有機(jī)無機(jī)肥配施對黃壤煙田有機(jī)碳組分的影響①

寇智瑞，周鑫斌，徐 宸，謝德體

有機(jī)無機(jī)肥配施對黃壤煙田有機(jī)碳組分的影響①

寇智瑞，周鑫斌*，徐 宸，謝德體

(西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400716)

采用長期田間試驗(yàn)，研究有機(jī)無機(jī)肥不同比例配施對土壤有機(jī)碳各組分含量的影響。結(jié)果表明，長期有機(jī)無機(jī)肥配施相比于對照增加了土壤總碳量和活性有機(jī)碳庫，但未達(dá)到顯著影響水平。有機(jī)肥提供30% 氮結(jié)合化肥提供70% 氮處理，與僅施用化肥相比，顯著提高了土壤中可溶性有機(jī)碳、微生物生物量碳、輕組有機(jī)碳和顆粒有機(jī)碳含量，提升比例分別是61.19%、96.03%、52.17% 和33.55%。有機(jī)肥提供30% 氮量處理與對照相比，顯著增加了黃壤中可溶性有機(jī)碳、微生物生物量碳、輕組有機(jī)碳和顆粒有機(jī)碳含量，再增加有機(jī)肥投入量，這些活性有機(jī)碳沒有顯著增加。綜上說明，本地黃壤煙田采取有機(jī)肥提供30% 氮結(jié)合化肥提供70% 氮施肥措施，長期施用可顯著培育黃壤煙田基礎(chǔ)地力，同時(shí)提高煙葉的產(chǎn)質(zhì)量，這對于保證我國煙葉生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。

有機(jī)無機(jī)肥配施；長期施肥；植煙黃壤；活性有機(jī)碳

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的核心，其主要成分為土壤腐殖質(zhì)，含量達(dá)到60% ~ 90%，在調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)、提供作物養(yǎng)分和減少環(huán)境負(fù)面影響等方面具有重要作用[1]。土壤有機(jī)質(zhì)是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的有機(jī)碳庫[2-3]。實(shí)際上，土壤碳庫比較穩(wěn)定，短時(shí)間段內(nèi)對人為活動(dòng)和環(huán)境因子變化響應(yīng)較不靈敏，無法準(zhǔn)確及時(shí)地把握土壤有機(jī)碳和土壤質(zhì)量的變化[4]。通過Ding等[5]的研究可知，一些土壤活性指標(biāo)，如土壤活性有機(jī)碳，對外界環(huán)境變化十分敏感，可以用來評價(jià)土壤有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。

活性有機(jī)碳可分為可溶性有機(jī)碳、微生物生物量碳、輕組有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳及易氧化有機(jī)碳，施肥方式及施肥量的變化對其影響深刻[6-8]。這些指標(biāo)雖然在概念上有重疊，但是單一的指標(biāo)很難表征土壤活性有機(jī)碳庫，以往的研究集中在不同施肥措施對土壤活性有機(jī)碳庫單一或幾個(gè)指標(biāo)的影響，不能很好地反映施肥措施對土壤質(zhì)量的影響。根據(jù)Lundquist等[9]的研究，發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥的耕作土壤中可溶性有機(jī)碳含量為只施用無機(jī)肥的2.5倍，McGill等[10-11]的研究也表明，土壤中可溶性有機(jī)碳含量與施肥有關(guān)，一般表現(xiàn)為：有機(jī)無機(jī)配施>單施有機(jī)肥>單施化肥。Steven等[12]的長期定位施肥試驗(yàn)表明，有機(jī)肥配施氮磷鉀肥能增加土壤中顆粒有機(jī)碳含量，增加作物產(chǎn)量。Oue′draogo等[13]的長期施肥定位試驗(yàn)也表明，在耕作土地上單施腐熟的有機(jī)肥或尿素會(huì)導(dǎo)致土壤中顆粒有機(jī)碳含量的下降，而有機(jī)無機(jī)配施則會(huì)增加顆粒有機(jī)碳等的含量，這與楊長明等[14]的研究結(jié)果一致。

西南地區(qū)是我國的主要煙區(qū)之一，但由于長期以來重施化肥而輕施有機(jī)肥，導(dǎo)致煙田土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量逐年下降[15]，土壤有機(jī)碳的數(shù)量和質(zhì)量在很大程度上與土壤肥力的維持和提高密切相關(guān)[16]，而施肥措施提升重慶黃壤煙田土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量的研究較少，因此，本研究利用田間長期定位試驗(yàn)，探究不同施肥處理對土壤有機(jī)質(zhì)狀態(tài)協(xié)同提升的長期效應(yīng)，可為重慶烤煙優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)栽培的土壤有機(jī)質(zhì)調(diào)控提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，促進(jìn)煙葉的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于重慶市彭水縣潤溪鄉(xiāng)白果坪，地理坐標(biāo) 107°54′44″E，29°06′56″N，海拔高度為1 213 m，為亞熱帶溫潤季風(fēng)氣候，氣候溫和、雨量充沛、光照偏少。多年平均氣溫17.50 ℃，常年平均降雨量1 104.20 mm，無霜期312 d。試驗(yàn)前耕層土壤(0 ~ 20 cm) pH為6.5，有機(jī)碳22.15 g/kg，全氮0.78 g/kg，堿解氮112.3 mg/kg，有效磷74.56 mg/kg，速效鉀185.6 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及田間管理

煙草定位施肥試驗(yàn)于2013年開始，2017年測定，共設(shè)6個(gè)處理(表1)，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，共18個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為40 m2，完全隨機(jī)排列?？緹煶Ｄ陠巫鳎环N一季，連續(xù)種植5 a，種植密度為11 000株/hm2。本試驗(yàn)中的各處理復(fù)合肥施用量及方式均根據(jù)重慶市烤煙生產(chǎn)管理規(guī)程進(jìn)行，基肥以有機(jī)肥和復(fù)合肥配合施用，有機(jī)肥和化肥混合后表土底施，旋耕機(jī)旋耕均勻后起壟的方法，追肥結(jié)合烤煙培土進(jìn)行，具體為肥料兌水后，用烤煙種植專用的施肥槍施入兩株煙苗中間土壤穴中，具體用量按照表1進(jìn)行。發(fā)酵有機(jī)肥采用煙桿和藥渣混合發(fā)酵而成，煙桿經(jīng)高溫高壓滅菌，粉碎后添加一定量菌種發(fā)酵而成，煙桿和藥渣的比例為1︰1。煙桿有機(jī)肥pH 6.65，有機(jī)質(zhì)含量581.2 g/kg，鮮基含純氮(N)0.5%，純磷(P)0.4%，純鉀(K)0.3%。

表1 試驗(yàn)處理

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 樣品采集 2017年8月，當(dāng)煙草適時(shí)采收完全后，進(jìn)行土壤樣品采集，每個(gè)小區(qū)以“S”型取耕層土壤樣(0 ~ 20 cm)，每個(gè)小區(qū)取20個(gè)點(diǎn)。新鮮土壤樣品除去動(dòng)、植物殘?bào)w，放在室溫環(huán)境下風(fēng)干，風(fēng)干后的樣品充分研磨，分別過20目、60目和100目篩，標(biāo)記好后待測。

1.3.2 樣品測定 1)土壤有機(jī)碳含量的測定。土壤有機(jī)碳的測定采用重鉻酸鉀氧化外加熱法[17]。

2)有機(jī)碳密度的測定。土壤有機(jī)碳密度的計(jì)算公式為：

式中：SOCD表示土壤有機(jī)碳密度(t/hm2)，為土壤刨面層數(shù)(本次研究取= 1)，SOC為土壤有機(jī)碳含量(g/kg)，γ為土層容重(g/cm3)，H為土層厚度(本次試驗(yàn)取H= 20 cm)。土壤容重的測定采用烘干法[18]。

3)可溶性有機(jī)碳含量測定。稱取過60目篩的風(fēng)干土樣10.00 g于燒杯中，加入50 ml的0.5 mol/L K2SO4溶液(水土比為5︰1)，并在25 ℃ 的恒溫下以300 r/min的速度振蕩10 h，震蕩后的樣品用定量濾紙過濾到塑料瓶中，用碳氮自動(dòng)分析儀(Phoenix 8000，美國)測定提取液中可溶性有機(jī)碳含量。

4)微生物生物量碳含量測定。微生物生物量碳的測定可采用氯仿熏蒸0.5 mol/L K2SO4浸提法[19]。公式為：微生物生物量碳(BC) = EC/KC, EC表示未熏蒸與熏蒸對照土壤的浸取有機(jī)碳的差值，KC 為轉(zhuǎn)換系數(shù)，取值0.38。

5)輕組有機(jī)碳含量測定。輕組有機(jī)碳的測定參照Six等[20]提出的方案。將100 ml離心管在50 ℃下烘30 min，稱取過20目篩的風(fēng)干土壤樣品20 g放入離心管內(nèi)，稱取重量并記錄。之后加入70 ml的NaI溶液(密度為1.8 g/cm3)。將裝有待測樣品的離心管置于超聲波振蕩儀中振蕩10 min，在250 J/ml能量水平下將土壤完全離散，再將樣品置于離心機(jī)內(nèi)，在轉(zhuǎn)速為2 000 r/min的條件下離心30 min，然后用0.45 μm玻璃纖維過濾器真空吸濾含有輕組有機(jī)碳的上層清液，重復(fù)兩次。將吸濾好的樣品轉(zhuǎn)移到已稱重的25 ml燒杯中，在50 ℃下烘干并稱重，隨后在瑪瑙研體中磨細(xì)，然后用碳氮元素分析儀(Phoenix 8000，美國)測定輕組有機(jī)碳含量。

6)顆粒有機(jī)碳含量的測定。顆粒有機(jī)碳的測定參照Cambardella等[21]的方法。稱取10.00 g過2 mm篩的風(fēng)干土樣至分散瓶中，然后加入30 ml濃度為5 g/L的六偏磷酸鈉，之后在往復(fù)振蕩器上以180 r/min的頻率振蕩15 h。經(jīng)振蕩分散的土壤樣品在水中過53 μm篩，并用水反復(fù)沖洗，留在篩上的有機(jī)物質(zhì)在50 ℃下烘干24 h后稱重，然后用碳氮分析儀測定顆粒有機(jī)碳的含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

測定結(jié)果用Excel 2007和SPSS 13.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤有機(jī)碳含量的影響

不同施肥處理對土壤有機(jī)碳含量的影響如圖1所示，CK處理土壤有機(jī)碳含量為22.1 g/kg，M1處理為22.5 g/kg，有機(jī)無機(jī)肥配施增加土壤有機(jī)碳的含量，但未達(dá)到顯著水平。其中M2處理為22.8 g/kg；M3處理為23.4 g/kg；M4處理有機(jī)碳含量最高，為23.6 g/kg，與對照相比增加了6.79%。

(圖中小寫字母相同表示處理間差異未達(dá)到P<0.05顯著水平，下圖同)

2.2 不同施肥處理對土壤有機(jī)碳密度的影響

不同施肥處理對土壤有機(jī)碳密度的影響如圖2所示。由圖2可知，對照處理的有機(jī)碳密度為26.5 t/hm2；僅施化肥時(shí)有機(jī)碳密度為27.2 t/hm2。相對于CK和M1，有機(jī)無機(jī)肥配施可增加有機(jī)碳密度，M2、M3、M4、M5處理有機(jī)碳密度分別為27.4、28.1、 29.5、27.4 t/hm2，相互間差異均未達(dá)到顯著水平。

圖2 不同施肥處理對土壤有機(jī)碳密度的影響

2.3 不同施肥處理對土壤可溶性有機(jī)碳含量的影響

不同施肥處理對土壤可溶性有機(jī)碳含量的影響如圖3所示。CK處理可溶性有機(jī)碳含量為81.5 mg/kg，僅施化肥(M1)處理為82.2 mg/kg，對可溶性有機(jī)碳的含量無顯著影響，而隨著有機(jī)肥的逐漸施入(M2 ~ M4處理)，可溶性有機(jī)碳含量逐漸升高，達(dá)到極顯著水平。但M5處理的可溶性有機(jī)碳含量為126.2 mg/kg，相對于M4處理時(shí)的132.5 mg/kg又略有下降，說明有機(jī)物料施入量達(dá)到一定時(shí)，繼續(xù)施用對可溶性有機(jī)碳含量變化并無顯著影響。相對于M1處理，M4處理使可溶性有機(jī)碳含量提高了61.2%。結(jié)果說明，無機(jī)化肥的施用對土壤中可溶性有機(jī)碳含量無太大提升效果，而有機(jī)無機(jī)肥配施，可顯著提升其含量。

(圖中小寫字母不同表示處理間差異達(dá)P<0.05顯著水平，下圖同)

2.4 不同施肥處理對土壤微生物生物量碳含量的影響

不同施肥處理對土壤微生物生物量碳含量的影響如圖4所示。相比于CK處理的61.5 mg/kg，施肥處理均顯著提升了土壤中微生物生物量碳的含量，M1、M2、M3處理分別為98.2、118.8、120.6 mg/kg，彼此間差異未達(dá)到顯著水平。相比較不施或者少施有機(jī)肥處理(M1 ~ M3)，高量有機(jī)肥的施入(M4 ~ M5處理)，顯著提高了微生物生物量碳的含量。相對于M1，M5處理時(shí)土壤中微生物生物量碳含量達(dá)到196.2 mg/kg，提升了99.8%，相較于CK更是提升了219.0%。說明在一定范圍內(nèi)，土壤中微生物生物量碳含量與有機(jī)物料的施用量呈正比關(guān)系，有機(jī)肥施用量越高，土壤中微生物生物量碳的含量越高。但由圖4可知，M4、M5處理間差異不顯著，說明當(dāng)有機(jī)物料施入達(dá)到一定水平時(shí)，對土壤中微生物生物量碳含量的提升無顯著效果。

圖4 不同施肥處理對微生物生物量碳含量的影響

2.5 不同施肥處理對土壤輕組有機(jī)碳含量的影響

不同施肥處理對土壤輕組有機(jī)碳含量的影響如圖5所示。可以看出，僅施化肥(M1處理)對輕組有機(jī)碳的含量無顯著影響。相比于CK的0.82 g/kg和M1的0.92 g/kg，施用有機(jī)肥能顯著提升土壤輕組有機(jī)碳含量，其中M2、M3處理時(shí)土壤輕組有機(jī)碳含量均為1.1 g/kg，M4處理為1.4 g/kg，M5處理為1.6 g/kg，可以看出隨著施入有機(jī)肥比例的提升，施入土壤的動(dòng)植物殘?bào)w及微生物數(shù)量增加，土壤輕組有機(jī)碳含量隨之顯著增加。

圖5 不同施肥處理對土壤輕組有機(jī)碳含量的影響

2.6 不同施肥處理對土壤顆粒有機(jī)碳含量的影響

不同施肥處理對土壤顆粒有機(jī)碳含量的影響如圖6所示，相對于CK處理時(shí)土壤顆粒有機(jī)碳的含量5.2 g/kg，M3處理時(shí)含量達(dá)到8.3 g/kg，增加了60.29%；M4處理時(shí)達(dá)到8.6 g/kg，增加了65.74%；M5處理時(shí)顆粒有機(jī)碳含量達(dá)到8.9 g/kg，增加了71.30%。由此可知，增施有機(jī)肥可顯著增加土壤顆粒有機(jī)碳含量。

圖6 不同施肥處理對土壤顆粒有機(jī)碳含量的影響

2.7 不同施肥處理對土壤活性有機(jī)碳各組分的比重分析

土壤有機(jī)碳與活性有機(jī)碳各組分間的相關(guān)性如表2所示，土壤顆粒有機(jī)碳、微生物生物量碳的含量與土壤總有機(jī)碳含量極顯著相關(guān)，輕組有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳含量與土壤有機(jī)碳含量顯著相關(guān)?；钚杂袡C(jī)炭各組分間存在交互作用，其中，土壤顆粒有機(jī)碳與微生物生物量碳的含量極顯著相關(guān)，與輕組有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳顯著相關(guān)；輕組有機(jī)碳含量與微生物生物量碳含量和可溶性有機(jī)碳含量極顯著相關(guān)，與顆粒有機(jī)碳含量顯著相關(guān)；土壤微生物生物量碳含量與顆粒有機(jī)碳和輕組有機(jī)碳含量極顯著相關(guān)，與可溶性有機(jī)碳顯著相關(guān)；可溶性有機(jī)碳含量與輕組有機(jī)碳含量極顯著相關(guān)，與顆粒有機(jī)碳和微生物生物量碳含量顯著相關(guān)。

不同施肥處理?xiàng)l件下土壤中活性碳庫占總有機(jī)碳的百分比如表3所示，不施肥處理時(shí)，顆粒有機(jī)碳、輕組有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳和微生物生物量碳占土壤有機(jī)碳的百分比分別為23.51%、3.71%、0.37% 和0.28%，僅施無機(jī)肥時(shí)對其所占比重影響不大，顆粒有機(jī)碳、輕組有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳和微生物生物量碳占土壤有機(jī)碳的百分比分別為28.62%、4.09%、0.37% 和0.44%。相比CK和M1，有機(jī)無機(jī)配施可提升土壤中活性有機(jī)碳各組分占土壤總有機(jī)碳的百分比。當(dāng)M4處理時(shí)，顆粒有機(jī)碳所占百分比達(dá)到36.52%，相比CK提升了55.3%，相比M1提升了27.6%；輕組有機(jī)碳所占百分比為5.93%，相比CK提升了59.8%，相比M1提升了45.0%；可溶性有機(jī)碳所占百分比為0.56%，相比CK和M1均提升了51.4%；微生物生物量碳所占百分比為0.82%，相比CK提升了192.9%，相比M1提升了86.4%。

表2 土壤有機(jī)碳與活性有機(jī)碳各組分間的相關(guān)性

注：TOC：總有機(jī)碳，POC：顆粒有機(jī)碳，LFOC：輕組有機(jī)碳，MBC：微生物生物量碳，DOC：可溶性有機(jī)碳；*表示相關(guān)性達(dá)<0.05顯著水平；**表示相關(guān)性達(dá)<0.01顯著水平。

表3 不同施肥處理土壤活性有機(jī)碳各組分所占百分比(%)

如圖7所示，土壤碳投入和總活性有機(jī)碳呈極顯著的相關(guān)關(guān)系，隨著土壤碳投入量的增加，土壤總活性有機(jī)碳顯著升高，兩者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式為：= -0.001 52+1.184 5+167.05，經(jīng)過土壤碳投入對總活性有機(jī)碳的一階導(dǎo)數(shù)，求得最大碳投入量為5 922 kg/hm2，這個(gè)量超過了本試驗(yàn)的范圍。但從圖上可以看出，M4與M5處理的總活性炭最高，且增幅放緩。

2.8 不同施肥處理對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

表4中可以看出，對照由于多年不施肥，烤煙生長非常弱小，最終沒有形成產(chǎn)量。從產(chǎn)量結(jié)果看，配施適量有機(jī)肥處理煙葉產(chǎn)量高于純化肥處理，從上中等煙比例來看，M4和M5處理上中等煙比例顯著高于其他處理，從產(chǎn)值來看，M4和M5處理的產(chǎn)值也顯著高于其他處理。綜上說明，有機(jī)無機(jī)肥長期配施對烤煙生長促進(jìn)作用較為顯著，同時(shí)能夠顯著提高烤煙的產(chǎn)質(zhì)量。

圖7 土壤碳投入和總活性有機(jī)碳的關(guān)系

表4 不同施肥處理烤煙經(jīng)濟(jì)性狀比較

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

3 討論

本研究利用長期定位試驗(yàn)研究了不同施肥措施對土壤總碳和活性有機(jī)碳庫的影響，結(jié)果表明，在試驗(yàn)?zāi)晗迌?nèi)，有機(jī)無機(jī)肥配施增加土壤有機(jī)碳的含量，增加有機(jī)碳密度，但與對照相比差異不顯著。黃壤有機(jī)碳的平衡包括有機(jī)物質(zhì)的腐殖化和有機(jī)碳的礦化過程，此過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程，其平衡結(jié)果直接決定著土壤有機(jī)碳的儲(chǔ)量。有機(jī)無機(jī)肥配施可使得土壤有機(jī)碳總量和有機(jī)碳密度不斷增加，可以看出是一個(gè)富集過程，然而，在煙田長期連作耕作等人為干擾條件下，破壞了土壤中大團(tuán)聚體，使土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差，土壤固碳能力下降，導(dǎo)致土壤易遭受水、風(fēng)等的侵蝕從而引起土壤有機(jī)碳的損失；另一方面，黃壤原有有機(jī)碳被分解，向大氣排放CO2[22]，何川等[23]研究證實(shí)，長期連作(3 a)可造成植煙土壤有機(jī)碳的損失。黃壤煙田獨(dú)特的水熱條件影響下的這種動(dòng)態(tài)平衡過程，導(dǎo)致5 a長期試驗(yàn)并未顯著增加土壤總碳和活性有機(jī)碳庫。

土壤輕組有機(jī)碳包含不同分解階段的動(dòng)植物殘?bào)w和微生物殘骸，以及一些吸附在碎屑上的礦質(zhì)顆粒[24]。土壤顆粒有機(jī)碳是由相對粗大的非腐殖化的不同分解階段的植物殘?bào)w和碎屑組成，植物殘?bào)w是其主要來源[25]。本次試驗(yàn)結(jié)果表明，90% 化肥配施10% 發(fā)酵有機(jī)肥時(shí)，土壤中各活性有機(jī)碳組分并沒有呈現(xiàn)出顯著增加的趨勢，未達(dá)到改良土壤的程度，這可能是因?yàn)槭┤氲挠袡C(jī)肥數(shù)量不足，轉(zhuǎn)化利用程度不足。當(dāng)80% 化肥配施20% 發(fā)酵有機(jī)肥時(shí)，土壤中顆粒有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳含量顯著增加，但微生物生物量碳和輕組有機(jī)碳含量并沒有多大變化，造成這一現(xiàn)象的原因可能是煙桿有機(jī)肥中植物殘?bào)w含量和木質(zhì)纖維素含量較高[26]，較易促進(jìn)顆粒有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳的形成。同時(shí)，研究表明[27-28]，微生物生物量碳與土壤中孢子及微生物含量相關(guān)，當(dāng)土壤中施用煙桿有機(jī)肥為296 kg/hm2時(shí)，生物量未達(dá)到能顯著影響微生物群落結(jié)構(gòu)的水平，因此80% 化肥配施20% 發(fā)酵煙桿有機(jī)肥時(shí)對其影響不顯著。當(dāng)試驗(yàn)處理為70% 化肥配施30% 發(fā)酵有機(jī)肥時(shí)，煙桿有機(jī)肥的用量為444 kg/hm2，土壤中微生物生物量碳、輕組有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳含量均顯著增加，說明有機(jī)肥的施用量達(dá)到一定水平時(shí)能增加根系生物量及根系分泌物，促進(jìn)了微生物生長，提高了土壤微生物生物量。土壤微生物殘?bào)w是土壤活性有機(jī)碳的重要來源[29]，因此有機(jī)無機(jī)肥配施能夠促進(jìn)土壤中總有機(jī)碳向活性有機(jī)碳轉(zhuǎn)化，特別是向微生物生物量碳轉(zhuǎn)化。雖然60% 化肥配施40% 有機(jī)肥的處理同樣顯著增加了土壤中可溶性有機(jī)碳、微生物生物量碳、輕組有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳含量，但相對于70% 化肥配施30% 發(fā)酵有機(jī)肥的處理，差異并不顯著，說明當(dāng)有機(jī)物料施用量達(dá)到一定比例時(shí)，繼續(xù)增加有機(jī)物用量不會(huì)對土壤活性有機(jī)碳的組分產(chǎn)生顯著影響。

土壤中活性碳庫占總有機(jī)碳的百分比可以反映土壤有機(jī)碳質(zhì)量，其中輕組有機(jī)碳/全碳可以表示土壤有機(jī)碳在非保護(hù)性庫中的分配比例；土壤微生物生物量碳/全碳可作為土壤碳庫質(zhì)量的敏感指示因子，進(jìn)而推斷碳素的有效性。本次試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著有機(jī)肥投入比例的提升，輕組有機(jī)碳/全碳、微生物生物量碳/全碳和顆粒有機(jī)碳/全碳均隨之提升，相較于CK，M5處理使輕組有機(jī)碳/全碳的比值增加了64.02%，說明土壤有機(jī)碳在非保護(hù)性庫中的分配比例顯著提升，增加了有機(jī)碳的反應(yīng)活性；此外，相較于CK，M5處理使微生物生物量碳/全碳的比值提升了203.57%，極顯著地增加了土壤有機(jī)碳的有效性。相較于M3處理，M4處理顯著提升了活性有機(jī)碳各組分占總碳的百分比；相較于M4處理，M5處理對活性有機(jī)碳各組分占總碳的百分比并未產(chǎn)生顯著差異，因此可以推斷，當(dāng)有機(jī)物料施入達(dá)到一定水平時(shí)，繼續(xù)施用不會(huì)對土壤活性有機(jī)碳的組分產(chǎn)生顯著影響。同時(shí)土壤碳投入量增加，土壤總活性有機(jī)碳也增加(圖7)，在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，M4處理的土壤總活性有機(jī)碳較高，M5處理略低于M4處理，結(jié)合表4烤煙經(jīng)濟(jì)性狀比較，M4的上中等煙和產(chǎn)質(zhì)量最高。說明對于煙草而言，有機(jī)無機(jī)肥配施在改善有機(jī)碳質(zhì)量的同時(shí)，也能提高其產(chǎn)質(zhì)。這是因?yàn)榛逝涫┯袡C(jī)肥能提升土壤有機(jī)氮和有機(jī)碳含量，促進(jìn)了微生物生長和活性，提高土壤碳、氮、磷和鉀的轉(zhuǎn)化和供應(yīng)，進(jìn)而提升煙株生長后期土壤的供氮能力和碳源利用率，提高上部葉片的煙堿含量和還原糖含量，在一定程度上提高了產(chǎn)量，也促使化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)[30]。王樹會(huì)等[31]的研究結(jié)果表明，與單施化肥相比，化肥和秸稈堆肥配施提升了土壤有機(jī)質(zhì)含量，為煙株生長創(chuàng)造了良好的土壤環(huán)境，有利于提高煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例。但是，有關(guān)土壤活性有機(jī)碳組分是如何影響煙葉化學(xué)品質(zhì)協(xié)調(diào)性還有待于進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

1)長期有機(jī)無機(jī)肥配施相比于對照增加了土壤總碳量和活性有機(jī)碳庫，但未有顯著的影響，與黃壤煙田碳腐殖化和礦質(zhì)化平衡有關(guān)。

2)有機(jī)肥提供30% 氮量處理與對照相比，顯著增加了黃壤中可溶性有機(jī)碳、微生物生物量碳、輕組有機(jī)碳和顆粒有機(jī)碳含量，再增加有機(jī)肥投入量，這些活性有機(jī)碳沒有顯著增加。

3)本地黃壤煙田采取有機(jī)肥提供30% 氮結(jié)合化肥提供70% 氮施肥措施，長期施用可顯著培育黃壤煙田基礎(chǔ)地力，同時(shí)提高煙葉的產(chǎn)質(zhì)量。

[1] 竇森, 李凱, 崔俊濤, 等. 土壤腐殖物質(zhì)形成轉(zhuǎn)化與結(jié)構(gòu)特征研究進(jìn)展[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2008, 45(6): 1148-1158.

[2] Lal R, Griffin M, Apt J, et al. Managing soil carbon[J]. Science, 2004, 304: 393.

[3] 周廣勝, 王玉輝. 全球生態(tài)學(xué)[M]. 北京: 氣象出版社, 2003: 200–204.

[4] 余健, 房莉, 卞正富, 等. 土壤碳庫構(gòu)成研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(17): 4829–4838.

[5] Ding G, Liu X, Herbert S, et al. Effects of cover crop management on soil organic matter[J]. Geoderma, 2006, 130: 229–239.

[6] Yan D, Wang D, Yang L. Long-term effect of chemical fertilizer, straw, and manure on labile organic matter fractions in a paddy soil[J]. Biology and Fertility of Soils, 2007, 44: 93–101.

[7] Blair G, Lefroy R D B, Lise L. Soil carbon fractions based on their degree of oxidation, and the development of a carbon management index for agricultural systems[J]. Australian Journal of Agriculctural Research, 1995, 7(7): 1459–1466.

[8] 沈宏, 曹志洪, 胡正義. 土壤活性有機(jī)碳的表征及其生態(tài)效應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 1999, 18(3): 32–38.

[9] Lundquist E J, Jackson L E, Scow K M. Wet-dry cycles affect dissolved organic carbon in two California agricultural soils[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1999, 31: 1031–1038.

[10] McGill W B, Hunt H W, Woodmansee R G, et al. PHOENIX, A model of the dynamics of carbon and nitrogen in grassland soils//Clark F E, Rosswall T. Terrestrial nitrogen cycles: Processes, ecosystem strategies and mangement impacts[M]. Stockholm: Swedish Natural Science Research Council, 1981, 33: 49–115.

[11] McGiill W B, Cannon K B, Robertson J A, et al. Dynamics of soil microbial biomass and water-soluble organic C in bertonL after 50 years of cropping to two rotations[J]. Canadian Journal of Soil Science,1986, 66: 1–19.

[12] Steven S, Stefaan D N, Tamás N, et al. Effect of manure and fertilizer application on the distribution of organic carbon in different soil fractions in long-term field experiments[J]. European Journal of Agronomy, 2006, 25: 280–288.

[13] Ouédraogo E, Mando A, Stroosnijder L. Effects of tillage, organic resources and nitrogen fertilizer on soil carbon dynamics and crop nitrogen uptake in semi-arid West African[J]. Soil and Tillage Research, 2006, 91: 57–67.

[14] 楊長明, 歐陽竹, 董玉紅. 不同施肥模式對潮土有機(jī)碳組分及團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2005, 24(8): 887–892.

[15] 張東. 重慶煙區(qū)植煙土壤酸化現(xiàn)狀及改良措施研究[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 2015.

[16] 成臣, 汪建軍, 程慧煌, 等. 秸稈還田與耕作方式對雙季稻產(chǎn)量及土壤肥力質(zhì)量的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2018, 55(1): 247–257.

[17] Yeomansa J C, Bremnera J M. A rapid and precise method for routine determination of organic carbon in soil[J]. Communication in Soil Science and Plant Analysis, 1988, 19(13): 467–476.

[18] 陳紅霞, 杜章留, 郭偉, 等. 施用生物炭對華北平原農(nóng)田土壤容重、陽離子交換量和顆粒有機(jī)質(zhì)含量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 22(11): 2930–2934.

[19] Jenkinson D S, Brookes P C, Powlson D S. Measuring soil microbial biomass[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2004, 36: 5–7.

[20] Six J, Elliot E T, Paustian K, et al. Aggregation and soil organic matter accumulation in cultivated and native grassland soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 1998, 62: 1367–1377.

[21] Cambardella C A, Elliott ET. Particulate soil organic matter changes across a grassland cultivation sequence[J]. Soil Science Society of America Journal, 1992, 56: 777– 783.

[22] 代曉燕, 張芊, 劉國順, 等. 植煙土壤有機(jī)碳庫修復(fù)的研究進(jìn)展[J]. 中國煙草科學(xué), 2014, 35(3): 109–116.

[23] 何川, 劉國順, 李祖良, 等. 連作對植煙土壤有機(jī)碳和酶活性的影響及其與土傳病害的關(guān)系[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 45(6): 701–705.

[24] Dalai R C, Mayer R J. Long term trends in fertility of soils under continuous cultivation and cereal cropping in southern Queensland. III. distribution and kinetics of soil organic carbon in particle-size fractions[J]. Australia Journal Soil Research, 1986, 24: 293–300.

[25] 陳茜, 梁成華, 杜立宇, 等. 不同施肥處理對設(shè)施土壤團(tuán)聚體內(nèi)顆粒有機(jī)碳含量的影響[J]. 土壤, 2009, 41(2): 258–263.

[26] 黃小容. 煙稈木質(zhì)素高效降解菌的篩選、鑒定及降解效果研究[D]. 武漢: 湖北大學(xué), 2016.

[27] 張瑞, 張貴龍, 姬艷艷, 等. 不同施肥措施對土壤活性有機(jī)碳的影響[J]. 環(huán)境科學(xué), 2013, 34(1): 277–282.

[28] 徐江兵, 何園球, 李成亮, 等. 不同施肥處理紅壤生物活性有機(jī)碳變化及與有機(jī)碳組分的關(guān)系[J]. 土壤, 2007, 39(4): 627–632.

[29] 李艷. 微生物利用糖類和藍(lán)藻等有機(jī)物料參與形成腐殖質(zhì)的研究[D]. 長春: 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué), 2016.

[30] 李曉婷, 常壽榮, 孔寧川, 等. 不同有機(jī)肥與無機(jī)肥配施對烤煙生長及鉛、鎘含量的影響[J]. 中國煙草科學(xué), 2013, 34(5): 37–41.

[31] 王樹會(huì), 納紅艷, 陳發(fā)榮, 等. 有機(jī)肥與化肥配施對烤煙品質(zhì)及土壤的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào), 2011, 13(4): 110–114.

Effects of Combination Application of Organic and Inorganic Fertilizers on Organic Carbon Fractions in Tobacco-planting Yellow Soil

KOU Zhirui, ZHOU Xinbin*, XU Chen, XIE Deti

(College of Resources and Environment, Southwestern University, Chongqing 400716, China)

A long-term field experiment was conducted to study the effects of different combination proportions of organic and inorganic fertilizers on the contents of soil organic carbon fractions in tobacco-planting yellow soil. The results showed that compared with CK, long-term combined application of organic and inorganic fertilizers increased soil total carbon and active organic carbon pool, but did not reach significant level. Compared with the treatment with chemical fertilizer only, the treatment with organic fertilizer providing 30% nitrogen and chemical fertilizer providing 70% nitrogen increased significantly the contents of dissolved organic carbon, microbial biomass carbon, light fraction organic carbon and particulate organic carbon by 61.19%, 96.03%, 52.17% and 33.55%, respectively. The treatment with organic fertilizer providing 30% nitrogen and chemical fertilizer providing 70% nitrogen increased significantly the content of dissolved organic carbon, microbial biomass carbon, light fraction organic carbon and particulate organic carbon, but no significant increase was found in these active organic carbon fraction with continuous increasing organic fertilizer input. Therefore, the treatment with organic fertilizer providing 30% nitrogen and chemical fertilizer providing 70% nitrogen is the optimal to improve the fertility of tobacco-planting yellow soil and to promote the yield and quality of tobacco, which is also important to guarantee the sustainable development of tobacco production.

Combined application of organic and chemical fertilizers; Long-term fertilization; Tobacco-planting yellow soil; Active soil organic carbon

S572

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.01.028

寇智瑞, 周鑫斌, 徐宸, 等. 有機(jī)無機(jī)肥配施對黃壤煙田有機(jī)碳組分的影響. 土壤, 2020, 52(1): 195–201.

中國煙草總公司科技重點(diǎn)項(xiàng)目(110201502015)資助。

寇智瑞(1995—)，男，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，主要從事煙田土壤改良方面的研究。E-mail: 1784759381@qq.com