.5%。而在江西黃泥田上，綠肥及綠肥配施40%化肥較100F能顯著降低土壤DOC含量，這與湖南土壤明顯不同；與湖南類似，MV+80F能夠顯著提高土壤DOC含量，較100F高16.7%。整體上看，引入種植綠肥后，兩類土壤DOC含量均呈現(xiàn)隨著配施化肥量的增加而提高（江西MV+100F處理除外）。綜上，綠肥配施80%—100%化肥能夠顯著提高兩地土壤DOC含量（江西MV+100F除外），而綠肥配施40%—60%化肥在兩地表現(xiàn)差異較大，兩類土壤上種植綠肥后增加配施化肥量均有提高DOC含量的趨勢。

不同字母表示不同處理間在5%水平差異顯著；圖中CK、MV、MV+40F、 MV+60F、MV+80F、MV+100F、100F依次代表冬閑不施化肥、紫云英、紫云英+40%化肥、紫云英+60%化肥、紫云英+80%化肥、紫云英+100%化肥、100%化肥。下同

圖2 不同處理土壤DOM含量

土壤可溶性有機碳與總有機碳的比值（DOC/ SOC）顯示SOC的溶解能力，反映SOC的流失水平，與SOC的礦化量具有較好的正相關(guān)關(guān)系[14]。表2表明，湖南紫潮泥上MV+100F、MV+80F處理土壤DOC/SOC顯著高于100F；而綠肥配施化肥各處理，隨著化肥量增加土壤DOC/SOC呈現(xiàn)上升的趨勢。在江西黃泥田，同100F相比，單種綠肥及綠肥配施40%量化肥能夠顯著降低土壤DOC/SOC值；與湖南類似，MV處理DOC/SOC最低，且隨著配施化肥量的增加，土壤DOC/SOC（MV+100F處理除外）隨之增加。綜上，單獨種植綠肥（MV）能夠降低兩類土壤DOC/SOC，其中在江西黃泥田上顯著低于100F處理；兩類土壤上種植翻壓綠肥，隨著配施化肥量的增加土壤DOC/SOC隨之增加（江西MV+100F除外）。

與DOC不同，江西黃泥田上各處理土壤DON含量高于湖南紫潮泥，但兩地分別以100F和MV+100F處理的土壤DON最高（圖2）。在湖南紫潮泥，種植綠肥各處理土壤DON含量沒有顯著性差異；而在江西黃泥田，MV+100F處理較100F大幅增加了土壤DON含量，且綠肥種植體系下的其余各處理同樣有降低土壤DON的趨勢（較100F）。綜上，在兩類土壤上，綠肥引入種植體系后，能夠降低土壤DON含量（江西MV+100F除外），說明種植利用綠肥有可能減少土壤氮以有機分子形式損失，減少環(huán)境壓力。

表2 不同處理土壤DOC/SOC

同一行不同的字母表示不同處理間在5%水平差異顯著。圖中CK、MV、MV+40F、MV+60F、 MV+80F、MV+100F、100F依次代表冬閑不施化肥、紫云英、紫云英+40%化肥、紫云英+60%化肥、紫云英+80%化肥、紫云英+100%化肥、100%化肥。下同

Different letters within the same column indicated significant differences among treatments (＜0.05). Winter fallow (CK), 100% fertilizer rate (100F), pure incorporation of milk vetch (MV), and MV combined with different rates of fertilizer (MV+40F, MV+60F, MV+80F, MV+100F). The same below

2.3 多年翻壓綠肥配施不同用量化肥對土壤可溶性有機質(zhì)光學(xué)特性的影響

2.3.1 對土壤DOM紫外-可見光學(xué)特性的影響 DOM的紫外吸收主要與有機分子結(jié)構(gòu)中不飽和共扼雙鍵有關(guān)，其中DOM所含有的芳香族和不飽和共扼雙鍵結(jié)構(gòu)越多，單位物質(zhì)量的紫外吸收強度越高[15]。由圖3可知，江西黃泥田DOM的紫外-可見吸收峰值稍高于湖南紫潮泥，各處理土壤DOM的紫外-可見吸光值均隨著波長減少而增加，并都在波長200 nm附近有一個吸收峰，在260 nm左右有一吸收平臺。同一地區(qū)，各處理土壤DOM吸收峰值亦存在較大差異。在湖南，MV+100F和100F處理的紫外-可見吸收峰較高，各處理土壤DOM紫外-可見吸收峰高低順序依次為MV+100F＞100F＞MV+80F＞MV+60F＞MV＞CK＞MV+40F，其大小順序，大體與化肥的施用量一致，說明化肥的用量是影響土壤DOM結(jié)構(gòu)的主要因素。在江西，各處理吸收峰值高低順（100F＞MV+100F＞MV+80F＞CK＞MV+60F＞MV+40F＞MV）更能體現(xiàn)與化肥施用量的關(guān)系；且種植綠肥各處理土壤DOM的吸收峰值低于100F處理。綜上，化肥用量是影響土壤DOM結(jié)構(gòu)的主要因數(shù)，說明兩地區(qū)種植利用綠肥（湖南MV+100F除外）會降低土壤DOM分子中不飽和共軛雙鍵的含量。

圖3 不同處理土壤DOM紫外-可見光譜特征

由于土壤提取液中的硝態(tài)氮在203 nm波長處具有最大吸收峰值，將會干擾各處理DOM的真實吸收峰值[16]，通過紫外-可見吸收峰值直接判斷各處理DOM的結(jié)構(gòu)特性缺乏嚴(yán)謹性。本文另采用特征吸收比（E250/E365）進一步分析，紫外吸收比E250/E365值與有機質(zhì)腐殖化程度密切相關(guān)，其值越大，有機質(zhì)分子量越小[17]。由表3可知，在湖南紫潮泥上，MV、MV+40F處理的E250/E365顯著高于100F處理；綠肥配施化肥各處理土壤DOM的E250/E365值隨著配施化肥量的升高而降低。在江西黃泥田，MV處理的E250/E365值顯著高于100F處理，綠肥配施化肥各處理E250/E365值變化趨勢與湖南一致。

綜上，綠肥及綠肥配施40%—60%化肥較100F的土壤DOM分子不飽和共軛雙鍵的含量低；且在兩類土壤上均呈現(xiàn)出，隨配施化肥量的增加，土壤DOM分子量增大，腐殖化程度提高，分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。

表3 不同處理土壤DOM紫外-可見吸光值比（E250/E365）

2.3.2 對土壤DOM熒光特性的影響 熒光發(fā)射光譜圖通常表現(xiàn)為寬而無特征的熒光峰，是DOM中具有相似來源的一類基團總體熒光性質(zhì)的反應(yīng)，一般在相同條件下，待測有機物不飽和結(jié)構(gòu)（主要是含苯環(huán)類物質(zhì)）的多聚化或聯(lián)合程度越大，波峰強度越小[18]。由圖4可知，整體上看，湖南紫潮泥土壤DOM的熒光峰值要稍高于江西黃泥田，表明紫潮泥土壤DOM的多聚化或聯(lián)合程度較大；兩地土壤DOM熒光發(fā)射光譜均表現(xiàn)為寬而單一的熒光峰，最大波峰位置靠近Provenzano等[19]報道的土壤富里酸特征波峰（450—460 nm），且與占新華等[20]報道的波峰位置一致，表明土壤DOM主要由類富里酸物質(zhì)組成。而DOM熒光峰值對不同處理的響應(yīng)表明：湖南紫潮泥上種植綠肥各處理DOM熒光峰值較100F高；江西黃泥田上，MV+80F、MV+100F處理土壤DOM熒光峰值低于100F處理。同一地區(qū)不同處理土壤DOM熒光強度，均大致呈現(xiàn)出隨著配施化肥量的增加而降低。

與熒光發(fā)射光譜不同，腐殖化指數(shù)（HIX）能夠進一步量化DOM腐殖化程度，高HIX表明DOM腐殖化程度較高，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜[21-23]。在湖南紫潮泥上，土壤DOM的HIX以100F處理最高，顯著高于MV處理；種植綠肥各處理土壤DOM的HIX值差異不顯著，但土壤DOM的HIX表現(xiàn)出隨著配施化肥量的增加而提高的趨勢（表4）。在江西黃泥田上，土壤DOM的HIX以MV+100F處理最高，顯著高于種植綠肥下的其他各處理，而與100F沒有顯著性差異（表4）。

綜上可知，與冬閑推薦施肥（100F）相比，在兩類土壤上引入種植綠肥有降低土壤DOM腐殖化指數(shù)的趨勢（江西黃泥田MV+100F除外），且配施化肥量越低，效應(yīng)越顯著。

圖4 不同處理土壤DOM熒光發(fā)射光譜圖（固定激發(fā)波長350 nm）

表4 不同處理土壤DOM腐殖化指數(shù)

3 討論

3.1 綠肥配施化肥對稻田土壤有機質(zhì)的影響

長期翻壓綠肥對稻田土壤有機質(zhì)的影響，因綠肥種類、土壤類型、輪作方式等而異[4-5,24]。本研究的7年定位試驗表明，在湖南、江西兩類水稻土上單種綠肥（MV）土壤OM均高于冬閑推薦施肥（100F）處理，這與楊曾平[6]的28年長期定位試驗研究結(jié)果類似；而相同的綠肥翻壓量，對兩類土壤OM的貢獻不盡相同，主要表現(xiàn)為土壤OM含量低的土壤增幅大，這與李忠佩等[25]的研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，引入種植綠肥后，隨著配施化肥量的增加不利于土壤OM的積累，這與不同處理間種試作物的生物量建成以及投入物料的C/N比有關(guān)[26-28]。

地上部生物量建成需從土壤中汲取養(yǎng)分，建成生物量越高其消耗的土壤養(yǎng)分越多，而當(dāng)土壤無機養(yǎng)分供應(yīng)不足時，植物根系主動或被動分泌酸類物質(zhì)，進而促進土壤有機質(zhì)的礦化分解，釋放更多的養(yǎng)分被作物吸收利用[26]。而先前有關(guān)兩試驗地的報道表明，隨著配施化肥量的增加，早、晚稻的產(chǎn)量也隨之增加[29-30]，這正與本研究中不同處理土壤OM變化趨勢相反。綠肥翻壓還田，新鮮的有機成分迅速轉(zhuǎn)化，其轉(zhuǎn)化方向與其自身碳氮組成密切相關(guān)[6,27]。低質(zhì)量的有機物料，如高C/N比、高木質(zhì)素、高多酚類物質(zhì)對土壤OM的貢獻更大[28]，楊曾平[6]對連續(xù)28年翻壓3種綠肥的研究表明，長期翻壓油菜、黑麥和紫云英處理的土壤OM分別較冬閑高8.0%、6.7%和4.8%，其中翻壓黑麥和油菜處理（高C/N比）的土壤OM顯著高于翻壓紫云英（低C/N比）。而本研究發(fā)現(xiàn)，綠肥種植體系下，隨著配施化肥量的增加，兩類土壤OM隨之降低（黃泥田MV+100F處理除外），由于綠肥的C/N比較綠肥與化肥的混合物高，且隨著配施化肥量增加，混合物C/N比隨之減小，便更利于土壤微生物的利用并建成較大的微生物群落[4]，進而易引起“起爆效應(yīng)”從而造成土壤原OM的分解[31]，不利于碳庫的積累。江西黃泥田上，配施全量化肥（MV+100F）較單施化肥能夠顯著提高土壤OM含量，可能與該處理下形成較大的根茬量有關(guān)。

綜合兩地各處理的生產(chǎn)培肥效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，最利于土壤碳庫積累的處理與生產(chǎn)效益最佳的處理互相矛盾，兩地均以MV處理土壤OM最高，而在MV+80F與MV+100F處理下稻谷產(chǎn)量最大[29-30]。為進一步發(fā)掘和提升冬綠肥的生產(chǎn)培肥效應(yīng)，可嘗試化肥（氮肥）的時空錯位效應(yīng)，減少或避免豆科綠肥與氮肥同期翻壓還田，后茬作物基肥減少甚至不施氮肥，氮肥后移，降低正激發(fā)效應(yīng)帶來的風(fēng)險。

3.2 綠肥配施化肥對稻田土壤可溶性有機質(zhì)含量的影響

土壤可溶性有機質(zhì)作為植物直接或間接利用的碳源，其對作物具有一定的養(yǎng)分作用，有研究報道DOM還能促進水穩(wěn)性團聚體的形成, 促使被保護的有機碳含量增加[32]，但可溶性有機質(zhì)作為土壤活性物質(zhì)易溶于水移動，其同樣具有潛在生態(tài)威脅[33]。對比兩類土壤DOC含量發(fā)現(xiàn)，土壤有機質(zhì)較高的土壤DOC也高，這與盛浩等[34]在幾種亞熱帶水稻土上的研究結(jié)果一致。常單娜等[12]對翻壓3種綠肥的培養(yǎng)試驗研究發(fā)現(xiàn)，綠肥增加土壤DOC含量的能力與綠肥的C/N比成負相關(guān)。本研究同樣發(fā)現(xiàn)，混合翻壓物（綠肥與化肥配合）碳氮比越低，提高土壤DOC的能力越強（江西黃泥田MV+100F除外）。由于翻壓新鮮綠肥以及配施化肥能夠使土壤活性碳氮迅速增加，進而改變土壤微生物特征，加速土壤有機化合物的轉(zhuǎn)化和利用，引起微生物量、作物凋落物和根系分泌物增加，利于土壤DOC含量提升[4,9]。

DOC /SOC 常作為土壤有機碳活性的指標(biāo)，比值越大表示有機碳活性越大、質(zhì)量越高，越利于微生物分解利用。研究表明有機無機配施能夠顯著提高土壤DOC/SOC[35]。本研究發(fā)現(xiàn)，綠肥配施80%—100%化肥較100F顯著提高土壤DOC/SOC（江西黃泥田MV+100F處理除外），而配施40%—60%化肥對兩類土壤DOC/SOC的影響不盡一致，表明氮素的施用水平是造成處理間差異的主要原因。Sinsabaugh等[36]研究發(fā)現(xiàn)，森林系統(tǒng)施用氮肥后，土壤DOC含量顯著提高，推測原因是氮肥施入后氧化酶活性降低所致。而McDowell等[37]推測森林土壤施氮肥會刺激微生物對DOC的消耗，降解新近凋落物、根系分泌物及微生物產(chǎn)物，造成各研究結(jié)果不一致。

與DOC相比，江西黃泥田DON含量較湖南紫潮泥高，這與江西晚稻較大施肥量有關(guān)，有關(guān)研究表明土壤DON含量隨氮肥的施用量增加而增加[38]。本研究發(fā)現(xiàn)，同100F相比，種植綠肥能夠降低兩類土壤DON含量（除江西MV+100F外），其中湖南各處理達顯著水平。由于大量翻壓綠肥短時期內(nèi)提升了土壤C/N比（兩類土壤C/N為8.1—8.5），而土壤C/N比的增加會提高土壤對活性氮的固定潛能[27]，進而造成種植綠肥下的各處理（江西MV+100F除外）土壤DON較單施化肥（100F）低。綠肥配施全量化肥（MV+100F）使黃泥田土壤DON含量提高，這與張宏威等[39]報道結(jié)果一致，其原因可能是較高的化肥與有機肥投入量突破土壤環(huán)境容量值，促使該投入量的情況下，迅速積累。

3.3 綠肥配施化肥對稻田土壤可溶性有機質(zhì)光學(xué)特性的影響

光學(xué)分析干擾因素較多，如溫度、酸堿度，色度等，都將會影響各光譜參數(shù)的靈敏程度。本試驗所涉及兩類水稻土理化性質(zhì)截然不同，對DOM提取液光譜分析時的干擾因素也較難一致，單一光譜指標(biāo)較難全面地表征DOM的特征信息，因此，本研究采取兩種光譜分析方法綜合運用。

有關(guān)研究表明，氮肥能明顯增加土壤DOM中類腐植酸和類富里酸的含量，氮肥與不同肥料配施通過對可溶性有機質(zhì)中的類腐殖酸有機物、類富里酸有機物、類色氨酸蛋白質(zhì)以及類酪氨酸蛋白質(zhì)等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響，引起DOM腐殖化程度的差異[40]。本研究發(fā)現(xiàn)綠肥種植體系下，隨著配施化肥量的增加，土壤DOM的腐殖化程度隨之增加（表3和表4），若折合為氮素投入量，這與常單娜等[41]報道的結(jié)果一致。綜合兩類光譜分析發(fā)現(xiàn)，兩類土壤DOM的腐殖化程度與化肥的投入量有密切的聯(lián)系，較大的化肥投入量促使土壤DOM結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。

DOM結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，表明不易被微生物利用，但不代表更利于土壤有機質(zhì)的積累，這還與DOM的來源有關(guān)[42]。趙滿興等[43]對幾種黃土區(qū)土壤的培養(yǎng)試驗發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)過程中土壤有機質(zhì)不斷降低，土壤DOM的HIX值增加，其認為與隨著培養(yǎng)過程的進行，土壤DOM中易降解的組分發(fā)生分解，而較難分解組分含量的比例相對增加有關(guān)。本研究中，隨著配施化肥量的增加土壤DOM的腐殖化程度增加的同時含量也在增加，這與結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的土壤有機質(zhì)活化降解有關(guān)。

綜合各處理對土壤有機質(zhì)、土壤活性有機質(zhì)含量以及土壤活性有機質(zhì)光學(xué)特性的影響發(fā)現(xiàn)，三者存在間接的關(guān)聯(lián)性：配施化肥量的增加促使土壤中穩(wěn)定性較高的有機質(zhì)活化降解，導(dǎo)致各處理土壤DOM含量升高，而土壤活性有機質(zhì)含量越高土壤有機質(zhì)的損失風(fēng)險愈大，以至于化肥配施量越高越不利于土壤有機質(zhì)積累（江西MV+100F除外），且來源于土壤穩(wěn)定有機質(zhì)的DOM具有較高的腐殖化程度，但三者之間存在的關(guān)聯(lián)性還需進一步研究證明。

4 結(jié)論

種植紫云英能有效促進稻田土壤有機質(zhì)積累，配施化肥降低紫云英對土壤有機質(zhì)積累的貢獻。綠肥配施化肥能夠提高土壤碳庫活性及可溶性有機質(zhì)的分子量和腐殖化程度。土壤碳庫活性提高增加了土壤碳庫損失的風(fēng)險，而本試驗中，可溶性有機質(zhì)分子量及腐殖化程度的提高表明土壤中穩(wěn)定性較高的有機質(zhì)的活化降解，進一步解釋了配施化肥降低紫云英對土壤碳庫貢獻。

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（責(zé)任編輯 李莉）

Effects of different fertilization levels on soil organic matter and dissolved organic matter in two paddy soils after multi-years’ rotation of Chinese milk vetch and double-Cropping rice

ZHOU Guo-peng1,2, CAO Wei-dong1,3, BAI Jin-shun1, NIE jun4, XU Chang-xu5, ZENG Nao-hua1, GAO Song-juan1,2, WANG Yan-qiu1,6,Shimizu Katsuyoshi7

(1Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences /Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China;2Graduate School, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;3Soil and Fertilizer Institute, Qinghai Academy of Agricultural and Forestry Sciences/Qinghai University, Xining 810016, China;4Soil and Fertilizer Institute of Hunan Province, Changsha 410125, China;5Institute of Life Science and Technology, Inner Mongolia Normal University, Hohhot 010022, China;6Institute of Soil & Fertilizer and Resource & Environment, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China;7Faculty of Agriculture, Kagoshima University, Kagoshima, 890-0065, Japan)

【Objective】The objective of this study was to evaluate the integrative effects of Chinese milk vetch in corporation and its combination with different rates of fertilizer on soil fertilityof paddy field in Southern China. 【Method】Soil samples were collected from the 6-7 years’ experiments located in Hunan (purple alluvial soil, PA soil) and Jiangxi (yellow clayey soil, YC soil). Seven treatments were designed: winter fallow (CK), 100% fertilizer rate (100F), sole incorporation of milk vetch (MV), and MV combined with different rates of fertilizer (MV+40F, MV+60F, MV+80F, MV+100F). The soil organic matter (OM), dissolved organic matter (DOM) and their spectroscopy characteristics were investigated.【Result】The OM content, dissolved organic carbon (DOC) content and DOM’s fluorescence intensity were significantly higher in the PA soil than those in the YC soil, but the content of dissolved organic nitrogen (DON) and the UV-Vis absorption peaks of DOM appeared opposite trends. The OM content of MVtreatment was higher than those in other treatments in both the two soils, except for MV+100F in the YC soil. Compared with 100F, MV+100F reduced the OM content in the PAsoil, while increased it in the YC soil. The accumulation of OM tended to decrease with the increase of fertilizer application after the MV being incorporated. The DOC content was increased in MV+80F and MV+100F treated soil (except for MV+100F in YC soil) when compared to 100F, while the MV, MV+40F and MV+60F treatments showed different effects in the two soils. The MV treatment increased the DOC/SOC ratio in two types of soils, and the ratio was significantly lower than 100F’s in YC soil. The DOC/SOC ratio tended to increase with the increase of fertilizer application after the MV being incorporated (except for MV+100F YC soil), it showed that combination with more fertilizer would be more beneficial to activation of the soil carbon pool. The MV treatment had lower DON content than 100F (except for MV+100F YC soil), especially in the PAsoil. The UV-Vis spectrometric analysis indicated that the UV-Vis absorption peak of DOM in the treatments of green manure and its combination with 40%-60% fertilizer was lower than that in 100F treatment, and the E250/E365 value decreased with the increase of fertilizer addition, it indicated that DOM had the higher molecular weight and more stable molecular structure with the increase of fertilizer application. The fluorescence spectrometric analysis indicated thatthe fulvic-like humic was the main component of DOM in the two types of soils.Higher fluorescence intensity of DOM than 100F was found in most treatments with MV except for MV+80F and MV+100F in the YC soil, while the humic index was reduced.【Conclusion】OM content was improved by the green manure incorporation, green manure combination with fertilizer could reduce MV’scontribution to OM.After the green manure incorporated, the activity of soil carbon pool and DOM’s humic index increased with the increase of fertilizer, and these could be the reasons why green manure combination with fertilizer reduced MV’s contribution to OM.

; rice; chemical fertilizer; soil organic matter; dissolved organic matter; spectroscopy characteristics

2016-04-11；接受日期：2016-06-01

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201103005）、英國牛頓基金（BB/N013484/1）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程

聯(lián)系方式：周國朋，E-mail：zhouguopeng29@163.com。通信作者曹衛(wèi)東，E-mail：caoweidong@caas.cn