自20世纪以来，设施蔬菜生产以高复种、高产出的优势在我国快速发展^[1]。与此同时，随城镇化不断推进，大量农业用地被迫转为建设用地。为满足城市居民的膳食结构需求，加之蔬菜种植的高收益回报，我国大量城郊稻田转为新设施蔬菜地。以长三角地区为例，当地稻田面积从1985年的772.9万hm² 下降至2017年的556.8万hm²，而菜地面积却由67.6万hm² 增长至227.3万hm^2[2]。农业结构调整转型带来的土壤性质变化显著影响农产品的产量和品质，如稻田改为菜地后由季节性水-旱轮作转为常年旱耕，灌溉施肥和复种指数大幅增加，尤其是设施菜地，全年种植，长期处于高温、高湿的小气候环境，更易在短期发生土壤酸化、盐渍化、板结退化^[3-4]，土壤养分失衡^[5-6]，导致蔬菜减产甚至绝产^[7]。设施菜地土壤改良使之维持在良好地力水平是保障蔬菜生产可持续发展的重要基础。

有机肥是目前常见的设施菜地土壤改良措施^[7-8]，长期有机肥施入必然会改变土壤碳库。土壤有机碳组分非常复杂，以微生物量碳（microbial biomass carbon，MBC）、可溶性有机碳（dissolved organic carbon，DOC）^[9]为代表的活性有机碳组分，虽然占土壤总有机碳（total organic carbon，TOC）的比例较少，但其受农业实践活动影响较土壤TOC而言更显著，可更准确、更实际地反映农业利用方式转变后土壤碳库的早期变化^[10-11]。Blair等^[12] 提出的碳库管理指数（carbon pool management index， CPMI）同时考虑了人为影响下土壤碳库和碳库活动指标，可综合反映农业生产实践对土壤碳库组分在质量和数量的变化，其值越高说明农业管理措施的土壤培肥作用越好。然而，前人研究主要集中在不同土地利用方式（耕地、蔬菜地、果园、林地）^[13-14]和不同施肥管理（有机无机）^[15]的土壤碳库差异方面，稻田改为菜地后长期有机肥施用的土壤碳库变化趋势研究相对较少。

生态化学计量学探索了生态系统中多种化学元素（以碳、氮、磷为主）间的平衡、交互及其内在的耦合关系，为连接生态系统生物地球化学模式提供了一个综合的营养框架，其变化对土壤养分和环境质量具有重要意义^[16]，如土壤碳氮比能够有效反映土壤氮矿化能力，碳氮比小于25时，有机质大量分解，土壤供氮能力增强^[17]。一般认为，农业系统中作物类型和施肥措施的改变会显著影响土壤碳氮磷的输入，进而影响土壤养分化学计量比^[18]。例如，曾希柏等^[19]调研发现，虽然设施菜地土壤的碳氮磷增幅均远高于露天菜地，但其不同元素的计量比结果却存在明显差异，其中设施菜地土壤碳氮比较露天菜地增加了3.55，碳磷比下降了1.35，而氮磷比结果相近。Li等^[20]研究结果则显示，设施蔬菜地的碳氮比高于稻麦轮作田，而碳磷比、氮磷比远低于稻麦轮作田。宋亚辉等^[21]的短期田间试验研究表明，施用有机肥的土壤碳氮比和氮磷比显著高于常规化肥处理，且碳氮比和氮磷比随有机肥施用年限的增加呈下降趋势。虽然目前不同农业管理的碳氮磷计量比研究已取得一些进展，但尚未达成一致性结论，尤其是在农业利用方式转换后长时间尺度的土壤养分计量学变化规律并不明晰。稻田改为设施菜地后长期施用有机肥的土壤养分如何变化目前尚未可知。

综上所述，本研究以空间代替时间，选择水稻田转化而来的不同利用年限典型设施有机菜地土壤，同时对比了毗邻的露天有机菜地土壤，量化稻田转为设施有机蔬菜生产后的养分含量变化，重点关注以下两个问题：（1）稻田改为设施有机菜地和露天有机菜地的土壤碳、氮、磷含量及养分计量比有何差异？（2）有机肥长期投入下土壤有机碳含量和质量如何影响土壤养分累积？本研究可为设施菜地养分优化管理及可持续蔬菜生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于中国江苏省南京市溧水区（118° 34′～119°14′E，31°23′～31°48′N），地处江苏省南京市的南部，长江中下游平原，属于北亚热带季风气候区，全年温暖湿润，热量条件好，年均温15.7℃，降水丰沛，年均降水量1073mm。成土母质主要为混杂下蜀黄土的河流冲积物，主要土壤类型为水稻土。研究区前期主要农作方式为稻麦轮作，后期逐渐由南京普朗克科贸有限公司统一收购转为设施有机蔬菜基地，最长的蔬菜大棚已有近20年的历史，每年平均种植3～4茬。该基地严格遵守国际有机农业运动联合会（IFDC）生产标准和环保部有机食品发展中心（OFDC）有机认证，所有菜地均施用以鸡粪为主的商用有机肥，短生长周期的蔬菜（如叶菜类）有机肥平均施用量约为每茬7500kg·hm^-2，长生长周期的蔬菜（如茄果类）有机肥平均施用量约为每茬14000kg·hm^-2。大棚内外菜地的施肥、耕作、灌溉等农艺管理措施均保持一致。

1.2 调研采样方法

本研究于2020年8月（夏季作物收获后）进行采样，采集同一基地两个不同转化年限的土壤样品：2002年稻田转换而来的设施有机菜地 （OGV18）和露天有机菜地（OVF18），2007年稻田转换而来的设施有机菜地（OGV13）和露天有机菜地（OVF13），前茬作物均为“上海青”品种的小青菜。同时选择毗邻基地，土壤属性相近的常规稻田作为对照。共计5种处理。每个大棚、露天菜地和田块视作一个采样单元，随机选择3个采样单元视为一个重复，各采样单元距离小于1km，以避免除肥料管理外引起的土壤、环境差异，共15个采样单元。除去地块最表层的覆盖物，每个样品在采样单元相对中心的位置按照“S”形，用土壤取样锹分别采集4点，四分法混合作为一个土样，分为耕层（0～15cm）和犁底层（15～30cm）土壤样品。共计30个土壤样品。将样品装入自封袋中带回实验室，去除根茬等大颗粒杂物，其一部分新鲜土样过2mm筛后置于4℃冰箱保存供土壤MBC测定，其余部分风干、研磨过筛用于后续土壤pH、活性有机碳等土壤理化性质分析。

1.3 分析测定方法

依照参考文献进行分析，土壤pH采用电位法 （HJ 962-2018）测定^[22]；土壤电导率（EC）采用电极法（HJ 802-2016）测定^[22]；土壤颗粒组成采用吸管法测定（以质量分数计），质地分级采用美国制^[22]。土壤全氮（TN）含量采用凯氏消煮法测定^[22]；土壤全磷（TP）含量采用酸溶-钼锑抗比色法测定^[22]；全钾（TK）采用氢氟酸-高氯酸消煮法测定^[22]；土壤碱解氮（AN）采用碱解扩散法测定^[22]；土壤有效磷（AP）采用盐酸-氟化钠法测定^[22]；土壤速效钾（AK）采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定^[22]。土壤TOC采用低温外加热重铬酸钾氧化-比色法测定^[22]。本研究中的土壤活性有机碳库主要包括：土壤活性有机碳（AOC）、 DOC和MBC。土壤AOC采用333mol·L^-1 高锰酸钾氧化法测定^[23]；DOC采用0.5mol·L^-1 硫酸钾浸提-TOC仪测定^[23]；MBC采用氯仿熏蒸-硫酸钾浸提法测定^[22-24]。土壤碳、氮、磷生态化学计量比分别通过SOC∶TN、SOC∶TP、TN∶TP计算所得^[24]。土壤CPMI以未转化的稻麦轮作（RWR）土壤作为对照，将RWR土壤TOC和碳库活度（A）的平均值作为参考土壤的TOC含量和A₀ 值，计算公式如下^[23，25]：

碳库指数（CPI）=菜地土壤TOC含量（g·kg^-1）/RWR土壤TOC含量（g·kg^-1）

碳库活度（A）=土壤活性有机碳（AOC）/非活性有机碳（NAOC）

碳库活度指数（AI）=菜地土壤碳库活度（A）/RWR土壤碳库活度（A₀）

碳库管理指数（CPMI）=CPI × AI × 100

1.4 数据处理

数据采用Excel 2016以及SPSS 22.0进行分析，使用单因素方差分析的Duncan法进行多重比较，显著性水平 P< 0.05；变量之间的相关关系分析以皮尔逊（Pearson）相关系数来表达，显著性水平为 P<0.05和 P<0.01，应用Origin 2018制图。

2 结果与分析

2.1 土壤基本理化性质描述性统计分析

稻田改为长期有机菜地后土壤基本理化性质变化特征如表1所示。所有处理的土壤质地均以粉砂质黏壤土为主，粉粒含量基本高于50%。与RWR处理相比，OVF13、OVF18、OGV13、OGV18处理的土壤pH在耕层（0～15cm） 和犁底层 （15～30cm）均有不同程度的增加，分别增加了24.37%～33.17%和11.13%～23.41%。设施有机菜地土壤的pH远高于露天有机菜地土壤，如OGV18处理的土壤平均pH较OVF18处理高出0.31。此外，研究表明，设施处理耕层土壤pH年增加量较露天处理土壤高出近0.02～0.06。可见，设施栽培环境的有机肥施用更有利于缓解集约化土地利用方式引起的土壤酸化。除OFV13、OFV18处理外，OGV13和OGV18处理的土壤EC在耕层和犁底层均显著高于RWR处理。然而，除OGV18处理外，土壤EC随年限变化趋势不显著。设施有机菜地土壤的高EC可能是由于设施大棚的高温密闭环境增加了土壤盐渍化风险。

注：同列不同小写字母表示同一深度不同处理间差异显著（P<0.05）；不同大写字母表示同一处理不同深度间差异显著（P<0.05）。稻麦轮作农田（RWR）；13年露天有机菜地（OVF13）；18年露天有机菜地（OVF18）；13年设施有机菜地（OGV13）；18年设施有机菜地（OGV18）。下同。

2.2 土壤总有机碳、活性有机碳和碳库指数变化

表2 结果显示，设施有机菜地耕层土壤TOC含量显著高于同期露天有机菜地的土壤TOC含量，增加幅度为5.10～8.70g·kg^-1。犁底层土壤TOC含量差异不显著。从利用年限来看，以RWR作为对照，设施有机菜地和露天有机菜地的土壤TOC变化均呈“∧”形变化趋势。OVF13、 OVF18、OGV13和OGV18处理的耕层土壤TOC含量均显著（P< 0.05）高于RWR处理，分别为14.53%、-6.52%、44.01%和43.90%。土壤活性有机碳组分变化结果表明，设施有机菜地土壤的DOC、AOC含量均显著高于RWR和露天有机菜地处理，而各处理的MBC含量差异不显著，这与土壤MBC含量的变异性较大有关。就变化趋势而言，与土壤TOC含量相一致，稻田转为设施有机蔬菜后土壤DOC和AOC含量均呈先升后降的趋势。以土壤DOC含量为例，OGV13处理的土壤DOC含量较RWR和OGV18处理分别提高32.79、47.69mg·kg^-1。与此同时，OGV18处理的DOC或AOC含量均与RWR处理土壤相近，可见，长期施用有机肥虽然能够增加土壤TOC含量，但是土壤活性有机碳组分难以维持，长时间种植后会恢复到原来的状态。此外，设施有机菜地耕层土壤DOC、MBC和AOC含量均高于同时期露天菜地的土壤碳组分含量。各处理犁底层结果差异不明显。综合来看，设施有机菜地处理比露天有机菜地处理更有利于土壤碳库积累，且在种植较长年限（如18年）后土壤TOC、DOC和AOC含量流失风险增加。

土壤碳库管理指数能灵敏地反映土壤碳库动态变化，为土壤有机碳库质量评估提供依据。如表2所示，与RWR处理相比，OGV13处理耕层土壤的CPI和CPMI最大，分别比RWR处理高44.00%和50.47%；OGV18处理犁底层的CPI和CPMI最低，分别较RWR处理低38.00%和68.36%。除CPI外，不同年限的露天有机菜地土壤AI和CPMI间无显著差异。与此相反，OGV18处理的土壤AI和CPMI显著低于OGV13处理，而CPI结果间差异不显著。综合来看，稻田改种菜地时间长达18年后土壤CPI、AI、 CPMI均呈不同程度的下降，说明有机肥无法持续促进土壤有机碳更新，土壤有机碳库活跃度后期不再增加。

2.3 种植环境对土壤养分含量的影响

由表3可知，OGV13处理的土壤TN含量最高，显著（P<0.05）高于其他处理，增加幅度为16.94%～69.84%。除OGV13和OGV18处理外， OVF13和OVF18处理的耕层土壤TN含量分别较RWR下降7.36%和19.50%。各处理犁底层土壤TN含量无显著性差异。与RWR处理相比，设施有机菜地和露天有机菜地土壤的TP含量均呈不同程度的增加，增加幅度分别为48.49%～81.93%和8.36%～23.07%。OGV13处理的耕层土壤TP含量较OVF13处理高67.90%，而OGV18处理的耕层土壤TP含量较OVF18处理高20.65%。土壤TK含量表明，露天有机菜地和设施有机菜地耕层土壤TK含量比RWR处理分别高出7.25%～23.27%和7.46%～12.22%。从利用年限看，RWR、OVF13、 OVF18处理的土壤TK存在显著差异，说明随年限延长，露天有机菜地土壤TK含量增加。OGV13和OGV18处理间的土壤TK含量差异不明显。综合来看，稻田改为有机菜地后土壤TN、TP、TK含量都呈现出不同程度的增加，但随种植年限的延长，土壤TN存在淋失风险。

与RWR处理相比，露天有机菜地耕层土壤AN含量低12.37%～13.55%，而设施有机菜地土壤AN含量高8.25%～22.93%。OGV18处理的耕层土壤AN含量较OGV13、RWR处理分别高13.56%、 22.94%，可见，设施有机菜地更有利于土壤AN累积。设施有机菜地和露天有机菜地耕层土壤AP存在显著（P<0.05）差异，设施土壤AP含量约为同时期露天土壤的2倍。所有处理的土壤AP含量均显著高于RWR处理。与AP类似，设施有机菜地的土壤AK含量显著高于露天有机菜地耕层土壤AK含量，高出280.00～353.33mg·kg^-1。无论是OGV13、OGV18处理，还是OVF13、OVF18处理，不同年限菜地土壤的AN、AK含量均无显著性差异。由此可见，对于长种植历史的有机菜地而言，设施栽培环境更有利于土壤养分维持。

2.4 土壤生态化学计量比对种植模式的响应

稻田改为有机菜地后土壤生态化学计量比变化特征如图1所示。除RWR的犁底层土壤C/N与OVF18处理存在显著性差异外，其余各处理间的土壤C/N均无显著差异。OVF18处理的耕层土壤C/P较OVF13、RWR处理分别低7.67、5.89，而OGV18处理的耕层土壤C/P较OGV13、RWR处理分别高4.46、-0.60。可见，长期施用有机肥后设施菜地耕层土壤C/P显著增加，露天有机菜地土壤则呈明显相反的趋势。与RWR处理相比， OVF13、OVF18、OGV13、OGV18处理的土壤N/P均呈不同程度的下降趋势，如OVF18处理土壤N/P显著（P<0.05）低于RWR，耕层低55.88%，犁底层低67.27%。综合来看，除N/P外，露天有机菜地耕层土壤C/N、C/P均呈“∧”形变化趋势，而设施有机菜地耕层土壤C/N、C/P在后期增加更为显著。

注：柱上不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05），不同大写字母表示相同处理不同土壤深度间差异显著（P<0.05）。

2.5 土壤有机碳库因子与土壤养分、化学计量比的相关性分析

图2 显示，土壤TOC与MBC、DOC、AOC均呈极显著（P<0.01）正相关关系，且与土壤AOC的相关系数最高，表明土壤活性有机碳受土壤有机碳含量增加影响较大。此外，土壤CPI、CPMI与土壤TOC也存在显著（P<0.01）正相关，可见，土壤有机碳数量增加与土壤碳库管理指数关系密切。此外，除TK外，土壤TOC和TN、TP、AN、 AP、AK间均呈极显著（P<0.01）正相关，其中TN与AN的相关系数最大（R²=0.94），说明土壤含氮量与有机碳含量的关系更为密切。此外，土壤DOC、AOC、CPI、CPMI与TN、TP、AN、AP、 AK也呈显著（P<0.01）正相关关系，可见，土壤活性有机碳库对土壤全量养分和速效养分均有明显的促进作用。然而，土壤MBC仅和土壤TN、AK间显著（P<0.01）正相关。除TOC、 AOC、AI外，其余有机碳指标与土壤TK间均呈微弱负相关关系。就土壤碳氮磷化学计量比而言，土壤TOC与C/N、C/P间呈显著（P<0.05）正相关； 而土壤DOC、MBC、AOC与土壤C/P、N/P正相关性更显著。除AI外，CPI、CPMI与C/N、 C/P、N/P呈明显的正相关关系，且与CPI的相关系数最大。

注：* 表示在0.05水平上显著相关；** 表示在0.01水平上极显著相关。

3 讨论

3.1 设施有机栽培更有利于缓解酸化，却难以抵抗盐渍化风险

与粮田相比，经济作物种植的土壤常认为更易发生土壤酸化风险^[26]，尤其是设施菜地土壤长期处在高温、高湿、无降水淋洗等人为调控的特殊环境下，较露天土壤更易出现盐化、酸化的问题^[27]。本研究结果则表明，设施菜地土壤pH较同时期露天菜地土壤高出0.02～0.06，均高于RWR处理。这可能与长期有机肥投入有关，有机肥由于含有一定碱性物质，长期施用可以维持土壤酸碱平衡，减缓酸化^[28-29]。有机肥施入土壤以后受设施栽培环境影响，有机物质更易发生腐解而产生阴离子，这些阴离子会与OH-发生配位交互反应，增加土壤pH；此外，络合作用降低了土壤阳离子交换量，提高了土壤的酸碱缓冲性能，也会减缓土壤酸化^[30]。本研究观察到稻田转为设施菜地后土壤EC显著增加，这可能是由于设施栽培土壤被大棚覆盖，缺少雨水淋洗，灌溉水不足以将土壤中累积的可溶性盐淋洗出耕作层，加之棚内强烈的蒸发和蒸腾作用将地下水带到耕作层，使之发生次生盐渍化^[31]。因此，设施大棚内土壤盐渍化是长期累积的结果。

3.2 设施栽培在土壤碳库和养分累积方面更具优势

大量研究表明，长期施用有机肥可以显著提高蔬菜产量，增加土壤有机质含量^[32-33]。本研究显示，稻田转为有机菜地后耕层土壤TOC含量增加15%～44%。北方旱作农田转为设施菜地研究也发现，6年设施菜地土壤的TOC含量较农田土壤TOC含量高70%^[34]。本研究发现设施菜地土壤TOC、 DOC、AOC含量均显著高于露天菜地土壤，这说明有机肥在设施环境下对土壤总有机碳和活性有机碳组分的影响要高于露天菜地土壤。这主要有以下两方面的原因：一是设施栽培环境高温、高湿，土壤有机质大量矿化分解，且由于设施大棚常年封闭，逃逸到空气的CO₂ 还会被作物和生物固定到土壤，补充土壤新有机碳库；二是露天菜地受降雨等环境影响较大，露天菜地耕层土壤活性有机碳随地表径流、渗漏、淋溶流入周边环境。然而，无论是设施菜地还是露天菜地的土壤MBC含量均没有显著增加，远低于常规农田生态系统的MBC含量200～1000mg·kg^-1[35]。这可能与长期有机肥增加了富啡酸和酚类物质有关，这类化合物虽然是土壤中DOC的重要组成部分，但不利于微生物的活动^[36]。综合来看，稻田转为设施菜地后土壤TOC和AOC含量均有明显增加，可见，长期有机肥的持续施入可以增加土壤中微生物活动，促进有机碳分解，增加土壤培肥能力。土壤碳库管理指数可有效反映土壤中有机物质的转化速率，是土壤质量的重要评价指标，土壤CPMI值越大表征碳库活度和质量越高^[37-38]。本研究发现，与RWR处理相比， OGV13处理的土壤CPMI远高于其他处理，OFV13处理次之。各处理间AI无显著性差异，而设施有机菜地的土壤CPI结果显著高于露天有机菜地土壤。由此说明，设施有机菜地处理是通过提高土壤CPI来提高土壤CPMI，因此，在后期管理中要注重非活性有机碳的作用。

通过对比设施有机菜地和露天有机菜地土壤养分结果发现，设施有机菜地土壤TN、TP、TK、 AN、AP、AK均高于露天菜地。这与设施蔬菜地特殊的种植环境有关，设施蔬菜地长期处在高温、高湿的密闭环境中，增强了微生物活性，从而影响土壤养分有效性，使得土壤氮、磷的积累更加明显^[39]。虽然设施菜地的土壤养分累积显著，但设施有机菜地土壤C/N略低于露天有机菜地土壤。一般认为，土壤C/N与土壤有机物分解速率呈反比^[40]，换而言之，设施有机菜地土壤有机碳较露天有机菜地土壤更易分解，这可能也是设施菜地土壤AOC远高于露天菜地土壤AOC的原因。土壤C/P是磷有效性高低的重要表征参数，土壤C/P越小，磷有效性越高^[41]。本研究中，RWR处理的土壤C/P为23.38，转为有机菜地后的土壤C/P在17.9～25.16之间，反映了有机肥施用并不会改变土壤中磷的有效性，该研究区土壤微生物有机磷呈净矿化趋势。就C/P而言，露天和设施有机菜地土壤的C/P差异并不显著，变化范围在1.36～1.84（ 小于14） 之间，小于稻田土壤C/P（2.12），说明稻田改为有机菜地后土壤生物固氮量增加且受磷元素限制，不同栽培环境对其作用不显著。综上所述，较露天环境而言，设施栽培环境更有利于有机肥对土壤有机碳数量、质量的累积作用，且土壤氮磷钾养分增加更显著。不同种植模式的土壤养分生态化学计量比差异不显著，且土壤氮磷均趋向于矿化。

3.3 通过施用有机肥提升土壤养分需考虑时间限制

前人研究认为，长期有机肥施用下土壤TOC不断累积，土壤AOC库随之增加^[35，42-43]，且常用线性关系来分析土壤碳库变化。然而，本研究发现， RWR、OGV13、OGV18处理土壤TOC含量分别为17.30、24.91、24.89g·kg^-1，可见，有机肥对设施菜地土壤有机碳的作用更趋向于“∧”形。此外，随着利用年限的进一步延长，设施有机菜地土壤DOC和AOC含量下降显著，而土壤MBC和TOC含量没有明显变化。土壤AOC组分更能快速反映农业实践影响下的土壤碳库变化，综合来看，有机肥对土壤碳库数量的改善是长期缓慢的过程^[44]，而对土壤有机碳质量的提升主要集中在种植早期，当有机肥作用效果临近于某一阈值后，设施菜地土壤质量难以继续提升。以CPMI为例，OGV13处理的土壤CPMI显著高于OVF13处理；随利用年限进一步增加，OGV18和OVF18处理的CPMI均呈下降趋势；OGV18处理土壤AI较OGV13处理低0.34。可见，通过长期施用有机肥难以持续高效提升设施菜地土壤有机碳质量，土壤非活性有机碳增加更显著。

土壤氮磷钾养分包括全量养分和速效养分，全量养分反映了土壤对蔬菜生长所需养分的供应能力，速效养分则可以直接被蔬菜吸收利用。一般认为，施用有机肥有利于提高土壤氮磷钾养分含量，且随有机肥用量的增加而增加^[45]。刘守龙等^[46] 14年定位试验结果发现，长期有机肥可以显著增加土壤TN、TP、AN、AP、AK含量，且土壤养分随有机肥投入量的增加而增加。李继明等^[47]评价了连续26年有机肥施用的土壤TN、TP、TK的变化，结果表明，与施用化肥相比，长期施用有机肥后土壤0～20cm土层的TN、TP含量分别增加6.5～13.2、11.5～61.2g·kg^-1，土壤TK含量下降1.8～14.9g·kg^-1。本研究则表明，除土壤AN、 AK含量持续增加外，设施有机菜地土壤TN、TP、 TK、AP含量随种植年限延长均呈先增后减的趋势，与土壤TOC和AOC含量的变化趋势相似。张鹏等^[48]对比了不同用量有机肥处理的养分差异后也发现，高量、中量、低量有机肥处理的土壤TN含量分别为23.8、28.6、15.9g·kg^-1，TP、AK含量也呈现出相似结果，而土壤TK、AP、AK含量随有机肥增加持续增加。这也间接说明了土壤养分含量与有机肥之间并非简单的线性正相关，土壤培肥过程需要考虑有机肥限制。这一结果可能是与有机肥持续施入并不能长期稳定增加土壤有机碳库有关，当土壤TC含量达到某一阈值后，有机肥继续施用只能维持土壤碳库平衡。相关性结果也表明，土壤TOC、DOC、AOC、CPI、CPMI与土壤TN、 TP、AN、AP、AK呈显著正相关。由此可见，施用有机肥可以通过调节土壤碳库的变化，进而影响土壤氮磷养分的限制，且这一作用具有时间上的限制性。有机肥对养分的作用效果研究中必须要考虑时间维度，而不能只关注其不同施肥处理的养分累积差异。

就养分生态化学计量比而言，施用有机肥对土壤C/N、C/P和N/P的影响并不显著。以土壤C/N为例，随种植时间的延长，设施菜地土壤TN趋于固定，而露天菜地的变化趋势恰好相反。露天菜地土壤受环境影响大，降水等事件易分解的有机碳和可溶性氮进入土壤深层乃至水体。留在露天菜地耕层的土壤有机碳组分相对较为稳定，不易分解，土壤C/N较高。种植后期，随有机肥的持续施入，露天菜地土壤耕层积累的有机碳总量大，土壤逐渐趋向于矿化。与此相反，设施菜地由于其自身的高温、高湿特性伴随有机肥的不断输入，加速了土壤氮矿化。后期由于有机肥作用，土壤碳库累积效应趋近于饱和，只有较为稳定的有机碳组分停留在土壤耕层，土壤趋于固定。土壤C/P、N/P如前文所述，研究区所有处理的土壤氮磷均呈显著矿化趋势。就利用年限变化趋势而言，稻田改为设施有机菜地后土壤C/P和N/P均呈先降后升的趋势。例如，RWR、OGV13和OGV18处理的土壤C/P分别为23.38、18.32和22.78。露天菜地C/P却表现为相反趋势，与RWR处理相比，OVF13处理的土壤C/P增加1.78，随利用年限继续延长，露天菜地土壤C/P显著下降。这意味着早期设施有机栽培环境更有利于有机质养分释放，土壤磷矿化释放到土壤^[39-49]；而露天菜地则有助于土壤磷固定。这可能是由于以下原因：一方面，常规稻田往往施用大量氮肥，转为菜地后由于高量连续施用有机肥，露天菜地土壤中有机碳含量增加，可被土壤微生物利用的碳源有效增加，土壤有效磷库发生固持；另一方面，设施栽培的高温、高湿环境加速了土壤微生物在矿化有机质中释放磷的潜能，所以早期设施菜地土壤C/P相对较低。后期虽然设施菜地土壤碳库数量不断增加，设施大棚的土壤AOC含量提前达到阈值，微生物可利用碳源相对较少，土壤氮素趋于同化。露天菜地受环境影响土壤有机碳累积相对较慢，矿化时期相对晚于设施菜地。可见，长期施用有机肥可以提升菜地土壤有机碳数量、质量，增加土壤养分含量，但作用效果存在时限性，且对土壤养分平衡的调控作用相对较低。

4 结论

（1）稻田改为设施有机菜地后，除MBC外，土壤TOC、DOC、AOC、AI、CPI、CPMI均呈显著增加的趋势，说明长期施用有机肥后土壤碳库数量、质量有效改善，土壤全量和速效养分均有明显增加，但作用效果存在时间限制。

（2）稻田转为露天有机菜地和设施有机菜地土壤碳氮比、碳磷比和氮磷比变化呈明显的相反趋势，说明设施栽培的特殊环境更有利于早期土壤养分矿化。通过有机肥改善土壤肥力，只能增加土壤养分库含量，土壤养分平衡的调控作用不显著，后期需考虑基于新型肥料来调节土壤地力，以实现优质蔬菜可持续生产。

参考文献