不同施肥處理紅壤性水稻土團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化特征

陳曉芬, 劉明,2, 江春玉, 吳萌, 李忠佩,2

(1中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所/土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008；2中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049)

0 引言

【研究意義】有機(jī)碳礦化是土壤中最重要的生物化學(xué)過程，直接關(guān)系到土壤中養(yǎng)分元素的釋放與供應(yīng)、溫室氣體的形成與排放及土壤質(zhì)量的保持等[1]。土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，表土中有近90%的有機(jī)碳存在于土壤團(tuán)聚體內(nèi)[2-3]，土壤有機(jī)碳礦化是不同粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化結(jié)果的總體體現(xiàn)。土壤有機(jī)碳礦化及團(tuán)聚體的形成與穩(wěn)定均受施肥等人為活動(dòng)的影響。研究施肥作用下團(tuán)聚體中有機(jī)碳礦化特征對(duì)于正確理解土壤碳循環(huán)過程與機(jī)理，制定合理的養(yǎng)分管理措施等具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】不同粒級(jí)團(tuán)聚體具有不同的孔隙度特征，導(dǎo)致有機(jī)碳存儲(chǔ)及有機(jī)碳與黏土顆粒之間的結(jié)合方式等存在一定差異，從而對(duì)土壤微生物表現(xiàn)出不同活性，造成團(tuán)聚體粒級(jí)之間有機(jī)碳礦化差異[4]。目前的研究多集中于團(tuán)聚體中有機(jī)碳的分布特征，僅有少數(shù)關(guān)注團(tuán)聚體中有機(jī)碳的礦化作用。如郝瑞軍等[5]對(duì)好氣和淹水條件下稻麥輪作土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化的研究表明，培養(yǎng)過程中1—2 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率最高，＜0.053 mm粒級(jí)團(tuán)聚體最低。魏亞偉等[6]對(duì)喀斯特土壤團(tuán)聚體的研究則指出，有機(jī)碳礦化速率和累積礦化量均隨團(tuán)聚體粒級(jí)的減小逐漸增大。由此可見，不同土壤條件下團(tuán)聚體中有機(jī)碳礦化作用的變化規(guī)律不盡一致。長(zhǎng)期不同施肥條件下土壤有機(jī)碳礦化規(guī)律一直是土壤學(xué)研究的熱點(diǎn)。對(duì)不同類型土壤如東北黑土[7]、華北平原潮土[8]和南方紅壤[9]的研究表明，施用有機(jī)肥特別是有機(jī)肥與化肥配合施用能促進(jìn)土壤有機(jī)碳的礦化，單施化肥對(duì)不同土壤有機(jī)碳礦化的影響則存在差異。這些研究關(guān)注的是全土水平土壤有機(jī)碳的礦化作用，而在團(tuán)聚體水平上，施肥對(duì)有機(jī)碳礦化的影響如何，是否與全土一致仍不清楚。【本研究切入點(diǎn)】紅壤性水稻土在我國(guó)熱帶、亞熱帶地區(qū)廣泛分布，是我國(guó)重要的土壤資源，關(guān)于其團(tuán)聚體中有機(jī)碳礦化作用的研究尚未見報(bào)道。團(tuán)聚體的含量及有機(jī)碳的分布決定著團(tuán)聚體在土壤有機(jī)碳礦化中發(fā)揮的作用[10]。有機(jī)碳的礦化除與其含量和有效性有關(guān)外，還與土壤中微生物的數(shù)量和活性密切相關(guān)[5,11]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文以長(zhǎng)期不同施肥處理紅壤性水稻土為研究對(duì)象，研究不同粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳礦化動(dòng)態(tài)及其對(duì)全土礦化的貢獻(xiàn)，分析施肥對(duì)團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化的影響并明確團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化的影響因素，為了解長(zhǎng)期施肥下紅壤性水稻土礦化作用機(jī)制，建立科學(xué)施肥制度培肥土壤提供重要理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

紅壤性水稻土肥料長(zhǎng)期定位試驗(yàn)設(shè)在鷹潭農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，位于江西省鷹潭市余江縣（116°55′E，28°15′N）。試驗(yàn)于 1990 年開始，將發(fā)育自第四紀(jì)紅色黏土的荒地平整，然后灌水種稻，輪作制度為稻-稻-冬閑。初始土壤基本性質(zhì)為：有機(jī)碳含量 3.29 g·kg-1，全氮 0.43 g·kg-1，堿解氮 90.2 mg·kg-1，全磷（P2O5）0.65 g·kg-1，速效磷 5.6 mg·kg-1，全鉀（K2O）13.4 g·kg-1，速效鉀 105.9 mg·kg-1，pH 4.5，黏粒（＜1μm）含量38%。

試驗(yàn)包括9個(gè)處理：（1）不施肥（CK）；（2）有機(jī)質(zhì)循環(huán)（C）；（3）氮肥（N）；（4）氮肥+有機(jī)質(zhì)循環(huán)（NC）；（5）氮磷肥（NP）；（6）氮磷鉀肥（NPK）；（7）氮磷鉀肥+有機(jī)質(zhì)循環(huán)（NPKC）；（8）氮鉀肥（NK）；（9）氮磷鉀肥+1/2秸稈回田（NPKS）。每處理設(shè)3次重復(fù)，共27個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積 30 m2，采用隨機(jī)區(qū)組排列。有機(jī)質(zhì)循環(huán)處理中秸稈全部還田，并且每季施入833.3 kg·hm-2干豬糞用以補(bǔ)充收獲籽粒所移出的養(yǎng)分。施用的氮肥為尿素，磷肥為鈣鎂磷肥，鉀肥為氯化鉀。1998年以前化肥施用量為每季 N 230、P2O568、K2O 84 kg·hm-2；1998年以后每季每公頃施氮量減半，磷肥和鉀肥施用量不變。磷肥和鉀肥以基肥形式施入，尿素則分基肥和追肥，按8∶7的比例分兩次施入。

1.2 土樣采集與樣品分析

2010年12月下旬（冬閑）采集各小區(qū)耕層原裝土樣，隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn)組成一個(gè)混合樣品。用硬質(zhì)塑料盒把原狀土樣運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后在室溫下風(fēng)干，風(fēng)干過程中沿土壤自然破碎面將其掰成10 mm左右小塊。

參照 ELLIOTT[12]濕篩分離的方法，將土樣篩分成＞2 mm、1—2 mm、0.25—1 mm、0.053—0.25 mm和＜0.053 mm 5個(gè)粒級(jí)的團(tuán)聚體。土壤團(tuán)聚體組成及團(tuán)聚體中有機(jī)碳和全氮分布詳見陳曉芬等[13]。調(diào)節(jié)各粒級(jí)團(tuán)聚體含水量至全土田間飽和持水量的60%，并于25℃下預(yù)培養(yǎng)一周以恢復(fù)微生物活性，用于后續(xù)分析。風(fēng)干后過2 mm篩的全土采用同樣方法進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)，供土壤有機(jī)碳礦化研究。

土壤有機(jī)碳的礦化量采用室內(nèi)恒溫培養(yǎng)、堿液吸收法測(cè)定[14]。稱取相當(dāng)于20 g干土重的預(yù)培養(yǎng)全土和團(tuán)聚體，平鋪在500 mL塑料培養(yǎng)瓶底部。然后，將盛有5.0 mL NaOH溶液（0.3 mol·L-1）的10 mL特制吸收容量瓶置于培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)，將培養(yǎng)瓶加蓋密封好并于25℃恒溫箱中進(jìn)行培養(yǎng)。在培養(yǎng)的1、3、5、7、14、21、28、35 d取出容量瓶，將容量瓶中溶液全部洗至三角瓶中，加入1 mol·L-1的BaCl2溶液2 mL和2滴酚酞指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)酸（約0.075 mol·L-1HCl）滴定至紅色消失。根據(jù)氣體CO2-C的釋放量計(jì)算培養(yǎng)期內(nèi)全土及團(tuán)聚體中有機(jī)碳的礦化量。

土壤團(tuán)聚體微生物生物量碳采用氯仿熏蒸-硫酸鉀浸提法測(cè)定[15]；轉(zhuǎn)化酶活性用 3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，以蔗糖作為分解底物，結(jié)果以每小時(shí)每克土壤產(chǎn)生的葡萄糖毫克數(shù)表示[16]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用SPSS18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，處理之間的差異用單因素方差分析，差異顯著性檢驗(yàn)用 Duncan法；變量之間的關(guān)系用 Pearson相關(guān)分析，并建立一元線性回歸方程。

各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化對(duì)全土有機(jī)碳礦化的貢獻(xiàn)率（%）計(jì)算公式為：

某一粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化對(duì)全土有機(jī)碳礦化的貢獻(xiàn)率（%）=該粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化量×該粒級(jí)團(tuán)聚體含量/全土有機(jī)碳礦化量×100。

2 結(jié)果

2.1 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化動(dòng)態(tài)

全土有機(jī)碳礦化速率在培養(yǎng)前期快速下降，第 7天時(shí)平均為第1天的55.5%；7 d以后有機(jī)碳礦化速率緩慢下降，培養(yǎng)后期趨于穩(wěn)定，結(jié)束時(shí)有機(jī)碳礦化速率為第1天的22.4%（圖1）。＞2 mm和1—2 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率變化趨勢(shì)與全土基本一致，培養(yǎng)第7天分別為第1天的58.4%和68.1%，到結(jié)束時(shí)則分別為第1天的30.0%和34.2%。培養(yǎng)前期，0.25—1 mm和＜0.053 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率整體呈下降趨勢(shì)，第7天時(shí)分別為第1天的74.1%和68.8%，7 d后在平緩波動(dòng)中趨于穩(wěn)定，至培養(yǎng)結(jié)束時(shí)分別為第 1天的52.4%和52.5%。0.053—0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率在整個(gè)培養(yǎng)過程中變化范圍較小，培養(yǎng)前7 d波動(dòng)較大，7 d后也在平緩波動(dòng)中趨于穩(wěn)定，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)為第1天的81.7%。整個(gè)培養(yǎng)過程尤其是培養(yǎng)前期，＞2 mm和1—2 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率顯著高于0.25—1 mm、0.053—0.25 mm和＜0.053 mm 3個(gè)粒級(jí)團(tuán)聚體。對(duì)于同一粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率，培養(yǎng)過程中不同施肥處理之間的差異不易明顯區(qū)分，因此通過有機(jī)碳礦化量進(jìn)行進(jìn)一步比較。

2.2 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化量

圖1 不同施肥處理下全土和團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率變化Fig. 1 Changes of mineralization rate of organic carbon in bulk soils and aggregate fractions under different fertilization treatments

培養(yǎng)35 d全土和團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量如圖2所示。不同施肥處理全土有機(jī)碳累積礦化量變化范圍為148.0—240.8 mg·kg-1。＞2 mm、1—2 mm、0.25—1 mm、0.053—0.25 mm及＜0.053 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量分別為167.2—295.6、212.8—276.5、147.6—242.0、110.9—236.2 和 136.2—214.2 mg·kg-1。同一處理不同粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量總體表現(xiàn)為＞2 mm和1—2 mm最高，0.25—1 mm和＜0.053 mm次之，0.053—0.25 mm最低。對(duì)于全土和團(tuán)聚體，對(duì)照（CK）和缺磷處理（N和NK）有機(jī)碳累積礦化量最低，其余增施磷肥處理（NP、NPK）、施有機(jī)肥的處理（C、NC、NPKC）及 1/2秸稈回田處理（NPKS）有機(jī)碳累積礦化量較高。與對(duì)照相比，施磷肥處理各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量平均提高17.0%—62.1%，施有機(jī)肥處理平均提高 25.0%—80.5%，NPKS處理則提高14.1%—85.7%。

圖2 培養(yǎng)35天不同施肥處理全土及團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量Fig. 2 Cumulative amounts of organic carbon mineralization in bulk soils and aggregate fractions under different fertilization treatments in 35 days

2.3 團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化對(duì)全土有機(jī)碳礦化的貢獻(xiàn)

用濕篩分離的方法篩分團(tuán)聚體，篩分過程未對(duì)供試土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳和全氮造成明顯損失[13]。用得到的團(tuán)聚體進(jìn)行有機(jī)碳礦化研究，各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化對(duì)全土有機(jī)碳礦化貢獻(xiàn)率的總和除CK處理最低（73.2%）及 NK處理最高（118.3%）外，其余處理貢獻(xiàn)率總和為97.1%—107.7%（表1）。＞2 mm、1—2 mm、0.25—1 mm、0.053—0.25 mm及＜0.053 mm團(tuán)聚體對(duì)全土有機(jī)碳礦化的貢獻(xiàn)率分別為 21.0%—42.5%、11.9%—18.8%、20.6%—32.7%、10.1%—16.9%和8.9%—15.4%，其中＞2 mm和0.25—1 mm團(tuán)聚體對(duì)全土有機(jī)碳礦化的貢獻(xiàn)率最高。＜0.25 mm微團(tuán)聚體對(duì)全土有機(jī)碳礦化的貢獻(xiàn)率為 19.7%—31.0%，＞0.25 mm大團(tuán)聚體的貢獻(xiàn)率則達(dá)到53.5%—87.3%（表1）。

表1 不同施肥處理下各粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)全土有機(jī)碳礦化的貢獻(xiàn)率Table 1 Contributions of aggregate fractions to soil organic carbon mineralization under different fertilization treatments

2.4 土壤團(tuán)聚體微生物學(xué)特性

不同施肥處理土壤＞2 mm、1—2 mm、0.25—1 mm、0.053—0.25 mm及＜0.053 mm團(tuán)聚體中微生物生物量碳的含量分別為62.0—179.8、83.4—205.8、70.3—156.5、47.9—110.0 和 52.6—143.0 mg·kg-1（圖3）。總體上，與＜0.25 mm微團(tuán)聚體相比，＞0.25 mm大團(tuán)聚體中微生物生物量碳含量明顯較高。同一粒級(jí)團(tuán)聚體中微生物生物量碳含量，對(duì)照（CK）和缺磷處理（N和NK）最低，NPKS處理稍高，增施磷肥（NP和NPK）和施有機(jī)肥（C、NC和NPKC）處理最高。與對(duì)照相比，施磷肥處理團(tuán)聚體中微生物生物量碳含量平均提高73.4%—92.0%，施有機(jī)肥處理各粒級(jí)團(tuán)聚體微生物生物量碳含量平均提高60.8%—99.6%。

圖3 不同施肥處理下各粒級(jí)團(tuán)聚體中微生物生物量碳含量和轉(zhuǎn)化酶活性Fig. 3 Microbial biomass carbon content and invertase activity in aggregate fractions under different fertilization treatments

按粒級(jí)從大到小，不同施肥處理土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體中轉(zhuǎn)化酶活性分別為3.23—7.59、3.40—6.84、2.72—5.10、1.69—3.10 和 1.26—3.38 mg glucose·g-1·d-1（圖3）。大團(tuán)聚體中轉(zhuǎn)化酶活性高于微團(tuán)聚體，總體上呈現(xiàn)隨粒級(jí)減小而降低的趨勢(shì)。施肥對(duì)＞0.25 mm大團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化酶活性影響較大，CK、N和 NK處理轉(zhuǎn)化酶活性最低。施用磷肥和有機(jī)肥顯著提高大團(tuán)聚體中轉(zhuǎn)化酶活性，其中NC處理大團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化酶活性最高，其大團(tuán)聚體 3個(gè)粒級(jí)較對(duì)照分別高135.0%、101.2%和46.0%。NPKS處理僅提高了＞2 mm和 1—2 mm 團(tuán)聚體中轉(zhuǎn)化酶活性，分別比對(duì)照高52.0%和30.0%。

2.5 團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量與團(tuán)聚體性質(zhì)的相關(guān)性

結(jié)合團(tuán)聚體中有機(jī)碳和全氮含量[13]，將團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量與團(tuán)聚體性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明（表 2），團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量與團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮和微生物生物量碳含量及轉(zhuǎn)化酶活性均存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為 0.678、0.629、0.483和0.593。團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量與有機(jī)碳含量的相關(guān)性最大。

表2 團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量與團(tuán)聚體性質(zhì)的關(guān)系Table 2 Relationship between cumulative amount of organic carbon mineralization in aggregates and aggregates properties

3 討論

全土早期有機(jī)碳礦化速率大，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)有機(jī)碳礦化速率逐漸減慢，后期保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，這主要與培養(yǎng)過程中有機(jī)碳組成變化有關(guān)。培養(yǎng)前期土壤中活性有機(jī)碳較多，微生物迅速分解利用活性有機(jī)碳釋放 CO2；隨著培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)，土壤中活性有機(jī)碳含量減少，微生物開始利用惰性有機(jī)碳，導(dǎo)致有機(jī)碳礦化速率減慢[17]。培養(yǎng)過程中不同粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率變化趨勢(shì)并不一致，其中＞2 mm和1—2 mm團(tuán)聚體與全土類似，而＜1 mm粒級(jí)尤其是0.053—0.25 mm 團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率隨著時(shí)間降低幅度較低且更早達(dá)到有機(jī)碳礦化的穩(wěn)定狀態(tài)。土壤有機(jī)碳分布的異質(zhì)性是導(dǎo)致不同粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率變化趨勢(shì)產(chǎn)生差異的主要原因[10]。筆者前期研究發(fā)現(xiàn)，＞2 mm和1—2 mm團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量最高，其次是0.25—1 mm和＜0.053 mm團(tuán)聚體，0.053—0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最低[13]。另一方面，大粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳主要是植物來源的，易分解的新鮮有機(jī)碳，較小粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳多為微生物來源的腐殖質(zhì)如胡敏酸，難以被微生物分解利用[18]。此外，大團(tuán)聚體比小團(tuán)聚體存在更大的土壤孔隙，增加了物質(zhì)和氧氣的傳輸，有利于土壤中微生物活動(dòng)，從而帶動(dòng)有機(jī)碳的礦化分解，促進(jìn)CO2氣體的釋放；而小團(tuán)聚體孔隙度小，使得氧氣通過擴(kuò)散進(jìn)入其內(nèi)部較少，從而抑制團(tuán)聚體內(nèi)部微生物的活性，且較小的孔隙也不利于CO2的釋放[19]。因此，與＞1 mm大團(tuán)聚體相比，＜1 mm小團(tuán)聚體中有機(jī)碳的礦化分解更易達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

不同粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量的顯著差異還導(dǎo)致有機(jī)碳礦化量的不同，本研究有機(jī)碳累積礦化量在團(tuán)聚體粒級(jí)之間的差異與有機(jī)碳分布是一致的。事實(shí)上，團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量與有機(jī)碳累積礦化量呈極顯著線性正相關(guān)。單個(gè)粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化是土壤有機(jī)碳礦化的一部分，需結(jié)合團(tuán)聚體在土壤中的相對(duì)含量計(jì)算團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化對(duì)全土有機(jī)碳礦化的貢獻(xiàn)。王菁等[10]的研究發(fā)現(xiàn)，在＞5 mm、1—5 mm和＜1 mm團(tuán)聚體中，最大粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)土壤碳排放的貢獻(xiàn)最大。本研究中，由于＞2 mm和0.25—1 mm團(tuán)聚體含量最高[13]，因此對(duì)全土有機(jī)碳礦化的貢獻(xiàn)最大。＞0.25 mm大團(tuán)聚體對(duì)全土有機(jī)碳礦化的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)高于＜0.25 mm微團(tuán)聚體，表明大團(tuán)聚體在土壤有機(jī)碳礦化中發(fā)揮主導(dǎo)作用，這與大團(tuán)聚體是紅壤性水稻土有機(jī)碳的主要載體相呼應(yīng)[13,20]。

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，參與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)，有機(jī)質(zhì)分解等過程，微生物生物量的高低對(duì)土壤有機(jī)碳礦化有重要影響[21]。同時(shí)，土壤微生物生長(zhǎng)過程中向土壤分泌胞外酶，參與土壤中各種生化過程和物質(zhì)循環(huán)。前人研究表明，土壤有機(jī)碳呼吸強(qiáng)度和日均礦化量與微生物生物量碳呈顯著正線性關(guān)系[11]，參與土壤碳循環(huán)的轉(zhuǎn)化酶和纖維素酶與土壤有機(jī)碳的分解和轉(zhuǎn)化密切相關(guān)[22]。本文對(duì)紅壤性水稻土團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化的研究發(fā)現(xiàn)，團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量與團(tuán)聚體微生物生物量碳含量和轉(zhuǎn)化酶活性均有極顯著的正相關(guān)性。團(tuán)聚體中微生物生物量碳含量和轉(zhuǎn)化酶活性受粒級(jí)影響較大，＞0.25 mm大團(tuán)聚體中微生物生物量碳含量和轉(zhuǎn)化酶活性均高于＜0.25 mm微團(tuán)聚體，這與前人對(duì)團(tuán)聚體中微生物生物量[23-24]和酶活性[25]的研究結(jié)果是一致的。大團(tuán)聚體中包含更多新鮮的、活性較高的有機(jī)碳，供微生物用于自身的生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)產(chǎn)生更多的胞外酶[25-26]。將團(tuán)聚體中微生物生物量碳含量和轉(zhuǎn)化酶活性與有機(jī)碳含量進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)分別為0.549和0.689（P＜0.01）。就目前的結(jié)果看，有機(jī)碳含量是影響團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化的最重要因素，團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化量與有機(jī)碳含量的相關(guān)性最大也證明了這一點(diǎn)。

同一粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量在不同施肥處理間差異較大。不施肥對(duì)照和缺磷的N、NK處理最低，施用化學(xué)磷肥的NP和NPK處理團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量明顯提高，說明磷肥的施用顯著影響團(tuán)聚體有機(jī)碳的礦化。磷素是土壤微生物生物膜系統(tǒng)和高能磷酸化合物的重要構(gòu)建元素[27]，長(zhǎng)期不施磷肥將導(dǎo)致微生物可利用的磷素缺乏，微生物生長(zhǎng)代謝受抑制，活性降低，不利于土壤有機(jī)碳的分解礦化。此外，未施磷處理土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量較低[13]，可供微生物分解利用的底物也有限。有機(jī)肥的施用（C、NC、NPKC）同樣顯著提高土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量，這是由于施用有機(jī)肥一方面增加可供微生物利用的土壤活性養(yǎng)分庫量[7,28]，另一方面還能顯著增強(qiáng)土壤微生物的活性[29-30]，提高土壤有機(jī)碳礦化強(qiáng)度，從而使得有機(jī)碳礦化量增加。本研究中，磷肥和有機(jī)肥的施用不僅提高了土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳的含量[13]，而且提高團(tuán)聚體中微生物生物量碳的含量和轉(zhuǎn)化酶活性，從而促進(jìn)團(tuán)聚體有機(jī)碳的礦化及有機(jī)質(zhì)中無機(jī)養(yǎng)分的釋放，可改善紅壤性水稻土的供肥狀況。

4 結(jié)論

＞1 mm 團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化動(dòng)態(tài)與全土一致，均表現(xiàn)為有機(jī)碳礦化速率在培養(yǎng)前期快速下降，培養(yǎng)后期逐漸降低并趨于穩(wěn)定；＜1 mm 粒級(jí)尤其是0.053—0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率在培養(yǎng)過程中降低幅度較小且更早達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。＞2 mm和0.25—1 mm團(tuán)聚體對(duì)全土有機(jī)碳礦化的貢獻(xiàn)最大。團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量與有機(jī)碳、全氮、微生物生物量碳含量及轉(zhuǎn)化酶活性均呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，其中與有機(jī)碳的相關(guān)性最大，因此有機(jī)碳含量是影響團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化的最關(guān)鍵因素。磷肥和有機(jī)肥的施用提高了土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳、微生物生物量碳的含量和轉(zhuǎn)化酶活性，從而促進(jìn)團(tuán)聚體有機(jī)碳的礦化。