有機肥增減施后紅壤水稻土團聚體有機碳的變化特征①

謝麗華，廖超林，林清美，唐_茹，孫鈺翔，黎麗娜，尹力初

有機肥增減施后紅壤水稻土團聚體有機碳的變化特征①

謝麗華，廖超林*，林清美，唐_茹，孫鈺翔，黎麗娜，尹力初

(湖南農業(yè)大學資源環(huán)境學院，長沙410128)

利用一個長達 35 a 水稻土長期定位試驗，在保證原有定位試驗繼續(xù)正常開展的前提下，將部分原化肥處理增施有機肥，部分原有機肥處理改施化肥或者增施有機肥，研究有機肥增減施后長期不同施肥紅壤性水稻土團聚體有機碳變化特征及影響。結果顯示：紅壤性水稻土以>0.25 mm團聚體為主；長期不同施肥下土壤團聚體有機碳含量高低排序均表現(xiàn)為：>0.25 mm團聚體>0.25 ~ 0.053 mm團聚體>(<0.053 mm)團聚體，長期施用有機肥可提高紅壤水稻土各粒級有機碳含量和 >2 mm團聚體有機碳的貢獻率。施肥對紅壤性水稻土各粒徑團聚體有機碳影響的大小排序為：<0.053 mm<0.25 ~ 0.053 mm<(>2 mm)<2 ~ 0.25 mm；游離氧化鐵和絡合態(tài)鋁對2 ~ 0.25 mm粒徑團聚體有機碳有著重要影響，游離氧化鐵在 >2 mm團聚體的形成中發(fā)揮作用。增加有機肥施用量可提高<2 mm各粒級團聚體有機碳含量，減施有機肥則顯著降低各粒級團聚體有機碳含量。不管減施還是增施有機肥均導致 >2 mm團聚體有機碳貢獻率降低；同時，減施有機肥后<2 mm的各級團聚體有機碳貢獻率提高，而增施有機肥后2 ~ 0.25 mm團聚體有機碳貢獻率提高。

長期定位試驗；有機肥；團聚體；有機碳

土壤團聚體是土壤最基本的結構單元和重要的土壤肥力指標[1]。土壤團聚體的形成和穩(wěn)定主要依靠有機、無機或有機無機復合等膠結物質的膠結作用，增加土壤有機碳含量能有效地提高土壤的團聚能力。同時，土壤團聚體是土壤有機碳形成和轉化的重要載體并對有機碳的固定發(fā)揮著保護和穩(wěn)定的作用[2]。因此，研究土壤團聚體有機碳的分布特征能夠說明土壤有機碳固定效應及其保護機制[3]。

農田表土中90% 的土壤有機碳位于土壤團聚體內[4]。多年來，因水稻土類型、耕作及團聚體分組方法的不同，學者們發(fā)現(xiàn)耕地土壤團聚體有機碳主要分布粒徑出現(xiàn)差異。國外Six等[5]和Castro等[6]指出，土壤中>2 mm團聚體中有機碳的含量最高。國內李戀卿等[7]和Huang等[8]最先發(fā)現(xiàn)團聚體有機碳存儲于2 ~ 0.25 mm 團聚體中；張旭輝等[9]發(fā)現(xiàn)淮北白漿土0.25 ~ 0.02 mm團聚體是土壤有機碳的主要載體；譚文鋒等[1]發(fā)現(xiàn)江漢平原團聚體有機碳含量的峰值均出現(xiàn)在2 ~ 0.2 mm團聚體中，且>0.05 mm粒徑團聚體中有機碳的含量比<0.05 mm粒徑的高；徐文靜等[10]研究黑土區(qū)水稻土表明，土壤有機碳主要賦存在>0.25 mm團聚體，尤其是2 ~ 0.25 mm團聚體中；周萍等[11]發(fā)現(xiàn)南方紫泥田、紅黃泥和紅壤性水稻土中均以2 ~ 0.2 mm和<0.002 mm顆粒中有機碳含量最高，且兩者有機碳占土壤總有機碳比例近似。施肥是決定土壤質量和農田生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)生產力和穩(wěn)定性的基礎[12]，且施肥導致土壤團聚體組分及其有機碳含量發(fā)生變化。Lugato等[13]和毛霞麗等[14]認為施肥能增加土壤各級團聚體中有機碳含量。然而，各粒徑團聚體有機碳含量對施肥的敏感程度有所不同[15-16]。譚文鋒等[1]發(fā)現(xiàn)江漢平原粗粒徑團聚體中的有機碳對土地利用方式的變化較為敏感；李景等[17]指出>2 mm團聚體有機碳較2 ~ 0.25 mm、0.25 ~ 0.053 mm及<0.053 mm團聚體更易對耕作措施發(fā)生迅速反應；徐文靜等[10]研究黑土區(qū)水稻土團聚體有機碳表明，>2 mm團聚體中顆粒有機碳的敏感性更強，且其敏感性隨團聚體粒級的增大而增強。然而，以上均是在長期施肥或不同土地利用方式下獲得的研究成果；同時在土壤團聚體有機碳影響方面，僅獲得了土壤團聚體有機碳含量隨著土壤總有機碳含量的升高而增加的結論[16]。農業(yè)生產中施肥措施變化頻繁，在施肥措施改變條件下土壤團聚體有機碳的變化效應如何？紅壤性水稻土哪一粒級團聚體有機碳變化較敏感？鐵鋁氧化物與土壤團聚體有機碳呈何種關系？上述問題對于進一步解析稻田土壤固碳機理及探討其對土壤未來固碳減排潛力的影響來說意義重大。本文以具有35 a歷史的紅壤性水稻土為研究材料，選擇3個長期施肥處理(高量有機肥、常量有機肥、化肥)和4個施肥措施改變處理(高改化、常改高、常改化、化改常)的土壤，研究長期施肥后有機肥增減施對土壤團聚體有機碳變化特征及影響因素，以期為紅壤性水稻土有機碳的管理及深入了解稻田生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試地概況

長期定位試驗始于1982年，位于湖南農業(yè)大學逸苑小區(qū)(28°18′N，113°08′E)，年平均氣溫17.2 ℃，年均降雨量1 362 mm，供試土壤母土為長沙地區(qū)廣泛分布的發(fā)育于第四紀紅色黏土的耕型紅壤，耕作制度為稻-稻-冬閑。試驗設置20 cm與80 cm 2個不同地下水位，每個地下水位深度處理設高量有機肥、常量有機肥、全施化肥3個不同有機肥施用水平，共6個處理。每季水稻的施肥量為施氮150 kg/hm2，N:P2O5:K2O = 1:0.5:1。化肥處理下N、P、K肥分別以尿素、氯化鉀、過磷酸鈣施入。高量、常量有機肥處理下分別以有機物料供應總N的2/3、1/3；養(yǎng)分不足部分用化肥補足。2012年早稻種植前，本研究利用20 cm地下水位下3個不同施肥處理進行了施肥措施變更：從“常量有機肥”處理和“高量有機肥”處理中各隨機選取3個小區(qū)，變更為化肥處理；同時從“常量有機肥”處理中另隨機選取3個小區(qū)變更為高量有機肥處理；從“化肥”處理中隨機選擇3個小區(qū)變更為常量有機肥處理。由此，變更后的定位試驗共包括3個原施肥處理：高量有機肥(HOM)、常量有機肥(NOM)、化肥(CF)；2個減施有機肥處理：高改化(H-C)、常改化(N-C)；2個增施有機肥處理：常改高(N-H)、化改常(C-N)共計7個處理。

1.2 土樣采集與分析方法

1.2.1 樣品采集與制備 定位試驗施肥管理措施變更4 a后，于2017年2月早稻翻耕前，在每個處理中選取3個小區(qū)，每個小區(qū)隨機選取3個采樣點，用鐵鍬取下長寬高分別為10、10、20 cm的長方體原狀土柱組成混合土樣，共計21個土樣，輕放于硬質塑料盒，確保運輸途中不受到擠壓，以保持原狀結構帶回實驗室。土樣運回室內后，自然風干至土壤含水量到達土壤塑限(22% ~ 25%)時，沿著自然縫隙將其掰成10 mm左右的土塊，并挑出礫石、侵入體及植物殘體等。

1.2.2 土壤基本理化性質測定 有關測定均按常規(guī)方法進行[18]，土壤有機碳：高溫外熱重鉻酸鉀氧化法；游離態(tài)氧化鐵：檸檬酸鈉-連二亞硫酸鈉法提取，鄰啡羅啉比色法測定；絡合態(tài)氧化鋁：焦磷酸鈉提取劑提取，鋁試劑比色法測定。

1.2.3 土壤團聚體分組 團聚體分離方法的選擇可能影響團聚體的分布、微生物群落和有機碳的分布。本研究團聚體分離方法在Six等[19]的基礎上稍作修改，采用濕篩法進行土壤團聚體分組[20]。掰碎的土壤樣品自然完全風干后，采用四分法取100 g土樣，蒸餾水浸沒4 h，趕出大團聚體中空氣，以便于篩分；浸泡過的土樣用2 mm不銹鋼篩裝取，并置于盛有蒸餾水的容器中，調整水面高度，使得篩子在篩分過程最高點時底部不脫離水面，最低點時篩口邊緣超出水面。篩分儀器參數(shù)設定為：頻率25次/min，振幅3 cm，時長5 min。篩分結束后，用蒸餾水將篩內殘留部分沖洗至重量已知的燒杯內，并烘干、稱重。通過2 mm篩子的部分按照相同操作步驟過0.25 mm、0.053 mm篩子，以此方法將土壤團聚體分成>2 mm，2 ~ 0.25 mm、0.25 ~ 0.053 mm和<0.053 mm等4個粒級[14,21]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

1.3.1 團聚體有機碳貢獻率 某粒級團聚體有機碳貢獻率計算如式(1)。

式中：(SAOC) 為第級土壤團聚體有機碳含量(g/kg)；(A)為第級團聚體百分含量(%)；(SOC) 為第級團聚體所在土層土壤有機碳含量(g/kg)。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析 試驗所有數(shù)據(jù)采用Excel 2010、SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)統(tǒng)計進行方差和顯著性檢驗(LSD)，比較不同處理間在<0.05的顯著性水平。

2 結果

2.1 不同施肥處理下紅壤性水稻土團聚體組成

由圖1可知，不同施肥處理土壤團聚體的質量組成，均以 >2 mm團聚體含量最高，為465.01 ~ 697.61 g/kg，其次是2 ~ 0.25 mm團聚體含量(201.50 ~ 316.43 g/kg)，0.25 ~ 0.053 mm和 <0.053 mm團聚體含量均較低，變化范圍分別為67.65 ~ 127.19 g/kg和27.59 ~ 151.27 g/kg。各處理土壤中所有 >0.25 mm粒徑團聚體占團聚體總量的72.20% ~ 89.71%，是 <0.25 mm粒徑團聚體的2.60倍 ~ 8.72倍。說明長期施肥及增減施有機肥后，紅壤性水稻土團聚體組成分布均以 >0.25 mm團聚體為主。

2.2 不同施肥處理下紅壤性水稻土各粒級團聚體有機碳分布

長期不同施肥土壤團聚體有機碳含量高低排序均表現(xiàn)為：>0.25 mm團聚體>0.25 ~ 0.053 mm團聚體>(<0.053 mm)團聚體。比較不同施肥處理相同粒級團聚體有機碳含量(表1)，高量有機肥處理各粒級團聚體有機碳含量均高于常量有機肥處理，但差異不顯著；而相較于化肥處理，高量有機肥和常量有機肥處理不同粒級團聚體中有機碳含量顯著(<0.05)提高：>2 mm團聚體有機碳含量分別提高35.23% 和35.03%，按粒徑大小，其他3個粒徑團聚體的提高量分別為43.54% 和38.93%，42.37% 和34.92%，35.52% 和25.62%。表明較大粒徑的團聚體具有較高的有機碳含量，同時施用有機肥可提高紅壤水稻土各粒級有機碳含量。

圖1 土壤團聚體組成分布

表1 不同施肥處理下各粒級團聚體有機碳分布(g/kg)

注：表中同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示處理間差異達<0.05顯著水平，下表同。

有機肥增減施后，各粒級團聚體有機碳含量發(fā)生明顯變化(表1)。相較于常量有機肥和化肥處理，增施有機肥處理(常改高和化改常)中，各粒級團聚體有機碳含量整體呈小幅度上升趨勢：>2 mm團聚體有機碳含量基本不變，2 ~ 0.25 mm團聚體有機碳含量分別升高3.14% 和8.87%，0.25 ~ 0.053 mm團聚體有機碳含量分別升高2.16% 和5.94%，<0.053 mm團聚體有機碳含量分別升高2.88% 和2.29%，差異并不顯著。相較于原處理(高量有機肥和常量有機肥)，減施有機肥處理(高改化和常改化)中各粒級團聚體有機碳含量明顯下降，具體表現(xiàn)為：高改化和常改化處理中 >2 mm團聚體有機碳含量分別下降21.11%(<0.05)和14.90%，2 ~ 0.25 mm團聚體有機碳含量分別下降21.40%(<0.05)和16.05%(<0.05)，0.25 ~ 0.053 mm 及 <0.053 mm團聚體有機碳含量分別下降26.33%(<0.05)和8.37%、17.50%(<0.05)和6.82%，且差異均顯著。總的來說，增加有機肥施用量的處理(常改高和化改常處理)可提高 <2 mm各粒級團聚體有機碳含量，而減施有機肥的處理(高改化和常改化處理)則會顯著降低各粒級團聚體有機碳含量。

2.3 不同施肥處理下紅壤性水稻土團聚體有機碳貢獻率

長期不同施肥紅壤水稻土團聚體有機碳貢獻率(表2)，從>2 mm到<0.053 mm，隨著團聚體粒徑的減小，有機碳貢獻率依次降低，且不同施肥處理 >2 mm團聚體有機碳貢獻率變化范圍在54.72% ~ 64.81% 之間，說明長期不同施肥及增減施有機肥后紅壤性水稻土有機碳均以 >2 mm團聚體有機碳為主，且隨著團聚體粒徑的減小，其有機碳含量在紅壤性水稻土有機碳含量中占比降低。比較長期不同施肥處理相同粒級團聚體有機碳貢獻率，>2 mm團聚體有機碳貢獻率在常量有機肥處理中最高，其次是高量有機肥處理，而其他粒級團聚體有機碳貢獻率均表現(xiàn)為：化肥處理>常量有機肥處理>高量有機肥處理，且差異隨粒級減小逐漸明顯。相較于化肥處理，高量有機肥和常量有機肥中>2 mm團聚體有機碳貢獻率分別提高9.46% 和11.01%，而其他團聚體有機碳貢獻率按團聚體粒徑從大到小，有機碳貢獻率分別降低20.67% 和0.69%，45.86%(<0.05)和39.11%(< 0.05)，80.52%(<0.05)和46.51%(<0.05)。表明施用有機肥能顯著降低 <2mm的各粒級團聚體有機碳貢獻率，提高 >2 mm團聚體有機碳的貢獻率。

從施肥管理措施改變后的結果來看(表2)，相較于原處理(常量有機肥和化肥)，增施有機肥處理中的常改高處理和化改常處理中2 ~ 0.25 mm團聚體有機碳貢獻率提高，提高率分別為14.01% 和8.65%；其他3個粒徑團聚體有機碳貢獻率下降：>2 mm團聚體總有機碳貢獻率下降15.57% 和3.73%，0.25 ~ 0.053 mm團聚體有機碳貢獻率分別降低0.32% 和9.92%，<0.053 mm團聚體總有機碳貢獻率降低3.79% 和61.82%(<0.05)。相較于原處理(高量有機肥和常量有機肥)，高改化處理中各粒級團聚體有機碳貢獻率提升-7.97% ~ 77.46% 不等，其中>2 mm團聚體有機碳貢獻率下降7.97%，2 ~ 0.25 mm團聚體有機碳貢獻率提高25.69%，0.25 ~ 0.053 mm團聚體有機碳貢獻率提高30.43%，<0.053 mm團聚體有機碳貢獻率大幅提高77.46%；常改化處理中，各粒級團聚體對總有機碳貢獻率提升-28.79% ~ 53.05%：>2 mm團聚體總有機碳貢獻率顯著降低28.79%(<0.05)，2 ~ 0.25 mm團聚體和0.25 ~ 0.053 mm團聚體有機碳貢獻率分別上升22.79% 和42.88%，<0.053 mm團聚體總有機碳貢獻率顯著提高53.05%(<0.05)?？偟膩碚f，不管減施還是增施有機肥均導致 >2 mm團聚體有機碳貢獻率降低；同時，減施有機肥導致較小粒徑的各級團聚體有機碳貢獻率提高，而增施有機肥導致2 ~ 0.25 mm團聚體有機碳貢獻率提高，0.25 ~ 0.053 mm的團聚體及<0.053 mm團聚體有機碳貢獻率降低。

表2 不同施肥處理下各級團聚體有機碳對全土有機碳的貢獻率(%)

2.4 不同施肥處理下紅壤性水稻土鐵鋁氧化物與團聚體有機碳相關關系

不同施肥處理下紅壤性水稻土離游氧化鐵及絡合態(tài)鋁含量如表3。游離氧化鐵含量在長期不同施肥處理中的高低排序為：化肥>高量有機肥>常量有機肥；增施有機肥處理的常改高和化改常分別較原處理升高和降低10.93%、5.58%；減施處理的高改化與原處理持平，常改化則顯著增加12.52%。絡合態(tài)鋁含量在長期不同施肥處理中的高低排序為：高量有機肥>常量有機肥>化肥；增施有機肥處理中，常改高和化改常分別較原處理降低和升高8.10%、7.76%；減施處理的高改化和常改化則分別下降5.49% 和11.46%?？傮w上，化肥處理中增施有機肥游離氧化鐵含量降低，有機肥減施為化肥則增加，絡合態(tài)鋁則表現(xiàn)為相反的變化特征。

鐵鋁氧化物與土壤有機碳相關關系分別如圖2、圖3。>2 mm及2 ~ 0.25 mm團聚體有機碳含量分別與游離態(tài)氧化鐵含量呈極顯著和顯著負相關關系，說明 >2 mm及2 ~ 0.25 mm團聚體有機碳含量受土壤游離態(tài)氧化鐵的影響，且隨著土壤游離氧化鐵含量的降低而升高；此外，2 ~ 0.25 mm團聚體有機碳含量還受土壤絡合態(tài)鋁的影響，且隨著絡合態(tài)鋁含量的增加而顯著升高。

表3 不同施肥處理下全土游離氧化鐵及絡合態(tài)鋁含量

注：表中同行數(shù)據(jù)小寫字母不同表示處理間差異達<0.05顯著水平。

圖2 土壤團聚體有機碳與游離氧化鐵相關關系

圖3 土壤團聚體有機碳與絡合態(tài)鋁相關關系

3 討論

3.1 長期不同施肥紅壤性水稻土團聚體及其有機碳分布

施肥特別是施用有機肥在增加土壤總有機碳的同時，可促進水稻土大團聚體含量增加，減少微團聚體含量[22]，提升不同粒徑團聚體有機碳含量，且對>0.25 mm粒徑團聚體有機碳含量的提升幅度要高于<0.25 mm粒徑[16]；同時，毛霞麗等[17]指出大團聚體因具較強的碳固定能力，從而導致大團聚體有機碳含量較高和所占土壤總有機碳比例較大。本試驗表明，長期施肥及增減施有機肥后的紅壤性水稻土 >2 mm和2 ~ 0.25 mm粒徑團聚體含量分別占46.50% ~ 69.76% 和20.15% ~ 31.64%，是團聚體組成的主要粒級；施用有機肥在提高紅壤性水稻土各粒級有機碳含量的同時，表現(xiàn)出 >0.25 mm團聚體有機碳的含量較高，而 <0.053 mm團聚體有機碳含量最低的特征，其結果導致 >2 mm團聚體有機碳含量占土壤總有機碳含量比例較高，成為紅壤性水稻土有機碳主要存儲粒級，其結果與前人研究一致[5-6]。其原因是：施用化肥主要通過增加作物產量和作物殘茬量，以及促進根系分泌及根的周轉來提高土壤有機碳的輸入量；而施用有機肥一方面可直接向土壤輸入有機碳，另一方面又能提升土壤酶活性和土壤生物多樣性，從而極大程度地促進土壤有機碳含量的提升[23-24]；土壤總有機碳增加在提高各粒徑團聚體有機碳含量的同時，由于各粒徑團聚體的固碳能力存在差異，>0.25 mm團聚體，尤其是2 ~ 0.25 mm團聚體對有機碳的固定能力強，從而促進了 >0.25 mm團聚體的形成和其有機碳含量的增加；而 <0.25 mm團聚體在參加形成大團聚體的同時，由于 <0.25 mm的微團聚體尤其是 <0.053 mm團聚體僅是黏粒對有機碳的物理保護作用，固碳能力弱[25]，其結果導致 <0.25 mm粒徑團聚體及其有機碳含量減少，進而導致水稻土 >0.25 mm團聚體有機碳貢獻率增大，而<0.25 mm團聚體相反。

3.2 有機碳及鐵鋁氧化物對紅壤性水稻土團聚體有機碳分布的影響

土壤總有機碳含量與各粒徑團聚體有機碳含量呈正相關關系[26-28]，施肥導致土壤有機碳增加，但對各粒徑團聚體有機碳含量的影響存在顯著差異，施肥對>0.25 mm 粒徑團聚體有機碳含量的提升幅度要高于<0.25 mm 粒徑[16]。本研究表明土壤總有機碳含量與土壤各粒徑團聚體含量均呈顯著正相關關系(圖 4)，紅壤性水稻土各級團聚體有機碳含量隨著土壤總有機碳含量的增加而升高，其與 >2 mm、2 ~ 0.25 mm、0.25 ~ 0.053 mm 及<0.053 mm 團聚體有機碳含量的相關關系斜率分別為 0.731 4、0.931、0.619 2 和 0.314；相關系數(shù)2分別為 0.786 6(<0.01)、0.885 8(<0.01)、0.640 4(<0.01)和 0.541 9(<0.05)，表明施肥對紅壤性水稻土的團聚體有機碳影響最大的是 2 ~ 0.25 mm 粒徑團聚體，依據(jù)其影響的高低排序分別是 >2 mm、0.25 ~ 0.053 mm 和<0.053 mm 粒徑團聚體；從而 2 ~ 0.25 mm 粒徑團聚體對施肥影響最敏感，而<0.053 mm 粒徑團聚體的敏感性最弱，該結果與周萍和潘根興[22]及毛霞麗等[14]結果一致。

此外，Pan 等[29]和Zhou 等[30]分別指出鐵鋁氧化物對水稻土中有機碳的固定和化學穩(wěn)定有重要的貢獻，本研究證實了這一說法，紅壤性水稻土 2 ~ 0.25 mm 粒徑團聚體有機碳含量與土壤游離氧化鐵和絡合態(tài)鋁含量分別呈顯著(<0.01)負、正相關關系，說明紅壤性水稻土游離氧化鐵和絡合態(tài)鋁對 2 ~ 0.25 mm 粒徑團聚體有機碳有著重要影響；紅壤性水稻土鐵鋁氧化物及土壤有機質共同參與土壤團聚體的團聚過程[31]，本研究相關分析表明土壤總有機碳含量分別與土壤游離氧化鐵及絡合態(tài)鋁含量呈顯著(<0.01)負、正相關關系(圖 5)，可能是由于施肥后土壤有機碳的增加導致土壤鐵鋁氧化物形態(tài)轉化，其中游離氧化鐵含量降低而絡合態(tài)鋁含量升高，促進了 2 ~ 0.25 mm 粒徑團聚體的形成。此外，>2 mm 團聚體有機碳含量與游離氧化鐵含量呈顯著負相關關系表明游離氧化鐵自該粒徑團聚體的形成中發(fā)揮作用。

圖4 土壤團聚體有機碳含量與總有機碳含量相關關系

圖5 土壤總有機碳與游離氧化鐵及絡合態(tài)鋁相關關系

3.3 增減施有機肥對紅壤性水稻土團聚體有機碳變化的影響

長期施用有機肥可以顯著提高稻田土壤各粒級團聚體中有機碳的含量[32]，其原因在于有機肥的使用增加了土壤有機碳的輸入，從而改變了土壤團聚體有機碳含量和分配比例[25]。有機肥的增減施導致土壤總有機碳的變化，張蕾等[33]指出增施有機肥后紅壤性水稻土有機碳含量顯著升高，而減施有機肥后土壤有機碳含量顯著降低，其原因在于有機物料投入的增減，從而改變土壤團聚體有機碳的含量。本研究表明各粒徑團聚體有機碳變化存在差異，增施有機肥(常改高和化改常)后>2 mm 團聚體有機碳含量維持不變，2 ~ 0.25 mm 團聚體有機碳含量上升幅度最大，分別是3.14% 和8.87%，0.25 ~ 0.053 mm 和<0.053 mm 團聚體有機碳含量上升幅度較小，分別是2.16% 和5.94%，2.88% 和2.29%；眾多學者研究發(fā)現(xiàn)，新積累的碳多儲存于>0.25 mm 的大團聚體中，且活性顆粒有機碳優(yōu)先被較大粒徑的團聚體包裹[34-35]，增施有機肥輸入的新碳首先被 >0.25 mm 的大團聚體截獲，且 2 ~ 0.25 mm 團聚體有機碳穩(wěn)定性高于 >2 mm 團聚體[36]，同時，配施化肥會導致土壤酸化，加速土壤團聚體的周轉速率，引起土壤有機碳的礦化分解和損失[37]，從而導致增施有機肥后2 ~ 0.25 mm 團聚體有機碳含量升降幅度高于>2 mm團聚體；>2 mm 團聚體有機碳含量不變，可能與團聚體有機碳含量已達到其飽和儲碳量有關。減施有機肥(高改化和常改化)后土壤有機質含量降低，相應的化肥施用量升高，>0.25 mm 團聚體內顆粒態(tài)有機碳礦化分解速度和損失量大，導致>2 mm 和2 ~ 0.25 mm 團聚體有機碳含量差異減小，從而減施有機肥后兩者有機碳含量降幅持平；0.25 ~ 0.053 mm 和<0.053 mm 團聚體有機碳含量隨著有機肥的増減施而升降，且升降幅度小于 >0.25 mm 的大團聚體，可能與其受土壤有機碳輸入量影響的敏感性弱、黏粒物理保護及鐵鋁氧化作用較大有關。土壤有機碳含量隨著有機肥的增減施而升降，其結果導致土壤團聚體的團聚和破壞。本研究表明不管減施還是增施有機肥后，紅壤性水稻土 >2 mm 團聚體有機碳貢獻率均降低；就増施有機肥而言，可能是紅壤性水稻土有機碳伴隨團聚體的團聚作用而進入團聚體內，新輸入的有機碳短時間內以促進 2 ~ 0.25 mm 團聚體形成為主，從而 >2 mm 團聚體的質量分數(shù)減?。粶p施則導致紅壤性水稻土部分>2 mm 團聚體因有機碳含量降低而破壞分散；兩種施肥措施的結果均導致紅壤性水稻土 >2 mm 團聚體的質量分數(shù)降低，有機碳貢獻率降低。同理，増施有機肥導致 >0.25 mm 團聚體形成，其質量分數(shù)增大，有機碳貢獻率升高，而 <0.25 mm 團聚體質量分數(shù)相應減少，有機碳貢獻率降低；減施有機肥則導致 >0.25 mm 團聚體破壞分散，較小粒徑團聚體的質量分數(shù)相應增大，有機碳貢獻率升高。因此，增施有機肥導致2 ~ 0.25 mm 團聚體有機碳貢獻率升高，<0.25 mm 團聚體有機碳貢獻率降低，而減施有機肥導致 <2 mm 的各粒級團聚體有機碳貢獻率升高。

4 結論

1)紅壤性水稻土以>0.25 mm團聚體為主。較大粒徑的團聚體具有較高的有機碳含量，土壤有機碳則以>2 mm團聚體有機碳為主；長期施用有機肥可提高紅壤水稻土各粒級有機碳含量及>2 mm團聚體有機碳的貢獻率，降低<2 mm的各粒級團聚體有機碳貢獻率。

2)施肥對紅壤性水稻土2 ~ 0.25 mm粒徑團聚體有機碳影響最大，依據(jù)其影響的高低排序分別是>2 mm、0.25 ~ 0.053 mm和<0.053 mm粒徑團聚體；游離氧化鐵和絡合態(tài)鋁對2 ~ 0.25 mm粒徑團聚體有機碳有著重要影響，游離氧化鐵在>2 mm團聚體的形成中發(fā)揮作用。

3)增加有機肥施用量可提高<2 mm各粒級團聚體有機碳含量，減施有機肥則顯著降低各粒級團聚體有機碳含量。不管減施還是增施有機肥均導致>2 mm團聚體有機碳貢獻率降低；同時，減施有機肥后<2 mm的各級團聚體有機碳貢獻率升高，而增施有機肥后2 ~ 0.25 mm團聚體有機碳貢獻率升高。

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Characteristics of Soil Aggregate Organic Carbon (SAOC) in Paddy Soil After Increasing or Reducing Input of Organic Fertilizer

XIE Lihua, LIAO Chaolin*, LIN Qingmei, TANG Ru, SUN Yuxiang, LI Lina, YIN Lichu

(College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

A long-term location experiment of 35 a paddy soil was utilized, with part of fertilization treatments changed to study the characteristics and influences of soil aggregate organic carbon(SAOC) under different fertilization treatments after increasing or reducing the input of organic fertilizer. The results showed that: red paddy soil was dominated by >0.25 mm aggregates; the contents of SAOC under different long-term fertilization treatments was characterized by: >0.25 mm macro-aggregates>0.25-0.053 mm microaggregates>(<0.053 mm)silty clay, meanwhile, the application of organic fertilizer increased organic carbon contents of different sizes of aggregates and the contribution rate of >2 mm aggregate organic carbon. The influence of fertilization on organic carbon of different sizes aggregates was ranked as follows: <0.05 mm <0.25-0.05 mm< (>2 mm)<2-0.25 mm; free iron oxide and chelated aluminum had important effects on organic carbon of 2-0.25 mm aggregates, and free iron oxide played a role in the formation of >2 mm aggregates. Increasing the input of organic fertilizer can increase the organic carbon content of <2 mm aggregates at each grain level, reducing the input of organic fertilizer significantly reduced organic carbon content of aggregates. Regardless of reducing or increasing the input of organic fertilizer, the contribution rate of organic carbon in >2 mm macro-aggregates decreased; at the same time, the contribution rate of organic carbon in <2 mm aggregates after organic fertilizer reduction was increased, and the contribution rate of organic carbon in aggregates of 2-0.25 mm was increased after organic fertilizer application.

Long-term location experiment; Organic fertilizer; Aggregates; Organic carbon

國家自然科學基金項目(41571211)和湖南省高?？蒲兄攸c項目(15A085)資助。

clliao@163.com)

謝麗華(1995—)，女，湖南株洲人，碩士研究生，主要研究方向為土壤質量演變。E-mail: lhxie95@163.com

S152.4+5

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.06.009