白浆土是吉林省中部地区主要旱田土壤类型之一，其白浆层中含有大量的二氧化硅粉末及下层的铁锰结核，发育于温带和暖温带湿润季风气候条件，有周期性滞水淋溶的现象。白浆土一经开垦，易发生水土流失，腐殖质层变薄，土壤肥力急剧下降的现象^[1]。因此，对白浆土的利用要注意种地与沃土培肥相结合才能确保肥力的持续不衰。

提及培肥就离不开有机物料，有机物料培肥土壤的优势在于能显著提高土壤微生物生物量^[2]、总有机碳含量、游离态及结合态胡敏酸（HA）、富里酸（FA）的含量^[3]，同时能有效改善土壤微生态环境、提高土壤团聚体稳定性^[4]、增加腐殖酸总量。尽管如此，不同有机物料种类对于土壤培肥的效果亦有较大差异。比如：秸秆还田能够显著增加土壤有机质含量，提高有益微生物种类，促进土壤HA的形成和积累^[5-6]；施用黄腐酸（BFA）可增加土壤水溶性有机碳的含量，显著提高土壤酸性磷酸酶活性^[7]；羊粪配施化肥有利于土壤有机碳积累及松结态腐殖质形成，提高土壤微生物生物量^[8]。

现阶段，对有机物料培肥土壤、改善土壤性状的研究较多。Barzegar等^[9]研究指出，不同数量农家肥、腐熟蔗渣和麦秸施入会使土壤团聚体稳定性、渗透率、水分保持率提高，土壤容重下降。孟安华等^[10]对施用新鲜牛粪、腐解牛粪和蛴螬牛粪后的植菜轮作土壤HA和FA进行研究，结果认为：不同处理的牛粪均可降低植菜土壤HA的缩合程度，提高HA的氧化程度和极性。王维等^[11]研究表明，化肥配施玉米秸秆、树叶和鸡粪均有利于根系土壤HA缩合度的提高，分子结构也更加复杂，且有利于HA含氮基团的形成，其中秸秆效果最佳。Hu等^[12]采用尼龙网袋掩埋法研究了鸡粪、羊粪、蘑菇渣、玉米秸秆、饲料草和树叶等有机物料对活性有机碳和稳定性有机碳组分的影响，结果指出，玉米秸秆更有利于土壤碳的固存。邵满娇等^[13]以等碳量为前提，对不同处理玉米秸秆对黑土腐殖质组成的影响差异进行了研究，结果认为：秸秆和腐熟秸秆还田均有利于增强HA的活性，而生物质炭还田更有利于土壤有机碳的固定。王梦雅等^[14]研究了等碳量生物炭、秸秆及生物炭 + 秸秆添加条件下烤烟生长过程中土壤有机碳组分的动态变化，结果认为：生物炭更有利于土壤有机碳固存，短期内对土壤活性有机碳的提高效果不如秸秆直接还田。

综上，诸多报道涉及了不同种类有机物料输入对土壤物理、化学性质的影响，然而，以腐殖质组成为评价指标对等碳量不同种类有机物料的培肥效果研究略显缺乏。为此，本研究拟采用室内培养法，以等碳量为前提，研究玉米秸秆粉末（Pr）、固化秸秆颗粒（Ps）、腐熟羊粪（M）和黄腐酸（BFA）4种有机物料输入对白浆土腐殖质组成的动态影响，为白浆土培肥措施的制定提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

白浆土于2019年5月取自九台区龙嘉镇小袁家窝堡长吉北线南侧玉米田，经风干、粉碎后过0.10mm筛；玉米秸秆也取自该玉米田，45℃下风干至恒重，经粉碎过0.10mm筛，制成玉米秸秆粉末（Pr）。固化秸秆颗粒（Ps）、腐熟羊粪（M）和黄腐酸（BFA）分别购于吉林省神华新能源有限公司、山东冠县七分圆生物科技有限公司和吉林省德润肥业。采用有机肥料农业行业标准（NY 525-2012）中有机质的检测方法——重铬酸钾氧化外加热法对供试BFA、M、Pr和Ps的总有机碳（TOC） 含量进行测定，TOC分别为68.9%、26.1%、43.1%和59.8%。

1.2 试验设计

准确称取300.0g风干白浆土，基于秸秆全量还田比例，设置外源输入的有机碳总量为1.0g，根据BFA、M、Pr和Ps 4种有机物料的TOC含量，计算并向白浆土中添加BFA、M、Pr和Ps的数量分别为14.5、38.3、16.7和23.2g，将混料置于内径122mm、底径96mm、高114mm的塑料盆中，调节含水量至田间持水量的60%，在（28±1）℃条件下恒温恒湿培养90d，按照0、15、 30、45、60和90d动态采集土壤样品。样品采集后立即转入45℃鼓风干燥箱中风干以终止微生物反应，取出后粉碎过0.10mm筛，用于腐殖质组成分析。

1.3 测试方法

采用腐殖质组成修改法^[11]对动态采集的土样进行分析，简要步骤如下：称取过0.10mm筛的土样5.0g于100mL聚乙烯离心管中，加入30mL蒸馏水搅拌均匀，在70℃恒温水浴振荡器上提取1h，离心（4500r/min，15min），将上清液过滤于50mL容量瓶中，向带有残渣的离心管中继续加蒸馏水20mL，搅拌均匀，直接离心并将此次上清液与前次合并、用蒸馏水定容，此溶液即为水溶性物质（WSS）。将提取WSS所用的蒸馏水改为0.1mol/L NaOH和0.1mol/L Na₂P₂O₇ 的混合液重复上述步骤对残渣进行二次提取，收集可提取腐殖酸（HE） 溶液。用蒸馏水多次洗涤离心管中的残渣，直至洗液近中性，将其转入55℃鼓风干燥箱烘干至恒重，该沉淀物质即为胡敏素（Hu）。

吸取HE溶液30mL，用0.5mol/L H₂SO₄ 将其pH调至1.0～1.5，然后置于70℃水浴锅中保温1.5h、静置过夜，次日将溶液过滤于50mL容量瓶、定容，此溶液即为富里酸（FA）。滤纸上残渣先用稀酸洗涤、再用温热的0.05mol/L NaOH将其溶解于50mL容量瓶中，用蒸馏水定容，即为胡敏酸（HA），腐殖质各组分（WSS、FA、HA和Hu）的有机碳含量分别用C_WSS、C_FA、C_HA 和C_Hu 表示，采用外加热-重铬酸钾氧化法测定。此外，采用TU-1901型紫外可见分光光度计对HA碱溶液的吸光值（A₄₆₅ 和A₆₆₅）进行测定，并由此计算光密度（E₄/E₆），E₄/E₆=A₄₆₅/A₆₆₅，该值可用于表征HA分子量的高低及分子结构的复杂程度。

1.4 数据处理方法

采用Excel2003和SPSS 18.0软件对数据进行整理并进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 对白浆土水溶性物质碳含量（C_WSS）的影响

由图1可知，随着培养天数的增加，BFA、M、 Pr和Ps 4种物料培肥后的白浆土，C_WSS 均有下降趋势。在0d，M的添加使白浆土C_WSS 高于其他3种物料添加下的结果。与0d相比，经BFA、M、 Pr和Ps培养90d后的白浆土，C_WSS 分别降低了27.9%、52.0%、37.7%和52.4%，可见，BFA的添加有助于缓解白浆土C_WSS 的消耗，相反，M和Ps能够促进微生物对白浆土C_WSS 的利用。

注：不同小写字母表示同一处理不同培养天数在0.05水平上的差异显著，不同大写字母表示同一培养天数不同处理在0.05水平上的差异显著。下同。

2.2 对白浆土胡敏酸碳含量（C_HA）及HA碱溶液E₄/E₆ 的影响

由图2可见，随着培养进行，BFA和Pr输入使白浆土C_HA 含量先增加而后降低，而在M和Ps 2种物料培肥的影响下，白浆土C_HA 呈渐趋增加的规律。与0d相比，历经90d培养，BFA、M、Pr和Ps 4种物料培养后的白浆土，其C_HA 分别增加了69.0%、137.5%、39.1%和122.2%，可见，M的添加对白浆土C_HA 形成的促进作用最大，其次为Ps， Pr对于白浆土C_HA 含量的积累作用最小。

由图3可知，与其他物料相比，BFA的添加可迅速提升白浆土HA碱溶液的E₄/E₆。随培养进行，在各物料影响下，白浆土HA碱溶液E₄/E₆ 的变化规律有所不同：在白浆土中添加BFA进行培养，HA碱溶液E₄/E₆ 渐趋降低，添加M的条件下， E₄/E₆ 先增加后降低，而在Pr和Ps输入下，白浆土HA碱溶液E₄/E₆ 的规律相似，均表现为“先增、后减再提升”的波动规律。尽管如此，与0d相比，在培养结束后，BFA、M、Pr和Ps 4种物料培养下白浆土HA碱溶液E₄/E₆ 均有不同程度的降低，降低幅度分别为56.2%、34.0%、10.7%和27.8%。可见，BFA的添加既能迅速提升白浆土HA碱溶液E₄/E₆，又能在培养结束后使其降低幅度达到最大，其次为M，相反，Pr的添加及培养对HA碱溶液E₄/E₆ 的降低程度最小。

2.3 对白浆土可提取腐殖酸碳含量（C_HE）的影响

由图4可见，在4种物料培肥影响下，白浆土C_HE 在整个培养过程中所表现的规律各不相同。添加BFA后，在整个培养期间白浆土C_HE 的变化范围仅为9.1～9.7g/kg，培养前后差异不显著；在M和Pr添加条件下，与0d相比，培养结束后白浆土C_HE 含量分别增加了13.9%和2.4%，相反，Ps添加培养后，与0d相比，白浆土C_HE 降低了9.1%。可见，M培肥白浆土可极大促进C_HE 的形成和积累。

2.4 对白浆土腐殖化系数（C_HA/C_FA）的影响

由图5可知，随着培养进行，添加BFA、M和Ps 3种物料均可使白浆土C_HA/C_FA 逐渐增加，而在Pr培肥影响下，C_HA/C_FA 先增加而后降低。尽管如此，与0d相比，历经90d培养，BFA、M、Pr和Ps 4种物料培养下，白浆土C_HA/C_FA 分别增加了129.8%、169.8%、56.5%和249.4%，可见，在促进C_FA 向C_HA 转化方面，Ps优势最大，其次为M， Pr最差。

2.5 对白浆土胡敏素碳含量（C_Hu）的影响

由图6可知，与0d相比，历经90d培养， BFA、M、Pr和Ps 4种物料培肥白浆土后其C_Hu 分别降低了21.1%、52.5%、58.9%和46.2%。由此可见，在促进C_Hu 矿化分解方面，Pr更具优势，其次是M和Ps，而经BFA培肥后白浆土C_Hu 由10.9降至8.6g/kg，降低幅度在供试物料中为最小。

3 讨论

本试验结果表明，随着培养进行，4种物料培肥白浆土后，C_WSS 均有所下降，BFA的添加有助于缓解白浆土C_WSS 的消耗，而M和Ps却有助于微生物对白浆土C_WSS 的利用。有机物料本身就含有较多的C_WSS，黄腐酸是从风化煤中提取出来的，组成结构比较单一，是HE中芳香度低、分子量小、官能团多、水溶性好的组分^[15]，总有机碳及溶解性有机碳含量远高于商品有机肥^[7]，因此可有效补充白浆土C_WSS，这在一定程度上可缓解C_WSS 的降低趋势，而腐熟羊粪和固化秸秆颗粒的输入刺激了土壤细菌、真菌以及多糖的产生^[16]，使土壤颗粒间的凝聚力增加，改善了土壤结构，进而为土壤微生物创造了更加有利的生存条件^[14]，微生物数量及活性增加，利用了更多的C_WSS。

C_HA 高低与土壤肥力密切相关^[17]，是判断土壤肥力的重要指标^[18]。添加4种有机物料均可有效增加白浆土的C_HA，其中M的添加对白浆土C_HA 形成的促进作用最大，Pr对白浆土C_HA 的促进作用最小。羊粪经腐熟后添加对白浆土肥力提升的促进作用最大，相反，玉米秸秆未经腐熟，对HA形成的促进作用有限。HA碱溶液E₄/E₆ 可用于表征HA分子量的高低及分子结构的复杂程度，较大的E₄/E₆ 表明HA分子结构中脂族碳含量较高，分子量较低，相反，则芳香碳比例较大、分子量较高^[19]。4种物料对白浆土HA碱溶液E₄/E₆ 的影响规律有所不同，尽管如此，该比值在培养结束后均有所增加。可见，有机物料培肥白浆土后，HA分子缩合度均有所增加。BFA的添加能够迅速提升白浆土HA碱溶液的E₄/E₆，在培养结束后使其降低幅度达到最大，其次为M，相反，Pr的添加及培养对HA碱溶液E₄/E₆ 的降低程度最小。分析其原因如下：在白浆土中添加黄腐酸，HA分子结构的复杂程度迅速降低，这与黄腐酸本身有机碳结构相对简单有关，在培养完成后，HA缩合度的提高幅度在供试有机物料中为最高，可见，黄腐酸的输入及培养在促进HA分子缩合度方面的贡献要高于其他有机物料，其次为腐熟羊粪，而玉米秸秆粉末在提高HA分子缩合度方面的作用较小。邵满娇等^[13]报道中指出，秸秆本身含有丰富的脂族碳化合物，在分解过程中脂族碳能够向腐殖质转化，使土壤HA分子脂族性增强，对HA缩合度提高的贡献较小。

有机肥不仅本身含有较多的腐殖质成分，在分解过程中还会形成一定数量的腐殖质，因此施用有机肥能显著提高土壤的腐殖质碳含量，不同种类有机肥的效应不同^[20]。在本研究中，添加BFA对白浆土C_HE 无显著影响，这与上述结论相悖。与0d相比，M和Pr的添加使培养结束后白浆土C_HE 分别增加了13.9%和2.4%，相反，Ps的添加却使白浆土C_HE 降低了9.1%。上述规律的原因分析如下：黄腐酸的分子结构及性质类似于FA^[7]，其添加一方面经微生物降解补充了白浆土的C_WSS，使微生物可利用的营养和能源物质增加，另一方面推进了腐殖化进程，使HA分子缩合度增加，因此，进入C_HE 的成分较少，未能使白浆土C_HE 含量显著增加。经腐熟后的羊粪，其本身C_HE 含量较高，因此在输入白浆土后能够极大增加C_HE 的含量。窦森等^[21]研究认为，施用猪粪能明显增加黑土的腐殖质含量，这与本文结论相似。玉米秸秆粉末在土壤中降解可产生部分降解产物，进入白浆土HA或FA组分中，在一定程度上使C_HE 增高^[5]。而固化秸秆颗粒极难降解，较少的降解产物无法弥补白浆土C_HE 遭致微生物分解所产生的损失，因此表现为消耗。

从某种意义上说，FA是HA形成的前体物质， C_HA/C_FA 可用于描述两者之间相互转化的速率^[22]并能有效评价土壤腐殖化程度^[23]、衡量土壤腐殖质品质的优劣^[11]。随着培养进行，添加BFA、M和Ps均使白浆土C_HA/C_FA 有着逐渐增加的规律，而在Pr的影响下，C_HA/C_FA 先增加而后降低。尽管如此，与0d相比，历经90d培养，BFA、M、Pr和Ps 4种物料下的C_HA/C_FA 分别增加了129.8%、169.8%、56.5%和249.4%，有机物料的添加能够为微生物参与腐殖化进程提供丰富的营养基质，有助于白浆土FA的芳香化和氧化^[22]，促进C_FA 向C_HA 转化。在此方面， Ps的优势最大，其次是M，Pr最差。固化秸秆颗粒由秸秆受到胶结和强力压缩制得，木质素在一定温度下软化、液化，与纤维素紧密粘接，更难于降解，其输入白浆土后会对微生物起抑制作用，减少矿化分解，更有利于白浆土腐殖质的稳定，因此，促进C_FA 向C_HA 的转化，使土壤腐殖化程度加深。

C_Hu 是惰性腐殖质组分^[11]，其在腐殖质中比例最大。Li等^[24]指出，较大数量的有机物料与化肥配施能够加速土壤稳定性碳的矿化。在本试验中，与0d相比，历经90d培养，BFA、M、Pr和Ps 4种物料培肥白浆土后C_Hu 分别降低了21.1%、 52.5%、58.9%和46.2%。由此可见，在促进C_Hu 矿化分解方面，玉米秸秆粉末更具优势，其次是腐熟羊粪和固化秸秆颗粒。

4 结论

1）随着培养进行，4种有机物料培肥白浆土， C_WSS 均有所消耗，黄腐酸的添加有助于缓解白浆土C_WSS 的损失，而腐熟羊粪和固化秸秆颗粒却促进了微生物对白浆土C_WSS 的利用；

2）各有机物料的添加均可有效增加白浆土C_HA 并提高其分子缩合度，其中腐熟羊粪对于白浆土C_HA 形成的促进作用最大，其次为固化秸秆颗粒，而黄腐酸在提高HA分子缩合度方面更有优势。在各处理中，玉米秸秆粉末对白浆土C_HA 及HA分子缩合度的促进作用均为最小；

3）与0d相比，在培养结束后，黄腐酸对白浆土C_HE 无显著影响，腐熟羊粪和玉米秸秆粉末使C_HE 分别增加13.9%和2.4%，相反，固化秸秆颗粒使C_HE 降低9.1%。各处理均有助于C_FA 向C_HA 转化，其中，固化秸秆颗粒的优势最大，其次为腐熟羊粪，玉米秸秆粉末最差；

4）历经90d培养，各物料培养下的C_Hu 均有不同程度降低。在促进C_Hu 矿化分解方面，玉米秸秆粉末更有优势。

参考文献