中亞熱帶紅壤不同粒級(jí)有機(jī)質(zhì)的化學(xué)特征及其對(duì)有機(jī)培肥的響應(yīng)

燕明蕊，李冬初，張會(huì)民，婁翼來，王義東

（1.天津師范大學(xué) 天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387；2.天津師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，天津 300387；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；4.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081）

土壤有機(jī)質(zhì)（soil organic matter，SOM）是土壤肥力、作物生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境功能的基礎(chǔ)要素，其作用發(fā)揮取決于有機(jī)質(zhì)的數(shù)量、化學(xué)結(jié)構(gòu)與成分等[1].植物殘?bào)w是土壤有機(jī)質(zhì)的主要輸入源，其在微生物作用下，一部分被分解、修飾和釋放（以CO2形式）；另一部分被利用、合成和轉(zhuǎn)化，從而改變有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)與組成.性質(zhì)各異的有機(jī)質(zhì)與各類土壤礦質(zhì)的結(jié)合及穩(wěn)定機(jī)制也不相同，即有機(jī)質(zhì)與礦物之間發(fā)生了“選擇性復(fù)合分餾”[2].物理保護(hù)（微團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)與礦物的組合及包裹體）是土壤有機(jī)質(zhì)的主要穩(wěn)定機(jī)制. 有機(jī)質(zhì)具有明顯的組分特征，其中，顆粒有機(jī)質(zhì)（POM）與礦質(zhì)結(jié)合有機(jī)質(zhì)（MOM）的特征差異明顯[3]：顆粒有機(jī)質(zhì)一般分解程度低，碳氮比（C/N）高，更容易受到環(huán)境變化的影響[4-5]；礦質(zhì)結(jié)合有機(jī)質(zhì)的特性則相反[6-7].顆粒有機(jī)質(zhì)有2 種尺寸等級(jí)，即粗顆粒（cPOM，>250 μm）和細(xì)顆粒（fPOM，53～250 μm）[8]，細(xì)顆粒含有游離和微聚集體閉塞的部分，被認(rèn)為是粗顆粒分解和碎片化的產(chǎn)物[9].施用礦質(zhì)肥料和有機(jī)肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的農(nóng)田管理措施，施肥可以影響土壤有機(jī)質(zhì)的含量和化學(xué)特征.如Bol 等[10]研究發(fā)現(xiàn)，施肥方式會(huì)在一定程度上影響土壤有機(jī)質(zhì)中含氮化合物（氨基氮、雜環(huán)氮等）的含量；周萍等[11]研究發(fā)現(xiàn)，長期施肥可以改變有機(jī)質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，有機(jī)無機(jī)配施能增強(qiáng)土壤有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定性.土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)特征在粒級(jí)尺度上對(duì)有機(jī)培肥方式（秸稈還田和糞肥）的響應(yīng)尚未得到充分研究.

本研究以中亞熱帶紅壤區(qū)土壤為研究對(duì)象，通過元素分析儀和熱裂解-氣相色譜/質(zhì)譜（Py-GC/MS）技術(shù)分別對(duì)不同粒級(jí)的土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行碳、氮含量以及化合物組成的測(cè)定和分析，探究有機(jī)培肥制度下不同粒級(jí)土壤有機(jī)質(zhì)含量與化學(xué)特征的分異規(guī)律及響應(yīng)方式，為進(jìn)一步了解土壤-植被-微生物的綜合調(diào)控機(jī)制提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于湖南省祁陽縣的中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院紅壤實(shí)驗(yàn)站（26°45′N，111°52′E），屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫18 ℃，年降水量1 255 mm，年蒸發(fā)量1 470 mm，無霜期約300 d，年日照時(shí)數(shù)1 610 h.供試土壤為旱地紅壤，成土母質(zhì)為第四紀(jì)紅土，種植制度為小麥-玉米輪作，一年兩熟.1990 年實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，0～20 cm 土層土壤的理化性質(zhì)為：pH 值為5.7，有機(jī)碳含量為6.67 g/kg，總氮含量為1.07 g/kg，總磷含量為1.03 g/kg，總鉀含量為13.3 g/kg，堿解氮含量為79 mg/kg，速效磷含量為10.8 mg/kg，速效鉀含量為122 mg/kg.

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

實(shí)驗(yàn)共設(shè)置3 種處理：①施氮磷鉀復(fù)合肥（NPK）；②秸稈還田并施氮磷鉀復(fù)合肥（NPKS）；③施氮磷鉀復(fù)合肥與有機(jī)肥（NPKM）.每個(gè)小區(qū)面積為196 m2，隨機(jī)排列，無灌溉設(shè)施.每年施肥量：300 kg/hm2氮肥（N）、52.4 kg/hm2磷肥（P）、97.5 kg/hm2鉀肥（K），所有施氮小區(qū)氮肥用量相同.NPKM 處理組中有機(jī)肥為豬糞（平均含N 量為16.7 g/kg），有機(jī)氮施用量為210 kg/hm2，占總氮的70%，不考慮磷、鉀養(yǎng)分.玉米季肥料施用量占全年施用量的70%，小麥季施用量占30%.有機(jī)肥在小麥、玉米播種前作為基肥一次性施用.

2017 年夏季作物收獲前采集0～20 cm 土層的土壤樣品.每種處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)小區(qū)內(nèi)采用“S”型取樣法隨機(jī)選取5 個(gè)點(diǎn)采集樣品，混勻后小心帶回實(shí)驗(yàn)室，運(yùn)輸過程中注意不破壞土壤結(jié)構(gòu).樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后置于室溫下風(fēng)干，去除植物碎屑、根系和石頭碎片等雜質(zhì)，過2 mm 篩后保存?zhèn)溆?

1.3 土壤有機(jī)碳分組和碳、氮含量測(cè)定

采用Six 等[9]的方法對(duì)土壤進(jìn)行粒級(jí)分組：稱量25 g 土樣倒入100 mL 實(shí)驗(yàn)塑料方瓶中，放入25 顆直徑為4 mm 的玻璃珠，并加入60 mL 超純水浸沒樣品，在振蕩器上振蕩1 h（25 ℃，180 r/min）.將振蕩完成的土樣混合液過250 μm 的土壤篩，用超純水將篩上部分沖洗至水流澄清，收集篩上的土樣至鋁盒中，烘干至恒重（60 ℃），待冷卻后稱重，該部分土樣即為有機(jī)碳粗顆粒組分（cPOM）.將篩下部分土樣用超純水沖至大鋁盒中，烘干至恒重（60 ℃），將烘干樣品轉(zhuǎn)移至100 mL塑料瓶中，加入25 顆玻璃珠和六偏磷酸鈉溶液（60 mL，5 g/L），在振蕩器上振蕩18 h（25 ℃，180 r/min）. 將振蕩完成的土樣過53 μm 篩，用超純水將篩上部分沖洗至水流澄清，分別收集篩上和篩下部分到鋁盒中，烘干至恒重（60 ℃）.篩上部分為有機(jī)碳細(xì)顆粒組分（fPOM），篩下部分為有機(jī)碳礦質(zhì)結(jié)合組分（MOM）.利用元素分析儀（PerkinElmer 2400 Ⅱ型，美國）測(cè)定全土和各粒級(jí)組分樣品中的有機(jī)碳（SOC）及總氮（TN）含量，每個(gè)樣品平行測(cè)定3 次.

1.4 基于Py-GC/MS 技術(shù)的土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)成分測(cè)定

基于Py-GC/MS 技術(shù)，利用單點(diǎn)裂解器（Frontier Laboratories Ltd，日本）與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC/MS，QP-2010Ultra，日本）測(cè)定土樣的化學(xué)成分.稱取5 mg充分研磨后的樣品放置于白金小舟內(nèi)，用自由落體方式將樣品舟跌落至裂解溫度為550 ℃的石英裂解管中，用相連的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)裂解產(chǎn)物進(jìn)行分離與鑒定.利用NIST11 質(zhì)譜庫對(duì)裂解產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢索與判定，基于測(cè)得的總離子流色譜圖上譜峰的面積，采用歸一法計(jì)算裂解產(chǎn)物的相對(duì)含量.GC/MS分析的色譜條件為：色譜柱DB-5（30 m×0.25 mm×0.25 μm），柱流量為0.80 mL/min，分流比為100∶1，載氣為He，初始柱溫為40 ℃，保持3 min，以10 ℃/min 速率升溫至260 ℃后保持5 min.質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源（EI），離子溫度為300 ℃，電子能量為70 eV，全掃描模式，質(zhì)荷比（m/z）掃描范圍為29～500.

本研究共鑒別出288 種化合物，將其劃分為10類：脂肪族化合物、單環(huán)芳香烴、多環(huán)芳香烴、木質(zhì)素、酚類化合物、多糖、氨基酸氮、雜環(huán)氮、其他含氮化合物、其他化合物.由于在熱解過程中氨基酸容易被誤轉(zhuǎn)為吲哚、咪唑、吡嗪、吡啶、吡咯和腈[12-13]，為減少錯(cuò)誤分類的影響，將這6 種化合物歸類為氨基酸氮，將具有復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)的化合物以及含P、F、Cl、Br、Li 和Si元素的化合物歸類為其他化合物.根據(jù)文獻(xiàn)[14-16]，這些熱解化合物根據(jù)來源可被分為：植物來源、微生物來源和多重來源（植物+微生物）化合物.植物來源化合物包括長鏈脂類（＞C26）、木質(zhì)素、酚類化合物、多糖、氨基酸氮（吡嗪、吲哚）和雜環(huán)氮；微生物來源化合物包括短鏈脂類（＜C16）、芳香族（單環(huán)和多環(huán)）、氨基酸氮（吡咯、吡啶、咪唑、腈）和其他含氮化合物；多重來源化合物包括一些未指明的脂類（C16～C26）.

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Excle 2016 和SPSS 17.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用SPSS 中單因素方差分析（one-way ANOVA）的Tukey 多重比較對(duì)不同施肥方式下不同粒級(jí)土壤的差異進(jìn)行檢驗(yàn)（P ＜0.05），用對(duì)應(yīng)分析（Correspondence Analysis）解釋變量之間的關(guān)系，利用Origin 2018 進(jìn)行作圖.計(jì)算3 個(gè)重復(fù)處理數(shù)據(jù)的均值，采用標(biāo)準(zhǔn)誤差.

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤不同粒級(jí)組分占比

不同施肥方式下土壤各粒級(jí)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如圖1 所示.

圖1 不同處理組中土壤3 種粒級(jí)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.1 Mass fraction of the three particle size classes in different treatments

由圖1 可以看出，同NPK 處理組相比，NPKM 處理組中粗顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加（P ＜0.05），礦質(zhì)結(jié)合組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低（P ＜0.05），細(xì)顆粒組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)沒有顯著變化（P ＞0.05）.NPKS 處理組中各粒級(jí)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與NPK 處理組之間的差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＞0.05）.同種施肥方式下各粒級(jí)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)排序?yàn)椋旱V質(zhì)結(jié)合組分＞粗顆粒＞細(xì)顆粒，且3 種粒級(jí)之間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＜0.05）.

2.2 土壤有機(jī)碳、總氮含量及碳氮比（C/N）

不同施肥方式下土壤各粒級(jí)組分的有機(jī)碳、總氮含量以及碳氮比的情況如圖2 所示.由圖2 可以看出，同1990 年實(shí)驗(yàn)開始時(shí)土壤的有機(jī)碳含量（6.67 g/kg）相比，實(shí)驗(yàn)27 a 的有機(jī)培肥制度（秸稈還田與施加有機(jī)肥）分別使全土有機(jī)碳含量增加了97.6%和163.8%.由圖2（a）和圖2（b）可以看出，同NPK 處理組相比，NPKM 處理組中全土、細(xì)顆粒和礦質(zhì)結(jié)合組分的有機(jī)碳與總氮含量均顯著增加（P ＜0.05）；在粗顆粒組分中，秸稈還田和施加有機(jī)肥均提高了有機(jī)碳和總氮的含量，但同NPK 處理組相比，差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＞0.05）.從土壤粒級(jí)來看，同一施肥方式下3 種粒級(jí)土壤之間的有機(jī)碳與總氮含量的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＜0.05），由大到小排序均為：礦質(zhì)結(jié)合組分＞粗顆粒＞細(xì)顆粒. 由圖2（c）可以看出，在細(xì)顆粒組分中，秸稈還田處理的C/N 顯著高于施加有機(jī)肥的C/N，前者比后者高32%. 同一施肥方式下不同粒級(jí)土壤C/N 之間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＜0.05），且由大到小排序均為：細(xì)顆粒＞粗顆粒＞礦質(zhì)結(jié)合組分.

圖2 不同處理組中土壤有機(jī)碳、總氮含量及碳氮比Fig.2 SOC content，TN content and C/N ratio of soil in different treatments

2.3 土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)組分特征

不同施肥方式下土壤各粒級(jí)組分的有機(jī)質(zhì)化學(xué)組成如圖3 所示.

圖3 不同處理組中土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成Fig.3 Chemical composition of SOM in different treatments

由圖3 可以看出，3 個(gè)粒級(jí)組分中，有機(jī)培肥方式對(duì)粗顆粒和礦質(zhì)結(jié)合組分中土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)組成的影響不明顯.細(xì)顆粒中，NPKM 處理組中木質(zhì)素的相對(duì)豐度顯著高于NPK 和NPKS 處理組的數(shù)值；NPKS 處理組的氨基酸氮相對(duì)豐度顯著高于NPKM 處理組的數(shù)值（P ＜0.05）.粒級(jí)分異也影響了土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成.單環(huán)芳香烴、木質(zhì)素和多糖較多地存在于粗顆粒和細(xì)顆粒組分中；而含氮化合物（尤其是氨基酸氮）則更多地存在于礦質(zhì)結(jié)合組分中.相比于礦質(zhì)結(jié)合組分，單環(huán)芳香烴在粗顆粒中的相對(duì)豐度（NPK、NPKS、NPKM 之和）增加了137%，木質(zhì)素在粗顆粒和細(xì)顆粒中的相對(duì)豐度（NPK、NPKS、NPKM 之和）分別增加了592%和406%.含氮化合物在礦質(zhì)結(jié)合組分中的相對(duì)豐度（NPK、NPKS、NPKM 之和）相比于粗顆粒和細(xì)顆粒分別增加了213%和375%.整體來看，同有機(jī)培肥方式相比，粒級(jí)分異對(duì)有機(jī)質(zhì)化合物組成的影響更大.

不同施肥方式下各粒級(jí)土壤化學(xué)組成之間的對(duì)應(yīng)分析如圖4 所示.由圖4 可以看出，全土和礦質(zhì)結(jié)合組分基本分布在左側(cè)，粗顆粒和細(xì)顆?；痉植荚谟覀?cè)，說明不同粒級(jí)組分之間土壤化學(xué)組成的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＜0.05）.與此對(duì)應(yīng)，多環(huán)芳香烴、酚類化合物、含氮化合物（氨基酸氮、雜環(huán)氮和其他含氮化合物）集中分布在左側(cè)，脂肪族化合物、單環(huán)芳香烴、木質(zhì)素、多糖集中分布在右側(cè)，因此認(rèn)為各粒級(jí)土壤化學(xué)組成之間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＜0.05）.粗顆粒分布在上部，NPK 處理組的全土和細(xì)顆粒、NPKS 處理組的礦質(zhì)結(jié)合組分分布在下部.化合物類型中芳香烴類物質(zhì)、酚類化合物、含氮化合物均分布在上方，脂肪族、木質(zhì)素、多糖均分布在下方. 這說明粗顆粒和細(xì)顆粒之間化學(xué)組成的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＜0.05），以木質(zhì)素為主；全土和礦質(zhì)結(jié)合組分的化學(xué)組成較為相似，沒有明顯差異且均以酚類化合物和含氮化合物為主.綜合來看，中亞熱帶紅壤的化學(xué)組成主要受粒級(jí)影響且有一定的差異.

圖4 有機(jī)培肥制度下的粒級(jí)與化學(xué)組成之間的對(duì)應(yīng)分析Fig.4 Correspondence analysis of particle size and chemical composition under organic fertilization regimes

2.4 土壤有機(jī)質(zhì)來源的分布特征

不同施肥方式下不同粒級(jí)土壤的熱解化合物來源分布如圖5 所示.由圖5 可知，NPKM 處理組中，粗顆粒和細(xì)顆粒中植物來源化合物相對(duì)豐度均顯著高于礦質(zhì)結(jié)合組分中的數(shù)值；粗顆粒中微生物來源化合物相對(duì)豐度顯著高于細(xì)顆粒中的數(shù)值；礦質(zhì)結(jié)合組分中多重來源化合物相對(duì)豐度顯著高于粗顆粒和細(xì)顆粒中的數(shù)值.有機(jī)培肥方式主要影響了細(xì)顆粒中植物來源化合物的含量，表現(xiàn)為NPKM＞NPK＞NPKS.

圖5 熱解化合物來源分布Fig.5 Probable origins of pyrolysis products

不同施肥方式下不同粒級(jí)土壤有機(jī)質(zhì)熱解化合物的對(duì)應(yīng)分析如圖6 所示.由圖6 可以看出，全土和礦質(zhì)結(jié)合組分中多重來源化合物的分布較多，粗顆粒中植物來源和微生物來源化合物的分布較多.通過對(duì)應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，不同施肥方式之間沒有明顯的分區(qū)，表明不同施肥方式下研究區(qū)土壤的化合物來源較為相似，差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＞0.05）.

圖6 有機(jī)培肥制度下粒級(jí)與熱解產(chǎn)物來源的對(duì)應(yīng)分析Fig.6 Correspondence analysis of particle size and origins of pyrolysis products under organic fertilization regimes

3 討論與結(jié)論

農(nóng)田系統(tǒng)的碳投入主要來自作物根系及其分泌物、根系殘茬、秸稈還田和有機(jī)肥投入.本研究中的樣地位于中亞熱帶地區(qū)，水熱充足，土壤主要由第四紀(jì)紅色黏土等成土母質(zhì)發(fā)育而成[17]，土壤中有機(jī)碳和總氮的物質(zhì)來源相對(duì)單一.通過27 a 的長期定位實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，秸稈還田和施加有機(jī)肥2 種有機(jī)培肥處理分別使樣地的有機(jī)碳含量增加了97.6%和163.8%，表明有機(jī)培肥可以增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量，且施加有機(jī)肥的效果更好.在施加有機(jī)肥處理下，土壤粗顆粒與細(xì)顆粒組分相對(duì)含量增加，說明顆粒態(tài)有機(jī)質(zhì)對(duì)有機(jī)肥的敏感性更強(qiáng)，可能是因?yàn)樯蠹S肥中含有消化后未分解的植物殘?bào)w（主要指顆粒態(tài)有機(jī)質(zhì)）.礦質(zhì)結(jié)合有機(jī)碳在土壤中的周轉(zhuǎn)速率緩慢，含量相對(duì)較高，有利于土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定與固存，通常被認(rèn)為是土壤碳庫中的惰性碳庫[18]，本研究結(jié)果與之相符，即礦質(zhì)結(jié)合組分在土壤中的相對(duì)含量最高.此外，本研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳和總氮主要分布在礦質(zhì)結(jié)合組分中，這歸因于該粒級(jí)組分的持久性停留（周轉(zhuǎn)時(shí)間較長）[19]和較高的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（>80%），粒級(jí)調(diào)節(jié)了土壤有機(jī)碳和總氮在基質(zhì)中的定位.研究表明，有機(jī)培肥（秸稈還田和施用有機(jī)肥）對(duì)土壤的碳、氮含量有重要影響[20].本研究發(fā)現(xiàn)施加有機(jī)肥顯著提高了細(xì)顆粒和礦質(zhì)結(jié)合組分中有機(jī)碳和總氮的含量，這可能是由于作物生長較好，糞肥或根系生物量的投入直接影響土壤中的營養(yǎng)成分含量，從而改變了土壤中酶和微生物活性以及根系活動(dòng)，使土壤產(chǎn)生更多的有機(jī)代謝物質(zhì)，增加了碳、氮含量[21].此外，亞熱帶溫度較高，土壤酸性較強(qiáng)，土壤顆粒表面電荷少，有機(jī)質(zhì)與土壤顆粒結(jié)合能力低，所受物理保護(hù)較弱，更容易被微生物利用分解；有機(jī)質(zhì)分解往往是吸熱過程，亞熱帶的高溫會(huì)促進(jìn)植物殘?bào)w和有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化，增加土壤腐殖質(zhì)成分和提高土壤碳、氮含量. 其他長期（10～100 a）施加有機(jī)肥農(nóng)田土壤的研究也得出了類似結(jié)果[22].粗顆粒主要來源于植物，可能已經(jīng)受到部分微生物的分解作用，所以有機(jī)培肥制度沒有顯著增加其中的有機(jī)碳和總氮含量.本研究中細(xì)顆粒組分有機(jī)碳和總氮含量的增幅最大，證實(shí)了細(xì)顆粒是施肥特別是糞肥管理下有機(jī)碳變化的重要指標(biāo).

C/N 反映了土壤儲(chǔ)存和循環(huán)養(yǎng)分的能力，通常數(shù)值越高表示有機(jī)物質(zhì)的分解程度越低.本研究中全土的C/N 較低，可能是因?yàn)殡S著有機(jī)物質(zhì)分解過程的進(jìn)行，C 在呼吸過程中被釋放，雖然部分礦化的N 通過淋溶或氣體排放而丟失，但其他部分礦化的N 重新進(jìn)入了土壤有機(jī)質(zhì)[23]，導(dǎo)致全土的C/N 較低.細(xì)顆粒的C/N最高，粗顆粒的C/N 也較高，表明其中的微生物衍生化合物較少，并且受到了微團(tuán)聚體的部分保護(hù)[8]，因此有機(jī)物質(zhì)的分解程度較低. 礦質(zhì)結(jié)合組分的C/N 最低，表明該組分的腐殖化程度最高.細(xì)顆粒中，秸稈還田處理的C/N 顯著高于有機(jī)肥處理的C/N，可能是因?yàn)榻斩挿纸獠粡氐?，而有機(jī)肥處理下的土壤微生物作用強(qiáng)，分解程度高.

在土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成中，從植物殘?jiān)刑崛〉姆枷銦N和木質(zhì)素較難降解.本研究中粗顆粒和細(xì)顆粒組分富集了頑固的芳香烴（尤其是單環(huán)芳香烴）和木質(zhì)素，這是因?yàn)榉枷銦N和木質(zhì)素在顆粒組分中的分解程度低于在礦質(zhì)結(jié)合組分中的分解程度[9，16]，且細(xì)顆粒組分被微團(tuán)聚體部分吸附從而阻擋了分解[8].礦質(zhì)結(jié)合組分的含氮化合物（主要是氨基氮和雜環(huán)氮）含量較高，這與Kleber 等[2]和Kopittke 等[24]的研究結(jié)果一致，可能是由于礦質(zhì)結(jié)合組分積累了較多的微生物壞死產(chǎn)物[25]，這些產(chǎn)物容易被黏土礦物緊密吸附并形成有機(jī)礦物締合，從而延長它們?cè)谕寥乐械耐Ａ魰r(shí)間[2，6].同粒級(jí)分異相比，有機(jī)培肥方式對(duì)土壤粗顆粒和礦質(zhì)結(jié)合組分中有機(jī)質(zhì)化學(xué)特征的影響并不顯著，但是對(duì)細(xì)顆粒組分的影響相對(duì)較大，尤其是對(duì)細(xì)顆粒組分中的木質(zhì)素.木質(zhì)素來源于植物殘?jiān)?xì)胞壁），一部分木質(zhì)素在動(dòng)物消化和微生物代謝過程中被保留[26]，因此在施加有機(jī)肥條件下細(xì)顆粒組分的木質(zhì)素含量較高，秸稈還田方式下這種影響不明顯.顆粒態(tài)組分與礦質(zhì)結(jié)合組分在微生物來源化合物的比例方面沒有顯著差異，這可能與紅壤區(qū)特殊的土壤性質(zhì)有關(guān)，紅壤旱地酸度大，易分解.粗顆粒中植物碳輸入通過微生物的處理和同化，從而轉(zhuǎn)化為微生物衍生的碳[25].有機(jī)肥施用也影響了有機(jī)質(zhì)中化合物的來源，細(xì)顆粒中有機(jī)肥的施加顯著增加了植物來源化合物含量，而秸稈還田相對(duì)減少了植物來源化合物含量，主要與其中木質(zhì)素含量的增減有關(guān).

綜合來看，中亞熱帶紅壤中礦質(zhì)結(jié)合組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，其次是粗顆粒組分，細(xì)顆粒組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低.粒級(jí)組分對(duì)有機(jī)碳、總氮含量以及化合物的組成特征（脂肪族化合物、芳香族化合物、木質(zhì)素、含氮化合物等）起主要調(diào)控作用，而有機(jī)培肥的影響相對(duì)較小.同秸稈還田相比，施用有機(jī)肥更能提高土壤中有機(jī)碳的含量.粗顆粒與細(xì)顆粒組分中芳香烴和木質(zhì)素的含量較高，礦質(zhì)結(jié)合組分中含氮化合物（尤其是氨基酸氮）的含量較高.