發(fā)布時(shí)間：2022-02-11所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：【目的】以河北省廊坊市小麥-玉米輪作區(qū)沙質(zhì)潮土為研究對(duì)象，通過 20152018 年田間連續(xù)定位試驗(yàn)，研究?jī)煞N土壤改良劑對(duì)土壤活性有機(jī)碳組分含量和土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的影響，以期為沙質(zhì)潮土有機(jī)碳庫(kù)培育，改善土壤質(zhì)量提供理論依據(jù)。【方法】試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組
摘要：【目的】以河北省廊坊市小麥-玉米輪作區(qū)沙質(zhì)潮土為研究對(duì)象，通過 2015—2018 年田間連續(xù)定位試驗(yàn)，研究?jī)煞N土壤改良劑對(duì)土壤活性有機(jī)碳組分含量和土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的影響，以期為沙質(zhì)潮土有機(jī)碳庫(kù)培育，改善土壤質(zhì)量提供理論依據(jù)。【方法】試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè) 4 個(gè)處理：(1)單施化肥(CK);(2)CK+ 有機(jī)改良劑 15 t·hm-2(T1);(3)CK+無機(jī)改良劑 2.25 t·hm-2(T2);(4)CK+有機(jī)改良劑 15 t·hm-2+無機(jī)改良劑 2.25 t·hm-2(T3)。收獲季測(cè)定土壤有機(jī)碳、全氮、pH、速效磷、速效鉀，并運(yùn)用修正的內(nèi)梅羅指數(shù)法計(jì)算土壤綜合肥力指數(shù)(IFI)。再分析活性有機(jī)碳各組分含量，并計(jì)算碳庫(kù)管理指數(shù)(CPMI)。最后通過 CPMI 和 IFI 指示指標(biāo)評(píng)價(jià)連續(xù)施用土壤改良劑對(duì)沙質(zhì)潮土改良的應(yīng)用效果。【結(jié)果】較 CK 處理，施用有機(jī)改良劑處理土壤總有機(jī)碳(TOC)和土壤綜合肥力指數(shù)(IFI)均顯著提高，尤其是有機(jī)無機(jī)改良劑配施時(shí)效果最顯著;施用有機(jī)改良劑處理各活性碳組分含量均呈升高趨勢(shì)，并且活性有機(jī)碳各組分含量呈現(xiàn)為：易氧化有機(jī)碳(LOC)>可溶性有機(jī)碳(DOC)>微生物量碳(MBC);施用有機(jī)改良劑各處理土壤活性碳庫(kù)組分有效率均呈下降趨勢(shì)，T1、T3 處理土壤易氧化有機(jī)碳有效率(LOC/TOC)較 CK 分別顯著降低了 12.57%和 12.02%，微生物量碳有效率(MBC/TOC)較 CK 分別顯著降低了 12.84%和 12.30%，單施無機(jī)改良劑處理較 CK 無顯著影響，說明施用有機(jī)改良劑增加活性有機(jī)碳各組分含量的同時(shí)，向土壤中輸入了更多的穩(wěn)定態(tài)碳，進(jìn)而導(dǎo)致有效率的降低;施用有機(jī)改良劑各處理土壤碳庫(kù)指數(shù)顯著升高、碳庫(kù)活度顯著降低，說明施用有機(jī)土壤改良劑能夠促進(jìn)土壤碳庫(kù)的積累;施用有機(jī)改良劑各處理土壤碳庫(kù)管理指數(shù)均呈升高趨勢(shì)。主成分分析結(jié)果表明，施用有機(jī)改良劑能夠影響土壤中活性碳各組分含量及其有效率。【結(jié)論】連續(xù)施用有機(jī)改良劑能夠顯著提高沙質(zhì)潮土肥力，增加土壤碳庫(kù)管理指數(shù)，累積碳庫(kù)庫(kù)容，改善土壤質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：土壤改良劑;沙質(zhì)潮土;肥力因子;土壤活性有機(jī)碳;碳庫(kù)管理指數(shù)
0 引言
【研究意義】黃淮海平原總面積達(dá) 3 000 萬 hm2 ，占全國(guó)平原面積的 30%，耕地占全國(guó)的 18%[1]，是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)核心區(qū)域，在我國(guó)糧食安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有不可替代的戰(zhàn)略地位。但該區(qū)域以沙質(zhì)和鹽堿化為主的各類中低產(chǎn)田約占耕地總面積的 2/3，其中沙質(zhì)土壤約為 267 萬 hm2 。土質(zhì)疏松，結(jié)構(gòu)性差，有機(jī)碳含量低，土壤保肥蓄水能力弱，養(yǎng)分含量少是當(dāng)前黃淮海平原沙質(zhì)潮土現(xiàn)狀，不利于作物生長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此改良沙質(zhì)土壤、提高沙質(zhì)土壤肥力是促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展及保障國(guó)家糧食安全的重要手段。【前人研究進(jìn)展】土壤改良產(chǎn)品種類繁多，如松土劑、固沙劑、增肥劑、消毒劑、土壤調(diào)理劑、保水劑、土壤改良調(diào)節(jié)劑等統(tǒng)稱為土壤改良劑[2]，隨著環(huán)境友好型土壤改良劑生產(chǎn)技術(shù)的不斷完善, 其在各類障礙型土壤中的培肥改良應(yīng)用逐漸發(fā)展為研究的熱點(diǎn)，大量研究表明，施用有機(jī)改良劑能提升土壤肥力[3]、改善土壤環(huán)境[4]以及調(diào)節(jié)土壤中微生物活性[5-6]，同時(shí)在一定程度上增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，進(jìn)而影響土壤有機(jī)碳庫(kù)各組分的相互轉(zhuǎn)化。有研究指出有機(jī)碳土壤改良劑施用量與風(fēng)沙土孔隙度、團(tuán)聚體、持水量、有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分、微生物數(shù)量、酶活性和玉米產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系[7];文星等[8]研究發(fā)現(xiàn)施用土壤改良劑能夠在一段時(shí)間內(nèi)改變土壤 pH、影響速效磷和交換性 Ca、Mg 的含量;劉慧軍等[9]認(rèn)為不同土壤改良劑均能顯著提高土壤中有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量。有機(jī)碳作為衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，在調(diào)節(jié)土壤物理化學(xué)性質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)，影響作物產(chǎn)量等方面具有重要作用[10]。根據(jù)有機(jī)碳生物穩(wěn)定性和周轉(zhuǎn)期的不同，可分為活性、慢性和惰性有機(jī)碳，其中，活性有機(jī)碳主要包括：易氧化有機(jī)碳(LOC)、可溶性有機(jī)碳(DOC)和微生物量碳(MBC)[11-13]。因活性有機(jī)碳轉(zhuǎn)化周期短、易被微生物分解利用，常用作土壤碳循環(huán)和有效養(yǎng)分變化周轉(zhuǎn)的敏感指標(biāo)[14-16]。有研究表明，土壤活性碳對(duì)施肥措施的變化響應(yīng)敏感，因此可以作為預(yù)警或者較早反映土壤碳庫(kù)變化的指示指標(biāo)[17];同時(shí)，土壤活性碳占總有機(jī)碳的比值對(duì)土壤碳庫(kù)質(zhì)量的變化非常敏感，可用來指示土壤質(zhì)量的變化[18]。根據(jù)不同活性有機(jī)碳指標(biāo)，LEFROY 等[19]和 BLAIR 等[20]提出了土壤碳庫(kù)管理指數(shù)(CPMI)的概念。CPMI 由人為影響下土壤碳庫(kù)指標(biāo)和土壤碳庫(kù)活度兩方面的內(nèi)容組成[21]，既可以反映土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化，也能反映土壤有機(jī)碳組分的變化情況，能夠指示土壤肥力和土壤質(zhì)量的變化[22]。因此，研究有機(jī)改良劑施用條件下土壤有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)于實(shí)現(xiàn)土壤有機(jī)碳庫(kù)的累積儲(chǔ)存，改善土壤質(zhì)量具有重要意義[23]。【本研究切入點(diǎn)】周巖等[2]認(rèn)為當(dāng)前土壤改良劑改土應(yīng)用效果明顯，但缺乏長(zhǎng)期定位試驗(yàn)跟蹤和數(shù)據(jù)驗(yàn)證。近年來，有機(jī)土壤改良劑在鹽堿土、酸性土等土壤類型的相關(guān)研究中已經(jīng)取得了較好成果，同時(shí)，凹凸棒土作為一種儲(chǔ)量豐富、用途多樣的可利用資源，在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等多種行業(yè)上具有吸附和黏結(jié)等用途，但目前關(guān)于兩者配合連續(xù)多年施用于沙質(zhì)潮土肥力和質(zhì)量改良效應(yīng)的研究鮮見報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】綜上，本研究采用大田連續(xù)定位試驗(yàn)研究手段，以廊坊市沙質(zhì)潮土為研究對(duì)象，施用實(shí)驗(yàn)室自制土壤改良劑，通過研究土壤養(yǎng)分含量、活性有機(jī)碳各組分含量、各組分有效率及碳庫(kù)管理指數(shù)的變化特征，為沙質(zhì)潮土培肥改良、提升土壤肥力提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)區(qū)域概況
試驗(yàn)基地位于河北省廊坊市萬莊鎮(zhèn)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)際高新技術(shù)示范園區(qū)內(nèi)(39°36′N，116°36′E)，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫 11.9 ℃，降水量為 550 mm，70%—80%降水集中在 6—8 月。全年平均日照時(shí)數(shù)為 2 660 h，無霜期為 183 d。種植制度為冬小麥-夏玉米輪作，土壤類型為沙質(zhì)潮土。試驗(yàn)前土壤耕層基本理化性狀：含水量 5.87%，pH 8.83，有機(jī)碳(SOC)7.48 g·kg-1，全氮(TN)0.81 g·kg-1，速效磷(AP)17.55 mg·kg-1，速效鉀(AK)153.32 mg·kg-1。
1.2 土壤改良劑
試驗(yàn)所用有機(jī)土壤改良劑為實(shí)驗(yàn)室自制。選用蝦頭蟹殼提取甲殼素后的廢棄物，粉碎后按照重量 2﹕3 混合加入草炭、秸稈和花生殼及其他保密材料，接入微生物菌劑(地衣芽孢桿菌、干酪乳桿菌、黑曲霉和枯草芽孢桿菌)，通過好氧發(fā)酵、高溫堆肥等工藝處理后制成;無機(jī)改良劑為改性凹凸棒土。兩種改良劑理化性質(zhì)如表 1 所示。
1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)設(shè)計(jì) 4 個(gè)處理，分別為：(1)單施化肥(CK);(2)CK+有機(jī)改良劑 15 t·hm-2(T1);(3)CK+ 無機(jī)改良劑 2.25 t·hm-2(T2);(4)CK+有機(jī)改良劑 15 t·hm-2+無機(jī)改良劑 2.25 t·hm-2(T3)。改良劑施用量參考許帆等[24]的研究。每個(gè)處理設(shè)有 3 次重復(fù)，按照隨機(jī)區(qū)組方法設(shè)置排列重復(fù)，小區(qū)面積為 30 m2 。氮磷鉀復(fù)混肥(20-16-9)施用 0.75 t·hm-2，用量以當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶習(xí)慣用量為依據(jù)。有機(jī)改良劑和無機(jī)改良劑隨同基肥一次性施入耕作層混合均勻。試驗(yàn)自 2015 年 10 月開始至 2018 年 10 月，連續(xù)種植 3 年 6 季作物。不同土壤改良劑各處理養(yǎng)分輸入量見表 2。
1.4 樣品采集、測(cè)定項(xiàng)目與分析方法
1.4.1 土壤樣品采集 土壤樣品于 2018 年 10 月 9 日(第 6 季玉米收獲期)采自耕層(0—20)cm 土壤， 混合均勻后將四分法保留的土樣分為兩份，一份置于避光處自然風(fēng)干后分別過篩保存，用于測(cè)定基本理化指標(biāo);一份帶回實(shí)驗(yàn)室存放于-20℃冰箱保存，用于土壤微生物量碳及土壤可溶性有機(jī)碳測(cè)定。
1.4.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法
(1)土壤理化指標(biāo)均采用《土壤農(nóng)化分析》[25]方法測(cè)定：pH 采用水土比 5﹕1 梅特 pH 計(jì)(FE20)測(cè)定、有機(jī)碳采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法、全氮采用凱氏定氮法、速效磷采用 Olsen 法、速效鉀乙酸銨提取-火焰光度法。
(2)土壤活性有機(jī)碳組分[11-13 ]測(cè)定：微生物量碳(microbial biomass carbon，MBC)：采用氯仿熏蒸 -K2SO4 提取法[26]，用 TOC 儀測(cè)定熏蒸、未熏蒸浸提液中土壤提取碳含量，兩者差值乘以轉(zhuǎn)化系數(shù) 0.45 計(jì)算土壤微生物量碳。
易氧化有機(jī)碳(labile organic carbon，LOC)用 KMnO4 氧化法[27]測(cè)定：稱取過 0.2 mm 篩的土壤樣品 2 g 于 50 mL 塑料旋蓋的離心管中，加入 25 mL 濃度為 333 mmol·L-1 的 KMnO4，常溫下振蕩 1 h，然后在轉(zhuǎn)速 3 000 r/min 下離心 5 min，取上清液 0.5 mL 于 250 mL 容量瓶中，定容搖晃均勻，在分光光度計(jì) 565 nm 下測(cè)定稀釋樣品的吸光率。由不加土壤的空白與土壤樣品的吸光率之差，計(jì)算出 KMnO4 濃度的變化，進(jìn)而計(jì)算出被氧化碳含量或有機(jī)質(zhì)即活性有機(jī)質(zhì)含量(氧化過程 1 mmol·L-1KMnO4 消耗 9 mg C)。
可溶性有機(jī)碳[28](dissolved organic carbon， DOC)：稱取新鮮土樣 25.00 g 于三角瓶中，同時(shí)加入 50 mL 高純水，在 200 r/min 振蕩器上振蕩 2 h，接著在轉(zhuǎn)速為 10 000 r/min 高速離心機(jī)里離心 15 min，用真空泵抽濾過 0.45 μm 薄濾膜，用 TOC 自動(dòng)分析儀測(cè)定過濾液中水溶性有機(jī)碳含量。
1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算
(1)土壤活性有機(jī)碳各組分碳素有效率[29]計(jì)算方法：
LOC 有效率(%)=LOC/TOC×100%;
MBC 有效率(%)=MBC/TOC×100%;
DOC 有效率(%)=DOC/TOC×100%。
(2)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)計(jì)算方法：以試驗(yàn)周圍撂荒地土壤為參考土壤(CK0)，其總有機(jī)碳含量為 6.84 g·kg-1，活性有機(jī)碳含量(采用 333 mmol·L-1KMn O4氧化法)[30]為 2.8 g·kg-1。碳庫(kù)管理指數(shù)計(jì)算方法如下：
總有機(jī)碳=活性有機(jī)碳+非活性有機(jī)碳;
碳庫(kù)指數(shù)(CPI)=樣本中的總有機(jī)碳含量(g·kg-1) /參考土壤總有機(jī)碳含量(g·kg-1);
碳庫(kù)活度(L)=樣本中的活性有機(jī)碳含量(g·kg-1) /樣本中非活性有機(jī)碳含量(g·kg-1);
碳庫(kù)活度指數(shù)(LI)=樣本碳庫(kù)活度(L)/參考土壤碳庫(kù)活度(L0);
基于以上參數(shù)可以得到碳庫(kù)管理指數(shù)(CPMI) =CPI×LI×100。
土壤綜合肥力指數(shù)(soil integrated fertility index， IFI)：采用內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)各處理下土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，本文選用土壤 pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀作為分肥力指標(biāo)，計(jì)算分肥力系數(shù)，利用修正的內(nèi)梅羅公式計(jì)算土壤綜合肥力指數(shù)[31]。
1.6 數(shù)據(jù)分析
用 Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果用 SPSS19.0 進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)通過后，采用最小顯著差數(shù)法(LSD)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，用 F 統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行多因素方差分析，采用 Person 進(jìn)行相關(guān)性分析; Canoco5.0 做主成分分析(PCA)以及相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。
2 結(jié)果
2.1 改良劑對(duì)沙質(zhì)潮土化學(xué)指標(biāo)及土壤綜合肥力指數(shù)(IFI)的影響
施用有機(jī)改良劑(T1 和 T3)顯著提高土壤有機(jī)碳、速效磷、速效鉀含量(表 4)，無機(jī)改良劑(T2)與 CK 無顯著差異。其中 T1 和 T3 處理土壤有機(jī)碳含量較 CK 分別顯著提高了 28.42%和 32.89%;T1、T3 處理的土壤速效磷含量較 CK 分別顯著提高了 243.76%和 254.17%;T1、T2 和 T3 處理的土壤速效鉀含量較 CK 分別顯著增加了 43.83%、19.81%和 74.10%。T1、T2 和 T3 處理的土壤 pH 較 CK 分別顯著降低了 0.35、0.22 和 0.28，T1、T2、T3 處理之間無顯著差異。土壤綜合肥力指數(shù)(IFI)T1、T3 處理較 CK 分別顯著提高了 15.65%和 17.39%，T2 較 CK 無顯著差異。
2.2 施用不同改良劑對(duì)土壤碳庫(kù)組分含量的影響
2.2.1 改良劑對(duì)土壤活性碳各組分含量的影響 由圖 1 可知，土壤活性碳庫(kù)組分含量由高到低依次為：易氧化有機(jī)碳>微生物量碳>可溶性有機(jī)碳。T1、T3 處理土壤可溶性有機(jī)碳(DOC)較 CK 分別顯著升高了 16.55%和 38.29%，T3 較 T1 顯著提高了 18.65%，由于單施無機(jī)改良劑較 CK 無顯著提高，說明有機(jī)無機(jī)改良劑配施存在一定的交互作用;T1、T3 處理土壤易氧化有機(jī)碳含量(LOC)較 CK 分別顯著提高了 12.36%和 16.74%;T3 處理土壤微生物量碳(MBC)較 CK 顯著提高了 10.43%。所有 T2 處理較 CK 均無顯著差異。
2.2.2 改良劑對(duì)土壤活性碳組分有效率的影響 由表 5 可知，不同活性碳占總有機(jī)碳的比值在不同改良劑下表現(xiàn)不同。有機(jī)改良劑處理(T1、T3)的易氧化有機(jī)碳有效率(LOC/TOC)較 CK 分別顯著降低了 12.57%和 12.02%，T1、T3 較 T2 分別顯著降低了 12.84%和 12.30;有機(jī)改良劑處理(T1、T3)的微生物量碳有效率(MBC/TOC)較 CK 分別顯著降低了 12.84%和 12.30%，T1 較 T2 顯著降低了 12.14%;T1、 T2 和 T3 處理的可溶性碳有效率(DOC/TOC)較 CK 均無顯著性差異。
2.2.3 不同土壤改良劑對(duì)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的影響由表 6 可知，T1、T3 處理的土壤碳庫(kù)指數(shù)(CPI)較 CK 分別顯著增加了 28.70%和 33.33%，T1、T3 處理較 T2 顯著增加了 21.93%和 26.32%;T1、T3 處理土壤碳庫(kù)活度(L)較 CK 分別顯著降低了 17.02%和 14.89%，T1、T3 處理較 T2 顯著增加了 18.75%和 16.67%;T1、T3 處理土壤碳庫(kù)活度指數(shù)(LI)較 CK 分別顯著增加了 17.78%和 16.67%，T1、T3 處理較 T2 顯著增加了 17.78%和 16.67%;T3 處理土壤碳庫(kù)管理指數(shù)(CPMI)較 CK 顯著增加了 10.64%。以上指標(biāo) T2 較 CK 均無顯著差異。
2.2.4 土壤碳庫(kù)各指標(biāo)的主成分分析 對(duì)土壤活性碳組分、碳組分有效率及碳庫(kù)管理指數(shù)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果表明(圖 2)，第一主成分(PCA1)解釋率達(dá) 76.58%，主要解釋指標(biāo)是土壤各活性碳組分(LOC、 DOC、MBC)及 TOC、CPMI，DOC/TOC 對(duì) PCA1 解釋率為幾乎為零;第二主成分(PCA2)為 12.52%，主要解釋指標(biāo)是活性碳組分在 TOC 中的分配(MBC/TOC、LOC/TOC);由圖中各參數(shù)分布特征可知，LOC/TOC、MBC/TOC 在 CK 處理時(shí)最高;活性有機(jī)碳各組分在 T1、T3 處理上具有最高載荷。 PCA1 主要代表不同土壤改良劑的施入，通過土壤改良劑種類的不同將各區(qū)組分開，其中，CK 處理與 T2 處理相交，反映了施用無機(jī)改良劑處理活性有機(jī)碳各組分與 CK 無明顯差異;T1 處理與 T3 處理相交，且 T1、T3 處理點(diǎn)與 CK 處理點(diǎn)相距最遠(yuǎn)，反映了施用有機(jī)改良劑處理之間對(duì)提高土壤活性有機(jī)碳各組分含量無明顯差異，同時(shí)說明了有機(jī)改良劑的施用提高了土壤活性有機(jī)碳各組分的含量，有利于土壤碳庫(kù)的積累。
2.2.5 土壤活性碳庫(kù)各組分、碳庫(kù)管理指數(shù)及活性碳各組分有效率之間的相關(guān)性 由表 7 知，活性碳庫(kù)組分 LOC、MBC 與 DOC 之間存在極顯著的相關(guān)關(guān)系，說明活性碳庫(kù)各組分之間可以相互轉(zhuǎn)化;LOC 與 MBC/TOC之間存在顯著關(guān)系，說明MBC/TOC受LOC 變化影響較大;DOC 與 LOC/TOC、MBC/TOC 之間存在顯著關(guān)系，說明 LOC/TOC、MBC/TOC 受 DOC 變化影響較大;CPMI 與 LOC、MBC 均存在著顯著關(guān)系，說明碳庫(kù)管理指數(shù)是能夠反映土壤碳庫(kù)組分變化情況的指標(biāo)。
3 討論
3.1 不同土壤改良劑對(duì)土壤化學(xué)特性和肥力水平的影響
土壤肥力是物理、化學(xué)和生物等基本性質(zhì)的綜合表現(xiàn)，是土壤質(zhì)量的重要組成部分，選用 pH、氮、磷、鉀和有機(jī)碳計(jì)算的土壤肥力指數(shù)(IFI)可綜合表征改良劑對(duì)土壤肥力的影響特征[31]。有研究表明，施用有機(jī)土壤改良劑，能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷等養(yǎng)分含量，提高土壤綜合肥力[32-33]，與本文研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用兩種土壤改良劑均影響土壤肥力指數(shù)相關(guān)的 5 個(gè)參數(shù)。首先，施用有機(jī)改良劑能夠顯著提高土壤有機(jī)碳及速效磷含量，這是由于隨著有機(jī)改良劑的連續(xù)施用，其自身向土壤中輸入了大量有機(jī)物質(zhì)及磷元素。其次，土壤 pH 均顯著下降，并且施用有機(jī)改良劑的處理 pH 下降幅度大于無機(jī)改良劑。這是由于有機(jī)改良劑中含有機(jī)物，經(jīng)土壤微生物分解后會(huì)產(chǎn)生各種腐殖酸物質(zhì)，從而調(diào)節(jié)土壤 pH。再者，施用兩種土壤改良劑土壤速效鉀含量均顯著升高，且有機(jī)無機(jī)改良劑配施效果優(yōu)于單施，由于無機(jī)改良劑本身速效鉀含量很低，因此造成這種結(jié)果的原因一方面可能是本試驗(yàn)所用有機(jī)改良劑提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，進(jìn)而減弱了蒙脫石類礦物的膨脹性，從而降低了土壤中鉀的固定;另外有機(jī)質(zhì)的增加會(huì)促進(jìn)土壤有機(jī)膠體的形成，從而以膠膜形式包被于黏粒表面，阻止鉀離子與黏粒礦物的直接接觸，減少鉀的固定。另一方面原因是無機(jī)改良劑自身具有巨大的陽離子交換能力，能夠促進(jìn)土壤緩效鉀向速效鉀的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而減少了土壤交換性鉀的固定量。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)改良劑處理能顯著提高土壤綜合肥力指數(shù)，說明施用有機(jī)改良劑使土壤肥力提高顯著，可為植物生長(zhǎng)提供豐富的養(yǎng)分，而施用無機(jī)改良劑對(duì)提升土壤肥力無顯著效果。另有研究表明，施用有機(jī)改良劑不僅能夠增加土壤養(yǎng)分含量[34]，還能夠促進(jìn)作物生長(zhǎng)，增加產(chǎn)量，能夠提高籽粒品質(zhì)[35]。本研究得出，有機(jī)土壤改良劑施用于土壤后能顯著提高土壤養(yǎng)分含量，提高土壤綜合肥力。
3.2 不同土壤改良劑對(duì)土壤活性碳組分和活性碳各組分有效率的影響
土壤易氧化有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳和微生物量碳比總有機(jī)碳更能靈敏地反映土壤質(zhì)量和肥力變化，而活性有機(jī)碳組分的生物利用率與土壤有機(jī)碳源輸入密切相關(guān)[36]。有研究發(fā)現(xiàn)，單施有機(jī)肥及配施有機(jī)肥無機(jī)肥均能有效提高土壤中易氧化有機(jī)碳組分的含量，且效果較單施無機(jī)肥更為顯著;連續(xù)有機(jī)無機(jī)肥料配施可提高土壤 MBC、DOC 含量以及 CPMI[37-38]。本文施用有機(jī)改良劑也得到相似的結(jié)果，即土壤中 LOC、DOC、MBC 含量均顯著升高，其主要原因是：有機(jī)改良劑經(jīng)堆肥處理，其自身富含的好氧活性有機(jī)物分解成大量活性固體小顆粒，同時(shí)釋放出大量 LOC 和 DOC 進(jìn)入土壤，同時(shí)增加了微生物底物，促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)[39]。另由于有機(jī)改良劑向土壤輸送了大量速效養(yǎng)分，促進(jìn)了植株地下部的發(fā)育和根際有機(jī)物的積累，該有機(jī)物的分解為微生物活動(dòng)提供了大量能源，刺激了土壤中微生物群落的生長(zhǎng)，同時(shí)有機(jī)改良劑由于堆肥作用自身含有大量的微生物，從而極大的促進(jìn)了土壤中的 MBC，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)無機(jī)改良劑配施處理較單施有機(jī)改良劑處理顯著增加，而單施無機(jī)改良劑無顯著效應(yīng)，由于影響土壤可溶性有機(jī)碳因素很多，比如，季節(jié)、溫度、濕度、pH，因此原因可能是兩種改良劑材料配施后，通過改善土壤濕度和 pH 等影響微生物活性，增加可溶性有機(jī)碳的產(chǎn)生，具體機(jī)理還需進(jìn)一步研究。
有研究指出，活性碳含量在土壤總有機(jī)碳中所占的比例比活性碳的絕對(duì)含量能更好地反映土壤碳庫(kù)的現(xiàn)狀，且活性碳與總有機(jī)碳之比可以消除土壤總有機(jī)碳含量對(duì)活性碳的影響[18]。微生物熵(MBC/TOC)是評(píng)價(jià)土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)和質(zhì)量的有效指標(biāo)，它的變化反映了土壤中微生物碳的來源及轉(zhuǎn)化效率[40]。本研究發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)改良劑顯著降低該比值，這與用綠肥、有機(jī)肥能夠增加土壤微生物熵[30-42]的結(jié)果相反，原因可能是有機(jī)改良劑對(duì) TOC 的增加效果高于綠肥、有機(jī)肥，而對(duì) MBC 的增加效果低于綠肥、有機(jī)肥，所以比值降低。
土壤易氧化有機(jī)碳有效率(LOC/TOC)可以反映土壤有機(jī)碳的質(zhì)量和穩(wěn)定性，比例越高，有機(jī)碳越容易被微生物分解和礦化，轉(zhuǎn)化時(shí)間越短或活性越高，比例越小意味著土壤有機(jī)碳穩(wěn)定且不易被生物降解[41]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，綠肥[42]、有機(jī)肥[43-44]可以增加土壤 LOC 有效率。而本研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)土壤改良劑顯著降低 LOC/TOC 比率，單施無機(jī)土壤改良劑無顯著效果，這可能是因?yàn)殡m然施入有機(jī)土壤改良劑顯著提高了土壤各活性碳組分絕對(duì)含量，但同時(shí)也向土壤輸入了大量穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳，因此，間接降低了有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為活性有機(jī)碳的相對(duì)效率。說明本試驗(yàn)所使用有機(jī)土壤改良劑中有機(jī)碳主要以穩(wěn)定碳組分形式存在，進(jìn)入土壤后短期分解量較少，從而降低活性有機(jī)碳組分的有效率，這與 POWLESON 等[45]研究結(jié)果一致。
土壤可溶性有機(jī)碳是土壤中可以直接利用的部分，其占總有機(jī)碳的比例(DOC/TOC)大小既能直接反映土壤中碳庫(kù)活躍程度，也能間接體現(xiàn)土壤中的生物化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)狀。本研究發(fā)現(xiàn)施用土壤改良劑各處理土壤中 DOC/TOC 較 CK 無顯著效果，說明 DOC 含量相對(duì) TOC 同步提高，即轉(zhuǎn)化比率要高于 LOC 和 MBC，這有利于土壤中有機(jī)質(zhì)的儲(chǔ)存[46]。原因是有機(jī)堆肥產(chǎn)物在好氧堆肥過程中其有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)換為了更為穩(wěn)定的狀態(tài)，如木質(zhì)素，纖維素，半纖維素等[47-48]。因此，施入有機(jī)土壤改良劑能增加土壤穩(wěn)定性碳庫(kù)的庫(kù)容。
3.3 不同土壤改良劑對(duì)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的影響
土壤碳庫(kù)管理指數(shù)作為反映和評(píng)估土壤碳素動(dòng)態(tài)變化的重要指標(biāo)，可以靈敏地反應(yīng)土壤肥力及碳庫(kù)的變化[49]，能夠有效的為研究土壤活性有機(jī)碳含量及變化提供理論支撐。本研究結(jié)果表明，施用有機(jī)改良劑能顯著提高土壤碳庫(kù)指數(shù)(CPI)，但土壤碳庫(kù)活度(L)、碳庫(kù)活度指數(shù)(LI)均顯著降低，表明施用有機(jī)改良劑能夠向土壤輸送大量非活性有機(jī)碳，使土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量增加，有利于固定土壤碳，這與上述的土壤碳素有效率降低的規(guī)律一致。另外，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)僅施化肥的土壤其碳庫(kù)管理指數(shù)會(huì)下降[50]，這與本研究結(jié)果一致，且發(fā)現(xiàn) CK 處理其碳庫(kù)管理指數(shù)僅為 96.92(低于撂荒土地 100)，這可能是由于該處理連續(xù)單施無機(jī)化肥，活性有機(jī)碳組分持續(xù)消耗且轉(zhuǎn)化量小于消耗量導(dǎo)致的。
4 結(jié)論
4.1 以土壤綜合肥力指數(shù)(IFI)作為指標(biāo)，3 年田間試驗(yàn)表明施用有機(jī)改良劑能夠有效提高沙質(zhì)潮土綜合肥力。
4.2 施入有機(jī)改良劑能夠提高土壤碳庫(kù)各組分絕對(duì)含量，顯著降低易氧化有機(jī)碳、微生物量碳在土壤總有機(jī)碳中的占比，表明施用有機(jī)改良劑會(huì)使土壤中微生物難利用的非活性有機(jī)碳含量增大，使得土壤穩(wěn)定態(tài)碳含量增加，有利于沙質(zhì)潮土有機(jī)碳的積累。——論文作者：周吉祥，張賀，楊靜，李桂花，張建峰
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