長(zhǎng)期施肥棕壤團(tuán)聚體分布及其碳氮含量變化

蘇慧清，韓曉日，楊勁峰，羅培宇，戴健，楊明超，何蕊

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部東北玉米營(yíng)養(yǎng)與施肥科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站/土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，遼寧沈陽(yáng)110866）

長(zhǎng)期施肥棕壤團(tuán)聚體分布及其碳氮含量變化

蘇慧清，韓曉日*，楊勁峰，羅培宇，戴健，楊明超，何蕊

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部東北玉米營(yíng)養(yǎng)與施肥科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站/土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，遼寧沈陽(yáng)110866）

【目的】探究玉米–玉米–大豆輪作體系不同施肥處理對(duì)土壤團(tuán)聚體分布及其有機(jī)碳、全氮的影響，以期深入了解施肥對(duì)土壤培肥、改善土壤結(jié)構(gòu)的機(jī)制?！痉椒ā窟x取不施肥(CK)，化肥(NPK)，低量有機(jī)肥(M1)，低量有機(jī)肥與化肥配施(M1NPK)，高量有機(jī)肥(M2)，高量有機(jī)肥與化肥配施(M2NPK)6個(gè)處理。采集棕壤37年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)微區(qū)不同施肥處理的0—20cm和20—40cm土樣，分析其水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>1mm、1～0.5mm、0.5～0.25mm、0.25～0.053mm及<0.053mm)分布及其有機(jī)碳、全氮分配特征?！窘Y(jié)果】棕壤長(zhǎng)期施肥對(duì)團(tuán)聚體分布及其碳氮的影響0—20cm大于20—40cm，隨土層深度的增加，有機(jī)碳(SOC)、全氮(TN)含量減少。各處理團(tuán)聚體及碳、氮在團(tuán)聚體中的分配主要在黏粉粒中(40%以上)。與CK相比，NPK處理顯著提高了黏粉粒的含量，降低大團(tuán)聚體與微團(tuán)聚體含量，顯著增加黏粉粒儲(chǔ)碳比例；M1、M2處理顯著增加>1mm團(tuán)聚體數(shù)量及其SOC含量，顯著增加>0.25mm各粒級(jí)團(tuán)聚體的儲(chǔ)碳比例，且M2處理顯著高于M1處理；M1NPK、M2NPK處理也顯著增加>1mm團(tuán)聚體數(shù)量及其SOC含量，M1NPK與M2NPK處理在NPK處理的基礎(chǔ)上依次增加0.5～0.25mm(M1NPK)、1～0.5mm及>1mm團(tuán)聚體的儲(chǔ)碳比例，M2NPK處理>0.25mm團(tuán)聚體儲(chǔ)碳比例最高，土壤團(tuán)聚體全氮的變化趨勢(shì)與有機(jī)碳類(lèi)似?！窘Y(jié)論】棕壤連續(xù)有機(jī)無(wú)機(jī)配合施用可顯著增加土壤大團(tuán)聚體數(shù)量、SOC、TN含量及其儲(chǔ)碳、氮比例，是提高土壤質(zhì)量、改善土壤結(jié)構(gòu)的有效施肥措施。

棕壤；長(zhǎng)期施肥；團(tuán)聚體分布；有機(jī)碳；全氮

土壤團(tuán)聚體組成與有機(jī)質(zhì)含量是表征土壤結(jié)構(gòu)狀況和肥力水平的重要指標(biāo)。土壤團(tuán)聚體是土壤的重要組成部分，參與土壤多個(gè)物理化學(xué)過(guò)程[1]，其數(shù)量和質(zhì)量直接影響土壤理化性質(zhì)和肥力高低[2]。土壤有機(jī)碳是土壤養(yǎng)分循環(huán)及營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)的核心物質(zhì)，對(duì)增強(qiáng)土壤顆粒團(tuán)聚性、促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成具有重要作用[3–5]。研究不同施肥處理對(duì)土壤團(tuán)聚體組成及其有機(jī)碳、全氮含量與分配比例的影響，可為闡明土壤有機(jī)碳及養(yǎng)分的循環(huán)和轉(zhuǎn)化供應(yīng)機(jī)制，揭示施肥條件下土壤肥力形成和變化規(guī)律提供參考。不少學(xué)者通過(guò)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究了施肥對(duì)團(tuán)聚體分布及其有機(jī)碳、氮的影響，發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥或有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可顯著增加大團(tuán)聚體的含量[6]及土壤全層有機(jī)碳庫(kù)，有機(jī)碳主要向>0.25mm的團(tuán)聚體富集[2,7–9]。研究發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳和全氮主要儲(chǔ)存于<0.25mm的微團(tuán)聚體[10]中，約70%的有機(jī)碳儲(chǔ)存在<0.053mm團(tuán)聚體中[11]，0.25～0.053mm微團(tuán)聚體含量不受施肥影響[12]。施有機(jī)肥并沒(méi)有顯著提高各粒級(jí)團(tuán)聚體中氮的含量[13]。顯然施肥對(duì)不同團(tuán)聚體中有機(jī)碳、氮含量的影響并不一致，這些差異可能與施肥水平、施肥歷史、作物體系、土壤性質(zhì)以及氣候差異有關(guān)。棕壤是我國(guó)東北地區(qū)的主要耕作土壤，主要輪作方式是一年一熟制玉米–玉米–大豆輪作。長(zhǎng)期施用有機(jī)肥和化肥對(duì)棕壤團(tuán)聚體形成及不同粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳、氮含量影響的研究較少。

研究長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)棕壤團(tuán)聚體分布、團(tuán)聚體各粒級(jí)中有機(jī)碳、全氮含量，及其在團(tuán)聚體中的分配比例的影響，為培肥和改良土壤提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)后山科研基地(北緯40°48′，東經(jīng)123°33′)，屬于溫帶濕潤(rùn)–半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫7.0～8.1℃，10℃以上積溫3300～3400℃，無(wú)霜期140～180天。5～9月平均氣溫20.7℃，適于玉米、大豆等大多數(shù)農(nóng)作物的生長(zhǎng)。該地區(qū)春季降雨少，6～8月雨量充沛，作物生長(zhǎng)季(4～9月)降雨量平均547mm。試驗(yàn)地土壤為發(fā)育于黃土母質(zhì)的典型棕壤，1979年試驗(yàn)前土壤基本理化性狀：有機(jī)質(zhì)15.90g/kg、全氮0.80g/kg、全磷0.38 g/kg、全鉀21.1g/kg、堿解氮105.5mg/kg、有效磷6.5mg/kg、速效鉀97.9mg/kg、土壤pH6.5(土水比1∶2.5)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

棕壤肥料長(zhǎng)期定位田間試驗(yàn)始于1979年，共28個(gè)處理組合，作物輪作方式為玉米–玉米–大豆，1994年因修高速公路，將田間試驗(yàn)改為微區(qū)試驗(yàn)，微區(qū)面積為2m2。本研究選用微區(qū)2014～2015年(玉米)試驗(yàn)的6個(gè)處理：不施肥(CK)；單施化肥(NPK)；低量有機(jī)肥(M1)；低量有機(jī)肥與化肥配施(M1NPK)；高量有機(jī)肥(M2)；高量有機(jī)肥與化肥配施(M2NPK)。

試驗(yàn)用肥料：氮肥為尿素，磷肥為過(guò)磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀，有機(jī)肥為豬廄肥，其不同年份有機(jī)質(zhì)平均含量為119.6g/kg，全N為5.6g/kg，P2O5為8.3g/kg，K2O為10.9g/kg。每年施肥量：低量有機(jī)肥(M1)為13.5t/hm2，高量有機(jī)肥(M2)為27t/hm2；所有處理玉米季施肥量為氮(N)120kg/hm2，磷(P2O5)60kg/hm2，鉀(K2O)60kg/hm2；大豆季施肥量為氮(N)30kg/hm2，磷(P2O5)90kg/hm2，鉀(K2O)90 kg/hm2。所有肥料播前一次性施入，施肥方式為撒施，后翻入20cm土層。大豆和玉米均無(wú)灌溉，生育期間進(jìn)行常規(guī)田間管理，收獲時(shí)作物地上部分全部移走。

1.3 土壤樣品采集與測(cè)定

2015年(玉米)收獲后，用直徑為5cm、高度為5cm的環(huán)刀，分別采0—20cm，20—40cm土層的原狀土，每區(qū)取三點(diǎn)。將采集后的原狀土在室內(nèi)沿其自然結(jié)構(gòu)輕輕掰成小土塊，過(guò)10mm篩，自然風(fēng)干。

水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分級(jí)測(cè)定采用濕篩法[14–15]：將不同孔徑的篩子按孔徑大小依次按順序排好(2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.053mm5個(gè)篩子，大孔徑在上，小孔徑在下)，四分法取50g風(fēng)干原狀土置于套篩的最大孔徑篩上，然后將套篩放于裝有自來(lái)水的桶中，水不可漫過(guò)最大孔徑篩的邊緣，靜置5min后，振幅4cm，頻率30r/min，上下震動(dòng)5min，重復(fù)三次，震后取下篩子，并將各篩上的土壤洗出，分別轉(zhuǎn)入已知重量的燒杯中，56℃鼓風(fēng)干燥箱烘干，放入干燥器中，冷卻后稱(chēng)重，因2mm篩上的土壤約90%為石礫，所以將其與1mm篩上的土壤混合，即得到>1mm、1～0.5mm、0.5～0.25mm、0.25～0.053mm、<0.053mm的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量。將>0.25mm團(tuán)聚體稱(chēng)為大團(tuán)聚體，0.25～0.053mm為微團(tuán)聚體，<0.053mm為黏粉粒。土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳(SOC)、全氮(TN)采用元素分析儀(Elementar III,Germany)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用邱莉萍[16]的計(jì)算方法計(jì)算各粒級(jí)團(tuán)聚體SOC、TN的貢獻(xiàn)率：

團(tuán)聚體的貢獻(xiàn)率(%)=[該粒級(jí)團(tuán)聚體養(yǎng)分含量(g/kg)×該粒級(jí)團(tuán)聚體含量(%)/土壤養(yǎng)分含量]×100

采用EXCEL2016，2007處理數(shù)據(jù)并制圖，SPSS19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)期不同施肥對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量分布的影響

長(zhǎng)期不同施肥改變了團(tuán)聚體的分布，且對(duì)0—20 cm的影響大于20—40cm。如圖1所示，0—20cm土層，CK處理各粒級(jí)團(tuán)聚體含量大小依次為>1mm (2.1%)、1～0.5mm(9.9%)、0.5～0.25mm(23.0%)、0.25～0.053mm(12.6%)和<0.053mm(52.7%)。與CK相比，施有機(jī)肥顯著提高>1mm團(tuán)聚體的含量，顯著降低了0.25～0.053mm團(tuán)聚體含量(除M2NPK處理)；NPK處理顯著降低了1～0.053mm團(tuán)聚體含量，增加了粘粉粒含量。與NPK處理相比，施有機(jī)肥不僅增加了>1mm團(tuán)聚體含量還增加了1～0.5mm團(tuán)聚體含量，除M2NPK處理降低粘粉粒含量外，其他處理差異不顯著。與M1處理相比，M1NPK處理各粒級(jí)團(tuán)聚體含量無(wú)明顯差異，M2、M2NPK處理增加了1～0.25mm團(tuán)聚體含量，M2NPK處理增加了微團(tuán)聚體含量，減少黏粉粒含量。20—40cm土層，與CK相比，NPK處理顯著降低了1～0.5mm、0.25～0.053mm團(tuán)聚體含量，對(duì)其他粒級(jí)影響不明顯；M1、M2處理顯著增加了>1mm團(tuán)聚體含量，增幅分別為32.6%和46.2%，M1處理降低了1～0.5mm團(tuán)聚體含量而M2處理顯著降低了0.25～0.053mm團(tuán)聚體含量；M1NPK、M2NPK處理顯著增加了>1mm團(tuán)聚體含量，分別增加28.6%和38.1%，降低了0.25～0.053mm團(tuán)聚體含量，分別降低32.6%和40.5%，同時(shí)，M1NPK處理降低了1～0.5mm團(tuán)聚體含量，其他粒級(jí)與CK差異不顯著。

圖1 不同施肥處理土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量分布Fig. 1 The quantity and vertical distribution of waterstable aggregates in different fertilizer treatments

2.2 長(zhǎng)期不同施肥對(duì)各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量影響

長(zhǎng)期不同施肥顯著影響各土層水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)碳(SOC)含量(表1)，且團(tuán)聚體中的SOC含量與土壤中的SOC含量有差異(表2)，各處理土壤SOC含量大致與0.5～0.25mm團(tuán)聚體相近。SOC含量均隨土層深度的增加有降低的趨勢(shì)。就不同大小團(tuán)聚體而言，同一處理SOC含量均隨粒級(jí)減小而降低，即>1mm最高，<0.053mm最低。

在0—20cm土層，CK團(tuán)聚體SOC含量隨粒級(jí)減小，分別為15.67、10.36、10.36、8.68、8.32g/kg，NPK處理與CK相比團(tuán)聚體SOC含量除1～0.5mm和微團(tuán)聚體外增加不顯著，增幅為8.4%～52.2%(除0.5～0.25mm有微量減少外)；M1、M2、M1NPK、M2NPK處理顯著高于CK，增幅分別為41.7%～127.8%、61.9%～179.0%、26.0%～104.0%和62.0%～179.0%；且M2NPK處理顯著高于M1NPK處理，M2處理比M1處理雖有些粒級(jí)差異不顯著，但大體呈增加趨勢(shì)；與NPK處理相比，M1、M2、M1NPK、M2NPK處理團(tuán)聚體SOC含量同樣顯著增加了30.7%～60.5%、48.1%～92.4%、8.8%～87.9%和49.3%～97.1%。與M1處理相比，M1NPK處理除<0.053mm增加外其他粒級(jí)SOC均減少；M2與M2NPK處理除1～0.5mm外差異不顯著。

20—40cm土層，各處理團(tuán)聚體SOC含量變化趨勢(shì)與0—20cm土層類(lèi)似，總體上CK與NPK處理，M1與M1NPK處理，和M2與M2NPK處理組間差異顯著，且SOC含量依次增加，組內(nèi)處理間差異不顯著(除個(gè)別幾個(gè)不符外)。M1、M2處理顯著高于CK，增幅分別為41.7%～127.8%和61.9%～179%，且M2處理顯著高于M1處理(除0.5～0.25mm差異不顯著)；M1NPK、M2NPK處理團(tuán)聚體SOC含量顯著高于CK，且M2NPK處理顯著高于M1NPK處理；與M1處理相比M1NPK處理SOC有下降趨勢(shì)，而M2處理與M2NPK處理無(wú)顯著差異。

表1 不同處理各粒級(jí)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)碳含量 (g/kg)Table 1 Organic carbon contents of each size of water-stable aggregates in 0–20 and 20–40 cm soil layers under different fertilization regimes

2.3 長(zhǎng)期不同施肥對(duì)不同粒級(jí)團(tuán)聚體全氮含量的影響

長(zhǎng)期不同施肥顯著影響土壤團(tuán)聚體各粒級(jí)全氮含量(表3)，且土壤全氮含量在1～0.25mm兩個(gè)粒級(jí)團(tuán)聚體附近(表2)。與SOC類(lèi)似，全氮隨土層深度增加有逐漸減小的趨勢(shì)，相同處理全氮均隨粒級(jí)減小而降低，即>1mm最高，<0.053mm最低。

0—20cm土層，與CK相比，NPK處理全氮增加不顯著(除1～0.5mm、0.25～0.053mm顯著增加外)；M1、M2處理全氮顯著增加，增幅分別為42.4%～116.5%和77.2%～216.5%，且M2處理顯著高于M1處理(除1～0.5mm外)；M1NPK、M2NPK處理全氮含量也顯著增加，增幅為39.1%～140%和78.3%～169.7%，且M2NPK處理顯著高于M1NPK處理；與M1處理相比，M1NPK處理全氮減小，前三個(gè)粒級(jí)差異顯著，后兩個(gè)粒級(jí)不顯著；M2處理與M2NPK處理差異不顯著。20—40cm土層，與CK相比，NPK處理全氮差異不顯著，M1、M2處理顯著增加，增幅為18.8%～46.0%和47.5%～81.0%，且M2處理顯著高于M1處理；M1NPK、M2NPK處理全氮含量也顯著增加，增幅為18.8%～46.0%和48.9%～92.0%，且M2NPK處理顯著高于M1NPK處理；M1處理與M1NPK處理差異不顯著；與M2處理相比，M2NPK處理除兩個(gè)粒級(jí)全氮有所增加外其他粒級(jí)差異不顯著。

表2 不同施肥處理土壤有機(jī)碳 (SOC)、全氮 (TN) 含量Table 2 Organic carbon and total nitrogen contents in soil layers under various long-term fertilization regimes

表3 不同處理各粒級(jí)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體中全氮含量 (g/kg)Table 3 Total nitrogen contents in each size of water-stable aggregates under the long-term fertilization

2.4 長(zhǎng)期不同施肥對(duì)團(tuán)聚體各粒級(jí) SOC 分配比例的影響

長(zhǎng)期不同施肥在一定程度上改變了土壤SOC在團(tuán)聚體中的分配比例(圖2)，且對(duì)0—20cm土層的影響較大，主要分布在<0.053mm團(tuán)聚體中，>1mm團(tuán)聚體中SOC分配比例最低。

在0—20cm土層，與CK相比，NPK處理顯著提高了<0.053mm團(tuán)聚體SOC分配比例，由55%提高到72%，顯著降低了1～0.5mm團(tuán)聚體SOC分配比例，其他粒級(jí)團(tuán)聚體與CK無(wú)顯著差異；M1處理顯著提高>0.5mm團(tuán)聚體SOC分配比例，其他粒級(jí)該比例與CK相似；而M2處理顯著提高了>0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體SOC分配比例，且該處理中>1 mm、1～0.5mm團(tuán)聚體SOC分配比例較M1處理分別提高4.4%和3.2%；M1NPK處理較CK顯著降低1～0.5mm團(tuán)聚體SOC分配比例，而M2NPK處理顯著提高了該粒級(jí)團(tuán)聚體SOC分配比例，且>1mm與0.5～0.25mm團(tuán)聚體SOC分配比例也顯著提高，分別提高了5.1%、5.6%和13.1%，其他粒級(jí)團(tuán)聚體SOC分配比例與CK差異不顯著。與NPK處理相比，M1NPK處理僅顯著提高0.5～0.25mm團(tuán)聚體SOC分配比例，M2NPK處理顯著提高前三個(gè)粒級(jí)團(tuán)聚體SOC分配比例，顯著降低<0.053mm團(tuán)聚體SOC分配比例；M2NPK處理較M1NPK處理顯著提高>0.25mm三個(gè)粒級(jí)團(tuán)聚體SOC分配比例，顯著降低<0.053mm團(tuán)聚體SOC分配比例。

在20—40cm土層，長(zhǎng)期不同施肥均顯著提高> 1mm團(tuán)聚體SOC分配比例，除NPK處理顯著降低了1～0.5mm團(tuán)聚體SOC分配比例外，其他處理均與CK無(wú)顯著差異。

圖2 不同施肥處理 0—20 和 20—40 cm 土層土壤有機(jī)碳、全氮在水穩(wěn)性團(tuán)聚體中的分配比例Fig. 2 Partitioning proportions of soil organic carbon (SOC) and total N (TN) in water-stable aggregates in 0–20 cm and 20–40 cm soil layers under different treatments

2.5 長(zhǎng)期不同施肥對(duì)團(tuán)聚體各粒級(jí)全氮分配比例的影響

長(zhǎng)期不同施肥對(duì)團(tuán)聚體中全氮分配比例的影響與SOC類(lèi)似，如圖2所示，不同土層全氮仍主要分布在<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體。

在0—20cm土層，與CK相比，NPK處理顯著降低>0.25mm團(tuán)聚體全氮分配比例，顯著提高< 0.053mm團(tuán)聚體全氮分配比例，其他粒級(jí)團(tuán)聚體全氮分配比例與CK無(wú)顯著差異；單施有機(jī)肥顯著提高>0.5mm團(tuán)聚體全氮分配比例，M1處理提高5.6%，M2處理提高9.2%，且M2處理處理顯著高于M1處理；有機(jī)無(wú)機(jī)配施與CK相比，M1NPK處理顯著提高>1mm與0.25～0.053mm團(tuán)聚體全氮分配比例，提高1.8%與7.2%；M2NPK處理顯著提高了> 0.5mm團(tuán)聚體全氮分配比例，分別提高了5.5%和3.7%，且在M1NPK處理的基礎(chǔ)上，增施有機(jī)肥(M2NPK)處理也顯著提高該兩個(gè)粒級(jí)全氮分配比例，同時(shí)降低0.25～0.053mm團(tuán)聚體全氮分配比例。

在20—40cm土層，與CK相比，NPK處理顯著降低>0.5mm團(tuán)聚體全氮分配比例；長(zhǎng)期施有機(jī)肥顯著增加>1mm團(tuán)聚體全氮分配比例，M2顯著提高了>0.25mm團(tuán)聚體TN分配比例。

3 討論

本研究表明，同一土層團(tuán)聚體主要分布在黏粉粒中(40%以上)，這在胡陽(yáng)等、杜立宇等的研究中得到驗(yàn)證[14,17–19]，但安婷婷等2007年的研究結(jié)果不同[20]，其團(tuán)聚體主要分布在微團(tuán)聚體中(60%～70%)，可能與連年種植作物導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)退化有關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)含量降低會(huì)使直徑較大的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的百分含量降低[21–22]，本研究中NPK處理顯著減少了大團(tuán)聚體與微團(tuán)聚體的含量，團(tuán)聚體向< 0.053mm團(tuán)聚體集中，冷延慧等[23]在對(duì)施肥20年后棕壤團(tuán)聚體分布及碳儲(chǔ)量變化的研究中也得出相同結(jié)論。施糞肥和秸稈能增加大團(tuán)聚體含量，并提高團(tuán)聚體的穩(wěn)定性[24–26]，本研究與CK和NPK處理相比，M1、M2與M1NPK、M2NPK處理顯著提高>1mm團(tuán)聚體的數(shù)量，且隨有機(jī)質(zhì)輸入的增加，大團(tuán)聚體含量也逐漸增加。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，0—20cm土層團(tuán)聚體SOC含量明顯高于20—40cm土層，這與多數(shù)研究結(jié)果一致[2,15]，這可能是由于肥料主要施于0—20cm。因此，施肥對(duì)團(tuán)聚體SOC的影響也呈0—20cm大于20—40cm的趨勢(shì)。另外，隨團(tuán)聚體粒徑的減小，SOC含量逐漸降低，SOC在>0.25mm的各粒級(jí)團(tuán)聚體中含量最高，占65%以上，陳曉芬等[3]發(fā)現(xiàn)各施肥處理SOC在2～1mm團(tuán)聚體中的含量最高。Cheshire[27]對(duì)土壤多糖與水穩(wěn)性團(tuán)聚體做了較深入的研究后指出，團(tuán)聚作用與土壤有機(jī)質(zhì)之間的關(guān)系實(shí)際上是團(tuán)聚作用與土壤多糖之間的關(guān)系。所以這可能是由于土壤有機(jī)質(zhì)中松散狀膠結(jié)物質(zhì)[28]或多糖與土壤較小顆粒發(fā)生團(tuán)聚作用形成了較大粒徑的團(tuán)聚體，因而大粒級(jí)團(tuán)聚體中SOC含量較多。與CK相比，NPK處理SOC含量無(wú)明顯變化，而M1、M1NPK及M2、M2NPK處理均顯著提高了團(tuán)聚體中SOC的含量，這與郭菊花等[7]研究水稻土團(tuán)聚體長(zhǎng)期施肥試驗(yàn)中NPK處理對(duì)團(tuán)聚體SOC含量沒(méi)有影響而NPK+ OM處理顯著增加團(tuán)聚體SOC含量的結(jié)果一致。李輝信等[2]也觀察到紅壤性水稻土長(zhǎng)期施氮磷鉀，團(tuán)聚體SOC含量較CK無(wú)顯著差異。表土中近90%的土壤SOC位于團(tuán)聚體內(nèi)[29]，而外源有機(jī)質(zhì)的輸入增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，有機(jī)質(zhì)中的膠結(jié)物質(zhì)與土壤顆粒形成團(tuán)聚體[30]，繼而增加了團(tuán)聚體中SOC的含量，這一觀點(diǎn)解釋了施有機(jī)肥顯著增加團(tuán)聚體中SOC含量的現(xiàn)象。劉中良等[31]對(duì)不同有機(jī)廄肥輸入量對(duì)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量影響的結(jié)果表明，團(tuán)聚體有機(jī)碳含量隨有機(jī)廄肥輸入量的增加而不斷增加，本研究的結(jié)果與其相符。與M1處理相比，M1NPK處理SOC含量降低，而與M2處理相比M2NPK處理SOC含量增加，這可能是由于土壤養(yǎng)分的供給促進(jìn)了微生物對(duì)有機(jī)碳的部分降解導(dǎo)致[32]。

棕壤SOC主要貯存在<0.053mm的黏粉粒中，分配比例占40%以上，這與該粒級(jí)團(tuán)聚體百分含量較高有關(guān)[33]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與CK相比，NPK處理顯著增加了<0.053mm團(tuán)聚體SOC分配比例，降低了1～0.5mm團(tuán)聚體SOC分配比例，而M1NPK與M2NPK處理在NPK處理的基礎(chǔ)上依次不斷增加0.5～0.25mm(M1NPK)、1～0.5mm及>1mm團(tuán)聚體SOC分配比例，且M2NPK中>0.25mm團(tuán)聚體儲(chǔ)碳比例最高，達(dá)49.72%。M1在CK基礎(chǔ)上同時(shí)增加了以上三個(gè)粒級(jí)團(tuán)聚體SOC分配比例，M2處理又顯著高于M1處理，說(shuō)明隨有機(jī)質(zhì)輸入團(tuán)聚體的儲(chǔ)碳比例逐漸向大團(tuán)聚體靠攏，這與閆穎等[34]的長(zhǎng)期施用有機(jī)肥砂粒級(jí)有機(jī)碳和氮的富集系數(shù)升高的結(jié)果一致，與陳曉芬等[3]在紅壤水稻土上施用有機(jī)肥提高了>0.25mm團(tuán)聚體有機(jī)碳對(duì)全土的貢獻(xiàn)率，達(dá)45%～63%的結(jié)果相近。另外，團(tuán)聚體碳、氮的相關(guān)性顯示二者存在極顯著正相關(guān)，表明土壤團(tuán)聚體TN的變化趨勢(shì)與SOC類(lèi)似。本研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期不同施肥其微團(tuán)聚體(0.25～0.053mm)SOC的儲(chǔ)存比例幾乎無(wú)變化，而其原因尚不清楚，且輸入的有機(jī)肥增加了SOC中的哪一組份從而增加了在團(tuán)聚體中的儲(chǔ)存比例也不明確，有待進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

棕壤長(zhǎng)期不同施肥對(duì)團(tuán)聚體分布及其碳氮的影響0—20cm大于20—40cm，隨土層深度的增加大團(tuán)聚體含量降低，黏粉粒含量增加，有機(jī)碳、全氮含量減少。長(zhǎng)期施用氮磷鉀化肥顯著提高了黏粉粒的含量及SOC分配比例，對(duì)有機(jī)碳、全氮含量無(wú)明顯影響；M1、M2處理增加了>1mm團(tuán)聚體數(shù)量及其SOC含量和>0.25mm各粒級(jí)團(tuán)聚體SOC分配比例，并且隨著有機(jī)肥輸入的增加，M2處理相對(duì)M1處理有顯著促進(jìn)作用；M1NPK、M2NPK處理同樣增加了>1mm團(tuán)聚體數(shù)量及其SOC含量，M1NPK與M2NPK處理在NPK處理的基礎(chǔ)上依次不斷增加0.5～0.25mm(M1NPK)、1～0.5mm及>1mm團(tuán)聚體儲(chǔ)碳貢獻(xiàn)率，M2NPK處理>0.25mm團(tuán)聚體儲(chǔ)碳比例最高。在施用化肥的基礎(chǔ)上配施高量有機(jī)肥可大幅度提高土壤大團(tuán)聚體的數(shù)量、SOC、TN含量及其儲(chǔ)碳、儲(chǔ)氮比例，這是土壤質(zhì)量提高與結(jié)構(gòu)改善的體現(xiàn)，是培肥與改良土壤的重要特征。

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Effect of long-term fertilization on distribution of aggregates and organic carbon and total nitrogen contents in a brown soil

SU Hui-qing,HAN Xiao-ri*,YANG Jin-feng,LUO Pei-yu,DAI Jian,YANG Ming-chao,HE Rui
(College of Land and Environment, Shenyang Agricultural University/Station of North-east Corn Nutrition and Fertilizer Science, Ministry of Agriculture/National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources, Shenyang 110866, China)

【Objectives】The purpose of this study was to investigate effects of different fertilization treatments on soil aggregate distribution,organic carbon and total nitrogen in maize–maize–soybean rotation system,and to gain insight into the mechanism of soil fertility improvement and soil structure.【Methods】The treatments were as follows:the control(CK),chemical fertilizer(NPK),low-level organic manure(M1),lowlevel organic fertilizer and chemical fertilizer(M1NPK),high-level organic manure(M2),and high-level organic fertilizer and chemical fertilizer(M2NPK).The soil samples at0–20cm and20–40cm soil layers were analyzed to understand the characteristics for their water-stable aggregates(>1mm,1–0.5mm,0.5–0.25mm, 0.25–0.053mm and<0.053mm),the contents of SOC and TN and partitioning proportions of SOC and TN.【Results】The effects of the long-term fertilization on aggregates distribution,carbon and nitrogen in brown soil at the0–20cm layer were greater than those at the20–40cm layer,and the contents of soil organic carbon (SOC)and total nitrogen(TN)decreased with soil depth increasing.The distribution of aggregates,and carbonand nitrogen in agglomerates were mainly in the clay particles(above40%).Compared with CK,NPK significantly increased the content of clay particles,decreased the contents of macro-aggregates and microaggregates significantly.M1and M2significantly increased the contents of>1mm aggregates and SOC,and carbon storage in>0.25mm aggregates.Compared with NPK,the carbon storage ratios of M1NPK and M2NPK were increased in the order of0.5–0.25mm(M1NPK),1–0.5mm and>1mm aggregates.The proportion of carbon storage of>0.25mm aggregates in the M2NPK was the highest,and that of total nitrogen was similar to that of organic carbon.【Conclusions】Continuous organic and inorganic combinations of brown soil can significantly increase the amount of large aggregates,SOC,TN content and its carbon and nitrogen ratio,it is an effective fertilization measure to improve soil quality and soil structure.

brown soil;long-term fertilization;distribution of aggregates;organic carbon;total nitrogen

2016–12–30接受日期：2017–04–14

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31471940）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAD08B04，2013BAD07B03）資助。

蘇慧清（1990—），女，內(nèi)蒙古包頭人，碩士研究生，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與土壤肥力研究工作。

E-mail：m15086702190@163.com。*通信作者E-mail：hanxiaori@163.com