周 萌，周連仁，孟慶峰，馬獻(xiàn)發(fā)

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150030）

鹽堿土作為一種潛在耕地的后備土壤資源，存在巨大的開發(fā)潛力。東北地區(qū)是我國土地鹽堿化最嚴(yán)重的地區(qū)之一，同時也是世界三大蘇打鹽堿土集中分布區(qū)域之一。長期以來國內(nèi)外許多學(xué)者對鹽漬土的改良利用開展了廣泛深入的研究，但有關(guān)長期施用有機(jī)肥對鹽漬土改良效果的研究并不多見。

土壤有機(jī)質(zhì)在土壤肥力中具有非常重要的作用，它不僅是一種穩(wěn)定而長效的碳源物質(zhì)，而且?guī)缀鹾凶魑锼枰母鞣N營養(yǎng)元素，是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一［1］。長期以來，許多學(xué)者已經(jīng)在土壤有機(jī)質(zhì)的定量方面做了大量的研究工作，但是，土壤有機(jī)質(zhì)的含量不能很好地反映土壤質(zhì)量的變化，它只是一個礦化分解和合成的平衡結(jié)果，不能反映轉(zhuǎn)化速率等。20世紀(jì)70—80年代，一些學(xué)者從有機(jī)質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化方面入手，對有機(jī)質(zhì)分組進(jìn)行了更深入的研究，提出了活性有機(jī)質(zhì)的概念?；钚杂袡C(jī)質(zhì)即土壤有機(jī)質(zhì)的活性部分，它是指土壤中有效性較高、對植物養(yǎng)分供應(yīng)有最直接作用、易被土壤微生物分解礦化的那部分有機(jī)質(zhì)［2－4］。土壤活性有機(jī)質(zhì)可以表征土壤物質(zhì)循環(huán)特征，作為土壤潛在生產(chǎn)力和土壤管理措施變化引起土壤有機(jī)質(zhì)變化的早期指標(biāo)［5］。Lefroy等［6］根據(jù)活性有機(jī)質(zhì)建立了活性有機(jī)質(zhì)庫容指標(biāo)（CPI），計算并提出了土壤碳庫管理指數(shù)（CMI），并認(rèn)為碳庫管理指數(shù)能夠作為土壤管理措施引起土壤有機(jī)質(zhì)變化的指標(biāo)。目前，我國對不同土壤碳庫和活性有機(jī)質(zhì)的研究都較多，但是對長期定位施用有機(jī)肥條件下，土壤中活性有機(jī)質(zhì)的各組分含量和碳庫管理指數(shù)的研究報道較少。本文基于長期定位實驗，探討長期施用有機(jī)肥對草甸堿土活性有機(jī)質(zhì)含量和碳庫管理指數(shù)的影響，以及活性有機(jī)質(zhì)各組分與總有機(jī)質(zhì)和碳庫管理指數(shù)的相關(guān)性，為草甸堿土改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)設(shè)在黑龍江省大慶市肇州縣，東經(jīng)125°27″，北緯45°7″，地處松嫩平原中部，黑龍江省西部。研究區(qū)域氣候類型為北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，屬第一積溫帶，年均活動積溫2 800℃，無霜期143d，年降水量約457.6mm。其特點是春季多風(fēng)、少雨、干旱；夏季酷熱、多雨；秋季涼爽，易發(fā)生早霜；冬季寒冷、干燥。成土母質(zhì)為更新世末期沉積的黃土狀亞黏土，質(zhì)地黏重。

1.2 試驗設(shè)計

施用有機(jī)肥長期定位試驗于1995年實施，有機(jī)肥種類為腐熟牛糞，共設(shè)置7個處理，分別為：不施牛糞的草甸堿土為對照（CK）、施用牛糞1a（S1）、施用牛糞2a（S2）、施用牛糞5a（S5）、施用牛糞7a（S7）、施用牛糞11a（S11）和施用牛糞16a（S16）。供試作物為玉米。土壤樣品于2011年4月采自耕層（0—20cm）。每個處理選擇3個樣點，混合后采用“四分法”保留土壤樣品約為2kg。去除石礫和作物殘根等外侵物，通風(fēng)陰涼處風(fēng)干后，磨細(xì)過0.25mm篩用于測定土壤總有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)各組分含量。

1.3 測定項目與方法

土壤活性有機(jī)質(zhì)各組分的測定選用高錳酸鉀氧化法［7］，即分別采用33，167和333mmol／L濃度的KMnO4進(jìn)行高活性有機(jī)質(zhì)、中活性有機(jī)質(zhì)和活性有機(jī)質(zhì)測定。土壤總有機(jī)質(zhì)（TOM）采用K2Cr2O7—H2SO4氧化法測定。以對照為參考土壤，CMI計算方法如下。

（1）碳庫指數(shù)（CPI）＝樣品總有機(jī)質(zhì)含量（g／kg）／參照土壤總有機(jī)質(zhì)含量（g／kg）

（2）土壤碳的不穩(wěn)定性，即碳庫活度（L）等于土壤中的活性有機(jī)質(zhì)（LOM）與非活性有機(jī)質(zhì)（NLOM）之比：

L＝樣本中的活性有機(jī)質(zhì)（LOM）／樣本中的非活性有機(jī)質(zhì)（NLOM）

（3）碳損失及其對穩(wěn)定性的影響可用活度指數(shù)（LI）表示：LI＝樣本的不穩(wěn)定性（L）／對照的不穩(wěn)定性（L0）（4）基于以上指標(biāo)可以求得碳庫管理指數(shù)（CMI）：

CMI＝CPI×LI×100

1.4 統(tǒng)計分析

文中數(shù)據(jù)用SASV 9軟件進(jìn)行分析，采用LSD多重比較法進(jìn)行處理間差異顯著性分析（p≤0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期施用有機(jī)肥對草甸堿土TOM，NLOM和LOM的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在維持土壤結(jié)構(gòu)，保持土壤水分和供應(yīng)養(yǎng)分等方面具有重要作用，同時也與全球氣候變化密切相關(guān)［8］。

從圖1中可以看出，與CK相比，連續(xù)施用有機(jī)肥草甸堿土的總有機(jī)質(zhì)（TOM）和非活性有機(jī)質(zhì)（NLOM）含量均呈上升趨勢，在施肥的前5a內(nèi)TOM含量增長速率較快，之后的增長速率減緩。而活性有機(jī)質(zhì)（LOM）呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，施肥5a時達(dá)到最高值，之后開始平穩(wěn)下降。經(jīng)LSD多重比較可知，除處理S1的TOM與CK間未達(dá)到顯著性差異外，其他各處理與CK間均達(dá)到顯著性差異水平（p≤0.05），各處理的LOM和NLOM與CK間均達(dá)到顯著性差異（p≤0.05）。

圖1 長期施用有機(jī)肥對草甸堿土總有機(jī)質(zhì)、非活性有機(jī)質(zhì)及活性有機(jī)質(zhì)的影響

2.2 長期施用有機(jī)肥對草甸堿土LOM各組分含量

的影響

土壤活性有機(jī)質(zhì)不但能有效反映土壤質(zhì)量在較大時空尺度上的變化，而且能敏感指示土壤性質(zhì)的微小變化［9］。因此，研究土壤活性有機(jī)質(zhì)對于建立土地／土壤管理與土壤質(zhì)量變化及其與生態(tài)效應(yīng)之間的關(guān)系具有重要意義［10－11］。

從圖2中可以看出，活性有機(jī)質(zhì)各組分含量相比較，低活性有機(jī)質(zhì)含量最高，其次是中活性有機(jī)質(zhì)，高活性有機(jī)質(zhì)含量最低。各處理LOM組分含量具有相同的變化趨勢，在有機(jī)肥連續(xù)施用5a的處理（S5）達(dá)到最大，而在之后的11a內(nèi)幾乎都呈緩慢下降狀態(tài)，最終趨于平穩(wěn)。在連續(xù)施肥的前5a內(nèi)，各處理LOM組分含量均呈現(xiàn)出不同程度的增長趨勢，并與玉米產(chǎn)量趨勢相一致，其中MLOM和LOM的增長幅度大于HLOM。經(jīng)LSD多重比較可知，長期施用有機(jī)肥各處理與CK相比都達(dá)到顯著性差異（p≤0.05），說明長期施用有機(jī)肥都能增加草甸堿土的LOM各組分的含量，在施肥5a時對LOM各組分含量的影響最明顯。

圖2 長期施用有機(jī)肥對草甸堿土活性有機(jī)質(zhì)各組分的影響

2.3 長期施用有機(jī)肥對草甸堿土CMI的影響

從表1的結(jié)果可以看出，各處理LI，CPI和CMI均高于CK。各處理的CPI均大于1，即各處理的總碳含量均有所增加，表明長期施肥有利于有機(jī)質(zhì)的累積。L是指土壤LOM與NLOM的比值，它反映土壤LOM比值和土壤活性，除S16處理外，各處理L均大于CK，表明長期施用有機(jī)肥有利于LOM的積累，且能改善土壤質(zhì)量［12］。各處理CMI與土壤LOM組分含量的有著相似的變化趨勢：從施用有機(jī)肥1a（S1）到5a（S5）處理CMI呈現(xiàn)上升趨勢，并與玉米產(chǎn)量趨勢相一致，處理S5的CMI最高，與CK相比增加了287.73，在施用有機(jī)肥5a后，隨著施用有機(jī)肥的年限增長，CMI呈緩慢下降趨勢，到施用有機(jī)肥16a時，CMI趨于穩(wěn)定。經(jīng)LSD多重比較可知，各處理與CK相比都達(dá)到差異顯著水平（p≤0.05），說明長期施用有機(jī)肥都能增加草甸堿土的CMI，且在施肥5a時對CMI的影響最明顯。

表1 長期施用有機(jī)肥對草甸堿土碳庫管理指數(shù)（CMI）的影響

2.4 長期施用有機(jī)肥對草甸堿土LOM各組分與

TOM和CMI的相關(guān)性

各處理LOM組分與TOM和CMI的相關(guān)性如表2所示。LOM各組分與TOM的相關(guān)性分析表明，MLOM和LOM與TOM均達(dá)到了極顯著正相關(guān)（p≤0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.71和0.67，而 HLOM與TOM沒有顯著的相關(guān)性。3種LOM與TOM的相關(guān)性說明，LOM既區(qū)別于TOM又與TOM緊密相連，它們是土壤總有機(jī)質(zhì)的一部分，MLOM和LOM可以更為敏感和直觀地指示草甸堿土的土壤質(zhì)量，而HLOM指示草甸堿土的土壤質(zhì)量的效果不明顯。

LOM各組分與CMI的相關(guān)性分析表明，3種LOM與CMI均達(dá)到極顯著的正相關(guān)（p≤0.01），具有很好的統(tǒng)計學(xué)意義，這表明CMI也能很好地反映土壤LOM 的變化。LOM，MLOM 和 HLOM 與CMI的相關(guān)系數(shù)分別為：0.99，0.94和0.87，其中MLOM和LOM比HLOM與CMI的相關(guān)性高，這表明MLOM和LOM對土壤LOM的指示效果優(yōu)于HLOM。

表2 草甸堿土活性有機(jī)質(zhì)與總有機(jī)質(zhì)和碳庫管理指數(shù)的相關(guān)性

3 討論

通過比較有機(jī)肥不同施用年限的各處理LOM組分含量可知，在施用有機(jī)肥5a內(nèi)的各處理LOM組分含量均呈現(xiàn)出增長趨勢，其中MLOM和LOM的增長幅度大于HLOM，在施肥5a時達(dá)到最高值，施用有機(jī)肥5a后，LOM各組分含量緩慢下降，在有機(jī)肥施用16a時趨于穩(wěn)定，而TOM和NLOM呈現(xiàn)逐年增加的趨勢。這可能是因為隨著施用有機(jī)肥的年限增加，最初施肥的5a里L(fēng)OM很快就達(dá)到了峰值，隨時間推移，LOM部分轉(zhuǎn)化成為NLOM，因此從施肥5a到施肥16a，LOM各組分含量都呈現(xiàn)下降趨勢，并最終趨于穩(wěn)定。這與倪進(jìn)治等［13］研究不同有機(jī)肥料對土壤生物L(fēng)OM組分的動態(tài)的結(jié)果相一致，不同施肥潮土LOM組分經(jīng)分離后，發(fā)現(xiàn)有機(jī)物施用后LOM在開始時迅速達(dá)到較高值，但是隨著時間的推移逐漸下降并趨于穩(wěn)定。徐明崗等［14］也有類似結(jié)果的報道，發(fā)現(xiàn)紅壤HLOM在開始5a變化較大，10a后趨向于穩(wěn)定。蔡太義等［15］研究了不同年限免耕秸稈覆蓋對土壤LOM和CMI的影響，指出LOM和CMI均在免耕覆蓋的前5a隨著覆蓋年限的延長而升高，5a后則呈逐漸下降趨勢。

沈宏等［16］研究認(rèn)為，CMI可靈敏反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施對土壤碳庫的影響，汪吉東等［17］研究表明LOM是描述土壤質(zhì)量和評價土壤管理水平的良好指標(biāo)，邱莉萍等［18］也認(rèn)為LOM 可以指示土地利用方式對TOM和CMI的影響，徐明崗等［19］則指出，LOM 和CMI均應(yīng)成為描述土壤質(zhì)量和評價土壤管理的良好指標(biāo)。本研究中LOM各組分與CMI均達(dá)到極顯著正相關(guān)，MLOM和LOM與TOM也有極顯著的正相關(guān)性，而HLOM與TOM未達(dá)到顯著性相關(guān)。其原因可能在于：TOM只是一個礦化分解和合成的平衡結(jié)果，短時期內(nèi)數(shù)量的變化不能得到靈敏的反映［20］，而LOM具有移動快，穩(wěn)定性差，易氧化，易分解，易礦化，能被微生物直接利用的特點，故與土壤質(zhì)量的關(guān)系更為密切，從而能準(zhǔn)確快速地反映長期施用有機(jī)肥對土壤碳庫的影響和對土壤生產(chǎn)力的變化。相關(guān)分析也表明，CMI能很好地反映土壤碳素動態(tài)變化的靈敏性和有效性，為培肥地力、增加土壤LOM含量提供了量化依據(jù)。本試驗各處理LOM組分含量在施用有機(jī)肥的前5a內(nèi)均呈現(xiàn)出不同程度的增加，其中MLOM和LOM的增長幅度大于HLOM。綜上，用TOM不能很好評價土壤有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量，而MLOM和LOM及CMI能更為客觀地反映土壤質(zhì)量狀況，應(yīng)成為長期施用有機(jī)肥改良草甸堿土的良好評價指標(biāo)，這與徐明崗等［19］的結(jié)論類似。

4 結(jié)論

（1）有機(jī)肥施用1～5a處理，活性有機(jī)質(zhì)各組分與碳庫管理指數(shù)呈上升趨勢，于第5a達(dá)到最高，并與玉米產(chǎn)量相一致；有機(jī)肥施用5～16a處理，呈下降趨勢，最終趨于穩(wěn)定。

（2）中活性有機(jī)質(zhì)和活性有機(jī)質(zhì)與總有機(jī)質(zhì)均達(dá)到極顯著正相關(guān)；高活性有機(jī)質(zhì)與總有機(jī)質(zhì)未達(dá)到顯著性相關(guān)。

（3）活性有機(jī)質(zhì)各組分與碳庫管理指數(shù)均達(dá)到極顯著正相關(guān)。

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