長施馬糞對暗棕壤團聚體腐殖質數(shù)量和質量的影響*

關 松 竇 森，2? 馬麗娜，3 溫曉輝 周 鑫 劉金華王 研 徐雅婧

（1 吉林農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點實驗室，長春 130118）

（2 土壤與農業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室，中國科學院南京土壤研究所，南京 210008）

（3 中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所，長春 130102）

（4 黑龍江省農業(yè)科學院黑河分院，黑龍江黑河 164300）

（5 吉林農業(yè)大學工程技術學院，長春 130118）

長施馬糞對暗棕壤團聚體腐殖質數(shù)量和質量的影響*

關 松1竇 森1，2?馬麗娜1，3溫曉輝1周 鑫4劉金華1王 研5徐雅婧1

（1 吉林農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點實驗室，長春 130118）

（2 土壤與農業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室，中國科學院南京土壤研究所，南京 210008）

（3 中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所，長春 130102）

（4 黑龍江省農業(yè)科學院黑河分院，黑龍江黑河 164300）

（5 吉林農業(yè)大學工程技術學院，長春 130118）

運用元素和紅外光譜分析研究了暗棕壤長期施用馬糞（每3年施肥1次）、施低量化肥和馬糞配施高量化肥對水穩(wěn)性大團聚體（＞2 mm和2～0.25 mm）、微團聚體（0.25～0.053 mm）和粉/黏粒粒級（＜0.053 mm）中腐殖物質－胡敏酸（HA）的分布及其結構特征的影響，探討施肥對農田土壤肥力的貢獻及其團聚體的固碳機制。施用馬糞和馬糞配施高量化肥分別提高（49.06%）和降低（31.04%）了2～0.25 mm 大團聚體比例，3種施肥措施均提高了土壤有機碳（SOC）數(shù)量，但對土壤HA數(shù)量影響不顯著。不同施肥措施對不同粒級團聚體中HA的分子結構特征影響不同，3種施肥措施均降低了2～0.25 mm大團聚體HA的縮合度，芳香性增加；微團聚體HA縮合度降低，脂族性增強；施用馬糞提高了粉/黏粒HA的縮合度和脂族性，馬糞配施高量化肥提高了粉/黏粒HA的縮合度和芳香性，施用低量化肥，粉/黏粒HA縮合度下降，芳香性提高。因此，長施馬糞提高了土壤SOC數(shù)量，促進2～0.25 mm大團聚體的形成，大團聚體中HA的穩(wěn)定性提高，利于土壤固碳，而0.25～0.053 mm微團聚體和＜0.053 mm 粉/黏粒HA的活性增強，利于土壤肥力供給，這些團聚體是評估長施馬糞對腐殖質質量產生影響的重要粒級。

馬糞；胡敏酸；團聚體；傅里葉變換紅外光譜；元素分析

土壤有機碳（SOC）的數(shù)量和化學組成受管理與施肥措施影響，傳統(tǒng)土壤耕作下密集的種植引起SOC的礦化和退化，而減少耕作、施有機肥和植物殘體還田會提高SOC的數(shù)量和質量。施入土壤的有機物料大部分被微生物分解，部分未被徹底分解成CO2的輸入C通過腐殖化過程被轉化成腐殖物質［1］。SOC大約占全球土壤C的62%，其中至少有50%的SOC是腐殖物質，由難分解的化學成分構成，根據(jù)可提取腐殖物質在不同pH條件下的溶解度不同常被分組為富里酸和胡敏酸（HA）［2］。與富里酸相比，HA分子結構復雜，分子量較大，芳化度較高，富含脂肪族與芳香族的結構，能抗微生物分解［1］，在SOC固定、養(yǎng)分貯蓄和土壤結構的保持方面具有重要作用。

SOC被保護而免于分解是通過4個機制：（1）吸附在黏土上（化學保護），（2）進入團聚體內（物理保護），（3）轉移和儲存在地下，尤其是B層，（4）經(jīng)過生物化學的轉化產物（如：腐殖物質）能夠抗微生物分解（生物化學保護）［3］。土壤團聚體是土壤的基本結構單位，有機質是團聚體形成的重要有機膠結物質［4］，由于具有不同孔隙數(shù)量和大小的團聚體微觀結構的復雜性，減少了微生物可利用的基質、胞外酶和氧氣，通過物理性保護有利于SOC的穩(wěn)定與積累［5］。除了有機質被閉蓄在團聚體內得到物理保護外，有機質通過化學吸附到黏粒礦物表面以及有機質與礦物之間的多價陽離子橋的連接而使SOC穩(wěn)定［6］。此外，土壤團聚體也是SOC通過生物化學轉化機制形成腐殖物質的場所，腐殖物質富含各種官能團并與礦物表面相互作用，能抗微生物分解，是主要的固碳物質［7］。腐殖物質只有被禁錮在團聚體中，才能保持其持久性；反過來，由腐殖物質參與形成的團聚體會變得更加穩(wěn)定，這可能是土壤固碳的最重要機制［8］。

土壤施用豬、牛等糞肥在增加SOC數(shù)量、養(yǎng)分有效性等方面的優(yōu)越性已是眾所周知［9-11］，豬糞有機質和N含量較高，碳氮比較小，易分解，牛糞有機質含量與豬糞相近，但低于馬糞，其他養(yǎng)分含量接近馬糞［12］，屬遲效性肥料。而馬糞的有機質和N、P、K養(yǎng)分含量均較高，施用馬糞能增加養(yǎng)分有效性，養(yǎng)分淋濾相對減少［12-14］，腐殖物質的芳香性增強［15］。從植物營養(yǎng)角度出發(fā)，馬糞是很有價值的資源，可作為肥料和土壤改良劑應用在農業(yè)土壤中［12］。結合土壤固碳機制，Brunetti等［16］和Mao等［17］研究了施用豬、牛糞土壤腐殖物質的化學組成變化，發(fā)現(xiàn)HA分子結構的芳香-C減少，甲氧基-C增加，富含非極性烷基化合物；朱姝等［18］和崔婷婷等［19］曾對施入玉米秸稈土壤及其團聚體中SOC以及腐殖質的數(shù)量及其結構特征展開了研究，但關于施用糞肥對土壤團聚體中SOC及其腐殖物質的數(shù)量和質量影響研究較少。

土壤施用有機肥后，測定腐殖物質的數(shù)量和性質常被認為是評價土壤有機質質量、熟化度和穩(wěn)定性的良好指標［15］，而SOC的穩(wěn)定機制是與其化學結構組成以及團聚體的保護機制密切相關的［1］。本文通過元素組成和紅外光譜分析研究了長期施用馬糞、馬糞配施高量化肥對暗棕壤團聚體中腐殖物質－HA的數(shù)量及其結構特征的影響，探討暗棕壤施用馬糞后不同粒徑團聚體的固碳機制及其對農田土壤肥力的貢獻。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

長期定位試驗于黑龍江省黑河市農業(yè)科學院土壤肥料基地進行。研究區(qū)處于北緯47°42′至51°03′，東經(jīng)124°45′ 至129°18′ 之間，屬高緯寒地。作物生育5—9月期間氣溫較高，晝夜溫差大，降雨集中，降雨量為350～450 mm，占全年降雨總量的75%，日照時數(shù)2 562～2 677 h，日照時間充足，有效積溫可達1 950～2 300 ℃，可以滿足春小麥和大豆生長發(fā)育的要求。土壤類型為暗棕壤，相當于美國土壤系統(tǒng)分類的暗沃冷涼濕潤雛形土（Humiccryepts）。1979年試驗開始時0～20 cm土壤有機質42.2 g kg-1，全氮2.23 g kg-1，全磷1.66 g kg-1，水解氮55.9 mg kg-1，速效磷8.10 mg kg-1，速效鉀55.5 mg kg-1，pH 6.12，土壤質地為黏壤土［20］。2011年10月采樣時，0～20 cm未施肥對照土壤有機質34.5 g kg-1，全氮2.20 g kg-1，全磷0.42 g kg-1，pH 5.70。

1.2 試驗設計

1.3 團聚體分級

團聚體分級采用濕篩法［21］，稱取風干土樣50 g，置于孔徑分別為2、0.25和0.053 mm 組成的機械自動振蕩套篩的最上層（篩子直徑：18 cm），于室溫下蒸餾水浸潤5 min，以30 次 min-1速度在蒸餾水中振蕩2 min，上下振幅為3 cm，將篩上的團聚體沖洗到燒杯中，獲得＞ 2 和 2～0.25 mm大團聚體，0.25～0.053 mm微團聚體。＜0.053 mm粉/黏粒粒級需在桶內沉降72 h，虹吸棄去上清液后，將團聚體轉移至燒杯中。所獲各級團聚體，于50℃條件下烘干，稱重。

1.4 胡敏酸提取與純化

HA提?。ㄓ糜诙浚悍Q取某一粒級團聚體土壤，加入蒸餾水（土∶水=1∶10）70℃恒溫振蕩、離心、過濾，除去水浮物，再加入0.1 mol L-1NaOH + Na4P2O7（土∶液=1∶10），70℃恒溫振蕩1 h，離心、過濾，得到可提取腐殖物質（上清液），用0.5 mol L-1H2SO4調節(jié)pH為1.0～1.5，70℃下保溫1～2 h，靜置24 h，過濾，沉淀為HA，用溫熱的0.05 mol L-1NaOH溶解HA后，液體HA含碳量采用TOC-V CPH測定。

HA提取與純化（用于定性）：稱取某一粒級團聚體土壤，加入蒸餾水振蕩過濾除去水浮物，加入0.1 mol L-1NaOH+Na4P2O7（土∶液=1∶10），常溫下振蕩1 h，靜置24 h，將提取液用虹吸法吸出。用2.5 mol L-1的HCl調節(jié)提取液至pH=1.5，70℃下保溫1～2 h，靜置24 h，離心，離心管中的殘渣用0.1 mol L-1NaOH溶解，得到溶液即HA。將HA高速離心去除黏粒，轉入電滲析儀純化，然后通過旋轉蒸發(fā)（50～60 ℃）濃縮后，用ALPHA 1-4/2-4冷凍干燥機凍干，制得HA純樣品，用于HA的紅外光譜及元素分析。

1.5 樣品分析與測定

全土及團聚體內HA純樣品的C、H、N含量采用德國VARIO EL-Ⅲ型元素分析儀測定，應用CHN模式，O含量采用差減法計算。

傅里葉變換紅外光譜（FTIR）采用KBr壓片法測定（美國NICOLET EZ360紅外光譜儀）。將待測HA純化樣品經(jīng)紅外燈干燥后，粉碎研磨＜2 μm，與KBr粉末以1∶200的比例，在瑪瑙研缽中混磨后壓片。掃描范圍4 000～400 cm-1，分辨率4 cm-1，32次掃描重復，掃描間隔為2 cm-1。峰面積計算使用Omnic Version 8.0 軟件包。

1.6 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 17.0軟件進行數(shù)據(jù)分析處理，團聚體比例、SOC和HAC含量差異顯著性分析采用單因素方差分析LSD方法進行5 %水平的差異顯著性分析。

2 結 果

2.1 暗棕壤團聚體組成和有機質數(shù)量

根據(jù)圖 1，各處理土壤團聚體組成中，均以0.25～0.053 mm微團聚體為主（44.21%～57.88%），為優(yōu)勢粒級。＞2 mm 團聚體所占比例極少（0.12%～2.11%）。與CK相比，馬糞處理（M）2～0.25 mm大團聚體含量較CK高49.06%，0.25～0.053 mm微團聚體和＜0.053 mm粉/黏粒含量分別較CK低 13.55%和28.95%。馬糞配施高量化肥處理（M+N2P2）2～0.25 mm大團聚體含量較CK低31.04%，0.25～0.053 mm微團聚體較CK高13.18%。施用低量化肥（N1P1）對暗棕壤團聚體組成無影響。

圖1 土壤團聚體組成Fig. 1 Soil aggregates composition

圖2 土壤團聚體中有機碳和胡敏酸碳含量Fig. 2 Contens of soil organic carbon and humic acid carbon in soil aggregates

由圖2可知，與CK相比，M、N1P1和M+N2P2處理全土SOC較CK分別高出18.51%、18.66%和8.64%，差異顯著（p＜0.05），施肥（無論是有機肥還是化肥）增加了土壤SOC數(shù)量，但對于土壤HA數(shù)量沒有產生影響。不同粒級團聚體相比，各處理均表現(xiàn)為：SOC和HA含量在＞2 mm大團聚體中最高，在0.25～0.053 mm微團聚體中最少（圖2）。不同處理之間相比，M+N2P2處理＞2 mm大團聚體中SOC和HA含量高于其他處理，M、N1P1和M+N2P2處理中0.25～0.053和＜0.053 mm粒級中HA含量分別低于CK，表明不同處理之間相比，馬糞配施高量化肥有利于＞2 mm 大團聚體中HA的形成，而施用馬糞、低量化肥及馬糞配施高量化肥則促進＜0.25 mm微團聚體（0.25～0.053和＜0.053 mm）中HA的分解。

根據(jù)現(xiàn)有工廠塔式干燥設備[4]，依照實驗室電熱烘箱的空間（內部尺寸400 mm×375 mm×400 mm），制作3個軟篩網(wǎng)框（50目） （長40 cm，寬36 cm，高1 cm），分別標記為A，B，C，每框共放置500 g樣品，堆積完畢放入烘箱，試驗溫度為80℃（根據(jù)實際油料工廠常采用的熱風溫度），風速約為0.2 m/s（熱烘箱本身風速檔）。

2.2 暗棕壤團聚體中胡敏酸元素組成

鑒于圖1中＞2 mm團聚體含量僅為0.12%～2.11%，含量微小，以下研究僅針對2～0.25 mm大團聚體、0.25～0.053 mm微團聚體和＜0.053 mm粉/黏粒進行研究。

在元素分析中，H/C、O/C的摩爾比值是表征腐殖物質縮合程度和氧化程度的指標，H/C和O/C的摩爾比值分別與縮合程度成反比和與氧化程度成正比［22］。

根據(jù)表1，對于CK，＜0.053 mm粉/黏粒HA的H/C摩爾比值最大，分別較2～0.25和0.25～0.053 mm團聚體高5.51%和7.83%。O/C摩爾比值隨著團聚體粒級減小而減少， 2～0.25 mm大團聚體O/C摩爾比值分別較0.25～0.053 和 ＜0.053 mm高26.32%和36.36%（表1）。表明未施肥暗棕壤的各級團聚體之間相比，＜0.053 mm粉/黏粒組分 HA的縮合度和氧化度最低，HA活性強；2～0.25 mm大團聚體HA的縮合度和氧化度較高，0.25～0.053 mm微團聚體HA縮合度最高，HA最穩(wěn)定。

不同施肥處理與CK相比，M和M+N2P2處理＜0.053 mm粉/黏粒HA的H/C摩爾比值分別較CK低4.48%和4.82%，2～0.25 和0.25～0.053 mm高于CK 6.05%～10.11%（表 1），表明暗棕壤添加馬糞和馬糞配施高量化肥提高了＜0.053 mm粉/黏粒HA的縮合度，2～0.25 和0.25～0.053 mm團聚體HA的縮合度降低，活性增強；N1P1處理3個粒級HA的H/C和N/C摩爾比值分別高于CK 7.20%～11.19%和3.19%～12.98%，表明低量化肥的施用使2～0.25、0.25～0.053和＜0.053 mm團聚體HA分子的縮合度下降，含氮基團增加，活性增強。

2.3 暗棕壤團聚體中胡敏酸的紅外光譜

腐殖物質紅外光譜主要吸收峰的峰位及其歸屬為［22］：3 400 cm-1為H2O分子的-OH伸縮振動或氫鍵締結，2 920 與2 850 cm-1為不對稱與對稱脂族C—H伸縮振動，1 720 cm-1為羧基的C=O 伸縮振動，1 620 cm-1為芳香C=C伸縮振動，1 400 cm-1為脂族C—H變形振動，1 230 cm-1為酰胺、羧基中—OH的變形振動和C—O伸縮振動，1 034 cm-1為多糖或類多糖物質的C—O 伸縮與硅氧化合物的Si—O伸縮振動。采用Omnic Version 8.0分析軟件計算腐殖物質主要官能團的吸收峰峰面積，用某一峰的面積占特征峰面積的百分比（相對強度）來相對地反映該峰所對應的官能團的比例，并用2 920/1 720和2 920/1 620 特征比值來反映腐殖質分子的脂族鏈烴碳/羧基碳和脂族鏈烴碳/芳香碳的比值。

就CK處理團聚體的HA紅外光譜而言，不同粒級團聚體之間相比，2～0.25 mm大團聚體中HA的吸收峰在2 920、2 850和1 720 cm-1處伸縮振動較為強烈（圖3），吸收峰的相對強度較高（表2），但在1 620 cm-1處吸收峰振動最弱（圖3），峰強最低（表 2），其2 920/1 620特征比值最高（表 2），分別較0.25～0.053和＜0.053 mm粒級高4.79倍和1.52倍。＜0.053 mm粉/黏粒在2 920、2 850和1 620 cm-1處振動最強烈（圖 3），吸收峰相對強度最高（表 2），0.25～0.053 mm微團聚體在2 920、2 850 cm-1處峰強最低，1 620 cm-1處峰強較高（表 2），2 920/1 620特征比值最?。ū?）。表明未施肥暗棕壤中大團聚體（2～0.25 mm）H A的脂族鏈烴碳/芳香碳比值高于微團聚體（0.25～0.053 mm）和粉/黏粒（＜0.053 mm），脂族性最高，微團聚體HA的脂族鏈烴碳/芳香碳比值最小，芳香性最強。

與CK相比，對于2～0.25 mm大團聚體而言，各施肥處理HA的吸收峰在2 920、2 850和1 620 cm-1處，峰形尖銳且伸縮振動均較CK強烈（圖 3），2 920/1 620特征比值較CK減少了23.35%～70.56%（表2），盡管施肥處理同時增加了2～0.25 mm團聚體HA的脂族鏈烴碳和芳香碳含量，但2 920/1 620特征比值結果表明施肥降低了脂族鏈烴碳/芳香碳的比值，2～0.25 mm團聚體HA的芳香性增強。在1 034 cm-1處，N1P1與M+N2P2處理較CK伸縮振動加強（圖 3），HA多糖增加。因此，對于大團聚體（2～0.25 mm）而言，3種施肥處理均增強了HA的芳香性，低量化肥與高量化肥配施馬糞增加了HA的多糖含量。

表1 土壤團聚體中胡敏酸的元素組成（不含水分與灰分）Table 1 Elemental composition of humic acid in soil aggregates（oven-dry and ash free basis）

表2 土壤團聚體中胡敏酸紅外光譜主要吸收峰的相對強度Table 2 Relative intensity of the main absorption peaks in FTIR spectra of humic acid in soil aggregates

對于0.25～0.053 mm微團聚體，CK處理中，HA吸收峰在2 920、2 850、1 720和1 620 cm-1處伸縮振動極弱（圖3），峰強極低（表2）。與CK相比，3種施肥處理均顯著加強了2 920、2 850和1 620 cm-1處吸收峰的伸縮振動（圖3），峰強均增加（表2）；在1 034 cm-1處吸收峰振動強于CK，尤以M處理顯著。2 920/1 720和2 920/1 620特征比值均較CK分別增加了1.63倍～2.12倍和5.88%～70.59%（表2）。3種施肥措施使微團聚體（0.25～0.053 mm）中HA的脂族性增強，多糖含量增加。

對于＜0.053 mm粉/黏粒而言，M處理在2 920、2 850和1 720 cm-1處吸收峰伸縮振動較CK加強（圖3），峰強分別增加了1.64倍、1.81倍和3.02倍（表2），1 620cm-1處吸收峰較CK振動減弱（圖3）峰強減少了30.65%（表2），2 920/1 620特征比值較CK增加了2.81倍（表2），而N1P1與M+N2P2處理在1 620、1 034 cm-1處吸收峰強振動加強（圖 3），2 920/1 620特征比值較CK下降了47.44%（表 2）。表明馬糞的施用增加了粉/黏粒（＜0.053 mm）中HA的脂族性，而施用低量化肥及馬糞配施高量化肥處理則顯著提高了該粒級HA的芳香性和多糖含量。

圖3 土壤團聚體中胡敏酸的傅里葉變換紅外光譜Fig. 3 FTIR spectra of humic acid in soil aggregates

3 討 論

3.1 施肥對暗棕壤團聚體組成和有機質數(shù)量的影響

本研究表明，暗棕壤團聚體組成以0.25～0.053 mm微團聚體為主（圖1），這應歸因于耕作的結果［23］。暗棕壤長施馬糞顯著提高了2～0.25 mm大團聚體的比例（圖1），大量研究［24-26］已經(jīng)表明，施用有機肥能夠促進＞0.25 mm大團聚體的形成。關于長期施用化肥對土壤結構的影響研究結果不盡一致［25-26］，本研究表明，施低量化肥對暗棕壤團聚體組成無影響，但馬糞配施高量化肥使2～0.25 mm 大團聚體減少，0.25～0.053 mm 微團聚體增加，與賈偉［27］的研究一致，或許歸因于高量施用化肥對大團聚體結構具有破壞作用。由于田間試驗受土壤類型、氣候、作物種類、化肥施肥量和耕作等多種因素的影響，施用化肥對土壤結構影響如何，還有待于進一步研究驗證。

無論施用馬糞還是化肥均提高了SOC數(shù)量（圖2），施有機肥能提高SOC數(shù)量［1，24-26］，苗淑杰等［24］的研究結果也表明施用NPK化肥能提高SOC數(shù)量，與本研究一致。這或許是施化肥能促進作物產量增加，相應的提高進入土壤的生物量，從而增加SOC。＞2 mm大團聚體中SOC與HA含量分別較其他團聚體高16.98%～103.6%和12%～100%，在微團聚體中含量最低（圖2），按照Tisdall和Oades［4］關于土壤團聚體結構的多級形成理論，微團聚體和粉/黏粒在不同來源的有機膠結物質（也包括來源于作物殘體的粗顆粒有機質）的作用下膠結形成大團聚體，隨著團聚體粒級增加，SOC增加。在農田耕作系統(tǒng)中，進入土壤的凋落物或植物根系分泌物等有機物質更多的是被團聚進入到大團聚體中，新鮮有機物能頻繁地參與到大團聚體形成過程中［28］。因此，通常大團聚體比微團聚體包含較高的土壤有機質，在生物化學轉化作用下，＞2 mm 大團聚體更有利于HA的形成。有研究表明，在＞2 mm大團聚體中，來自于14C麥秸轉化形成的HA-14C高于其他粒級團聚體［29］。需要提及的是，＜0.053 mm粒級由粉粒與黏粒組成，具有較大的比表面積和較高的永久表面電荷，能夠吸附和穩(wěn)定有機碳［30］，因此，＜0.053 mm粉/黏粒中SOC和HA含量高于0.25～0.053 mm微團聚體。

有研究［15］認為，馬糞及其堆肥成分是以腐殖化化合物為特征，但本研究中，長期施用馬糞對暗棕壤HA數(shù)量沒有產生顯著影響（圖2），或許歸因于，一是施用馬糞數(shù)量（15 000 kg hm-2）和低頻率（3年施肥1次）；二是不排除“激發(fā)效應”的產生。Tian等［28］室內培養(yǎng)研究表明，在土壤團聚體中加入14C標記葡萄糖，隨著葡萄糖數(shù)量增加，“激發(fā)效應”增加，一方面，馬糞分解轉化形成“新的”HA，另一方面，馬糞的添加“刺激”了土壤原有“老的”HA分解，分解損耗的HA能被新形成的HA彌補。也有相似的研究發(fā)現(xiàn)，施用液體豬糞3～4年（每年1次），盡管持續(xù)施肥，但因長期礦化，腐殖物質總體減少［17］；而秸稈深還土壤HA含量雖有高于對照土壤的趨勢，但差異也不顯著［19］。

3.2 施肥對暗棕壤團聚體胡敏酸結構的影響

對于未施肥（CK）暗棕壤而言，不同粒級團聚體間相比，大團聚體（2～0.25 mm）HA的縮合度較低，氧化度最高（表1），脂族性最強，羧基含量最高（表2），微團聚體（0.25～0.053 mm）HA的縮合度最高（表1），芳香性最強（表2）。反映了未施肥暗棕壤中微團聚體HA最“老”，穩(wěn)定。

添加糞肥除了提高土壤肥力外，能顯著引起土壤物理、化學和生物學性質的變化，尤其是反復添加［12］。暗棕壤施用馬糞后，與CK相比，大團聚體HA的縮合度下降（表1），脂族鏈烴碳、芳香碳和羧基碳含量增加，脂族鏈烴碳/芳香碳特征比值較CK減少（表2），芳香性提高；微團聚體HA的縮合度下降，脂族鏈烴碳和芳香碳含量增加，羧基碳減少，脂族鏈烴碳/芳香碳特征比值提高，微團聚體HA的脂族性較CK有所發(fā)展，HA活性增加；施用馬糞對粉/黏粒（＜0.053 mm）粒級HA的脂族鏈烴碳和羧基碳含量的增加、芳香碳含量的減少以及脂族性發(fā)展的影響更為顯著。Simonetti等［1］研究了施用44年糞肥土壤大團聚體HA分子結構中，烷基碳和芳香碳含量增加，烷氧碳減少；微團聚體中，烷基碳和烷氧碳減少，芳香碳增加；粉/黏粒中，烷基碳減少，烷氧碳和芳香碳增加，關于大團聚體和微團聚體的HA分子結構特征研究與本研究結果相似，但關于對粉/黏粒粒級HA結構產生的影響與本研究結果相反。而Chen和Chiu［31］報道在土壤有機質中烷基碳的含量隨著粒徑的減小而增加，Lützow等［32］認為粉/黏粒有機質以富含脂族化合物為特征，與本研究相似。

暗棕壤施用低量化肥和馬糞配施高量化肥增加了大團聚體和粉/黏粒HA的芳香性，羧基碳減少（表2），但微團聚體HA的脂族性和多糖含量增加，同時，化肥的施用有利于HA分子結構中多糖的形成。Simonetti等［1］研究表明，黏質土壤長期施用化肥，大團聚體和粉/黏粒中烷基碳和烷氧碳減少，芳香碳增加；微團聚體中烷基碳和烷氧碳增加，芳香碳減少，與本研究相似。

4 結 論

暗棕壤長期施用馬糞顯著提高了2～0.25 mm大團聚體的比例，馬糞配施高量化肥使2～0.25 mm大團聚體減少，0.25～0.053 mm微團聚體增加。施用馬糞提高了SOC數(shù)量，但對土壤HA數(shù)量影響不顯著。長施馬糞對土壤團聚體中HA分子結構產生影響，未施肥暗棕壤2～0.25 mm大團聚體HA的縮合度較低，脂族性最強，0.25～0.053 mm微團聚體HA的縮合度和芳香性最高，HA最“老”，穩(wěn)定性最強。施用馬糞，2～0.25 mm大團聚體HA的芳香性增強，HA更穩(wěn)定，對于土壤固碳有重要作用，0.25～0.053 mm微團聚體和粉/黏粒粒級HA的縮合度分別表現(xiàn)為下降和提高，但脂族性均增加，活性提高，有利于土壤肥力供給。從土壤固碳角度，土壤團聚體對SOC能提供物理保護，團聚體中腐殖物質的形成也有助于SOC的生物化學保護機制，鑒于本研究施用馬糞對HA數(shù)量影響不顯著，在現(xiàn)有研究基礎上，今后研究應考慮糞肥施用的合適數(shù)量和施用頻率，以及對腐殖物質其他組分如富里酸和胡敏素展開研究。

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Effects of Long-term Application of Horse Manure on Quantity and Quality of Humic Substance in Aggregates of Dark Brown Soil

GUAN Song1DOU Sen1，2?MA Lina1，3WEN Xiaohui1ZHOU Xin4LIU Jinhua1
WANG Yan5XU Yajing1
（1Key Laboratory of Sustainable Utilization of Soil Resources in the Commodity Grain Bases of Jilin Province，College of Resource and Environmental Science，Jilin Agricultural University，Changchun130118，China）
（2State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture，Institute of Soil Science，Chinese Academy of Sciences，Nanjing210008，China）
（3Northeast Institute of Geography and Agroecology，Chinese Academy of Sciences，Changchun130102，China）
（4Heihe Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，Heihe，Heilongjiang164300，China）
（5College of Engineering and Technology，Jilin Agricultural University，Changchun130118，China）

【Objective】Contributions of long-term fertilization to soil fertility and carbon sequestration mechanism of aggregates in dark brown soil were explored. 【Method】A long-term field experiment was established to study effects of fertilization on contents and composition of humic substabce—humic acid（HA）in aggregates of dark brown soil，using element analysis and Fourier transformed infrared（FTIR）spectra. The experiment was designed to have four treatments in fertilization regime，i.e. no fertilizer（CK）；horse manure（M）（once 3 year-1）；low-level chemical nitrogen and phosphorus fertilizers（N1P1）；and horse manure combined with high-level chemical nitrogen and phosphorus fertilizer（M+N2P2）. Soil samples collected from the treatments were wet-sieved for macroaggregates（＞2 mm and 2～0.25 mm），microaggregates（0.25～0.053 mm）and silt/clay fraction（＜0.053 mm）. 【Result】The soil aggregates in the dark brown soil were composed mainly of microaggregates，which were the lowest in content of soil organic carbon（SOC）and HA，while macroaggregates（＞2 mm）the highest. Long-term application of horse manure significantly increased the proportion of macroaggregates（2～0.25 mm）or by 49.06% in Treatment M，but decreased by 31.04% in Treatment M+N2P2. Treatment N1P1 did not have much effect on aggregates composition. Application of either horse manure or chemical fertilizers increased SOC content，but did not have much impact on content of HA. In Treatment CK，HA in macroaggregates（2～0.25 mm）was quite lower in condensation degree，but the highest in oxidation degree and aliphaticity，while HA in microaggregates the highest in condensation degree，aromaticity，“age”and stability. Compared with Treatment CK，all the other treatments（i.e.，M，N1P1，M+N2P2）reduced the condensation degree，increased the contents of aliphatic hydrocarbon carbon（C）and aromatic-C and enhanced aromaticity as the result of decreased ratio of aliphatic hydrocarbon-C to aromatic-C（aliphatic hydrocarbon-C/aromatic-C ratio）in the HA in macroaggregates，while reducing the condensation degree and increasing the contents of aliphatic hydrocarbon-C，and aromatic-C，and the ratio of aliphatic hydrocarbon-C/aromatic-C ，and hence aliphaticity of the HA in microaggregates. In the experiment field，molecular structure of HA of silt/clay fractions varied with the treatment. Compared with CK，Treatment M increased aliphatic hydrocarbon-C and reduced aromatic-C in content and as a result，increased aliphatic hydrocarbon-C/aromatic-C ratio，condensation degree and aliphaticity of the HA. In Treatment M+N2P2，the HA in aggregates of silt/clay fractions increased in condensation degree and aromaticity as the result of increased content of aromatic-C and decreased aliphatic hydrocarbon-C/aromatic-C ratio. Moreover in Treatment N1P1，the HA in aggregates of silt/clay fractions decreased in condensation degree，aliphatic hydrocarbon-C and aromatic-C contents and aliphatic hydrocarbon-C/aromatic-C ratio，and as a result，increased in aromaticity. 【Conclusion】Long-term application of horse manure increases the content of SOC，promotes formation of 2～0.25 mm macroaggregates，contributes favorably to stabilization of the HA in macroaggregates，thus helping carbon sequestration. In addition，it also enhances activity of the HA in microaggregates（0.25～0.053 mm）and aggregates of silt/clay fractions（＜0.053 mm），which contributes to soil fertility supply. These aggregates can be used as important indicators for evaluating effects of long-term application of horse manure on quality of humic substance in the soil.

Horse manure；Humic acid；Aggregates；Fourier transformed infrared spectra；Element analysis

S153.62；S152.48

A

10.11766/trxb201612280235

* 國家自然科學基金項目（41571231）、吉林省科技發(fā)展計劃項目（20170101162JC）和吉林省教育廳科學技術項目（JJKH20170313KJ）資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China（No. 41571231），the Science and Technology Development Project of Jilin Province（No. 20170101162JC）and the Science and Technology Project of the Education Department of Jilin Province（No. JJKH20170313KJ）

? 通訊作者 Corresponding author，E-mail：dousen1959@126.com

關 松（1969—），女，遼寧撫順人，博士，副教授，主要從事土壤環(huán)境與生物化學研究。E-mail：guansong8888@163.com

2016-12-28；

2017-05-01；優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2017-05-11

（責任編輯：盧 萍）