土壤团聚体是土壤结构的基本单元，是用来衡量土壤肥力水平的重要指标之一^[1]，土壤有机质作为土壤团聚体形成的重要胶结物质，不仅影响大团聚体的数量，也影响团聚体的稳定性^[2]；有机肥含有较多的有机物，能作为微生物获取能量的来源，对增强土壤颗粒团聚性、促进团粒结构的形成，改善土壤结构和提高土壤耕性具有重要作用^[3]，研究表明有机无机肥配施可显著提高土壤有机质含量和碳库管理指数^[4]，陈茜等^[5]研究长期施肥使黏粒团聚体向微团聚体和大团聚体转化，能显著提高大团聚体（>0.25 mm）占比，有利于团聚体内颗粒有机碳富集；徐倩倩^[6]研究表明不同种植年限大团聚体数量随种植年限增加而增加，而微团聚体数量随种植年限增加而减少，土壤团聚体稳定性呈逐年增加趋势；李江涛等^[7]研究发现化肥和畜禽粪便配施有利于提高土壤中总有机碳含量及土壤团聚体稳定性，土壤活性有机碳是团聚体形成与稳定过程中重要影响因素。因此，通过长期定位试验的方式，探究不同施肥处理土壤团聚体变化对阐明有机碳周转机制及碳固定具有重要意义。

有机肥的施用能促进根系生长，有利于烤烟干物质的积累，对烟叶中叶绿素的降解和成熟期落黄有较好的作用^[8]，施用有机肥可将烤后烟叶的组织结构变得疏松，施用有机肥同时有助于烟叶化学成分间的协调和糖分的积累，有效提高烤烟叶片的烟碱、总氮和蛋白质含量，烟叶油分充足^[9]，外观质量得到明显改善，提升烟叶品质及产量^[10]。目前，关于长期有机无机配施对土壤整体的影响研究较多，而对团聚体水平下的有机碳稳定性及有机碳变化的研究鲜有报道，本研究依托长期定位施肥田间试验，研究长期有机无机配施对土壤团聚体组成与稳定性及团聚体不同粒级的有机碳含量变化，揭示有机碳的物理保护机制，为培育植烟土壤地力和释放土壤固碳潜能提供理论依据，从而为合理施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

定位试验始于 2008 年，位于贵州省开阳县龙岗镇（26°52′24.8″N，107°06′40.8″E），属北亚热带季风性温润气候，烤烟生长季 4—9 月的多年均温为 19.5℃，多年平均降水量为 818.2 mm（数据来源：中国天气网）。土壤为黄壤黄泥土，定位试验开始时土壤基本性质：有机质 55.40 g/kg、全氮 2.43 g/kg、碱解氮 146.1 mg/kg、有效磷 20.9 mg/ kg、速效钾 185.5 mg/kg、pH 值 6.93。

1.2 试验设计

长期定位试验耕作制度为玉米-烤烟轮作。试验设置 4 个处理：不施肥（CK）、单施化肥 （CF）、化肥＋厩肥（OF）、化肥＋生物有机肥 （BF）。小区面积为 133 m²，供试烤烟品种为 K326。采用井窖式移栽烟苗，烟株距 60 cm、行距 100 cm，灌溉、虫害防治和其他管理措施依据当地优质烟叶生成规程进行。有机肥和生物有机肥与基肥在起垄时一并施入，追肥时在距离根茎 5 cm 处打孔，将肥料施入后覆土，各处理肥料类型及总养分投入量如表1。4 月 13 日施入基肥，4 月 16 日移栽，5 月 27 日追肥，6 月 5 日揭膜覆土，7 月 10 日进行第一次烟叶采收，8 月 20 日烟叶采收结束，当季收获后，所有植物残体全部移出。

试验肥料分别为过磷酸钙（P₂O₅ 14%）、硫酸钾（K₂O 51%）、烟草专用基肥（N：P₂O₅∶K₂O 配方为 10∶10∶25）、厩肥（ 腐熟牛粪，N、P₂O₅、 K₂O 含量分别为 1.4%、0.4%、2.1%，有机碳含量为 89.9 g/kg，含水量 53.2%）、生物有机肥[南京农业大学资源与环境科学学院提供，N、P₂O₅、K₂O 含量分别为 2.6%、2.2%、2.1%，有机碳含量为 262.2 g/kg，含水量 16%，功能菌（芽孢杆菌）数量为 2×10⁷ cfu/g 以上]。

1.3 样品的采集及分析

采用多点取样法，选取 10～15 个小样点各取 0～20 cm 土层的土壤并制成 1 个混合样，各处理采土部位、深度、数量保持一致。样品在田间沿自然裂隙掰成 1 cm 左右土块，剔除石块、根系等杂物后保留 1.5 kg，放入自封袋密封和标记。

样品制备：用四分法取约 500 g 土样，用孔径分别为 5、3、2、1、0.5、0.25 mm 筛子进行筛分，筛分后将各粒级团聚体按质量比配成 50 g 样品。

水稳性团聚体测定：依次将 2、1、0.5、0.25 和 0.053 mm 的套筛放置土壤团聚体分析仪桶内（型号 XY-100 型，北京祥宇仪器设备有限公司），将配好的样品放入套筛最上层，加水至筛组最上面一个筛子的边缘部分，每分钟上下振动 30 次，振幅 3 cm，振荡 30 min 后轻轻将套筛取出，收集各层筛中的残留团聚体，风干后称量不同粒级的重量^[11]，然后将分级的各粒级磨细过 0.053 mm 筛，测定有机碳含量^[12]。相关计算公式^[13-14] 如下：

（1）某粒径团聚体占比（%）= $=\frac{m_i}{M_0}$×100

（2）水稳性大团聚体数量（%）= $\left(\sum _{i=0.25}{m}_i\right)$/ $m_o$×100

（3）平均质量直径（MWD）= $\sum _{i=1}^n{\stackrel{-}{R}}_t\times m_i$

（4）几何平均直径（GMD）=exp$\left(\sum _{i=1}^n{\stackrel{-}{R}}_t\times m_i\right)$

（5）有机碳富集系数 =$\sum _{i=1}^n{\stackrel{-}{R}}_t$

（6）有机碳贡献率（%）= $\frac{T_i\times m_i}{T_0\times M_0}\times 100$

（7）有机碳储量 =$m_i\times T_i$

式中，$m_i$ 为该粒级团聚体质量，$M_0$ 为各粒级团聚体质量之和，${\stackrel{-}{R}}_t$为相邻团聚体组分的平均直径，$T_i$ 为该粒级有机碳含量，$T_0$ 为全土有机碳含量。

1.4 数据分析

采用 Excel2016 进行数据整理，SPSS 20.0 进行单因素方差分析和 Duncan 法显著性分析（P<0.05），数据经整理分析后用 Origin 2021 作图。

2 结果与分析

2.1 长期有机无机配施对土壤水稳性团聚体粒径分布特征的影响

不同施肥处理对土壤水稳性团聚体粒径的影响如图1。团聚体从大小上分可分为大团聚体（直径 >0.25 mm）和微团聚体（直径 <0.25 mm）^[15]，从结果可知，施肥对土壤水稳性团聚体粒级组成有一定的影响，施肥处理中 >2 mm 粒级占比最低，且 CK<CF<OF<BF；与不施肥（CK）相比，施肥处理（CF、OF 与 BF） 在 >2、1～2 和 <0.053 mm的团聚体组分占比分别提升了 1.4%～4.3%、 2.1%～7.1% 和 3.8%～4.6%；在 0.5～1、0.25～0.5 和 0.053～0.25 mm 的团聚体组分占比分别下降了 0.5%～2.1%、1.0%～2.7% 和 4.2%～12.0%。有机无机配施（OF 和 BF） 与单施化肥（CF） 相比 >2、1～2 和 0.5～1 mm 粒径的占比分别提高了 1.3%～2.9%、2.2%～5.0% 和 1.3%～1.6%。不施肥（CK） 和单施化肥（CF） 的微团聚体占比差异不大，占比分别为 41.9% 和 41.5%；有机无机配施（OF 和 BF）与不施肥 （CK）和单施化肥（CF）相比，土壤微团聚体占比有所降低，分别下降了 4.4% 和 7.8%；生物有机肥 （BF）与厩肥（OF）相比，微团聚体占比降低了 3.4%。施肥提升了 >2、1～2 和 <0.053 mm 粒级的占比，有机无机配施（OF 和 BF）进一步提高了大粒级团聚体（>0.25 mm）的占比，且生物有机肥处理（BF）的效果更好。

注：不同小写字母表示同粒径处理间差异达到 5% 显著水平。下同。

进一步计算各处理的土壤团聚体 MWD 与 GMD，不同处理平均 MWD 值从小到大为 CK<CF<OF<BF，施肥处理（CF、OF 和 BF）与不施肥（CK）相比，土壤 MWD 值分别提高了 8.1%、21.0% 和 35.5%，其中有机无机配施（OF 和 BF）与不施肥（CK）相比达到显著性差异；有机无机配施（OF 和 BF）与单施化肥（CF）相比，土壤 MWD 值分别提高了 11.9% 和 25.4%；生物有机肥（BF）比厩肥（OF）土壤 MWD 值提高了 12.0%。施肥提高了土壤 MWD 值，有机无机配施进一步提升了土壤 MWD（表2）。各处理土壤 GWD 值表现为 CK ≈ CF<OF<BF，与 WMD 趋势一致，但各处理间差异未达到显著水平。有机肥的施用显著提高了大团聚体的占比，各处理的顺序为 CK<CF<OF<BF，其中生物有机肥（BF）显著高于不施肥（CK）和单施化肥（CF）。

注：同列不同小写字母表示处理间差异达 5% 显著水平。下同。

土壤团聚体 MWD 和 GMD 与不同粒级间的相关关系如表3 所示，土壤团聚体 MWD 与 >2 和 1～2 mm 粒级呈极显著正相关，与 0.25～0.5 和 0.053～0.25 mm 粒级呈显著负相关；土壤团聚体 GWD 与 >2 和 1～2 mm 粒级呈极显著正相关；大团聚体（0.25 mm）与 >2 和 1～2 mm 呈极显著正相关，与 0.25～0.5 和 0.053～0.25 mm 粒级呈显著和极显著负相关；有机无机配施促进了微团聚体向大团聚体的转化，进一步提升了土壤团聚体的稳定性。

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

2.2 土壤团聚体不同粒径有机碳含量及储量

土壤团聚体不同粒径内有机碳含量如图2，不施肥（CK）与单施化肥（CF）在不同粒径中差异不大，厩肥（OF）处理在各粒径中有机碳含量均高于其他处理；有机无机配施（OF 和 BF）在 0.5～1、0.25～0.5、0.053～0.25 和 <0.053 mm 粒级较不施肥（CK）处理有机碳含量分别提升 7.1%～14.4%、4.3%～5.7%、35.4%～36.2% 和 25.2%～39.8%，其中 0.053～0.25 和 <0.053 mm 粒级达到显著水平；厩肥（OF）在 >0.25 mm 粒径的团聚体中有机碳含量均高于生物有机肥（BF）处理，其中 >2 mm 粒径达到显著水平；有机无机配施提高了微团聚体内有机碳的含量。

进一步分析各处理全粒级有机碳含量，不施肥 （CK）与单施化肥（CF）全粒级有机碳含量差异不大；有机无机配施（OF 和 BF）与单施化肥（CF） 相比，有机碳含量分别提高了 3.95 和 2.26 g/kg，提升幅度为 16.0% 和 10.5%，使有机无机配施（OF 和 BF）与不施肥（CK）和单施化肥（CF）间有机碳含量差异达到显著；厩肥（OF）有机碳含量比生物有机肥（BF）处理高 1.35 g/kg，但两者间差异未达到显著水平。

各施肥处理在不同粒径团聚体内的有机碳储量见表4，在所有粒级中不施肥（CK）与单施化肥（CF） 差异不显著；在粒径范围 >2 mm 中，厩肥（OF）和生物有机肥（BF）的有机碳储量与不施肥（CK）相比提高了 124.8% 和 100.0%，与单施化肥（CF）相比提高了 56.8% 和 39.5%；在 1～2、0.5～1 及 <0.053mm 粒径范围内，有机无机配施（OF 和 BF）的有机碳储量高于不施肥（CK）和单施化肥（CF），其中在 1～2 mm 粒级生物有机肥（BF）和不施肥（CK）、单施化肥（CF）间，厩肥（OF）和不施肥（CK）间达到显著水平；厩肥（OF）和生物有机肥（BF）各粒级的有机碳储量差异不显著。

2.3 土壤团聚体不同粒径的有机碳贡献率

不同粒级团聚体对土壤有机碳的贡献率可以直观地反映有机碳在团聚体中的分布。从图3 中可以看出，大团聚体（>0.25 mm）的有机碳贡献率为 61.9%～66.8%，不施肥（CK）和单施化肥（CF） 在各粒级中的贡献率基本一致，表明土壤中有机碳主要分布在大团聚体中，单施化肥未能显著改变土壤团聚体内有机碳的分布；有机无机配施（OF 和 BF）在 >2、1～2 和 <0.053 mm 粒级的贡献率超过不施肥（CK）和单施化肥（CF），厩肥（OF）和生物有机肥（BF）有机碳贡献率变异度与不施肥 （CK）相比分别降低了 43.6% 和 45.7%，有机无机配施模式则有利于有机碳向大团聚体及黏粒小团聚体中迁移，提高土壤有机碳含量的同时，也改善了有机碳在团聚体各粒级的分布情况，有机碳养分贡献率相对均衡，增强了在团聚体中的稳定性。

整体来看，不同施肥间存在不同的差异，对比不同处理的前 3 个有机碳贡献粒径，不施肥（CK） 和单施化肥（CF） 为 0.053～0.25、0.5～1 和 0.25～0.5 mm，厩肥（OF）和生物有机肥（BF） 为 0.5～1、0.053～0.25 和 1～2 mm；由此可知 0.5～1 和 0.053～0.25 mm 为土壤有机碳重要影响粒径，有机无机配施提升了 1～2 mm 粒级的贡献程度，不同施肥对土壤有机碳影响的粒径有差异，趋势为施用有机肥促进了大团聚体的形成，对土壤有机碳贡献更大。

3 讨论

3.1 对土壤团聚体组成与稳定性的影响

团聚体是土壤中相互黏结紧密的颗粒集合体，土壤团聚体对土壤的透气性、排水性、保水性和植物根系生长有着重要影响^[16-17]，土壤有机碳是影响土壤团聚体形成的胶结物质之一^[18]。有机肥的施用可促进土壤矿物质颗粒的团聚作用，提高土壤团聚体的水稳性，促进土壤中大颗粒团聚体 （>0.25 mm）的形成，尤其以 1～2 mm 粒级增加的比例最大^[19]。陈昊等^[20]研究发现长期配施牛粪或秸秆还田有利于促进大团聚体的形成，提高团聚体的稳定性。本研究表明，施肥显著提高了 >2、1～2 和 <0.053 mm 的土壤团聚体粒径占比，对 0.5～1、0.25～0.5、0.053～0.25 和 <0.053 mm 的土壤团聚体影响较小；有机无机配施（OF 和 BF）与单施化肥（CK）相比，不同程度地降低了 <0.25 mm 的微团聚体的比例，提高了大团聚体的比例，其中 0.053～0.25 和 >2 mm 粒径的团聚体差异达到显著水平，外源有机物料可促进微团聚体形成更大的团聚体，配施生物有机肥（BF）处理的大团聚体提升比例更高，大团聚体的比例提升有利于提升土壤的养分供应能力，促进作物的生长发育^[21]。这与姜灿烂等^[22]研究发现的施用有机肥可提高 >0.25 mm 粒径占比的结果相似。

土壤团聚体 MWD 反映了团聚体的平均大小和分布情况，较大的 MWD 表明土壤中较大团聚体较多，土壤结构较好，稳定性较高^[23]，土壤团聚结构受耕作模式、施肥种类及耕作年限等影响，施用有机肥可提高土壤团聚体的水稳性^[24-25]。本研究中，各处理的土壤 MWD 值为不施肥（CK）<单施化肥（CF）<化肥 + 厩肥（OF） <化肥 + 生物有机肥（BF），施肥提升了土壤大团聚体的占比，提升了土壤稳定性。各处理土壤 GWD 值表现与 WMD 趋势一致，但各处理间未达到显著水平。土壤团聚体 MWD 与 GWD 值与大粒级团聚体呈正相关，与小粒级呈负相关或不相关，长期有机无机配施（OF 和 BF）可促进微团聚体向大团聚体的转化，有助于形成大粒级团聚体，土壤粒径分布比较均匀；施用有机肥可有效增加土壤大团聚体的含量，改善土壤团聚体结构及其稳定性。

3.2 对土壤团聚体有机碳含量的影响

有机碳含量影响着土壤理化性质和作物生长，表土中近 90% 的土壤有机碳位于团聚体内^[26]，土壤团聚体是土壤有机碳的主要储存场所，土壤团聚体能维持土壤有机碳储量，保护有机碳免受微生物矿化分解^[27]，不同的粒径团聚体对有机碳的固持能力存在一定的差异^[21，28]，本研究中，有机无机配施（OF 和 BF）处理的有机碳含量整体都高于不施肥（CK）和单施化肥（CF）处理，尤其是粒径在 >2、1～2 和 0.5～1 mm 的粒级中；施用有机肥有助于提升大团聚体中的有机碳的含量，化肥 + 厩肥（OF）处理的有机碳含量最高，这与王飞等^[29]、尚应妮等^[30]研究结果一致。在团聚体各粒级中，除 0.25～0.5 和 0.053～0.25 mm 粒径外，其他粒级中有机无机配施（OF 和 BF）处理的有机碳储量高于不施肥（CK）和单施化肥 （CF）处理；化肥 + 厩肥（OF）处理在大多数粒径范围中的有机碳储量也明显高于化肥 + 生物有机肥（BF）处理，OF 和 BF 处理有机碳投入量分别为 315.5 和 165.2 kg/hm²，OF 有机碳投入为 BF 的 1.9 倍，OF 和 BF 处理有机碳增加量与常规施肥 （CF）相比分别增加 3.95 和 2.60 g/kg，有机碳增加比例为 1.5 倍，这表明长期有机无机配施有助于提高土壤团聚体中的有机碳储量，施用生物有机肥更有利于提高土壤团聚体内有机碳的含量。在所有处理中，大团聚体（>0.25 mm）的有机碳贡献率超过 62.0%，表明大团聚体是有机碳主要储存粒级；单施化肥（CF）和不施肥（CK）的团聚体各粒级贡献率基本一致，单施化肥未能显著改变土壤团聚体内有机碳的分布；化肥 + 厩肥（OF）和化肥 + 生物有机肥（BF）处理各粒级有机碳贡献率变异度相比不施肥处理分别降低了 43.6% 和 45.7%，有机无机配施模式有利于有机碳向大团聚体及黏粒小团聚体中迁移，提高土壤有机碳含量的同时，也改善了有机碳在团聚体各粒级的分布情况，增强了在团聚体中的稳定性，有机碳养分贡献度相对均衡。0.5～1 和 0.053～0.25 mm 是土壤储存有机碳的主要粒级，也是土壤有机碳、全氮含量提升的关键，有机无机配施（OF 和 BF）进一步促进了微团聚体向大团聚体的转移，提升了大团聚体对土壤有机碳的贡献。张瑞等^[14]研究结果表明 0.25～2 和 0.053～0.25 mm 为主要粒级，本结果与其结果基本一致。

氮素的施用量对土壤有机碳和全氮含量的影响并不显著，这说明有机肥施用是土壤有机碳累积的重要措施，这主要是由于连续多年有机肥施用不仅向土壤直接输入了有机碳源，而且也提高了微团聚体和大团聚体赋存有机碳的能力，同时也增强了土壤酶的活性和生物多样性，进而极大地提升了土壤有机碳的水平^[31]。有机无机配施（OF 和 BF）对比单一施肥处理（CF）提高了大团聚体有机碳组分的贡献率，因此，长期实施有机无机配施可发挥化肥和有机粪肥的双重作用，不仅可以促进土壤团聚体的形成和稳定，也可以增强土壤和团聚体的固碳、供碳能力。

4 结论

长期使用化肥和不施肥相比，团聚体粒级分布及内部有机碳分布差异不大；配施厩肥或生物有机肥比单施化肥促进了微团聚体向大团聚体的转化，提高了水稳性大团聚体（>0.25 mm）的占比，其中 1～2 mm 粒级的占比提升最多，明显降低了 0.053～0.25 mm 粒级的土壤水稳性团聚体含量； 配施厩肥或生物有机肥改善了土壤团聚体的结构，土壤水稳性团聚体大团聚体含量（>0.25 mm）、MWD 和 GMD 等稳定性，生物有机肥（BF）处理最佳。

长期有机无机配施提升土壤总有机碳含量 10.5%～16.0%，其中生物有机肥的土壤固碳效果最好。所有处理中大团聚体（>0.25 mm）的有机碳贡献率超过 62.0%，有机无机配施进一步提高了大团聚体内有机碳的贡献率，达到了 65.9%，大团聚体是有机碳主要储存粒级。厩肥（OF）和生物有机肥（BF）处理有机碳贡献率变异度与不施肥（CK） 相比分别降低了 43.6% 和 45.7%，各粒级有机碳养分贡献率相对均衡，1～0.5 和 0.25～0.053 mm 为土壤有机碳重要的影响粒径；化肥 + 厩肥（OF）有机碳投入量为化肥 + 生物有机肥（BF）的 1.9 倍，而土壤有机碳增加比例为 1.5 倍，长期有机无机配施有助于提高土壤团聚体中的有机碳储量，施用生物有机肥更有利于提高土壤团聚体内有机碳的含量。

结果表明，有机无机配施有助于提升土壤的养分供应能力和作物生长发育，是提升土壤团聚体稳定性的关键因素，有机无机配施提高了土壤有机碳的含量，改善了有机碳在团聚体各粒级的分布情况，使其在团聚体各粒级中的分布更为均衡，增强了其在团聚体中的稳定性，有机无机配施有利于有机碳向大团聚体及黏粒小团聚体中迁移，土壤各粒级组成更协调，提高土壤团聚体的水稳性，生物有机肥效果更好。

参考文献