王義祥 王峰 葉菁 黃勤樓 翁伯琦 黃毅斌

摘 要 采用物理和化學分組的方法分析不同施肥條件下柑橘果園有機碳組分的變化規(guī)律。結果表明：與不施肥和單施化肥相比，施肥2 a后施用有機肥柑橘園土壤有機碳含量沒有顯著性差異；單施菌渣有機肥和有機無機配施處理柑橘園土壤可溶性有機碳、微生物生物量碳、顆粒有機碳和輕組有機碳分別提高26.39%～75.97%和13.95%～58.66%、76.46%～264.25%和5.97%～118.74%、23.02%～73.71%和17.97%～66.58%、31.07%～70.61%和17.34%～52.74%，表明合理施用有機肥不能顯著提高果園表層土壤的總有機碳含量，但可顯著提高果園土壤活性有機碳含量。

關鍵詞 菌渣；柑橘果園；土壤；有機碳；組分

中圖分類號 S666 文獻標識碼 A

土壤有機碳是表征土壤質量的重要指標，它在維持土壤團聚體的穩(wěn)定性，保持土壤耕作，提高土壤的保水能力和緩沖能力方面具有重要作用。根據(jù)其功能和穩(wěn)定性的不同，土壤有機碳可以分成不同的組分。同時，土壤有機碳組分研究也是探知土壤有機碳在經營管理措施下變化的重要環(huán)節(jié)。

農業(yè)施肥對土壤有機碳影響深刻，一方面通過影響地上植被的生物量、直接增加有機碳源來影響土壤碳源的供應量；另一方面對土壤微生物活性及呼吸強度具有重要的影響。近年來有關施肥對土壤有機碳庫的影響受到許多研究者的關注，就施肥（包括化肥、有機肥、無機有機配施、秸稈還田）對土壤有機碳儲量、組分方面做了大量細致的研究工作。多數(shù)研究認為，不均衡施用化肥不僅會造成土壤有機碳含量降低，而且也導致活性有機碳的下降，而施用有機肥或化肥有機肥配合施用能明顯提高土壤總有機碳和活性有機碳的含量，但由于受到氣候、土壤母質和耕作方式等諸多因素的影響，土壤有機碳及其組分對相同施肥措施的響應在不同的區(qū)域存在較大差異[1]。王峰[2]對柑橘果園的施肥實驗表明，施肥1 a后，施用有機肥處理土壤有機碳含量增加幅度為1.53%～15.7%，而單施化肥和不施肥處理土壤有機碳含量降低了7.14%和20.19%。Sara等[3]研究表明，施用豬糞有機肥可以顯著提高杏樹果園土壤可溶性有機碳和微生物生物量碳含量，對增加土壤碳匯具有積極的影響。Altieri等[4]研究表明，在橄欖果園內施用橄欖加工廢棄物5 a后，土壤有機碳和腐殖質含量分別提高了40%和58%。由于土壤活性有機碳能顯著影響土壤化學物質的溶解、吸附、解吸、吸收、遷移乃至生物毒性等行為，在營養(yǎng)元素的地球生物化學過程中起著重要的作用，而目前有關施肥對果園土壤活性有機碳影響的研究還較少。因此，本研究通過紅壤果園田間定位試驗，研究不同施肥措施柑橘園土壤活性有機碳及其組分的變化，旨在探索不同施肥措施下土壤有機碳質量變化及其相互關系，為提高紅壤果園肥力和土壤碳匯功能提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于福建省閩侯縣白沙鎮(zhèn)樓格村農科新興示范場，東經119°06′，北緯26°13′，屬暖濕亞熱帶海洋性季風氣候，全年無霜期達300 d左右；年均日照時數(shù)為1 700～1 980 h；氣候溫和，年平均氣溫19.2 ℃，最冷1月份平均氣溫10.5 ℃，最熱7月份平均氣溫32.6 ℃；雨量充沛，平均濕度77%，年均降水量1 342.5 mm。試驗園區(qū)2001年由山地開墾而成，海拔96 m，現(xiàn)為梯臺式種植模式，柑橘品種為臍橙52（Cirtus sinensis Navel52），株行距為3.5 m×3.5 m。果樹下主要草被有艾蒿（Aremisia argyi）、蓮子草（Alternanthera Sessilis）、雀舌草（Stellaria alsine）、畫眉草（Eragrostis pilosa）等。定期施肥，春季施底肥兼松耕改土（施有機肥+化肥），花期施少量復合肥?；?，果期施壯果肥。試驗地土壤為紅壤，成土母質為花崗巖坡積物，土壤基礎理化性質見表1。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 施肥試驗從2008年開始，共設6個處理：Ⅰ 不施肥（CK）；Ⅱ 單施化肥（M1）；Ⅲ 75%化肥+25%菌渣有機肥（M2）；Ⅳ 50%化肥+50%化肥（M3）；Ⅴ 25%化肥+75%菌渣有機肥（M4）；Ⅵ 單施菌渣有機肥（M5）。每個處理設3個施肥小區(qū)，小區(qū)面積為70 m2，共18個小區(qū)，隨機排列。施肥量為每100 kg臍橙產量年施全N為1.2 kg（折算為每株年施氮量0.42 kg），N ∶ K2O ∶ P2O5為1 ∶ 1 ∶ 1；菌渣以基肥的形式在秋冬季一次性施入，化肥以基肥加追肥的形式分批施入（基肥50%、花前肥20%、壯果肥30%）。有機肥為種植蘑菇后的菌渣廢料，采用環(huán)施法，每年施肥1次，施肥點在每株柑橘樹冠投影外側（距樹干60 cm），向挖開的條形溝（寬15 cm，深10 cm）均勻撒入肥料后覆土，具體肥料用量見表2。

1.2.2 土壤樣品采集及處理 柑橘園施肥2 a后，于2010年12月下旬在每個施肥樣區(qū)按S形布設5棵取樣樹。分別于每棵取樣樹四周施肥溝的內外側30 cm處設置8個采樣點，挖取采集0～20 cm、20～40 cm 2個層次的土壤樣品，用環(huán)刀法采集測定土壤容重樣品。將每個樣區(qū)不同層次采樣點的土樣混合均勻，采用多點采集方法形成混合樣品。一份揀去石礫、植物根系和碎屑，過2 mm土壤篩，儲藏于4 ℃冰箱中用于土微生物量碳（MBC）、土壤可溶性有機碳（DOC）測定；另一份風干后揀去石礫、植物根系和碎屑后，在室內通風處風干后過0.25 mm篩，用于測定土壤理化性質。

1.2.3 測定內容與方法 土壤顆粒有機碳（Particle Organic Carbon，POC）測定按照Franzluebbers和Stuedemann的方法，通過濕篩法獲得53～2 000 μm的顆粒組分[5]；土壤輕組有機碳（Light fraction organic carbon，LFOC）測定參照Besnard等的相對密度分組法[6]，所用重液是密度為1.7 g/cm3的NaI溶液。土壤水溶性有機碳（Dissolved Organic Carbon，DOC）分析用Ghani等的方法[7]， 土壤微生物生物量碳（Microbial Biomass Carbon， MBC）測定采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法[8]。浸提液有機碳濃度用島津TOC-VCPH儀測定，土壤有機碳測定采用重鉻酸鉀-外加熱法[9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel2003和DPS7.05統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)計算處理及差異顯著性檢驗和相關性分析，多重比較采用LSD法。

2 結果與分析

2.1 柑橘園土壤有機碳含量的變化

土壤有機碳含量是土壤有機碳輸入與輸出之間平衡的結果。由圖1可見，土壤有機碳含量的變化規(guī)律為施用有機肥處理（M2、M3、M4和M5）>化肥處理（M1）>不施肥處理（CK）。就0～20 cm土層而言，施用有機肥的M2、M3、M4和M5處理土壤有機碳含量分別比不施肥處理（CK）提高5.8%、9.6%、14.5%和6.9%，分別比施化肥處理（M1）提高2.4%、6.1%、10.8%和3.5%，而有機肥處理中又以M4處理的土壤有機碳含量增幅最大。M1處理土壤有機碳含量比CK處理提高3.3%。方差分析結果顯示，不同施肥處理間土壤有機碳含量的差異均不顯著。就20～40 cm土層而言，M4處理土壤總有機碳含量高于CK、M1、M2、M3和M5處理，但各處理間的差異均不顯著。不同土層而言，CK、M1、M2、M3、M4和M5處理0～20 cm土層的土壤有機碳含量均顯著高于20～40 cm土層，表現(xiàn)為隨土層加深，土壤有機碳含量降低的趨勢。

2.2 柑橘園土壤有機碳密度的變化

由圖2可見，不同施肥處理土壤有機碳密度的大小順序為M4>M5>M3>M2>M1>CK。對0～20 cm土層而言，M2、M3、M4和M5處理土壤有機碳密度分別比CK處理提高4.6%、8.1%、12.4%和5.2%，分別比M1處理提高2.3%、5.8%、10.0%和3.0%，M1處理土壤有機碳含量比CK處理提高2.2%。方差分析結果顯示，CK、M1、M2、M3、M4和M5處理間土壤有機碳密度的差異均不顯著。對20～40 cm土層而言，M4處理土壤總有機碳密度高于CK、M1、M2、M3和M5處理，但各處理間的差異均不顯著。就不同土層而言，CK、M1、M2、M3、M4和M5處理0～20 cm土層的土壤有機碳密度均顯著高于20～40 cm土層，表現(xiàn)為隨土層加深，土壤有機碳密度降低的趨勢。

2.3 柑橘園土壤可溶性有機碳（DOC）含量的變化

土壤可溶性有機碳（DOC）主要來源于近期外源有機物輸入和土壤有機質中的腐殖質，是養(yǎng)分移動的載體因子，對土壤C、N、P、S等的遷移轉化起著重要作用。由圖3可見，不同處理土壤DOC含量的大小順序為M4>M5>M3>M2>M1>CK。0～20 cm土層中，M2、M3、M4和M5處理DOC含量分別比CK和M1處理提高26.39%和13.95%、41.73%和27.24%、75.97%和58.66%、37.72%和24.17%，其中M2、M3、M4和M5與CK處理間的差異達到顯著水平，M3、M4和M5與M1處理間的差異亦達顯著水平。20～40cm土層中，M2、M3、M4、M5處理土壤DOC含量均顯著高于CK處理，但M1處理與CK處理間的差異不顯著。就垂直變化而言，不同處理0～20 cm土層土壤DOC含量均高于20～40 cm土層，表現(xiàn)為隨土層加深，土壤DOC含量呈降低的趨勢。

2.4 柑橘園土壤微生物量碳（MBC）含量的變化

土壤微生物量碳是土壤有機碳轉化的活性庫或源，是碳素循環(huán)和周轉的媒介，是表征土壤受外界影響后土壤有機碳變化狀況的較好指標。由圖4可見，不同處理土壤微生物量碳含量表現(xiàn)為施有機肥處理（M2、M3、M4、M5）高于單施化肥和不施肥處理，且土壤微生物量碳含量隨著有機肥施用量的增加而提高。在0～20 cm土層中，土壤微生物量碳含量以M4處理最高，分別比CK、M1、M2、M3和M5處理增加264.25%、117.74%、106.42%、74.98%和4.17%，其中M4與CK、M1、M2和M3處理間的差異均達到顯著水平，但M4與M5處理間的差異不顯著。M1處理比CK處理提高66.52%，它們間的差異亦達到顯著水平。20～40 cm土層M1、M2、M3、M4和M5處理的土壤微生物量碳含量均顯著高于CK處理，但M1、M2、M3、M4和M5處理間的差異不顯著。就垂直變化而言，各處理0～20 cm土層微生物量碳含量均顯著高于20～40 cm土層，表現(xiàn)為隨土層加深，土壤微生物量碳含量呈降低的趨勢。

2.5 柑橘園土壤顆粒有機碳含量的變化

由圖5可知，0～20 cm土層有機肥處理的柑橘園土壤顆粒有機碳含量顯著高于化肥（M1）處理和不施肥（CK）處理，其中以M4處理的土壤顆粒有機碳含量最高，分別比CK、M1、M2、M3和M5處理增加73.7%、66.6%、41.2%、17.3%和3.6%，其中M4與CK、M1和M2處理間的差異達到顯著水平，但M4與M3及M5處理間的差異不顯著。M1處理土壤顆粒有機碳含量比CK處理提高4.3%，但差異未達到顯著水平。從20～40 cm土層來看，不同處理的土壤顆粒有機碳含量大小順序為M4>M5>M3>M2>M1>CK，但各處理間的差異均不顯著。就垂直變化而言，各處理0～20 cm土層顆粒有機碳含量均顯著高于20～40 cm土層，表現(xiàn)為隨土層加深，土壤顆粒有機碳含量呈降低的趨勢。

2.6 柑橘園土壤輕組有機碳（LFOC）含量的變化

土壤輕組有機碳主要由可識別的不同分解階段的植物殘體組成，是土壤中的易分解碳庫，常被作為判斷耕作、施肥等對土壤碳庫影響的一個非?？焖俣行У暮饬恐笜恕Ｓ蓤D6可知，柑橘園0～20 cm土壤輕組有機碳含量隨著有機肥施用量的增加而增加。M3、M4和M5處理土壤輕組有機碳含量分別比CK和M1處理提高36.88%和70.61%、87.41%和22.54%，52.74%和67.78%，且與CK和M1間的差異達到顯著水平，但M4和M5處理間的差異不顯著。M2處理土壤輕組有機碳含量比CK和M1處理分別提高31.07%和17.34%，但與CK和M1處理間的差異不顯著，CK與M1處理間的差異亦不顯著。

2.7 柑橘園土壤活性有機碳與總有機碳間的關系

相關分析結果表明，供試柑橘園土壤總有機碳與各活性有機碳形態(tài)間以及不同活性有機碳形態(tài)之間均存在顯著或極顯著的正相關關系（p<0.01）（表3），說明了不同施肥方式下柑橘園土壤有機碳活性組分的變化很大程度上依賴于有機碳總儲量的變化，故土壤有機碳活性組分變化能夠很好地反映出土壤有機碳庫的變化；另一方面也說明了有機碳活性組分之間關系密切，雖然它們的表述與測定方法不同，但都在一定程度上表征了土壤中較高活性部分的有機碳含量。

2.8 柑橘園土壤有機碳質量的變化

土壤中活性碳庫占總有機碳的百分比可以反映土壤有機碳質量，其中土壤微生物生物量碳/全碳作為土壤碳庫質量的敏感指示因子可以推斷碳素的有效性；土壤活性碳與全碳的比值可以度量土壤有機碳的氧化穩(wěn)定性[10-11]；輕組有機碳/全碳可以表示土壤有機碳在非保護性庫中的分配比例[12]。由表4可知，不同施肥處理柑橘園土壤可溶性有機碳、微生物量碳、顆粒有機碳、輕組有機碳占總有機碳比率的大小順序為M5>M4>M3>M2>M1>CK，說明施用有機肥或有機無機肥配施可以不同程度提高柑橘園土壤碳素的有效性、氧化穩(wěn)定性以及土壤有機碳在非保護性庫中的分配比例，有利于提高果園土壤有機碳的質量。

3 討論與結論

3.1 討論

果園生態(tài)系統(tǒng)的碳投入主要來自根系及其分泌物、凋落物和有機肥投入，施用有機肥可以刺激根系和地上部分生長，從而增加土壤有機碳含量[13]。本研究施肥試驗結果表明，采用有機無機配施有利于提高土壤有機碳含量，且呈現(xiàn)出隨有機肥施用量增加而增加的趨勢，這是由于施用有機肥為果樹和地被雜草的生長提供了大量所需養(yǎng)分，從而促進了植物根系的生長，根系分泌物增加，并加快了細根的周轉速率等原因所致[14]。Leroy等[15]采用旋耕機將有機肥施入土壤1 a后（施肥量為4 t C/hm2），調查土壤有機碳含量的變化發(fā)現(xiàn)，施用牛糞+秸稈和蔬菜、水果廢棄混合物處理的土壤有機碳含量有顯著提高。趙紅等[16]采取先將有機肥灑于土壤表面然后翻耕的施肥方法，連續(xù)2 a后的試驗結果表明，少量施加牛糞不能顯著增加土壤有機碳含量，但隨著牛糞施用量的增加（>20.7 t/hm2），土壤中的有機碳含量也明顯增加。本研究中不同有機肥處理與不施肥和化肥處理間土壤有機碳含量并沒有顯著性差異，這與本實驗有機肥的施用方法和土壤采集方法有關。為了減少對果樹根系的傷害，果園施肥采用條形溝施肥法，從而導致有機肥并未與土壤完全混合。土壤樣品采集時為了避免施肥溝處土壤有機碳含量偏高，采取在施肥溝內外側30 cm處采集土壤混合樣品。因此施肥溝內外側的土壤有機碳主要來源于枯死凋落物、根系分泌物、枯死細根的輸入以及施肥溝內有機碳在土壤中隨水分的遷移等[17]，短期內施肥并不能引起枯死凋落物和細根等外源碳量的顯著變化[18]，土壤中移動性較強的活性有機碳占總有機碳的比例又非常小，這些都是導致本研究中短期內施用有機肥致使果園土壤有機碳含量未顯著增加的主要原因。

土壤活性有機碳是土壤中碳庫源匯轉化最活躍的部分，其對農業(yè)管理措施十分敏感。本研究結果表明，單施有機肥、有機無機配施處理土壤微生物量碳和可溶性有機碳含量均高于單施化肥和不施肥處理，說明施用有機肥后，這些物質進入土壤后易被分解利用，腐解過程中放出大量活性組分，增加了土壤中可溶性有機碳含量；隨著投入的有機物及活性有機碳組分的增加，土壤微生物生命活動需的能量來源豐富，土壤微生物迅速增殖，進而微生物量碳含量顯著增加。土壤活性有機碳占土壤總有機碳的比率被稱為該種活性有機碳的分配比例[19]，它比活性有機碳總量更能反映不同施肥作用對土壤碳行為的影響效果。張璐等[20]長期施肥對3種典型農田土壤-黑土、灰漠土和紅壤有機碳影響的研究表明，長期不施肥或只施氮肥多數(shù)導致土壤總有機碳含量和活性有機碳所占比例下降，有機無機配施能維持和提高土壤有機碳含量和活性有機碳所占比例。在本研究中，無機有機配施處理土壤活性有機碳占總有機碳的比率均高于對照和單施化肥處理。各種活性有機組分之間的顯著關系表明，不同有機碳組分之間具有顯著的相關性，表明不同有機碳組分之間相互影響，特別是在短期內輕組有機碳、可溶性有機碳、微生物生物量碳可作為土壤有機質變化的敏感指標。

3.2 結論

相對不施肥處理，施用菌渣有機肥一定程度提高了果園土壤有機物的輸入量，進而能提高土壤有機碳含量5.8%～14.8%，土壤輕組有機碳、可溶性有機碳、微生物量碳也分別提高了17.3%～87.4%、14.0%～76.0%和6.0%～264.2%，且隨著菌渣施用量的增加，果園土壤有機碳含量增加幅度提高，但施用菌渣有機肥并未顯著提高果園土壤總有機碳含量，而輕組有機碳、可溶性有機碳、微生物生物量碳等組分顯著增加，因此其可作為反映土壤有機質變化的敏感指標。

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