遲鳳琴，蔡姍姍，匡恩俊，張久明，周寶庫

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所，黑龍江省土壤環(huán)境與植物營養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150086）

長期施肥對黑土有機(jī)無機(jī)復(fù)合度及結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的影響

遲鳳琴1,2，蔡姍姍1，匡恩俊2，張久明2，周寶庫2

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所，黑龍江省土壤環(huán)境與植物營養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150086）

以黑土長期定位試驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究長期不同施肥對黑土腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)及有機(jī)無機(jī)復(fù)合度影響。結(jié)果表明，長期不同施肥均可不同程度提高土壤的有機(jī)碳、重組有機(jī)碳、原土復(fù)合量，降低原土復(fù)合度。三種施肥處理的土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)以松結(jié)態(tài)為主，緊結(jié)態(tài)其次，穩(wěn)結(jié)態(tài)最少。施肥提升土壤的松結(jié)態(tài)及穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量、土壤松/緊比值；降低緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量及土壤松/穩(wěn)比值。單施化肥只能改善0～20 cm土層土壤肥力，在20～40 cm土層肥力降低；有機(jī)無機(jī)肥配施可最大程度改善土壤的有機(jī)無機(jī)復(fù)合狀況，活化土壤腐殖質(zhì)，在兩個土層中影響保持穩(wěn)定。施肥對0～20 cm土層有機(jī)無機(jī)復(fù)合狀況影響大于20～40 cm土層，而對0～20 cm土層結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)影響則小于20～40 cm土層。

長期施肥；黑土；腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)；有機(jī)無機(jī)復(fù)合度；不同土層

土壤長期定位施肥試驗(yàn)?zāi)軠?zhǔn)確揭示農(nóng)田土壤肥力變化規(guī)律，信息量豐富，準(zhǔn)確性強(qiáng)[1-3]。腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)主體，土壤肥力的重要表征。土壤中的腐殖質(zhì)大多數(shù)與礦質(zhì)部分相結(jié)合形成有機(jī)無機(jī)復(fù)合體，按其結(jié)合的牢固程度，可分為松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)、緊結(jié)態(tài)[4]，土壤腐殖質(zhì)與礦物質(zhì)結(jié)合的松緊程度不同，對土壤肥力貢獻(xiàn)不同[5]。土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合體有助于土壤形成團(tuán)聚體，改善通氣性、透水性等土壤物理性狀；有機(jī)無機(jī)復(fù)合體具有儲存土壤中大部分養(yǎng)分作用[6]。因此，土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合程度及其結(jié)合形態(tài)與土壤肥力狀況具有密切聯(lián)系。在長期施肥對黑土結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)及有機(jī)無機(jī)復(fù)合影響方面，國內(nèi)外研究不多，大部分停留在對0～20 cm土層的影響上，本試驗(yàn)在哈爾濱黑土生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站長期施肥30年基礎(chǔ)上，對0～20 cm、20～40 cm土層腐殖質(zhì)進(jìn)行研究比對，系統(tǒng)分析長期施肥對土壤有機(jī)、無機(jī)、復(fù)合度及結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的影響規(guī)律，以期揭示施肥與土壤腐殖質(zhì)變化關(guān)系，為科學(xué)施肥、培肥地力提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土樣采集于農(nóng)業(yè)部哈爾濱黑土生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站，該試驗(yàn)站始建于1979年，土壤類型為黑土。試驗(yàn)采集其中四個處理：CK（對照不施肥處理）、M（施用有機(jī)肥馬糞處理）、NPK（施用化肥氮磷鉀處理）、MNPK（有機(jī)肥馬糞與無機(jī)肥氮磷鉀混合施用處理）。樣品采集于2010年、2013年，取樣深度為0～20 cm、20～40 cm。供試土壤施肥量及基本理化性質(zhì)見表1、2。

表1 不同處理施肥用量（1979～2013）Table 1 Fertilization amount for long period fixed test

表2 供試土壤基本性質(zhì)Table 2 Basic properties of tested black soils

1.2 測定方法

土壤重組分離采用相對密度分組法[7]，結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)分組測定采用熊毅-傅積平改進(jìn)法[8]，固體有機(jī)碳及提取液中有機(jī)碳采用TOC分析儀測定。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法、堿解氮采用堿解擴(kuò)散法、速效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法、速效鉀采用NH4OAC浸提-火焰光度法[9]。

土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合度的計算方法：

式中，HC-重組有機(jī)碳含量（g·kg-1）；HW-重組碳質(zhì)量（g）；SW-原土壤質(zhì)量（g）；SC-原土壤有機(jī)碳含量（g·kg-1）；MQC-施用有機(jī)物料土壤的復(fù)合量；MC-施用有機(jī)物料土壤的有機(jī)碳含量（g·kg-1）。

1.3 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)的計算與處理采用Microsoft Excel 2003軟件，差異顯著性及相關(guān)性分析采用SPSS軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期施肥對土壤有機(jī)碳及重組有機(jī)碳的影響

表3試驗(yàn)結(jié)果表明，各處理的土壤有機(jī)碳、重組有機(jī)碳高低順序均為MNPK＞M＞NPK＞CK，處理間差異極顯著。上層土壤的有機(jī)碳及重組碳均高于下層土壤，與不施肥對照相比，0～20 cm土層各處理有機(jī)碳含量平均增加7.32%～16.95%，重組有機(jī)碳平均增加3.24%～11.29%；20～40 cm土層M、MNPK處理有機(jī)碳含量分別增加4.77%、15.6%，重組有機(jī)碳分別增加4.43%、11.35%，而NPK處理在20～40 cm土層的土壤有機(jī)碳和重組有機(jī)碳均比對照下降，分別下降10.19%、8.19%；兩項指標(biāo)處理間均以MNPK處理增幅最大。分析顯示土壤有機(jī)碳與重組有機(jī)碳含量間呈極顯著正相關(guān)（y=0.634x+ 3.634，r0.01=0.960，n=16），說明土壤中有機(jī)物質(zhì)在轉(zhuǎn)化的過程中逐漸參與有機(jī)無機(jī)復(fù)合。施肥可增加土壤有機(jī)碳和重組有機(jī)碳含量，其中有機(jī)、無機(jī)肥配施效果最好。隨著施肥年限增加，重組有機(jī)碳呈上升趨勢，外源有機(jī)物料參與有機(jī)、無機(jī)復(fù)合程度隨施肥年限提高，土壤有機(jī)碳變化規(guī)律不明顯，為輪作作物不同所致。

2.2 長期施肥對土壤有機(jī)、無機(jī)復(fù)合度的影響

結(jié)果見表4。

土壤復(fù)合量和土壤復(fù)合度是表征土壤中有機(jī)物與礦物質(zhì)相復(fù)合數(shù)量及狀況的指標(biāo)。原土復(fù)合量是指復(fù)合有機(jī)碳占土壤質(zhì)量百分比，原土復(fù)合度指復(fù)合有機(jī)碳占土壤有機(jī)碳百分比。各處理原土復(fù)合量高低順序?yàn)镸NPK＞M＞NPK＞CK，0～20 cm土層復(fù)合量均高于20～40 cm土層；原土復(fù)合度高低順序?yàn)镸NPK＜M＜NPK＜CK，0～20 cm土層復(fù)合度均低于20～40 cm土層。與對照相比，三個施肥處理在0～20 cm土層原土復(fù)合量平均增加3.33%～9.47%，在20～40 cm土層上M、MNPK處理原土復(fù)合量分別增加3.02%、8.96%，而NPK處理降低5.8%。施肥處理在0～20土層的原土復(fù)合度比對照處理平均降低3.56%～6.36%，在20～40 cm土層M、MNPK處理的原土復(fù)合度分別降低1.65%、5.68%，NPK處理增加4.8%。處理間變化幅度以MNPK處理最大，上層土壤變化幅度大于下層土壤。隨著施肥年限增加，原土復(fù)合量及復(fù)合度均有所上升。結(jié)果表明，三種施肥處理均增加土壤的原土復(fù)合量，降低原土復(fù)合度，施肥對0～20 cm土層有機(jī)、無機(jī)復(fù)合狀況影響更大，單施化肥只能改善0～20 cm土層有機(jī)、無機(jī)復(fù)合狀況，而施用有機(jī)肥處理的肥力影響優(yōu)于單施化肥。原土復(fù)合量與土壤有機(jī)碳及土壤重組碳含量呈極顯著正相關(guān)（y=0.463x+5.171，r0.01=0.824，n=16；y=0.789x+ 1.785，r0.01=0.927，n=16）。原土復(fù)合度與土壤有機(jī)碳含量間呈極顯著負(fù)相關(guān)（y=-2.708x+121.452，r0.01=-0.775，n=16），與土壤重組碳含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（y=-3.165x+123.163，r0.05=-0.598，n= 16）。這與劉淑霞等研究結(jié)果[10]一致，反映土壤有機(jī)物質(zhì)復(fù)合程度高，有機(jī)質(zhì)大部分與無機(jī)膠體相結(jié)合形成有機(jī)、無機(jī)復(fù)合體。

土壤追加復(fù)合量及追加復(fù)合度是衡量肥料加入對土壤肥力改善程度重要指標(biāo)，表征土壤保肥能力增強(qiáng)。MNPK處理的追加復(fù)合量大于M處理，追加復(fù)合度小于M處理。0～20 cm土層的追加復(fù)合量大于20～40 cm土層，追加復(fù)合度則相反。

2.3 長期施肥對不同結(jié)合形態(tài)腐殖質(zhì)的影響

松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)的活化性高，供應(yīng)養(yǎng)分的能力強(qiáng)；緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)主要是與礦質(zhì)土粒緊密結(jié)合的胡敏素類，穩(wěn)定性強(qiáng)、難以轉(zhuǎn)化，對養(yǎng)分貯存能力高[11]。供試黑土中松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量最高，緊結(jié)態(tài)次之，穩(wěn)結(jié)態(tài)含量最少。各施肥處理松結(jié)態(tài)與穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量順序?yàn)镸NPK＞M＞NPK＞CK，緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量相反。0～20 cm土層的各處理松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量均小于20～40 cm土層土壤，緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量大于20～40 cm土層土壤。

表4 長期不同施肥處理下黑土有機(jī)、無機(jī)復(fù)合度的變化Table 4 Change of organo-mineral complexation under long-term different fertilizer regmies

在0～20 cm土層中，各施肥處理的松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)相對含量比CK處理增加4.38%～17.78%，穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)增加0.73%～4.60%，緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)減少8.58%～26.75%；在20～40 cm土層中，各施肥處理與CK處理相比，松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)相對含量增加9.82%～19.2%，穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)增加1.80%～4.85%，緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量減少9.66%～25.64%，其中MNPK處理變化幅度最大，M處理次之。以上數(shù)據(jù)表明，施肥可提高土壤中松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量，減少緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量，以MNPK處理效果最為明顯，M處理次之，各施肥處理下層土壤變化幅度大于上層土壤。

隨著施肥年限增加，0～20 cm土層土壤松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量上升，緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量下降；20～40 cm土層M、NPK處理松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量下降，緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量上升，MNPK處理各結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的變化規(guī)律與上層土壤相同。

表5 各施肥處理不同結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)占土壤有機(jī)碳的百分比Table 5 Different combined forms of humus percentage of soil organic carbon under different fertilizer

2.4 不同施肥處理下三種腐殖質(zhì)比值的比較

結(jié)果見圖1、2。松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)主要是新鮮腐殖質(zhì)，活性較大，其與緊結(jié)態(tài)及穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量的比值是反映腐殖質(zhì)活性和品質(zhì)的重要指標(biāo)，土壤松/緊比值和松/穩(wěn)比值高的土壤，肥力較高[12-13]。經(jīng)過長期施肥后的土壤松/緊有所提高，處理間大小為MNPK＞M＞NPK＞CK，各處理間差異極顯著。在0～ 20 cm土層中隨施肥年限增加而增加，在20～40 cm土層中隨施肥年限增加而降低，唯有MNPK處理在兩個土層中均隨施肥年限增加而增加。土壤松/穩(wěn)在處理間的大小為CK＞NPK＞M＞MNPK，處理間差異不顯著，隨著施肥年限的增加，土壤松/穩(wěn)比值變化無顯著規(guī)律。說明長期施肥，尤其是有機(jī)肥的加入增加土壤腐殖質(zhì)活性，對培肥土壤有重要作用。

圖1 長期施肥處理對土壤松/緊比值的影響Fig.1 Effect of long-term fertilization on ratio of loosely to tightly combined humus

圖2 長期施肥處理對土壤松/穩(wěn)比值的影響Fig.2 Effect of long-term fertilization on ratio of loosely to stably combined humus

3 討論

3.1 長期施肥對土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合狀況的影響

長期施用有機(jī)肥或有機(jī)無機(jī)肥配施可增加黑土有機(jī)碳、重組有機(jī)碳、原土復(fù)合量，降低原土復(fù)合度。二者原土復(fù)合度下降幅度大于單施化肥處理，這與史吉平研究結(jié)果[14]一致，原因是有機(jī)肥料的施入及作物根茬的殘留使土壤中未腐解的輕組碳含量增加，重組碳含量相對減少，導(dǎo)致土壤復(fù)合度下降。施用化肥在0～20 cm土層上能得到與有機(jī)肥相似的效果，但在20～40 cm土層中有機(jī)碳含量及有機(jī)無機(jī)復(fù)合程度有所下降，可能是因?yàn)闆]有外源有機(jī)質(zhì)的加入，土壤有機(jī)質(zhì)只能靠作物根茬腐解補(bǔ)充，而腐解根茬的土壤微生物在表層土壤中最為活躍，導(dǎo)致單施化肥只能增加表層土壤的肥力，對下層土壤影響不大。魏朝富等的紫色水稻土試驗(yàn)表明，施肥對土壤復(fù)合度的影響因土壤種類、施肥比例而異[15]。本試驗(yàn)中土壤原土復(fù)合度隨施肥年限增加而增加，可能與土壤類型、施肥條件及環(huán)境因素有關(guān)。土壤重組碳、復(fù)合量、追加復(fù)合量的提高標(biāo)志土壤對營養(yǎng)物質(zhì)蓄保能力的增強(qiáng)[16]，試驗(yàn)中重組碳、原土復(fù)合量、追加復(fù)合量在表層土壤中的含量及處理間的差異性均大于下層土壤，說明施肥更多地提升了表層土壤的保肥性能。MNPK處理的追加復(fù)合量大于M處理，追加復(fù)合量小于M處理，說明有機(jī)無機(jī)肥配施對土壤的肥力積累優(yōu)于單施有機(jī)肥。追加復(fù)合度隨著施肥年限有所增加，表明土壤中非復(fù)合有機(jī)碳比復(fù)合有機(jī)碳分解快。以上結(jié)果綜合表明，有機(jī)物無機(jī)肥配施更有利于土壤有機(jī)碳趨于活化，促進(jìn)土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合體的形成，使土壤肥力得到提高。

3.2 長期施肥對土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的影響

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在黑土結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)中，松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)的含量最高，緊結(jié)態(tài)其次，穩(wěn)結(jié)態(tài)含量最少。這與劉淑霞等的研究結(jié)果[17]一致。魏自民研究表明，有機(jī)物料培肥可使土壤中結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)趨于活躍[18]，與本試驗(yàn)研究結(jié)果與其相一致，施用有機(jī)肥，尤其是有機(jī)、無機(jī)肥配施，可使土壤中腐殖質(zhì)活化更新，土壤中松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量增加，土壤松/緊比值增加，緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量降低，土地肥力提升。相比之下，不施肥處理在長期沒有外源養(yǎng)分供應(yīng)的狀態(tài)下，松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)被消耗，穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)被部分降解供應(yīng)養(yǎng)分，二者含量比各施肥處理低，土壤中有機(jī)物供應(yīng)少，土壤腐殖質(zhì)部分老化成為緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)，含量升高。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，下層土壤的松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量及松/緊比值高于上層土壤，說明20～40 cm土層供肥性能更好。

4 結(jié)論

a.長期施肥可增加土壤有機(jī)碳含量和重組碳含量和原土復(fù)合量，降低原土復(fù)合度，影響趨勢因施用肥料不同而不同，以有機(jī)、無機(jī)肥配施效果最佳。

b.與不施肥對照相比，長期施肥使土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量呈極顯著改變，提升土壤松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量，降低緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量，對土壤松/穩(wěn)比值影響不顯著，對松/緊比值影響較大，有機(jī)、無機(jī)配施處理松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量及松/緊值最高。

c.施肥對上層土壤有機(jī)、無機(jī)復(fù)合狀況影響更大，對下層土壤的結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)影響更大。單施化肥提高表層土壤肥力，而下層土壤肥力則下降；有機(jī)、無機(jī)肥配施在兩個土層肥力均有提高，變化規(guī)律穩(wěn)定。

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Effect of long-term fertilization on the organo-mineral complexation and the combined forms of humus of black soil

CHI Fengqin1,2,CAI Shanshan1, KUANG Enjun2,ZHANG Jiuming2,ZHOU Baoku2(1.School of Resources and Environmental Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.Soil and Fertilizer and Environmental Resources Institute,Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences,The Key Laboratoty of Soil Environment and Plant Nutrition of Heilongjiang Province,Harbin 150086,China)

Effect on long-term different fertilization on the combined forms of humus and the organo-mineral complexation of black soil were studied on the basis of long-term located experiment. The results showed that the contents of organic carbon in soil and heavy fraction and the quantity of organo-mineral complexation were increase with varying degrees under different treatments of longterm fertilization,the degree of organo-mineral complex was decrease in the same way.The contents of the loosely combined humus was richest,the contents of the stsbly combined humus was moderate,the contents of the tightly combined humus was the smallest in all fertilizer treatments.The content of theloosely combined humus,the stsbly combined humus and the ratio of loosely to tightly combined humus tended to increase and the content of loosely combined humus and ratio of loosely to stably combined humus tended to decrease under the fertilizer treatments.The fertility of soil under the chemical fertilizer treatment tended to increase in 0-20 cm layer and tended to decrease in 20-40 cm layer.The organic manure and chemical fertilizers treament improved of soil in the greatest extent,made the humus most active,the influence is stability in the two layers.The effects of the organo-mineral complexation under fertilization in 0-20 cm layer was greater than 20-40 cm layer and the effects of combined forms of humus under fertilization in 20-40 cm layer was greater than 0-20 cm layer.

long-term fertilization;black soil;combined forms of humus;degree of organo-mineral complex;different layer

S151.9

A

1005-9369（2014）08-0020-07

2013-09-26

國家自然科學(xué)基金（41171244）；黑龍江省自然科學(xué)基金（ZD201113）；公益性行業(yè)農(nóng)業(yè)科研專項（201303126）；國家科技支撐計劃（2013BAD07B01）

遲鳳琴（1963-），女，研究員,博士，研究方向?yàn)橥寥婪柿Α-mail:fqchi2013@163.com

時間2014-7-18 15:04:44[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140718.1504.013.html

遲鳳琴,蔡姍姍,匡恩俊,等.長期施肥對黑土有機(jī)無機(jī)復(fù)合度及結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,45(8):20-26.

Chi Fengqin,Cai Shanshan,Kuang Enjun,et al.Effect of long-term fertilization on the organo-mineral complexation and the combined forms of humus of black soil[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(8):20-26.(in Chinese with English abstract)