謝麗華，廖超林，林清美，唐_茹，孫鈺翔，黎麗娜，尹力初

有機(jī)肥增減施后紅壤水稻土團(tuán)聚體有機(jī)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(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙410128)

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

長(zhǎng)期定位試驗(yàn)；有機(jī)肥；團(tuán)聚體；有機(jī)碳

土壤團(tuán)聚體是土壤最基本的結(jié)構(gòu)單元和重要的土壤肥力指標(biāo)[1]。土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定主要依靠有機(jī)、無(wú)機(jī)或有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合等膠結(jié)物質(zhì)的膠結(jié)作用，增加土壤有機(jī)碳含量能有效地提高土壤的團(tuán)聚能力。同時(shí)，土壤團(tuán)聚體是土壤有機(jī)碳形成和轉(zhuǎn)化的重要載體并對(duì)有機(jī)碳的固定發(fā)揮著保護(hù)和穩(wěn)定的作用[2]。因此，研究土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的分布特征能夠說(shuō)明土壤有機(jī)碳固定效應(yīng)及其保護(hù)機(jī)制[3]。

農(nóng)田表土中90% 的土壤有機(jī)碳位于土壤團(tuán)聚體內(nèi)[4]。多年來(lái)，因水稻土類型、耕作及團(tuán)聚體分組方法的不同，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)耕地土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳主要分布粒徑出現(xiàn)差異。國(guó)外Six等[5]和Castro等[6]指出，土壤中>2 mm團(tuán)聚體中有機(jī)碳的含量最高。國(guó)內(nèi)李戀卿等[7]和Huang等[8]最先發(fā)現(xiàn)團(tuán)聚體有機(jī)碳存儲(chǔ)于2 ~ 0.25 mm 團(tuán)聚體中；張旭輝等[9]發(fā)現(xiàn)淮北白漿土0.25 ~ 0.02 mm團(tuán)聚體是土壤有機(jī)碳的主要載體；譚文鋒等[1]發(fā)現(xiàn)江漢平原團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的峰值均出現(xiàn)在2 ~ 0.2 mm團(tuán)聚體中，且>0.05 mm粒徑團(tuán)聚體中有機(jī)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(jī)碳主要賦存在>0.25 mm團(tuán)聚體，尤其是2 ~ 0.25 mm團(tuán)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(jī)碳含量最高，且兩者有機(jī)碳占土壤總有機(jī)碳比例近似。施肥是決定土壤質(zhì)量和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)生產(chǎn)力和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)[12]，且施肥導(dǎo)致土壤團(tuán)聚體組分及其有機(jī)碳含量發(fā)生變化。Lugato等[13]和毛霞麗等[14]認(rèn)為施肥能增加土壤各級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量。然而，各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量對(duì)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(tuán)聚體中的有機(jī)碳對(duì)土地利用方式的變化較為敏感；李景等[17]指出>2 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳較2 ~ 0.25 mm、0.25 ~ 0.053 mm及<0.053 mm團(tuán)聚體更易對(duì)耕作措施發(fā)生迅速反應(yīng)；徐文靜等[10]研究黑土區(qū)水稻土團(tuán)聚體有機(jī)碳表明，>2 mm團(tuán)聚體中顆粒有機(jī)碳的敏感性更強(qiáng)，且其敏感性隨團(tuán)聚體粒級(jí)的增大而增強(qiáng)。然而，以上均是在長(zhǎng)期施肥或不同土地利用方式下獲得的研究成果；同時(shí)在土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳影響方面，僅獲得了土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量隨著土壤總有機(jī)碳含量的升高而增加的結(jié)論[16]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施肥措施變化頻繁，在施肥措施改變條件下土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的變化效應(yīng)如何？紅壤性水稻土哪一粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳變化較敏感？鐵鋁氧化物與土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳呈何種關(guān)系？上述問(wèn)題對(duì)于進(jìn)一步解析稻田土壤固碳機(jī)理及探討其對(duì)土壤未來(lái)固碳減排潛力的影響來(lái)說(shuō)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(gè)長(zhǎng)期施肥處理(高量有機(jī)肥、常量有機(jī)肥、化肥)和4個(gè)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(zhǎng)期施肥后有機(jī)肥增減施對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳變化特征及影響因素，以期為紅壤性水稻土有機(jī)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(zhǎng)期定位試驗(yàn)始于1982年，位于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)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(zhǎng)沙地區(qū)廣泛分布的發(fā)育于第四紀(jì)紅色黏土的耕型紅壤，耕作制度為稻-稻-冬閑。試驗(yàn)設(shè)置20 cm與80 cm 2個(gè)不同地下水位，每個(gè)地下水位深度處理設(shè)高量有機(jī)肥、常量有機(jī)肥、全施化肥3個(gè)不同有機(jī)肥施用水平，共6個(gè)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(guò)磷酸鈣施入。高量、常量有機(jī)肥處理下分別以有機(jī)物料供應(yīng)總N的2/3、1/3；養(yǎng)分不足部分用化肥補(bǔ)足。2012年早稻種植前，本研究利用20 cm地下水位下3個(gè)不同施肥處理進(jìn)行了施肥措施變更：從“常量有機(jī)肥”處理和“高量有機(jī)肥”處理中各隨機(jī)選取3個(gè)小區(qū)，變更為化肥處理；同時(shí)從“常量有機(jī)肥”處理中另隨機(jī)選取3個(gè)小區(qū)變更為高量有機(jī)肥處理；從“化肥”處理中隨機(jī)選擇3個(gè)小區(qū)變更為常量有機(jī)肥處理。由此，變更后的定位試驗(yàn)共包括3個(gè)原施肥處理：高量有機(jī)肥(HOM)、常量有機(jī)肥(NOM)、化肥(CF)；2個(gè)減施有機(jī)肥處理：高改化(H-C)、常改化(N-C)；2個(gè)增施有機(jī)肥處理：常改高(N-H)、化改常(C-N)共計(jì)7個(gè)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(yàn)施肥管理措施變更4 a后，于2017年2月早稻翻耕前，在每個(gè)處理中選取3個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)采樣點(diǎn)，用鐵鍬取下長(zhǎng)寬高分別為10、10、20 cm的長(zhǎng)方體原狀土柱組成混合土樣，共計(jì)21個(gè)土樣，輕放于硬質(zhì)塑料盒，確保運(yùn)輸途中不受到擠壓，以保持原狀結(jié)構(gòu)帶回實(shí)驗(yàn)室。土樣運(yùn)回室內(nèi)后，自然風(fēng)干至土壤含水量到達(dá)土壤塑限(22% ~ 25%)時(shí)，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?bào)w等。

1.2.2 土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定 有關(guān)測(cè)定均按常規(guī)方法進(jìn)行[18]，土壤有機(jī)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(cè)定；絡(luò)合態(tài)氧化鋁：焦磷酸鈉提取劑提取，鋁試劑比色法測(cè)定。

1.2.3 土壤團(tuán)聚體分組 團(tuán)聚體分離方法的選擇可能影響團(tuán)聚體的分布、微生物群落和有機(jī)碳的分布。本研究團(tuán)聚體分離方法在Six等[19]的基礎(chǔ)上稍作修改，采用濕篩法進(jìn)行土壤團(tuán)聚體分組[20]。掰碎的土壤樣品自然完全風(fēng)干后，采用四分法取100 g土樣，蒸餾水浸沒(méi)4 h，趕出大團(tuán)聚體中空氣，以便于篩分；浸泡過(guò)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(diào)整水面高度，使得篩子在篩分過(guò)程最高點(diǎn)時(shí)底部不脫離水面，最低點(diǎn)時(shí)篩口邊緣超出水面。篩分儀器參數(shù)設(shè)定為：頻率25次/min，振幅3 cm，時(shí)長(zhǎng)5 min。篩分結(jié)束后，用蒸餾水將篩內(nèi)殘留部分沖洗至重量已知的燒杯內(nèi)，并烘干、稱重。通過(guò)2 mm篩子的部分按照相同操作步驟過(guò)0.25 mm、0.053 mm篩子，以此方法將土壤團(tuán)聚體分成>2 mm，2 ~ 0.25 mm、0.25 ~ 0.053 mm和<0.053 mm等4個(gè)粒級(jí)[14,21]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

1.3.1 團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率 某粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率計(jì)算如式(1)。

式中：(SAOC) 為第級(jí)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量(g/kg)；(A)為第級(jí)團(tuán)聚體百分含量(%)；(SOC) 為第級(jí)團(tuán)聚體所在土層土壤有機(jī)碳含量(g/kg)。

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

2 結(jié)果

2.1 不同施肥處理下紅壤性水稻土團(tuán)聚體組成

由圖1可知，不同施肥處理土壤團(tuán)聚體的質(zhì)量組成，均以 >2 mm團(tuán)聚體含量最高，為465.01 ~ 697.61 g/kg，其次是2 ~ 0.25 mm團(tuán)聚體含量(201.50 ~ 316.43 g/kg)，0.25 ~ 0.053 mm和 <0.053 mm團(tuán)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(tuán)聚體占團(tuán)聚體總量的72.20% ~ 89.71%，是 <0.25 mm粒徑團(tuán)聚體的2.60倍 ~ 8.72倍。說(shuō)明長(zhǎng)期施肥及增減施有機(jī)肥后，紅壤性水稻土團(tuán)聚體組成分布均以 >0.25 mm團(tuán)聚體為主。

2.2 不同施肥處理下紅壤性水稻土各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳分布

長(zhǎng)期不同施肥土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量高低排序均表現(xiàn)為：>0.25 mm團(tuán)聚體>0.25 ~ 0.053 mm團(tuán)聚體>(<0.053 mm)團(tuán)聚體。比較不同施肥處理相同粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量(表1)，高量有機(jī)肥處理各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量均高于常量有機(jī)肥處理，但差異不顯著；而相較于化肥處理，高量有機(jī)肥和常量有機(jī)肥處理不同粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量顯著(<0.05)提高：>2 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量分別提高35.23% 和35.03%，按粒徑大小，其他3個(gè)粒徑團(tuán)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(tuán)聚體具有較高的有機(jī)碳含量，同時(shí)施用有機(jī)肥可提高紅壤水稻土各粒級(jí)有機(jī)碳含量。

圖1 土壤團(tuán)聚體組成分布

表1 不同施肥處理下各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳分布(g/kg)

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

有機(jī)肥增減施后，各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量發(fā)生明顯變化(表1)。相較于常量有機(jī)肥和化肥處理，增施有機(jī)肥處理(常改高和化改常)中，各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量整體呈小幅度上升趨勢(shì)：>2 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量基本不變，2 ~ 0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量分別升高3.14% 和8.87%，0.25 ~ 0.053 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量分別升高2.16% 和5.94%，<0.053 mm團(tuán)聚體有機(jī)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(jī)肥和常量有機(jī)肥)，減施有機(jī)肥處理(高改化和常改化)中各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)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(tuán)聚體有機(jī)碳含量分別下降21.11%(<0.05)和14.90%，2 ~ 0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)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(tuán)聚體有機(jī)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(lái)說(shuō)，增加有機(jī)肥施用量的處理(常改高和化改常處理)可提高 <2 mm各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，而減施有機(jī)肥的處理(高改化和常改化處理)則會(huì)顯著降低各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量。

2.3 不同施肥處理下紅壤性水稻土團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率

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

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

表2 不同施肥處理下各級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳對(duì)全土有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率(%)

2.4 不同施肥處理下紅壤性水稻土鐵鋁氧化物與團(tuán)聚體有機(jī)碳相關(guān)關(guān)系

不同施肥處理下紅壤性水稻土離游氧化鐵及絡(luò)合態(tài)鋁含量如表3。游離氧化鐵含量在長(zhǎng)期不同施肥處理中的高低排序?yàn)椋夯?高量有機(jī)肥>常量有機(jī)肥；增施有機(jī)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(luò)合態(tài)鋁含量在長(zhǎng)期不同施肥處理中的高低排序?yàn)椋焊吡坑袡C(jī)肥>常量有機(jī)肥>化肥；增施有機(jī)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%。總體上，化肥處理中增施有機(jī)肥游離氧化鐵含量降低，有機(jī)肥減施為化肥則增加，絡(luò)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(jī)碳相關(guān)關(guān)系分別如圖2、圖3。>2 mm及2 ~ 0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量分別與游離態(tài)氧化鐵含量呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明 >2 mm及2 ~ 0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)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(tuán)聚體有機(jī)碳含量還受土壤絡(luò)合態(tài)鋁的影響，且隨著絡(luò)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(luò)合態(tài)鋁含量

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

圖2 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳與游離氧化鐵相關(guān)關(guān)系

圖3 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳與絡(luò)合態(tài)鋁相關(guān)關(guān)系

3 討論

3.1 長(zhǎng)期不同施肥紅壤性水稻土團(tuán)聚體及其有機(jī)碳分布

施肥特別是施用有機(jī)肥在增加土壤總有機(jī)碳的同時(shí)，可促進(jìn)水稻土大團(tuán)聚體含量增加，減少微團(tuán)聚體含量[22]，提升不同粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，且對(duì)>0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提升幅度要高于<0.25 mm粒徑[16]；同時(shí)，毛霞麗等[17]指出大團(tuán)聚體因具較強(qiáng)的碳固定能力，從而導(dǎo)致大團(tuán)聚體有機(jī)碳含量較高和所占土壤總有機(jī)碳比例較大。本試驗(yàn)表明，長(zhǎng)期施肥及增減施有機(jī)肥后的紅壤性水稻土 >2 mm和2 ~ 0.25 mm粒徑團(tuán)聚體含量分別占46.50% ~ 69.76% 和20.15% ~ 31.64%，是團(tuán)聚體組成的主要粒級(jí)；施用有機(jī)肥在提高紅壤性水稻土各粒級(jí)有機(jī)碳含量的同時(shí)，表現(xiàn)出 >0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳的含量較高，而 <0.053 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最低的特征，其結(jié)果導(dǎo)致 >2 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量占土壤總有機(jī)碳含量比例較高，成為紅壤性水稻土有機(jī)碳主要存儲(chǔ)粒級(jí)，其結(jié)果與前人研究一致[5-6]。其原因是：施用化肥主要通過(guò)增加作物產(chǎn)量和作物殘茬量，以及促進(jìn)根系分泌及根的周轉(zhuǎn)來(lái)提高土壤有機(jī)碳的輸入量；而施用有機(jī)肥一方面可直接向土壤輸入有機(jī)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(jìn)土壤有機(jī)碳含量的提升[23-24]；土壤總有機(jī)碳增加在提高各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的同時(shí)，由于各粒徑團(tuán)聚體的固碳能力存在差異，>0.25 mm團(tuán)聚體，尤其是2 ~ 0.25 mm團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的固定能力強(qiáng)，從而促進(jìn)了 >0.25 mm團(tuán)聚體的形成和其有機(jī)碳含量的增加；而 <0.25 mm團(tuán)聚體在參加形成大團(tuán)聚體的同時(shí)，由于 <0.25 mm的微團(tuán)聚體尤其是 <0.053 mm團(tuán)聚體僅是黏粒對(duì)有機(jī)碳的物理保護(hù)作用，固碳能力弱[25]，其結(jié)果導(dǎo)致 <0.25 mm粒徑團(tuán)聚體及其有機(jī)碳含量減少，進(jìn)而導(dǎo)致水稻土 >0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率增大，而<0.25 mm團(tuán)聚體相反。

3.2 有機(jī)碳及鐵鋁氧化物對(duì)紅壤性水稻土團(tuán)聚體有機(jī)碳分布的影響

土壤總有機(jī)碳含量與各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量呈正相關(guān)關(guān)系[26-28]，施肥導(dǎo)致土壤有機(jī)碳增加，但對(duì)各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的影響存在顯著差異，施肥對(duì)>0.25 mm 粒徑團(tuán)聚體有機(jī)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(jī)碳含量與土壤各粒徑團(tuán)聚體含量均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(圖 4)，紅壤性水稻土各級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量隨著土壤總有機(jī)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(tuán)聚體有機(jī)碳含量的相關(guān)關(guān)系斜率分別為 0.731 4、0.931、0.619 2 和 0.314；相關(guān)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(duì)紅壤性水稻土的團(tuán)聚體有機(jī)碳影響最大的是 2 ~ 0.25 mm 粒徑團(tuán)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(tuán)聚體；從而 2 ~ 0.25 mm 粒徑團(tuán)聚體對(duì)施肥影響最敏感，而<0.053 mm 粒徑團(tuán)聚體的敏感性最弱，該結(jié)果與周萍和潘根興[22]及毛霞麗等[14]結(jié)果一致。

此外，Pan 等[29]和Zhou 等[30]分別指出鐵鋁氧化物對(duì)水稻土中有機(jī)碳的固定和化學(xué)穩(wěn)定有重要的貢獻(xiàn)，本研究證實(shí)了這一說(shuō)法，紅壤性水稻土 2 ~ 0.25 mm 粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量與土壤游離氧化鐵和絡(luò)合態(tài)鋁含量分別呈顯著(<0.01)負(fù)、正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明紅壤性水稻土游離氧化鐵和絡(luò)合態(tài)鋁對(duì) 2 ~ 0.25 mm 粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳有著重要影響；紅壤性水稻土鐵鋁氧化物及土壤有機(jī)質(zhì)共同參與土壤團(tuán)聚體的團(tuán)聚過(guò)程[31]，本研究相關(guān)分析表明土壤總有機(jī)碳含量分別與土壤游離氧化鐵及絡(luò)合態(tài)鋁含量呈顯著(<0.01)負(fù)、正相關(guān)關(guān)系(圖 5)，可能是由于施肥后土壤有機(jī)碳的增加導(dǎo)致土壤鐵鋁氧化物形態(tài)轉(zhuǎn)化，其中游離氧化鐵含量降低而絡(luò)合態(tài)鋁含量升高，促進(jìn)了 2 ~ 0.25 mm 粒徑團(tuán)聚體的形成。此外，>2 mm 團(tuán)聚體有機(jī)碳含量與游離氧化鐵含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系表明游離氧化鐵自該粒徑團(tuán)聚體的形成中發(fā)揮作用。

圖4 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量與總有機(jī)碳含量相關(guān)關(guān)系

圖5 土壤總有機(jī)碳與游離氧化鐵及絡(luò)合態(tài)鋁相關(guān)關(guān)系

3.3 增減施有機(jī)肥對(duì)紅壤性水稻土團(tuán)聚體有機(jī)碳變化的影響

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

4 結(jié)論

1)紅壤性水稻土以>0.25 mm團(tuán)聚體為主。較大粒徑的團(tuán)聚體具有較高的有機(jī)碳含量，土壤有機(jī)碳則以>2 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳為主；長(zhǎng)期施用有機(jī)肥可提高紅壤水稻土各粒級(jí)有機(jī)碳含量及>2 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率，降低<2 mm的各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率。

2)施肥對(duì)紅壤性水稻土2 ~ 0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)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(tuán)聚體；游離氧化鐵和絡(luò)合態(tài)鋁對(duì)2 ~ 0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳有著重要影響，游離氧化鐵在>2 mm團(tuán)聚體的形成中發(fā)揮作用。

3)增加有機(jī)肥施用量可提高<2 mm各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，減施有機(jī)肥則顯著降低各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量。不管減施還是增施有機(jī)肥均導(dǎo)致>2 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率降低；同時(shí)，減施有機(jī)肥后<2 mm的各級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率升高，而增施有機(jī)肥后2 ~ 0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率升高。

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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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41571211)和湖南省高校科研重點(diǎn)項(xiàng)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?yàn)橥寥蕾|(zhì)量演變。E-mail: lhxie95@163.com

S152.4+5

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.06.009