摘要
为了揭示有机液肥对土壤团聚体稳定性及有机碳、全氮分布的影响,通过模拟施肥试验,设置不施肥 (CK)、常规施肥(CF)、液态碳肥与无机肥配施(PF)3 个处理,施肥包括首次施肥和追肥,深度约 15 cm,不同处理的施肥量相同,采集土壤样品测定团聚体、有机碳和全氮含量,探讨了液态有机碳肥配施无机肥和常规施肥下对四川省安岳县石灰性紫色土土壤团聚体分布以及不同粒径团聚体碳、氮含量的影响。结果表明:与 CK 相比,CF 和 PF 处理分别显著提高了土壤 >0.25 mm 机械稳定性团聚体 2.54% 和 1.07%,水稳定性团聚体差异不显著。CF 和 PF 处理的团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)较 CK 处理显著提高。CF 和 PF 处理较 CK 优化了土壤团聚体有机碳、全氮含量与分布,增加了土壤总有机碳、全氮和大团聚体(>0.25 mm)有机碳、全氮含量。相关分析表明,MWD、GMD 和 >0.25 mm 团聚体百分含量(R0.25)呈线性正相关,团聚体破碎率 (PAD)和土壤团聚体不稳定团粒指数(ELT)与 R0.25 呈线性负相关,MWD、GMD 与 >0.25 mm 团聚体有机碳含量均呈极显著正相关,GMD 与 >0.25 mm 团聚体全氮含量均呈显著正相关,团聚体 PAD 与 >0.25 mm 团聚体全氮含量均呈显著负相关。由此可见,液态有机碳肥配施无机肥能提高土壤养分含量及有效性,增加土壤大团聚体比例和有机碳、全氮含量,提高土壤团聚体稳定性,有利于土壤肥力的提高。
Abstract
In order to reveal the effect of organic liquid fertilizer on soil aggregate stability and organic carbon and total nitrogen distribution,this paper simulated the fertilization test,three treatments were set up,including no fertilization (CK),conventional fertilization(CF),liquid carbon fertilizer and inorganic fertilizer(PF). The application of fertilizers included twice application of fertilizers in the depth of about 15 cm,the same amount of fertilizers were applied to the different treatments. Soil samples were collected for the determination of the content of the agglomerates,organic carbon and total nitrogen,and the effect of liquid organic carbon fertilizers with the application of inorganic fertilizers and conventional fertilizers on the distribution of the soil aggregates of the calcareous purple soils in Anyue County,as well as the content of carbon and nitrogen in the different grain sizes of the agglomerates were explored. The results showed that the CF and PF treatments significantly increased soil >0.25 mm mechanically stable aggregates by 2.54% and 1.07%,respectively compared with CK,and the difference in water stable aggregates was not significant. The mean mass diameter(MWD)and geometric mean diameter(GMD)of aggregates were significantly higher in the CF and PF treatments,compared with CK. The CF and PF treatments optimized the organic carbon and total nitrogen content and distribution of soil aggregates,compared to CK treatment,and increased soil total organic carbon,total nitrogen and the organic carbon and total nitrogen content of large aggregates(>0.25 mm). Correlation analysis showed that MWD,GMD and the percentage content of >0.25 mm aggregates(R0.25)were linearly positively correlated,the percentage of aggregate fragmentation(PAD)and the index of unstable soil aggregates(ELT)were linearly negatively correlated with R0.25,and the organic carbon content of MWD and GMD and >0.25 mm aggregates were all significantly positively correlated,and the total nitrogen content of >0.25 mm aggregates were all linearly negatively correlated with MWD and GMD. GMD and >0.25 mm agglomerate total nitrogen content were all significantly positively correlated,and agglomerate PAD and >0.25 mm agglomerate total nitrogen content were all significantly negatively correlated. It can be seen that liquid organic carbon fertilizer with inorganic fertilizer can improve the content and effectiveness of soil nutrients,increase the proportion of soil macroaggregates and the content of organic carbon and total nitrogen,improve the stability of soil aggregates,and contribute to the improvement of soil fertility.
土壤肥力是影响植物生长发育的重要因素[1],其显著受到土壤的物理、化学特征以及外部因素的影响,例如土壤含水量、pH 值、农药残留以及其他污染源等[2]。然而,由于目前人们大量使用无机单质化肥,增加农药用量并缺乏科学的施肥管理措施,使得土壤有机质含量低、土壤养分不平衡以及土壤污染等问题突出,从而加剧了土壤肥力的下降[2],导致植物对营养物质的吸收和转化能力大幅度减弱[3]。有机质含量是土壤肥力的重要指标,有机肥配施无机肥已成为增加土壤有机质、农业提质增效、减少农业面源污染的重要措施[4]。液态有机碳肥是由高浓度有机废水经化学活化催化而成的一种易溶于水的有机化合物[5],可实现节肥增效、作物增产和品质提升的协同效应[6]。因此,深入研究液态有机碳肥配施无机肥技术对土壤肥力的影响对提升区域施肥水平、促进农业可持续发展等方面发挥着重要作用[7]。
碳、氮元素是影响农田土壤肥力、生产力及其环境效应的关键性因素[8]。作为土壤有机碳、氮储存的场所,土壤团聚体是土壤结构的基本单元,也是土壤肥力的物质基础,对土壤的物理、化学以及生物等多个方面的性质有着重要影响[9]。土壤有机碳、氮的分解和周转会因土壤团聚过程发生改变,其稳定性显著受到团聚体粒径大小的影响[10]。相较于其他团聚体,大团聚体通常含有更多不稳定且易分解的有机质,使其具有更高的固碳、氮能力[11]。同时大团聚体有着较大的孔隙结构,其内部较大的持水孔隙利于水氧流动,促进腐殖质的形成,进而提升土壤肥力[12-14]。而较小粒径团聚体因有机质芳香物质含量高且难以被微生物分解,有利于土壤碳、氮的长期固存[15-16]。液态有机碳肥作为高效有机肥,能够提高土壤大团聚体比例以及碳、氮元素含量,具有改善土壤肥力水平、提高作物产量及抗逆性和促进土壤生态系统的良好循环等功能[17-19]。因此,研究液态有机碳肥配施无机肥对土壤团聚体组成以及团聚体碳、氮分布的影响,为揭示科学施肥管理下土壤肥力特征、提高农田作物生产力、改善土壤质量提供了科学依据。
四川省安岳县土壤以石灰性紫色土为主,是重要的农业生产区域。长期以来,该地区在农业生产中普遍存在施肥量过大、肥料施用单一等不合理等问题,对土壤健康和生态环境造成了严重影响。因此,开展针对该地区土壤特性和作物需求的有机肥配施无机肥的研究具有重要的实践意义和迫切性。本研究通过探究液态有机碳肥配施无机肥和常规施肥下安岳县石灰性紫色土土壤团聚体分布以及不同粒径团聚体碳、氮含量特征,揭示液态有机碳肥配施无机肥和常规施肥对于土壤团聚体稳定性及其碳、氮分布特征的影响,进一步揭示施肥处理下土壤团聚体稳定性与团聚体碳、氮含量的相关关系,为农业生产节肥增效、优化土壤管理、提高作物产量和品质提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验点概况
本试验于 2021 年 9 月 24 日到 2022 年 5 月 3 日在四川省东部丘陵区安岳县试验区进行,安岳县位于四川省中部,地理位置处于川中丘陵区的核心地带,地貌类型以丘陵为主,试验区位于 104°56′ — 105°45′E,29°40′—30°18′N。该地区为亚热带湿润季风性气候,年均降水量 1025.8 mm,年均气温 17.7℃。试供土壤类型为石灰性紫色土,试验前耕层(0~20 cm)土壤理化性质:有机碳 (SOC)11.15 g/kg,全氮(TN)1.47 g/kg,碱解氮 (AN)121 mg/kg,有效磷(AP)9.55 mg/kg,速效钾(AK)126.53 mg/kg,pH 7.29,碳氮比(C/N) 为 7.58。试验材料为长势基本一致的油菜幼苗(品种为中油杂 19)。
1.2 研究方法
油菜通过播种育苗移栽,移栽密度为 75000 株 / hm2。试验共设置 3 个处理,分别为不施肥 (CK)、常规施肥(CF)、液态碳肥与无机肥配施 (PF)。每个处理均设置 3 组重复,重复小区面积为 15 m2 (5 m 长 ×3 m 宽),并采用完全随机区组设计。
试验所用碳肥为福建绿洲生化有限公司生产的液态有机碳肥,通过从有机废水中提炼出富含小分子水溶有机碳生产的液态碳肥,水溶有机碳≥ 150 g/L;氮肥为云南云天化股份有限公司生产的尿素 (N 46%);磷肥为济南浩企生物科技有限公司生产的过磷酸钙(P2O5 16%);钾肥为济南海誉兴化工有限公司生产的硫酸钾(K2O 52%),施肥共分为 2 次,分别在油菜成活后进行首次施肥和油菜蕾薹期追肥,施用深度大约为 15 cm。常规施肥方案来源于地方农业部门对当地油菜种植的一般性指导意见,其中氮肥、磷肥和钾肥总施用量分别为 424.5、 625.5 和 144.0 kg/hm2;液态碳肥与无机肥配施方案则在常规施肥方案的基础上增施液态有机碳肥,总施用量为 150.0 kg/hm2,具体施肥方案如表1所示。所有处理中油菜均采用水肥一体灌溉,每个小区均采用 400 kg 清水灌窝。整个试验过程中全部采用人工进行田间管理。
表1施肥方案

1.3 样品采集与测定
1.3.1 样品采集
在每个试验小区中分别选取具有代表性的 1 m × 1 m 小样方,并在每个小样方中按照“梅花”五点法进行土壤样品采集。使用土钻均匀采集 0~20 cm 的土壤,且采集 3 个重复并混匀装袋,同时采集土壤容重样品,并在现场及时称重,装入塑封袋后带回实验室。将带回的样品去除植物残体、根系和可见的土壤动物(如蚯蚓)等,并将其放在通风处自然风干备用。
1.3.2 土壤基础理化性质的测定
土壤理化指标参照《土壤农业化学分析方法》[20],土壤基础理化性质指标包括土壤 pH 值、 SOC、TN、AN、AP 以及 AK。土壤 pH 值采用 pH 计测定(土∶水 =1∶2.5),SOC 含量采用高温外热重铬酸钾氧化-容量法测定。TN 含量采用半微量凯氏定氮法测定,AN 含量采用碱解扩散法测定, AP 含量采用 NaHCO3 浸提-钼锑抗比色法测定。 AK 含量采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定。
1.3.3 土壤机械稳定性团聚体和水稳性团聚体含量测定
待土壤样品完全风干后,各粒级土壤机械稳定性团聚体含量测定采用干筛法,各粒级土壤水稳性团聚体含量测定采用沙维诺夫湿筛法[21],得到 >5、2~5、1~2、0.5~1、0.25~0.5 和 <0.25 mm 粒级的团聚体,称重并计算各粒级所占重量比例。
1.3.4 土壤团聚体有机碳、全氮的测定
将上述步骤中得到的水稳性团聚体,分别测定不同粒径中团聚体有机碳(PSOC)和全氮(PTN)含量,方法与土壤 SOC 和 TN 含量的测定方法一致。
1.3.5 土壤团聚体指标计算方法
团聚体稳定性使用平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、>0.25 mm 团聚体百分含量 (R0.25),团聚体破碎率(PAD)和土壤团聚体不稳定团粒指数(ELT)来进行表征[22]。MWD 通过测量不同粒径团聚体的重量分布来反映土壤团聚体的总体稳定性;GMD 通过统计不同粒径团聚体的数量分布来评估土壤的结构特性;R0.25 通过计算较大团聚体在土壤中的占比来反映土壤的抗侵蚀能力;PAD 通过测量土壤团聚体在受到外力作用时的破碎程度来评价其稳定性。ELT 通过分析土壤中不稳定团粒的比例来评估土壤的脆弱性。具体公式如下:
(1)
(2)
(3)
式中,Xi 为第 i 级团聚体平均直径(mm),Mi 为第 i 级团聚体质量,Mt 为团聚体总质量,Mr ≥ 0.25 为直径≥ 0.25 mm 团聚体质量。以上指标适用于土壤团聚体机械稳定性和水稳定性的测度。
(4)
(5)
式中,DR0.25 为 >0.25 mm 机械稳定性团聚体含量, WR0.25 为 >0.25 mm 水稳性团聚体含量。WT 为供试土壤总重量,W0.25 为 >0.25 mm 水稳性团聚体重量。
1.3.6 团聚体有机碳、全氮贡献率
公式如下:
(6)
式中,SOC 为土壤有机碳含量(g/kg);SOCi 为第 i 级团聚体的 SOC 含量(g/kg);Wi 为第 i 级团聚体的比例。
1.3.7 数据统计分析
利用 Excel 2022 进行数据处理与表格绘制。利用 SPSS 26.0 和 R 4.2.1 进行数据分析和作图,指标差异比较采用单因素方差分析(Oneway-ANOVA),指标差异显著性校验采用最小显著性差异法 (LSD 法)。采用 Pearson 相关性分析法研究土壤团聚体稳定性与土壤理化性质、PSOC、TN 含量的关系。
2 结果与分析
2.1 有机液肥对土壤团聚体分布及稳定性的影响
2.1.1 土壤机械稳定性团聚体组成
通过干筛法获得不同施肥处理下土壤机械稳定性团聚体组成(表2)。不同施肥方案下,>0.25 mm 机械稳定性团聚体平均含量(DR0.25)为 94.20%~96.59%。各处理均以 >5 mm 机械稳定性团聚体含量最高。不同施肥方案下对 >5 mm 机械稳定性团聚体含量(DR5)的影响:CF、PF 处理较 CK 处理分别显著提高了 10.31%、10.11%,CF 与 PF 处理之间无显著差异。表2表明各处理对 DR0.25 的影响: CF、PF 处理较 CK 处理分别显著提高了 2.54% 和 1.07%,CF 与 PF 处理之间无显著差异。常规施肥和液态有机碳肥配施无机肥均有利于提高土壤机械稳定性大团聚体,降低微团聚体的占比。
表2不同施肥处理下机械稳定性团聚体分布

注:同列不同小写字母表示处理间存在显著差异(P <0.05)。下同。
2.1.2 土壤水稳性团聚体组成
通过湿筛法获得不同施肥处理下土壤水稳定性团聚体组成(表3)。不同施肥方案下 >0.25 mm 水稳定性团聚体平均含量(WR0.25)为 87.69%~90.61%。各处理均以 >5 mm 水稳定性团聚体含量最高。各处理对 >5 mm 水稳定性团聚体含量 (WR5)的影响:CF、PF 处理较 CK 处理,仅 PF 处理显著提高了 9.14%,CK 与 CF 处理之间无显著差异。表3结果表明,液态有机碳肥配施无机肥更有利于提高土壤水稳性大团聚体,降低微团聚体的占比。
2.1.3 土壤团聚体稳定性特征
不同施肥处理下土壤团聚体机械稳定性指数如表4所示。各处理土壤机械稳定性团聚体和水稳定性团聚体 MWD 和 GMD 由大到小顺序均为 PF>CF>CK。CF 和 PF 处理机械稳定性团聚体 MWD、GMD,较 CK 处理分别显著提高了 7.85% 和 8.61%、17.13% 和 17.53%,CF 与 PF 处理之间无显著差异;CF 和 PF 处理水稳定性团聚体 MWD、 GMD,较 CK 处理,仅 PF 处理分别显著提高了 11.57%、21.60%。
表3不同施肥处理下水稳性团聚体分布

表4不同施肥处理对土壤机械稳定性和水稳性团聚体平均重量直径和几何平均直径的影响

不同施肥处理下土壤 PAD 和 ELT 如图1所示。相较于 CK,CF 和 PF 处理分别显著降低了 PAD 值 10.42% 和 12.74%,CF 与 PF 处理之间无显著差异; 相较于 CK,CF 和 PF 处理分别显著降低了 ELT 值 23.70% 和 14.45%,CF 与 PF 处理之间无显著差异。总体上,常规施肥和液态有机碳肥配施无机肥均有利于降低土壤 PAD 和 ELT,提高土壤团聚体稳定性。
2.2 有机液肥对土壤团聚体有机碳、氮的影响
2.2.1 土壤团聚体有机碳、全氮含量
不同施肥处理下土壤团聚体 SOC、TN 含量如图2所示。总体上,土壤团聚体 SOC、TN 含量呈现出 PF>CF>CK,且 PF 处理下团聚体 SOC、TN 含量均显著高于 CK 和 CF 处理。相较于 CK,CF 和 PF 处理土壤团聚体 SOC 含量 >5、2~5、1~2、0.5~1、0.25~0.5 mm 粒级均显著提高,分别显著提高 26.55% 和 151.41%、33.91% 和 209.32%、54.59% 和 171.62%、16.88% 和 117.91%、 76.61% 和 117.76%;相较于 CK,CF 和 PF 处理土壤团聚体 TN 含量 >5、2~5、1~2、0.5~1、0.25~0.5 mm 粒级均显著提高,分别显著提高 21.13% 和 63.38%、17.93% 和 54.48%、17.99% 和 42.45%、 19.42% 和 28.06%、19.55% 和 30.08%。综上所述,较 CK 处理,CF 和 PF 处理提高了各粒级土壤团聚体 SOC、TN 含量,其中,PF 处理提升较明显,CF处理次之。

图1不同施肥方式对土壤团聚体破坏率和不稳定团粒指数的影响
注:小写字母不同表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

图2不同施肥处理下不同粒径土壤团聚体有机碳、全氮含量
2.2.2 土壤团聚体有机碳、全氮贡献率
不同施肥处理下土壤团聚体 SOC、TN 贡献率如图3所示。相较于 CK,PF 处理分别显著提高了 2~5 和 1~2 mm 团聚体 SOC 贡献率 30.28% 和 14.38%,CF 处理仅显著提高了 1~2 mm 团聚体 SOC 贡献率 19.08%。相较于 CK,仅 PF 处理分别显著提高了 >5 和 2~5 mm 土壤团聚体 TN 贡献率 12.37%、6.25%。液态有机碳肥配施无机肥相比常规施肥提升土壤团聚体 SOC、TN 更显著,更有利于促进土壤团聚体 SOC、TN 向大团聚体聚集。

图3不同施肥处理下不同粒径土壤团聚体有机碳、全氮贡献率
2.3 土壤团聚体有机碳、氮与团聚体稳定性之间的相关分析
相关性分析结果(图4)表明,土壤团聚体稳定性与团聚体 SOC、TN 含量具有显著相关关系。土壤团聚体 MWD 指数与各粒级团聚体 SOC 含量呈显著或极显著正相关。土壤团聚体 GMD 指数与各粒级团聚体 SOC 含量均呈极显著正相关。土壤 PAD 指数与除 0.5~1 mm 外的各粒级团聚体 SOC 含量呈显著负相关。R0.5 和 ELT 指数均与各粒级团聚体 SOC 含量无显著关系;土壤团聚体 MWD 指数与除 1~2 mm 外的各粒级团聚体 TN 含量呈显著或极显著正相关。土壤团聚体 GMD 指数与各粒级团聚体 TN 含量呈显著或极显著正相关。土壤 PAD 指数与各粒级团聚体 TN 含量呈显著或极显著负关系。R0.5 和 ELT 指数均与各粒级团聚体 TN 含量无显著关系。综上所述,团聚体 SOC、TN 含量的增加可显著增加团聚体的稳定性。

图4施肥处理下土壤团聚体稳定性与团聚体有机碳、全氮含量的相关关系
注:MWD 为平均重量直径,GMD 为几何平均直径,R0.25 为 >0.25 mm 团聚体百分含量,PAD 为团聚体破碎率,ELT 为团聚体不稳定性团粒指数;* 表示 P<0.05,** 表示 P<0.01。
3 讨论
3.1 有机液肥对川中丘陵区土壤团聚体及稳定性的影响
土壤团聚体组成及其稳定性作为表征土壤结构的重要指标,是作物高产稳产的必要条件[23]。土壤团聚体是土壤结构的基本单元,也是土壤养分的储存库和微生物活动的重要场所,其各粒级含量的变化能够直接影响土壤养分供应能力[24]。本研究结果(表2)表明,与不施肥处理相比,常规施肥和液态有机碳肥配施无机肥均能够显著提高土壤机械稳定性和水稳性大团聚体比例(>5 mm 团聚体),减少微团聚体占比(0.5 和 <0.25 mm 团聚体),这与之前的研究结果[25]类似。石艳香等[25]针对不同施肥处理黑土添加秸秆对土壤团聚体稳定性的研究表明,添加秸秆和常量有机肥配施化肥处理显著提高了土壤大团聚体比例。李敏等[26]针对施肥方式对连作甘薯田土壤团聚体稳定性的研究表明,与 CK 相比,化肥、缓控释肥和生物有机肥均能够显著提高大团聚体质量分数。Zhu 等[27]针对生物有机肥对华北平原土壤碳和团聚体稳定性的研究表明,生物有机肥可以增加土壤大团聚体含量,尤其是 1~5 和 0.5~1 mm 团聚体占比。土壤结构稳定性与土壤中大团聚体数量呈正相关关系,土壤大团聚体比例越高,土壤结构稳定性越强[28]。本研究结果(表2)中,大团聚体占比的增加幅度在液态有机碳肥配施无机肥处理下高于常规施肥,这与王晓军等[29]的研究结果类似,合理地控制好氮肥、磷肥和钾肥的施用量更有利于提高土壤大团聚体占比及土壤结构稳定性,对于维持和提高土壤肥力具有重要意义[30]。
土壤团聚体稳定性是指团聚体在变化的外部环境中抵抗外力并维持自身稳定的能力,评价指标通常包括团聚体 MWD、GMD、R0.25、PAD 和 ELT 等[31],其中 MWD、GMD 和 R0.25 越大,PAD 和 ELT 指数越小,意味着团聚体越稳定[22]。前人研究表明[25-26,32-33],通常情况下施肥能够显著提高土壤团聚体稳定性指标,Khan 等[34]针对长期作物栽培和肥料管理对北方黄土高原土壤团聚体稳定性和肥力的影响研究表明,种植豆科植物和紫花苜蓿土地上长期施用氮磷肥和氮磷肥配施牛粪均能显著提高土壤团聚体 MWD 和 GMD,改善土壤团聚体稳定性;Zhang 等[35]针对长期施用粪肥对团聚体及其有机碳稳定性的研究表明,相比不施肥,长期施用粪肥显著提高了土壤团聚体 MWD 和 GMD,粪肥更有利于土壤团聚体稳定性的提高;赵硕[32]针对长期施用有机肥对松嫩平原西部盐碱土壤团聚体稳定性的影响研究表明,长期施用有机肥团聚体稳定性指标 MWD 和 GMD 与未施用有机肥的土壤相比均有所上升,且 PAD 有所下降;李平儒等[36]研究表明,长期施肥能显著促进大团聚体形成,进一步提升土壤团聚体稳定性。本研究结果(表4)与前人结果相似,其中常规施肥和液态有机碳肥配施无机肥与 CK 相比,均显著提高了土壤团聚体机械稳定性 MWD、GMD 和 R0.25 指数,显著降低了土壤团聚体 PAD 和 ELT(图1),这表明不同施肥方式均能够显著使土壤 PAD 降低,土壤团聚体稳定性增加。本研究结果中,液态有机碳肥配施无机肥处理对土壤团聚体稳定性的提升程度高于常规施肥处理,并且还显著提高了团聚体水稳定性 MWD、GMD 和 R0.25 指数。这可能是因为液态有机碳肥配施无机肥处理中的有机肥使土壤各粒级团聚体 Mg2+ 和 Ca2+ 含量增加,Ca2+ 与 Na+ 的交换作用以及阳离子键桥作用使得土壤有机和无机化合物与土壤颗粒链接起来,从而进一步提高了团聚体的稳定性[32-33,37]。
3.2 有机液肥对川中丘陵区土壤团聚体有机碳、氮含量的影响
土壤团聚体 SOC 与土壤团聚体结构之间存在复杂的相互关系,土壤 SOC 是土壤团聚体形成过程中的重要交结物质,其含量对团聚体的形成和结构稳定产生影响[38-39]。同时,团聚体结构可以对 SOC 起到保护和稳定作用[40]。许多研究表明,施肥能够显著提高土壤各团聚体 SOC 含量。王怡宁等[41]针对有机肥对矿区复垦土壤团聚体活性 SOC 含量影响的研究表明,施肥均显著提高了土壤各粒径团聚体活性 SOC 含量,且有机肥效果优于化肥。决超等[42]针对化肥配施微生物菌肥及改良基质对土壤团聚体 SOC 及微生物菌群结构影响的研究表明,施肥能够提高土壤大团聚体 SOC 含量,降低小团聚体 SOC 含量,且化肥配施微生物菌肥效果更加显著。Chen 等[43]针对有机肥和矿物肥的结合施用改善滨海盐碱性水稻土壤碳稳定性的研究表明,施用有机肥和氮、磷、钾肥均显著提高了大团聚体中 SOC 含量,且有机肥效果更加显著。本研究结果(图2)与前人结果相似,与不施肥处理相比,常规施肥和液态有机碳肥配施无机肥处理均显著提高了土壤各粒径团聚体 SOC 含量。这表明,常规施肥和液态有机碳肥配施无机肥处理均有利于促进土壤团聚体形成以及团聚体 SOC 的积累。 Six 等[13]的研究表明,随土壤团聚体粒径的增大, SOC 含量随之增大,>2 mm 团聚体中 SOC 含量最高,<0.053 mm 团聚体中 SOC 含量相对较低。毛霞丽等[44]认为,长期施用生物炭和配方肥可以促进大团聚体内部形成微粒有机质,增加团聚体的稳定,并提高水稳定性大团聚体有机碳含量。本研究结果(图2)与前人结果相似,不同粒径团聚体 SOC 含量不同,各处理团聚体 SOC 含量主要集中在大团聚体中,并且液态有机碳肥配施无机肥处理效果更加显著。这可能是因为配方处理中的有机肥为微生物提供了足够的碳源和丰富的能量,且大团聚体更适合微生物生存,进而促使大量外源碳固存在大团聚体中[25]。大粒径团聚体通常是由小粒径团聚体通过碳量高的非稳性胶结剂胶结而成,大粒径团聚体比小粒径团聚体含有更多的 SOC,因此,本研究中大粒径团聚体具有更高的 SOC 相对贡献率[45]。
研究表明,土壤 SOC 与 TN 的变化趋势往往具有一致性[46]。本研究结果(图3)表明,土壤 TN 在团聚体中的含量和贡献率规律与团聚体 SOC 类似,常规施肥和液态有机碳肥配施无机肥均有利于提高土壤团聚体 TN 含量,这与前人的研究结果[47-50] 类似。这表明,与团聚体 SOC 类似,常规施肥和液态有机碳肥配施无机肥处理也均有利于促进土壤大团聚体 TN 的积累。在液态有机碳肥配施无机肥处理下,大粒径团聚体具有相对更高的 TN 含量和更高的土壤 TN 贡献率,这可能是因为液态有机碳肥配施无机肥处理提供了更均衡的养分组合,有助于大团聚体的形成和稳定[51]。与土壤团聚体 SOC 含量相比,常规施肥与液态有机碳肥配施无机肥处理之间团聚体 TN 含量差异相对更小,这表明不同施肥策略对土壤团聚体碳、氮分布具有差异化的影响,其原因可能与常规施肥和液态有机碳肥配施无机肥处理均施入氮肥,而仅液态有机碳肥配施无机肥处理施入碳肥有关。
4 结论
通过模拟施肥试验,设置不施肥(CK)、常规施肥(CF)、液态碳肥与无机肥配施(PF)3 个处理,研究有机液肥对土壤团聚体稳定性及 SOC、TN 分布的影响,得到如下结论:常规施肥和液态有机碳肥配施无机肥均在一定程度上提高了 >0.25 mm 土壤机械稳定性和水稳定性团聚体含量;均对安岳县石灰性紫色土壤大团聚体形成及其稳定产生积极影响,还能显著提高土壤团聚体 MWD、土壤团聚体 GMP 和稳定率,降低土壤团 PAD 和 ELT,改善土壤结构的稳定性;同时,也优化了土壤团聚体中 SOC 和 TN 的含量与分布,较大幅度提高了大团聚体(>0.25 mm)SOC 和 TN 含量,且液态有机碳肥配施无机肥处理具有更好的效果,更有利于石灰性紫色土土壤肥力的提高。







