孫小花，?？×x，趙 剛

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所， 甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所， 甘肅 蘭州 730070)

土壤有機(jī)碳(soil organic carbon，SOC)作為土壤結(jié)構(gòu)保持、養(yǎng)分循環(huán)供應(yīng)及土壤微環(huán)境的核心物質(zhì)對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育具有重要意義[1-2]，也是反映土壤質(zhì)量或土壤健康的一個(gè)重要指標(biāo)[3]。土壤有機(jī)碳庫(kù)的動(dòng)態(tài)平衡直接影響土壤肥力的保持與提高，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量水平[4]。而土壤有機(jī)碳庫(kù)的變化是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，因此，越來越多的關(guān)注轉(zhuǎn)向能夠響應(yīng)短期農(nóng)作措施影響的活性有機(jī)碳(labile organic carbon， LOC)組分[1,5-6]，因其具有移動(dòng)快、穩(wěn)定性差、易氧化、礦化的特性，在指示土壤碳庫(kù)變化上比總有機(jī)碳更靈敏，可作為快速判斷碳庫(kù)變化及改善土壤質(zhì)量的有效手段[7]。國(guó)內(nèi)外的研究者多傾向于用易氧化有機(jī)碳(easily oxidized organic carbon，EOOC)和顆粒有機(jī)碳(particu1ate organic carbon，POC)作為表征土壤碳庫(kù)周轉(zhuǎn)和變化的指示物[6,8]。它們作為土壤有機(jī)碳庫(kù)的重要組成部分，可以在土壤全碳發(fā)生變化之前反映土壤的微小變化，并且直接參與土壤生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，作為土壤微生物生命活動(dòng)的能源，對(duì)土壤養(yǎng)分的有效化具有重要作用，能更好地反映土壤質(zhì)量變化、營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)和轉(zhuǎn)化速率等[9-10]。近年來，對(duì)于土壤易氧化有機(jī)碳和顆粒有機(jī)碳的變化國(guó)內(nèi)外已有部分研究。劉正剛等[11]研究表明土壤易氧化有機(jī)碳與總有機(jī)碳含量顯著正相關(guān)，隨土層深度的加深而遞減，且土地利用變化對(duì)土壤易氧化有機(jī)碳并沒有顯著影響。Majumder等通過研究不同施肥處理對(duì)土壤有機(jī)碳庫(kù)的影響，認(rèn)為土壤易氧化有機(jī)碳的測(cè)定成本低廉，容易實(shí)現(xiàn)，可以作為評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量的良好指標(biāo)[12-13]。土壤顆粒有機(jī)碳也可用作評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量變化和固碳能力的有效指標(biāo)，其對(duì)管理措施的響應(yīng)很敏感[14]，可作為土壤活性有機(jī)碳的組分和量度指標(biāo)[15]，也可作為有機(jī)碳長(zhǎng)期變化的累積性指標(biāo)[16]。因此，了解土壤有機(jī)碳庫(kù)數(shù)量、質(zhì)量及其變化特征對(duì)認(rèn)知農(nóng)田生態(tài)效應(yīng)、機(jī)制及其效果評(píng)價(jià)具有重要意義。

同時(shí)，合理的施肥對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)意義重大，Anonym指出，如果不重視過量施肥帶來的環(huán)境威脅，將造成災(zāi)難性的后果[17]。氮肥對(duì)夏玉米等大秋作物而言，合理的施用量尤為重要。金繼運(yùn)等[18]研究結(jié)果表明，高淀粉玉米和普通玉米在施氮量195 kg·hm-2時(shí)可獲得最高產(chǎn)量；趙營(yíng)等[19]綜合考慮產(chǎn)量、氮肥利用率、養(yǎng)分運(yùn)轉(zhuǎn)及環(huán)境污染等因素，推薦陜西省扶風(fēng)縣最優(yōu)施氮量為125 kg·hm-2；王俊忠等[20]在河南省溫縣研究認(rèn)為，夏玉米高產(chǎn)田推薦施氮量應(yīng)控制在300 kg·hm-2以內(nèi)；王宜倫等[21]認(rèn)為，河南省夏玉米超高產(chǎn)田的適宜施氮量為255～300 kg·hm-2。由此可見，氮肥合理施肥量具有區(qū)域特點(diǎn)，與當(dāng)?shù)赝寥?、氣候、栽培等因素有關(guān)。本研究以黃土高原半干旱偏潤(rùn)區(qū)不同前茬復(fù)播夏玉米及農(nóng)田土壤為對(duì)象，通過田間試驗(yàn)，分析不同前茬與施氮量對(duì)夏玉米產(chǎn)量、土壤有機(jī)碳庫(kù)的影響，探討不同前茬下施氮對(duì)農(nóng)田土壤總有機(jī)碳及活性有機(jī)碳(易氧化有機(jī)碳和顆粒有機(jī)碳)的影響，旨在為建立合理的施肥制度，提高農(nóng)田土壤肥力與實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在甘肅省鎮(zhèn)原縣上肖鄉(xiāng)甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院鎮(zhèn)原旱地農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站(35°30′N，107°29′E)進(jìn)行，海拔1 254 m，無霜期165 d，年平均溫度8.3℃，≥10℃積溫為2 722℃，多年平均降雨量500 mm。降雨季節(jié)短而集中，主要分布在7—9月，占全年降水量的50%～70%。試驗(yàn)地土壤容重1.35 g·cm-3，肥力中等，田間最大持水量21.8%。供試夏玉米品種選擇當(dāng)?shù)貜?fù)播主栽品種金頓302。供試田土壤基本理化性狀見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別布設(shè)以冬油菜(試驗(yàn)Ⅰ)和冬小麥(試驗(yàn)Ⅱ)為前茬，進(jìn)行夏玉米不同氮肥處理試驗(yàn)。

田間試驗(yàn)為單因素隨機(jī)區(qū)組排列，在冬油菜茬/冬小麥茬口下，P、K肥固定，設(shè)置3個(gè)N肥處理：(1) 不施氮(N0(CK)：純N 0 kg·hm-2)；(2) N120：純N 120 kg·hm-2；(3) N240：純N 240 kg·hm-2。每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)排列。帶幅100 cm，膜面70 cm，膜間30 cm，膜上種植2行，行距50 cm，株距33.3 cm，每公頃留苗60 000株。每小區(qū)長(zhǎng)5 m，寬3 m。各小區(qū)間、區(qū)組間均留0.5 m走道。試驗(yàn)地周邊設(shè)2 m保護(hù)行。冬油菜茬2013年6月10日播種，同年9月15日收獲，生育期97 d；冬小麥茬2013年6月19日播種，同年9月27日收獲，生育期100 d。地膜覆蓋處理為全膜覆蓋，膜寬120 cm、膜厚0.008 mm (聚乙烯材料，甘肅天水天寶塑業(yè)有限責(zé)任公司)。施過磷酸鈣375 kg·hm-2(含P2O512%)、硫酸鉀225 kg·hm-2(含K2O 50%)。所有肥料在播種時(shí)一次施入，不再追肥。

表1 供試田土壤基本理化性狀 Table 1 Basic physical-chemical properties of experiment field

1.3 土壤樣品采集與處理

1.3.1 冬油菜茬 分別于出苗(6月17日)、拔節(jié)期(7月1日)、抽雄期(7月28日)、開花期(8月5日)、吐絲期(8月15日) 、成熟期(9月15日) 進(jìn)行土壤樣品采集。

1.3.2 冬小麥茬 分別于出苗(6月27日)、拔節(jié)期(7月15日) 、抽雄期(8月11日)、開花期(8月18日)、吐絲期(8月28日)、成熟期(9月27日) 進(jìn)行土壤樣品采集。

田間采樣時(shí)，土壤濕度適宜，按蛇形采樣法每小區(qū)隨機(jī)采集3點(diǎn)，采樣深度30 cm。土樣放于塑料自封袋中帶回，除去動(dòng)植物殘?bào)w、沙礫，同一小區(qū)的樣品混勻作為一個(gè)土壤樣品。室內(nèi)自然風(fēng)干，分別過0.15 mm、0.25 mm、2 mm篩備用。

1.4 分析方法

1.4.1 土壤總有機(jī)碳測(cè)定 采用外加熱重鉻酸鉀-硫酸氧化-滴定法測(cè)定[22]。稱取過0.15 mm篩孔的風(fēng)干土樣0.500 g，加入5 mL 0.80 mol·L-1K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液，再加入5 mL濃H2SO4。將試管放于170℃～180℃的油浴鍋中加熱5 min，后將試管中溶液倒入250 mL三角瓶中，定容至100 mL。加入鄰菲羅啉指示劑3滴。用標(biāo)準(zhǔn)的0.2 mol·L-1FeSO4滴定。記下FeSO4滴定體積(V)，計(jì)算土壤總有機(jī)碳含量。

1.4.2 易氧化活性有機(jī)碳測(cè)定 采用高錳酸鉀氧化法測(cè)定[23]。土壤樣品經(jīng)研磨過0.25 mm篩孔，根據(jù)土壤總有機(jī)碳含量，計(jì)算含有15 mg碳的土壤樣品量作為待測(cè)樣品的稱樣重，然后將樣品轉(zhuǎn)移至50 mL離心管中，向離心管中加入25 mL濃度為333 mmol·L-1的高錳酸鉀溶液，振蕩1 h，然后在轉(zhuǎn)速2 000 rpm下離心5 min，將上清液用去離子水以1∶250 倍稀釋，吸取1 mL上清液轉(zhuǎn)移至250 mL容量瓶中，加去離子水至250 mL，稀釋樣品用分光光度計(jì)在565 nm處測(cè)定吸光值，配制高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)曲線。易氧化活性有機(jī)碳計(jì)算公式為：

易氧化有機(jī)碳/mg·kg-1=

1.4.3 顆粒有機(jī)碳測(cè)定[24-25]根據(jù)Cambardella等的方法，并作了一些改進(jìn)。具體方法為：稱取過2 mm篩孔的風(fēng)干土20.00 g，加入100 mL 5 g·L-1的(NaPO3)6水溶液，手搖15 min，再震蕩(90 r·min-1)18 h。把土壤懸液過53 μm篩，反復(fù)用蒸餾水沖洗，把所有留在篩子上的物質(zhì)，在60℃下過夜烘干稱量，計(jì)算這些部分占整個(gè)土壤樣品質(zhì)量的比例為顆粒有機(jī)碳所占比例。通過分析烘干樣品中有機(jī)碳含量，換算為單位質(zhì)量土壤樣品的對(duì)應(yīng)組分有機(jī)碳含量即為土壤的顆粒有機(jī)碳含量。

夏玉米產(chǎn)量的測(cè)定：于每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取兩行夏玉米，測(cè)定夏玉米籽粒的鮮重及含水量(105℃烘1 h，殺青，70℃下烘72 h) ，最后折算到每公頃的產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 16.0進(jìn)行單因素方差分析，不同處理差異顯著性的多重比較采用最小顯著差異(LSD0.05)法。各圖表中的數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同前茬與施氮量對(duì)夏玉米產(chǎn)量的影響

如表2所示，冬油菜茬與冬小麥茬N120和N240處理中的夏玉米產(chǎn)量均顯著高于CK(N0)(P<0.05)，而冬油菜茬N120處理與CK差異不顯著(P>0.05)。冬油菜茬N120和N240處理較CK分別增產(chǎn)9.76%和24.88%，冬小麥茬N120和N240處理較CK分別增產(chǎn)12.56%和22.50%。冬小麥茬N120處理中的夏玉米產(chǎn)量顯著高于N0處理(平均高529.15 kg·hm-2)，而冬油菜茬差異不顯著?？偟膩砜矗筒瞬绲南挠衩桩a(chǎn)量均高于相同處理下的冬小麥茬的產(chǎn)量，這可能與冬小麥茬夏玉米播種較遲，前期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過快，后期生殖生長(zhǎng)不足，導(dǎo)致夏玉米減產(chǎn)有關(guān)。從產(chǎn)量構(gòu)成看，不論是冬油菜茬還是冬小麥茬，施氮均顯著增加了穗粒數(shù)和千粒重(P<0.05)，且隨施氮量的增加而增加。

表2 不同前茬與施氮量對(duì)夏玉米籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響 Table 2 Effects of fore-rotation and N-fertilizer application on yield and its components in summer maize

注：同一茬口的同列數(shù)據(jù)后標(biāo)以不同字母者表示在P<0.05水平上差異顯著。

Note: data in the same column with different letters indicate significant difference at 0.05 level.

2.2 不同前茬與施氮量對(duì)土壤有機(jī)碳庫(kù)的影響

2.2.1 對(duì)土壤總有機(jī)碳(TOC)的影響 不同前茬與施氮量處理中夏玉米各生育期0～30 cm 土層土壤總有機(jī)碳含量見圖1。由圖1可知，不論是冬油菜茬還是冬小麥茬施氮均增加了土壤總有機(jī)碳的含量，但差異不顯著。與CK(N0)相比，冬油菜茬N120與N240處理土壤TOC分別高出0.04～0.31 g·kg-1與0.18～0.68 g·kg-1；冬小麥茬N120與N240處理土壤TOC分別高出0.07～0.37 g·kg-1與0.13～0.76 g·kg-1。

注：(A)為冬油菜茬；(B)為冬小麥茬；下同。
Note: (A)-winter rape crops rotation; (B)-winter wheat crops rotation; the same as below.

圖1 不同前茬與施氮量下夏玉米各生育期0～30 cm土層土壤總有機(jī)碳含量

Fig.1 Total soil organic carbon in the 0～30 cm soil layer under different fore-rotation and N-fertilizer application

同一茬口不同處理間夏玉米田土壤TOC含量為N240>N120>N0，但處理間差異不顯著(P>0.05)，表明氮肥的施用能夠促進(jìn)土壤有機(jī)碳的積累。不同施氮處理間比較均表現(xiàn)為N240處理含量大于N120處理，說明高氮有利于土壤有機(jī)碳的積累。夏玉米各生育期土壤TOC含量變化除冬油菜茬成熟期N240與N0差異顯著外(P<0.05)，其余時(shí)期差異均不顯著(P>0.05)。

不同茬口間TOC含量有著相同的變化趨勢(shì)，但冬油菜茬的TOC含量高于冬小麥茬，其中N0、N120和N240處理冬油菜茬土壤TOC含量分別高于冬小麥茬1.07～1.70、1.07～1.93 g·kg-1和0.77～1.60 g·kg-1。這可能一方面是由于冬油菜屬于直根系作物，其根系生長(zhǎng)較深，可達(dá)土層深度20～40 cm，從而導(dǎo)致20 cm以下土層有機(jī)碳含量較高；另一方面是由于冬油菜茬夏玉米較冬小麥茬提前播種10 d左右，作物殘茬的累積、分解對(duì)土壤有機(jī)碳養(yǎng)分增加的作用時(shí)間較長(zhǎng)。

2.2.2 對(duì)土壤易氧化有機(jī)碳(EOOC)含量的影響 用化學(xué)氧化方法測(cè)定的易氧化有機(jī)碳是土壤中有效性較高、移動(dòng)較快、易氧化、易被土壤微生物分解利用、能直接供給作物養(yǎng)分的有機(jī)碳，可用于指示土壤有機(jī)碳在短期內(nèi)的變化特征，是反映土壤有機(jī)碳有效性和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)。不同前茬與施氮量處理下土壤易氧化有機(jī)碳含量的變化如圖2、圖3所示。由圖2、圖3可知：不同前茬與施氮量處理下土壤EOOC含量隨著夏玉米生長(zhǎng)進(jìn)程發(fā)生變化，兩種不同前茬下，從出苗至成熟期土壤EOOC含量隨著施氮量的增加而增加。冬油菜茬土壤EOOC含量在開花至成熟期處理間差異較大，N240處理顯著高于N0和N120處理(P<0.05)，N0和N120處理差異不顯著(P>0.05)；冬小麥茬土壤EOOC含量在抽雄至成熟期處理間有差異，N240處理顯著高于N0處理(P<0.05)，N0和N120處理差異不顯著(P>0.05)。由圖3可知，冬油菜茬中在夏玉米整個(gè)生育期內(nèi)，土壤EOOC含量從出苗開始緩慢降低，到開花期達(dá)到最低，之后逐漸增大，各施氮處理變化趨勢(shì)一致；冬小麥茬土壤EOOC含量從出苗開始緩慢降低，到抽雄期達(dá)到最低，之后逐漸增大，其中N240處理整個(gè)生育期變化較N0和N120處理平穩(wěn)。表明氮肥的施用能夠促進(jìn)土壤易氧化有機(jī)碳的積累，且隨施氮量的增大而增大。夏玉米出苗時(shí)期土壤EOOC含量較高，開花前后降到最低值，之后又逐漸增大，這可能與夏玉米田苗期土壤溫度高，微生物活動(dòng)頻繁，此期田間管理措施較多等有關(guān)。

圖2 不同前茬與施氮量下夏玉米各生育期0～30 cm土層土壤易氧化有機(jī)碳含量

Fig.2 Easily oxidized soil organic carbon in the 0～30 cm soil layer under different fore-rotation and N-fertilizer application

2.2.3 對(duì)土壤顆粒有機(jī)碳(POC)含量的影響 土壤顆粒有機(jī)碳(POC)是與土壤砂粒組分結(jié)合的那部分有機(jī)碳，通常由未分解或半分解的動(dòng)植物和根系殘?bào)w組成，在土壤中周轉(zhuǎn)速度較快，對(duì)表層土壤中植物殘?bào)w的積累和根系分布的變化非常敏感，最易受土壤管理方式的影響，被作為土壤有機(jī)碳庫(kù)變化的早期預(yù)示指標(biāo)，是活性較高的有機(jī)碳庫(kù)，在土壤碳、氮循環(huán)中有著重要的作用。由圖4、圖5可知，不同前茬土壤POC含量變化趨勢(shì)迥異，冬油菜茬在拔節(jié)期和成熟期、冬小麥茬在開花后N0和N240處理差異顯著(P<0.05)，但N0和N120、N120和N240處理間差異不顯著(P>0.05)，兩種前茬下其他生育期各處理間差異均不顯著；不同茬口間比較，從夏玉米出苗到成熟，冬油菜茬土壤POC含量高于冬小麥茬0.05～0.27 g·kg-1。這可能是由于冬油菜茬夏玉米播種較冬小麥茬早，作物根系殘茬、有機(jī)物料分解較多有關(guān)。

圖3 不同前茬與施氮量下夏玉米各生育期0～30 cm土層土壤易氧化有機(jī)碳動(dòng)態(tài)變化 Fig.3 Dynamic changes of easily oxidized soil organic carbon in the 0～30cm soil layer under different fore-rotation and N-fertilizer application

圖4 不同前茬與施氮量下夏玉米各生育期0～30 cm土層土壤顆粒有機(jī)碳含量

Fig.4 Particulate organic carbon in the 0～30 cm soil layer under different fore-rotation and N-fertilizer application

圖5 不同前茬與施氮量下夏玉米各生育期0～30 cm土層土壤顆粒有機(jī)碳動(dòng)態(tài)變化

Fig.5 Dynamic changes of particulate organic carbon in the 0～30 cm soil layer under different fore-rotation and N-fertilizer application

2.3 不同前茬與施氮量對(duì)土壤有機(jī)碳組分的貢獻(xiàn)

采用下式計(jì)算不同施氮量處理下土壤中增加的總有機(jī)碳進(jìn)入不同有機(jī)碳組分的比例：

式中，Noc為施氮處理土壤中某組分有機(jī)碳含量；CKoc為對(duì)照處理土壤中某組分有機(jī)碳含量；Ntoc為施氮處理土壤總有機(jī)碳含量；CKtoc為對(duì)照處理土壤總有機(jī)碳含量。

與土壤總有機(jī)碳含量相比，各組分有機(jī)碳對(duì)總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率可以指示土壤有機(jī)碳活性強(qiáng)度，能更好反映出不同施肥措施對(duì)土壤碳轉(zhuǎn)化的影響。分析結(jié)果表明(表3)，N120、N240兩種不同施氮處理均有利于土壤有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化。冬油菜茬中，N120、N240處理對(duì)EOOC的貢獻(xiàn)率分別為0.34%～0.92%、0.43%～2.63%，對(duì)POC的貢獻(xiàn)率分別為10.14%～36.25%、13.29%～51.41%；冬小麥茬，N120、N240處理對(duì)EOOC的貢獻(xiàn)率分別為0.48%～3.45%、0.54%～1.83%，對(duì)POC的貢獻(xiàn)率分別為10.51%～17.84%、12.57%～23.40%。這兩種施肥模式對(duì)EOOC的貢獻(xiàn)較小，僅為0.34%～3.45%，對(duì)POC的貢獻(xiàn)為10.14%～51.41%，這一結(jié)果表明施氮有利于增加黃土高原半干旱偏潤(rùn)區(qū)農(nóng)田土壤中POC的比例。

表3 施氮對(duì)不同組分有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率/%Table 3 Contribution rate of increased soil organic carbon within different organic carbonfractions under different N-fertilizer application

3 討 論

3.1 不同前茬與施氮量對(duì)夏玉米產(chǎn)量的影響

在農(nóng)田生產(chǎn)條件下，作物生長(zhǎng)發(fā)育受水、肥、氣、熱及栽培管理措施等因素的影響，在栽培管理措施相對(duì)一致的情況下，肥料投入對(duì)于作物增產(chǎn)起著不可替代的基礎(chǔ)性作用[26-27]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，N120和N240處理顯著增加了夏玉米產(chǎn)量，而N0處理對(duì)夏玉米產(chǎn)量沒有影響，兩者間的關(guān)系呈直線型。與高肖賢等[28]研究的拋物線型不一致，可能因?yàn)槠涞适┯昧糠秶?0～451、0～331kg·hm-2)偏高。N0處理的增產(chǎn)效果不顯著，這可能與試驗(yàn)時(shí)間較短，前茬作物殘茬、秸稈、根系等的腐解率較低有關(guān)。N120處理的產(chǎn)量高于N240處理，這可能是高氮處理促進(jìn)了前茬根系的分解與加快后茬作物生物量的積累的交互作用導(dǎo)致的，總之，施氮處理促進(jìn)了土壤中有效養(yǎng)分的釋放以供夏玉米生長(zhǎng)需要。本研究結(jié)果表明，在黃土高原半干旱偏潤(rùn)區(qū)中等肥力土壤上施氮量為240kg·hm-2時(shí)可獲得最高產(chǎn)量。

3.2 不同前茬與施氮量對(duì)土壤總有機(jī)碳(TOC)的影響

土壤TOC含量是土壤、氣候、植被覆蓋和人為干擾等多重因素的綜合作用下有機(jī)碳輸入與輸出的動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果。土壤TOC主要來源于動(dòng)植物、微生物殘?bào)w、根系分泌物等[29]。土壤TOC含量直接影響土壤肥力水平和作物產(chǎn)量的高低[1]，因此增加農(nóng)田土壤碳庫(kù)儲(chǔ)量，對(duì)提高土壤生產(chǎn)力具有重要意義。而施化肥通過增加作物生物量從而引起土壤TOC含量增加[30]，一方面由于它們可以增加作物產(chǎn)量，從而使更多作物殘茬還田；另一方面因肥料本身含有碳，可向土壤直接輸入有機(jī)碳。本試驗(yàn)結(jié)果表明不論是冬油菜茬還是冬小麥茬施氮均顯著增加了土壤TOC的含量，以N240處理增幅最高。同一茬口不同處理間夏玉米田土壤TOC含量為N240>N120>N0，但處理間差異不顯著(P>0.05)，表明氮肥的施用能夠促進(jìn)TOC的積累，不施氮對(duì)土壤TOC的累積作用不明顯，這可能與本文試驗(yàn)時(shí)間較短有關(guān)。

3.3 不同前茬與施氮量對(duì)土壤易氧化有機(jī)碳(EOOC)的影響

土壤EOOC可表征土壤物質(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)[31]。EOOC在指示土壤質(zhì)量和肥力變化時(shí)比TOC更靈敏，可及時(shí)反映土壤肥力和物理性質(zhì)的變化；而難分解或穩(wěn)定的土壤有機(jī)碳可能更適合于反映土壤固碳特征的主要部分。本試驗(yàn)表明，不同前茬與施氮量處理下土壤EOOC含量隨著夏玉米生長(zhǎng)進(jìn)程的推進(jìn)發(fā)生變化，兩種不同前茬下，從出苗至成熟期土壤EOOC含量隨著施氮量的增加而增加。夏玉米出苗期土壤EOOC含量較高，開花前后降到最低值，之后又逐漸增大，這可能與夏玉米苗期土壤溫度高，微生物活動(dòng)頻繁，此期田間管理措施較多等有關(guān)，作物殘茬和化肥活性組分進(jìn)入土壤后易被分解利用，使得土壤中EOOC含量上升。

3.4 不同前茬與施氮量對(duì)土壤顆粒有機(jī)碳(POC)的影響

顆粒有機(jī)碳(POC)是土壤中相對(duì)活躍的有機(jī)碳庫(kù)[32]，是土壤有機(jī)質(zhì)中的非保護(hù)性組分，其性質(zhì)不穩(wěn)定，易被微生物利用、分解，其主要來自于植物殘?jiān)?，?duì)施肥比較敏感[33]。本研究結(jié)果表明，不同前茬土壤POC含量變化不同，冬油菜茬在拔節(jié)期和成熟期、冬小麥茬在開花后N0和N240處理差異顯著(P<0.05)，但N0和N120、N120和N240處理間差異不顯著(P>0.05)，兩種前茬下其他生育期各處理間差異不顯著；N120、N240處理較N0處理土壤POC含量明顯增大，這與Ouédraogo[34]等研究結(jié)果不一致，Ouédraogo等研究認(rèn)為，有機(jī)肥能增加土壤POC含量，但單施氮肥不利于有機(jī)質(zhì)的積累，會(huì)引起POC含量降低。這可能是由于研究區(qū)域土壤、氣候、植被覆蓋和人為干擾等不同所致。

3.5 不同前茬與施氮量對(duì)土壤有機(jī)碳組分的貢獻(xiàn)

土壤EOOC和POC分配比例綜合了土壤有機(jī)碳絕對(duì)含量與其組分有機(jī)碳含量，排除了有機(jī)碳總量的差異，該指標(biāo)可以表明不同土地管理方式下土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定強(qiáng)度。袁穎紅等[35]的研究結(jié)果表明，有機(jī)肥及有機(jī)肥與化肥配施有利于提高土壤POC分配比例，而本研究表明，施氮也有利于提高黃土高原半干旱偏潤(rùn)區(qū)農(nóng)田土壤中POC對(duì)總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率。POC的分配比例一般在10%以上[36]，可高達(dá)30%～85%[37]，本研究N120、N240處理對(duì)土壤POC的貢獻(xiàn)率分別為10.14%～36.25%、12.57%～51.41%，貢獻(xiàn)率相對(duì)不高，這可能與POC屬于非保護(hù)性有機(jī)質(zhì)，表層土壤在耕作過程中易于礦化損失有關(guān)。

4 結(jié) 論

在兩種不同前茬下施氮均提高了黃土高原半干旱偏潤(rùn)區(qū)農(nóng)田土壤總有機(jī)碳(TOC)、易氧化有機(jī)碳(EOOC)、顆粒有機(jī)碳(POC)的含量，且以施氮量240 kg·hm-2(N240)促進(jìn)效果最為顯著。冬油菜茬土壤總有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳的含量較冬小麥茬高。施氮對(duì)各有機(jī)碳組分貢獻(xiàn)較大，其中以顆粒有機(jī)碳對(duì)施肥響應(yīng)最明顯，可以作為施肥管理措施下土壤有機(jī)碳變化的有效指示碳庫(kù)。因此，適當(dāng)施用氮肥是短期內(nèi)快速提升土壤有機(jī)碳水平、增加土壤肥力的有效措施。

[2] Lal R. Forest soils and carbon sequestration[J]. Forest Ecology and Management, 2005,220(1-3):242-258.

[3] 龔 偉,顏曉元,蔡祖聰,等.長(zhǎng)期施肥對(duì)小麥-玉米作物系統(tǒng)土壤顆粒有機(jī)碳和氮的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2008，19(11)：2375-2381.

[4] 趙麗娟,韓曉增,王守宇,等.黑土長(zhǎng)期施肥及養(yǎng)分循環(huán)再利用的作物產(chǎn)量及土壤肥力變化Ⅳ.有機(jī)碳組分的變化[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2006,17(5):817-821.

[5] Partyka T, Hamkalo Z. Estimation of oxidizing ability of organic matter of forest and arable soil[J]. Zemdirbvste-Agriculture, 2010,97(1):33-40.

[6] Vieira FCB, Bayer C, Zanatta JA, et al. Carbon management index based on physical fractionation of soil organic matter in an Acrisol under long-term no-till cropping systems[J]. Soil and Tillage Research, 2007,96(1):195-204.

[7] Leifeld J, K?gel-Knabner I. Soil organic matter fractions as early indicators for carbon stock changes under different land-use[J]. Geoderma, 2005,124(1/2):143-155.

[8] Tirol-Padre A, Ladha J K. Assessing the reliability of permanganate-oxidizable carbon as an index of soil labile carbon[J]. Soil Science Society of American Journal, 2004,68(3):969-978．

[9] Saviozzi A, Levi Minzi R, Cardelli R, et al. A comparison of soil quality in adjacent cultivated, forest and native grassland soils[J]. Plant and Soil, 2001,233(2):251-259.

[10] 王清奎,汪思龍,馮宗煒,等.土壤活性有機(jī)質(zhì)及其與土壤質(zhì)量的關(guān)系口[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2005,25(3):513-519.

[11] 劉正剛,裴柏洋,王憲帥,等.岷江上游干旱河谷不同土地利用類型的土壤有機(jī)碳和易氧化態(tài)碳特征[J].水土保持研究,2011,18(3):24-27.

[12] Majumder B, Mandal B, Bandyopadhyay PK, et al. Soil organic carbon pools and productivity relationships for a 34 year old rice-wheat-jute agroecosystem under different fertilizer treatments[J]. Plant and Soil, 2007,297(1/2):53-67.

[13] Majumder B, Mandal B, Bandyopadhyay P K. Soil organic carbon pools and productivity in relation to nutrient management in a 20-year-old rice-ber seem agroeco system[J]. Biology and Fertility of Soils, 2008,44(3):451-461.

[14] 黃雪夏,唐曉紅,魏朝富,等.利用方式對(duì)紫色水稻土有機(jī)碳與顆粒態(tài)有機(jī)碳的影響[J]．生態(tài)環(huán)境,2007,16(4):1277-1281.

[15] Marriott EE, Wander M. Qualitative and quantitative differences in particulate organic matter fractions in organic and conventional farming systems[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2006,38(7):1527-1536.

[16] 于建光,李輝信,陳小云,等.秸稈施用及蚯蚓活動(dòng)對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2007,18(4):818-824.

[17] Anonym. Fertilized to death[J]. Nature, 2003,425:894-895.

[18] 金繼運(yùn),何 萍,劉海龍,等.氮肥用量對(duì)高淀粉玉米和普通玉米吸氮特性及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2004,10(6):568-573.

[19] 趙 營(yíng),同延安,趙護(hù)兵.不同供氮水平對(duì)夏玉米養(yǎng)分累積、轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2006,12(5):622-627.

[20] 王俊忠,黃高寶,張超男,等.施氮量對(duì)不同肥力水平下夏玉米碳氮代謝及氮素利用率的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2009,29(4):2045-2052.

[21] 王宜倫.超高產(chǎn)夏玉米氮肥運(yùn)籌效應(yīng)及其生理基礎(chǔ)研究[D].鄭州:河南農(nóng)業(yè)大學(xué),2010.

[22] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社,2000:107-108,111-123.

[23] Lefroy R D B, Blair G J, Strong W M, et al. Changes in soil organic matter with cropping as measured by organic carbon fractions and 13C natural isotope abundance[J]. Plant Soil, 1993,155(1):155-156,399-402.

[24] Cambardella MR, Elliott ET. Particulate soil organic matter changes across a grassland cultivation sequence[J]. Soil Science Society of America Journal, 1992,56(3):777-783.

[25] 方華軍,楊學(xué)明,張曉平,等.東北黑土區(qū)坡耕地表層土壤顆粒有機(jī)碳和團(tuán)聚體結(jié)合碳的空間分布[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2006,26(9):2847-2854.

[26] 呂 鵬,張吉旺,劉 偉,等.施氮量對(duì)超高產(chǎn)夏玉米產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),201l,17(4):852-860.

[27] 易鎮(zhèn)邪,王 璞,劉 明,等.不同類型氮肥與施氮量下夏玉米水、氮利用及土壤氮素表觀盈虧[J].水土保持學(xué)報(bào),2006,20(1):63-67.

[28] 高肖賢,張華芳,馬文奇,等.不同施氮量對(duì)夏玉米產(chǎn)量和氮素利用的影響[J].玉米科學(xué),2014,22(1):121-126.

[29] Liu L, Song C, Yan Z, et al. Characterizing the release of different composition of dissolved organic matter in soil under acid rain leaching using three-dimensional excitation-emission matrix spectroscopy[J]. Chemosphere, 2009,77(1):15-21.

[30] Gregorich E G, Ellert B H, Drury C F. Fertilization effects on soil organic matter turnover and corn residue C atorage[J]. Soil Science Society of America Journal, 1996,60(2)：472-476.

[31] Haynes R J. Labile organic matter fractions as central components of the quality of agricultural soils: an overview[J]. Advances in Agronomy, 2005,85:221-268.

[32] Conant RT, Six J, Paustian K. Land use effects on soil carbon fractions in the southeastern United States. II. changes in soil carbon fractions along a forest to pasture chronosequence[J]. Biology and Fertility of Soils, 2004,40(3):194-200.

[33] 佟小剛,黃紹敏,徐明崗,等.長(zhǎng)期不同施肥模式對(duì)潮土有機(jī)碳組分的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2009,15(4):831-836．

[34] Ouédraogo E, Mando A, Stroosnijder L. Effects of tillage, organic resources and nitrogen fertilizer on soil carbon dynamics and crop nitrogen uptake in semi-arid West Africa[J]. Soil and Tillage Research, 2006,91:57-67.

[35] 袁穎紅,李輝信,黃欠如,等.長(zhǎng)期施肥對(duì)水稻土顆粒有機(jī)碳和礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(1):353-360．

[36] Carter MR, Kunelius HT, Angers DA. Soil structural form and stability, and organic matter under cool-season perennial grasses[J]. Soil Science Society of America Journal, 1994,58(4):1194-1199．

[37] Cambardella CA, Gajda AM, Doran JW, et al. Estimation of particulate and total organic matter by weight loss-on-ignition[C]//Lal R, Kimble J M, Follett RF, et al. Assessment methods for soil carbon. Boca Raton, Florida: The Chemical Rubber Company Press, 2001:349-359.